智能合约在粮食交易中的应用

陈成雪 范书国

一、引言

智能合约是一种部署在区块链上的计算机协议，它可以实现双方的可信的交易，并且交易是可追踪的，但交易完成之后是不可逆转的。比特币的诞生使人们认识到区块链可以给智能合约带来可信的执行环境。随着以太坊和超级账本等平台的发展，为智能合约的编写提供了更灵活的环境。目前，智能合约被应用于共享汽车领域，解决了共享汽车平台中行为监督和信誉等复杂决策问题；针对版权保护的问题，用超级账本构建一种适合媒体版权保护的智能合约，实现版权登记和版权保护功能；通过对传统电网的分析，提出利用智能合约技术建立公平竞价规则及多目标动态规划的交易模型。现在，在粮食交易行业处理模式，或多或少的存在粮食安全、交易双方的信任等问题。基于以上分析，本文结合区块链和支持智能合约体系的Hyperledger Fabric平台，首先对粮食交易系统进行框架设计，建立了多层次的应用架构；然后将交易以智能合约的形式部署区块链上。

二、相关技术

（一）智能合约

智能合约的实质其实是一段计算機程序，这段程序中记录了合约的内容。一旦满足程序预设的条件，就会触发自动执行，快速完成交易事务。经审计验证过的智能合约需要经多方签署后才能部署在区块链系统中，它不仅是一个可以自动完成触发执行的计算机程序，同时也是区块链系统的参与者，可以在没有任何第三方干预的情况下转移和存储系统中的智能资产。

（二）区块链

区块链技术是一种由密码学作为支撑，按照交易的时间次序来完成存储和数据的验证，相当于一个分布式数据库。在一个区块链系统中，节点可以在短时间内通过共识机制对某一件事达成一致，然后在区块链上完成对这件事情的存储，并广播到其他的区块中，实现了一个去中心化的可信任系统。区块链的广播账本实现了交易记录的安全、可靠，实现了点与点之间的透明，从而保证了交易记录的可审计性，保证了数据信息交互的安全、稳定。因此，区块链技术被人们认为是能够在未来社会发展过程中解决信任危机的一种革命性技术。

（三）Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric是一个开源的区块链构架，它提供一个模块化的构架，智能合约在商业自动化进程中非常管用，而且诚信可靠，它能够使利益相关方以团体形式处理并验证合约条款。Fabric目前是与比特币、以太坊平台并驾齐驱的主流区块链开发平台，它支持联盟链，在联盟链中全部参与者必须经过身份验证才能参与到该区块链进行交易。本系统采用联盟链技术，利用Hyperledger Fabric 开源联盟链平台进行开发。

三、架构流程分析

粮食的信息主要依赖于互联网设备（RFID技术、二维码、传感器装置、GPS定位技术等）和物流数据接口来收集粮食产品从种植、加工到销售各环节的数据。将收集处理后的数据存储在区块链中。粮食信息主要包括生长信息、交易信息、库存信息以及物流信息等。并将各个时间段的粮食信息装入到带有时间戳的区块中。

对带有时间戳的区块通过P2P协议进行验证，验证通过后再由共识算法进行封装，形成粮食产品安全信息的共识机制，最后将这个区块加入到区块链中。在区块链系统中通过激励机制来更好的维持区块链系统的秩序，利用发行机制，保证粮食产品的有效配置、高效利用和激励相容等特点。

最后，可通过智能合约对粮食安全信息进行不可篡改的可编程操作。

四、智能合约

智能合约通过支持更加强大的编程语言和运行环境，可以实现对不同的粮食交易去执行不同的可编程操作。以下介绍智能合约在粮食交易中的关键业务流程，并为其设计智能合约，最终在整个区块链网络中达成体系共识。

在本文的应用中，参与者包括销售商、粮食加工者、粮食生产者、消费者、监管部门、物流商，在本系统中的所有节点都参与维护区块链账本，并且都需要先注册，通过注册来获得密钥和许可证书，只有拥有证书的用户才可以接入网络发布交易。

（一）身份认证合约

利用Fabric身份服务、访问控制和智能合约等功能，为每个参与者分配身份特征和访问控制功能。让每一个参与者都以节点的身份加入链中，链上的每个节点负责接收链上的用户上传的信息数据，并在区块链中进行验证后将数据打包至区块上； 同时，创建公共区块链和密钥区块链（身份验证的关键），公共区块链向粮食交易区块链的全体成员做到信息公开。

监管部门会在粮食流通之前为粮食进行注册登记，然后上传到链中的数据库。当粮食流通时触发粮食注册合约，更新粮食状态。在区块链上的每一次交易，验证机制都会验证参与交易的用户是否合法，验证粮食信息是否合法。

（二）交易合约

系统中的交易合约用于处理系统中交易业务的上传，其中包括交易合同、异常处理合同和食品逾期处理合同。本文提出的智能合约描述了系统的逻辑流程，并通过链码在Fabric中实现。

根据注册合约的要求，粮食监管部门对粮食质量进行检查，并将报告上传到区块链网络，完成粮食信息在区块链的存储。粮食生产者将粮食售卖于购买者，上传交易的明细合同，变更粮食所有者信息。

粮食在运输过程中由物流商进行实时监控并上传到区块链中，若无异常则完成交易合约，若有异常发生则触发异常处理合约。

当粮食长期积压，监管部门会根据粮食上链时间触发粮食过期处理，一定程度上保证粮食的安全性。

五、结语

通过构建部署在区块链上的粮食产品交易智能合约，为区块链上的用户提供了极大的便利，具体表现在：信息的公开性提高了粮食商市场中人们对各类粮食的需求了解，从而提高了粮食产品的经济效益；消费者作为用户在完成注册后其信息被存入区块中，实现追溯数据查询，大大提高了交易的成功率；将交易合约以智能合约的形式部署在区块链上线上交易不依赖于第三方信任体系，可以大大减少许多商业交易欺诈和执法成本。

作者单位：沈阳师范大学 软件学院