基于区块链的卷烟质量追溯技术研究与设计

摘 要：随着假烟、劣质烟屡禁不止现象的愈演愈烈，卷烟销售市场秩序受到一定影响，同时，由于假烟、劣质烟质量不过关，也影响着消费者的生命健康。所以，市场和消费者急需一项全新技术实现对卷烟质量的管控和追溯。针对这一客观现实，运用集难篡改性、去中心性、分布储存等特征于一身的区块链技术，设计卷烟质量追溯技术流程和架构，解决卷烟质量追溯难题。通过设计烟农、烟站、卷烟工业企业、烟草商业企业和市场监督管理局五个角色，将烟叶种植到卷烟销售全程记录在区块上，在流程上保证卷烟质量追溯的实现;通过设计作业层、数据层、共识及网络层、业务及应用层、用户层五个层次，将各流程中采集的关键信息储存在数据库中，在架构上保证卷烟质量追溯的实现。

关键词：区块链;不可篡改;卷烟;质量追溯

中图分类号：TP311.13     文獻标识码：A 文章编号：1005-6432（2022）01-0062-02

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.01.062

1 卷烟质量追溯与区块链技术

1.1 卷烟质量追溯现状

（1）制造销售假烟现象严重。2019年，全国共查处5万元以上假私烟案件10826起，查获假烟40.97万件、走私烟13.91万件、非法烟丝烟叶2.61万吨，收缴制假烟机337台，依法拘留9178人、追究刑事责任5160人，严重影响了正常的市场秩序。

（2）假烟劣质烟危害严重。受设备、工艺、原辅料选择等多方面的限制，假烟存在多方面的缺陷，其中焦油含量高是其最明显的危害，有的假烟中焦油含量高达每支50毫克以上，比当前烟草行业强制性要求量高出284.6%。

（3）当前卷烟质量追溯技术薄弱。从早期的刮涂层、电话验证到后期的二维码验证，烟草行业打假打私的技术一直在随着技术的发展而进步，但是无法实现卷烟生产销售流程的全面记录，无法实现数据的不可篡改，从而导致无法彻底治理制造、销售假烟和劣质烟的现象。

1.2 区块链技术内涵及特性

（1）区块链技术内涵。随着比特币的火热，作为其底层技术的区块链技术逐渐被熟知和研究。我国工业和信息化部2016年发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书》中将区块链技术定义为：是集分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术为一体的新型应用技术。在区块链技术模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、给予共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具有代表性的创新点。

（2）区块链技术的核心特性。第一，不可篡改性：由于区块链技术数据层的时间戳功能可以清楚明确地记录修改行为的具体操作主体和操作时间，在一定程度上对假烟、劣质烟肆意篡改生产时间、生产地点等数据的行为形成一定的震慑作用。同时由于区块链系统中的各个节点都是分布式排列的，且通过51%的节点验证才能够发展为系统共识，如果想对数据进行篡改就需要对系统中至少51%的节点进行逐个攻破并且拥有超过全区块链系统网络51%算力的支撑。这一特性有助于卷烟生产、卷烟销售等重要信息进行留存和保护，同时通过难篡改的数字签名和可信时间戳的保证，卷烟质量信息可以实现在各生产方和消费者之间的安全流转;第二，去中心化：区块链技术实质上是分布式储存技术，可以形象的描述，区块链就是一个分布式的记账本，系统中的每一个节点都是这个记账本的管理者，系统发生的每一笔交易都会被记录在记账本上，每一个节点都可以像账本管理员一样对交易进行验证，这就使区块链技术拥有了去中心化的特征。这一特性有助于从烟叶种植到卷烟销售各个节点操作者对关键信息的管理，促进质量追溯体系内部结构向扁平化发展，打造去中心化质量追溯体系，实现卷烟质量数据跨域、跨境流转。

2 基于区块链的卷烟质量追溯体系流程设计

如图1所示，为追溯流程设计方案，数据有数据库和区块链两种方式储存。数据库由追溯系统中的市场监督管理局维护，区块链由烟农、烟站、工业企业、商业企业四方共同维护，通过简便的操作进行数据录入、数据验证和数据维护。除了以上四方，还有在追溯流程中最重要的角色：终端消费者。

在设计追溯流程中，烟农将种植过程中包括烟叶种植时间、烟叶种植地点、烟叶初烤时间等关键信息录入到数据库和烟农所维护的区块链节点，经过系统内的共识过程将关键信息写入区块，一旦写入成功，这些信息便具有了区块链所赋予的可追溯性、难篡改性等特质，在信息写入成功以后，会得到一条区块返回值，这个返回值会保存到由市场监督管理局维护的数据库中，是实现消费者对烟叶种植时间、地点等关键信息查询的关键。

同样的道理，烟站可以将烟叶收购时间、烟叶收购等级等关键信息写入区块中，工业企业可以将复烤时间、卷烟生产时间等关键信息写入区块中，商业企业可以将调运信息、入库时间、投放地区等关键信息写入区块中，得到相应的返回值，保存在由市场监督管理局维护的数据库中。市场监督管理局在整个数据录入的过程中起到监督的作用，为消费者购买卷烟提供国家层面的监督，切实保障消费者的权益。

就消费者而言，通过卷烟质量追溯体系可以轻而易举地查到烟农、烟站、工业企业、商业企业所提供的关于卷烟的详细信息。其主要操作流程为：消费者通过扫描卷烟包装上的二维码对由市场监督管理局所维护的数据库中的卷烟相关数据进行查询，可以对卷烟的详细流程信息进行查询，如果查询显示的信息与卷烟实际信息不符，在很大的程度上可以断定所购买的卷烟是假烟，消费者可以向市场监督管理局或者商业企业进行举报，获得相应的赔偿。

3 基于区块链的卷烟质量追溯体系架构设计

参照区块链的基层架构，加入烟农、烟站、工业企业、商业企业实际作业层，设计出包含作业层、数据层、共识及网络层、业务及应用层、用户层5个层次的区块链卷烟追溯架构，如图2所示，分别对应不同的技术和不同的操作实体。

作业层指的是烟叶种植、烟叶收购、卷烟生产、卷烟运输、卷烟销售这五大环节，通过对操作人员的运作记录和操作过程进行记录，保证卷烟质量追溯数据主要来源。

数据层是实现整个质量追溯体系的重要基础，包括数据采集和数据储存。数据采集主要通过运用RFID（射频识别）、条形码等技术，对卷烟全流程操作进行记录与写入。数据储存主要通过运用哈希算法、链式数据结构、非对称加密算法、时间戳等技术对采集到的数据进行验证、写入和储存，从而实现区块上数据的不可篡改。

共识及网络层为卷烟质量溯源提供技术保障，主要通过POW（工作量证明共识机制）、POS（权益证明共识机制）、DPOS（节点决策共识机制）实现区块间数据的共识和验证，保证写入区块中的数据是经过区块各节点所共同承认的数据。通过P2P（对等网络）实现节点之间的通信，区块中每个节点既可以充当网络服务的请求者，又可以对其他计算机的请求作出响应，提供内容和资源，从而实现数据的验证、共享和分布储存。

业务及应用层为卷烟质量追溯提供运行规则，设置智能合约、算法机制实现数据与业务的连接。通过智能合约实现区块数据之间验证的智能性。通过算法机制直接与实际业务挂钩，实现业务逻辑与区块链系统运行的结合。

用户层对应的是参与和使用卷烟质量追溯的个人或组织，主要包括市场监督管理局、卷烟消费者、烟农、烟站、工业企业、商业企业等，满足个人或组织对质量追溯的不同需求。

4 基于区块链的卷烟质量追溯体系的实现

区块链利用其特有时间戳、共识机制等技术手段使烟叶种植、烟叶收购、卷烟生产、卷烟销售等数据实现了不可篡改和溯源功能。同时将市场监督管理局和消费者纳入卷烟质量溯源监督体系，打破了传统溯源的信息孤岛，提供了信息支持，在一定程度上实现了生产和销售过程的全透明，为良好的市场经营秩序提供技术支持，为消费者的生命健康提供质量保障。随着区块链技术研究发展的深入，加之烟草行业高质量发展的要求，区块链技术必将为卷烟溯源、打假打私提供新的解决方案。

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[作者简介]林浩瀚（1995—），男，蒙古族，内蒙古赤峰人，硕士，研究方向：新闻传播、企业管理、区块链技术落地应用。

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