基于EPCIS标准和区块链技术的追溯系统设计

供应链是一个多方参与的复杂结构，通过参与方之间的有效合作，建立低成本、响应性好、敏捷度高的经营机制，具有点多、线长、面广、交互等特点，在为企业协作带来便利的同时，也存在着缺乏信任、监管追溯困难、数据透明和隐私保护难以平衡、自动化程度低等问题。2017年，世界经济论坛白皮书分析指出，新兴的区块链技术将为供应链管理带来变革，Capgemini 、Deloitte 等权威咨询机构也均对商业区块链技术应用于供应链管理的前景做出了积极的展望。目前，已有研究表明，区块链技术可以缩短响应时间、降低成员间交易成本、提高信息共享效率，从而达到提高供应链整体利润的作用。从实际应用的角度看，该技术在供应链追溯领域的应用仍停留于情景分析和理论构建阶段，对于技术实现的资料和成功案例甚少。针对以上问题，本文设计了一种用基于GS1EPCIS （Electron⁃ic Product Code Information Services ）（ISO 19987）标准进行开发设计的区块链追溯系统，构造一个系统通用、可操作性强的追溯系统原型，并进行了模型验证，为区块基于EPCIS 标准和区块链技术的追溯系统设计贾建华邓惠朋李军梅/文物联网事I

NTERNET OF THINGS

链应用于供应链管理提供技术层面的理论支持。

技术概述

该系统为三层应用框架，分为表示层、业务逻辑层和数据访问层。表示层是界面交互的接口，业务逻辑层负责处理用户的业务请求，数据访问层负责传输和处理数据。每一层为上一层的服务提供者，为下一层的服务消费者，经过层层封装，保证系统的简洁稳定。按照时间和逻辑顺序，系统的框架如下：

表示层是使用者与系统直接进行交互的接口，有Web网站、监控中心、手机app等形式。

业务逻辑层是整个系统的核心，包含领域实体、业务规则、业务流程等。采用Facade模式提供了统一接口，将所有业务统一封装，减少供外部系统调用，提高系统复用率。领域实体中包含系统的目标对象供应链追溯中的关键元素——追溯对象、追溯步骤、追溯事件、EPCIS对应区块链以及Hyperledger fabric三个主要元素（参与方、资产与交易）。

数据访问层是为便于系统的隔离与复用，在业务逻辑发生后进行数据访问业务；访问形式多样，包括证书访问、sql访问、Nosql访问、区块链访问等，相应对应底层数据库为证书服务器、关系型数据库、非关系型数据库、区块链账簿。

GS1EPCIS标准

GS1是国际统一的编码标识系统，在供应链管理标准体系方面具有权威性、全球通用性和高度实用性，其中最有代表性的是商品条码标识体系，在全球范围内为标识货物、服务、资产和位置提供了准确的编码，使货物跨越国家、厂商、组织界限，提高了国内外贸易效率。

本文使用的EPCIS标准同时也是ISO19987标准，为目前国际上最为广泛采用追溯标准，被用于不同应用程序之间实现可视化数据信息的采集和共享的商业数据，实现物理对象和虚拟对象在业务流程中的全程可视化。它将复杂的供应链内部关系抽象为四个事件和四个维度，为供应链各方建立了简单易用可操作性强的标准流程。

商业区块链网络

区块链技术，又名分布式记账技术。区块链可理解为在网络上一个个“存储区块”所组成的一根链条，每个区块中包含一定时间内的网络全部信息交流数据，是一种在整个业务网络上共享的分布式账本。以公有链为代表的区块链1.0注重加密货币相关的应用，作为一种现实场景中的工具表现出能力不足，例如比特币处理速度每秒7笔，每个区块记录交易约58万条，而现在正在使用的网联平台跨机构交易处理峰值超过9.2万笔/秒，相比之下性能优越许多。区块链2.0则使分布式记账技术脱离公有链范畴，构建了围绕业务场景展开的商业区块链网络，成为资产流转的价值表述。商业区块链网络是一个集体共享的对等网络，由一组可识别且可验证的参与者运营。它由指定业务网络中的参与者形成，且参与者只允许查看自己相关的交易，在提高贸易效率的同时有效保护了商业隐私。

本文使用IBM公司的Hyperledger Fabric和Hy⁃perledger Composer作为追溯系统的区块链底层技术架构和开发工具，相比于POW和POS，PBFT算法具有吞吐量高，交易确认时间短，节点数量固定的特点。相比于炙手可热的以太坊，这套工具允许开发者仅关注于业务实现和参与方的交互，更适用于区块链在商业场景中的落地，且较为成熟稳定，文本方法具有很强的可操作性和可复制性，见表1，Hyperledger平台优势对比。

在Fabric区块链网络中主要概念有资产、交易、渠道、智能合约等。任何可被拥有或控制来产生价值的事

表1

类型

基于虚拟货币

节点授权

模块性

共识机制

适合场景

以太坊

是

无

无

PoW/PoS

公有链/联盟链

Hyperledger

否

有

有

PBFT为主

联盟链

物都是资产。资产可以是有形的（比如工业产品、农产品等）或无形的（比如抵押或租赁）。交易是指资产转移，将资产转移到账本或从账本将资产转移出去。在Hy⁃perledger Fabric 区块链中，资产表示为一组二进制和/或JSON 形式的键值对（比如vehicleOwner=Daisy ）。渠道是两个或多个特定网络成员之间的通信的私有“子集”，旨在执行私有且机密的交易。如果两个参与者形成一条渠道，那么这些参与者（不是任何其他参与者）必须经过验证和授权，才能在该渠道上进行交易并共享针对该渠道的账本副本。需要执行私有和机密交易的网络成员可与他们的业务竞争者和其他受限成员共存于同一个区块链网络中。智能合约通过账本管理交易，允许网络参与者自动执行交易的某些方面。例如，智能合约可以规定运输商品的成本，运输成本会依据商品到达时间而变化。双方对条款达成一致并将其写入账本后，会在商品到达时自动执行适当的资金调整。供应链追溯关键设计供应链追溯系统涉及的业务流程复杂交错，但根据GS1追溯标准，可围绕以下两个关键点开展，制定追溯流程首先对关键事件梳理，然后定义每个事件的关键数据元素，具体流程如图1和2（见下页）。关键追溯事件（CTE ）指追溯对象在其生命周期中发生的实际事件，如接收、转化、包装、装运、运输等。关键数据元素（KDE ）描述实际关键追溯事件实例的数据。追溯数据可以通过五个维度（参与方、对象、位置、时间和事件）来描述。图1EPCIS 的区块链追溯系统基础框架表示层业务逻辑层数据访问层Cross-Cutting 证书服务器关系型数据库Nosql 数据库区块链账簿物联网事I

NTERNET OF THINGS