区块链技术在卷烟防伪溯源中的应用

李 勇 周 晨 李 刚 徐 寒 成萍妮

（1、陕西省烟草公司西安市公司，陕西 西安710000 2、西安邮电大学，陕西 西安710000）

1 概述

为了降低假烟制造给烟草企业和消费者带来的损害，如何引进新技术促进卷烟市场防伪溯源体系完善已成为政府、企业、及相关学者非常迫切和关键的问题。自2008 年区块链概念问世以来，区块链技术已经在金融、审计、物流等行业受到了广泛的关注。本文将结合区块链技术的优势尝试提出基于区块链技术的卷烟防伪溯源体系。

2 区块链概念

区块链是一种可以将数据通过协议在网络中进行共享信息的技术，其安全、公开、唯一是重要的三大性质是由以下核心技术实现：

2.1 时间戳技术

1991 年，哈勃和斯托内尔塔提出了一种对数字文件进行时间戳的记录方法，通过这一方法可以准确的反应文件的创建时间，通过时间戳生成无法更改的文件顺序保证了数据前后的安全性[1]。

2.2 点对点通信技术

点对点通信技术是一种依赖互联网所有参与者共同的带宽进行对等连接的互联网技术[2]，较传统集中式存储服务器不同的是这种多用途分享的网络中利用相互平等的网络节点来冲当服务器与客户端，能够减少出现中央服务器系统故障导致的网络瘫痪问题。

2.3 防篡改技术

梅克尔树是区块链的组成部分，它是一种哈希大量数据块的方式，依赖于这些数据块分裂的小数据块，然后取每个小数据块再次进行哈希，其中一个小数据块包含两个相邻的块或哈希。当区块中交易记录个数为奇数时，通过节点的自行填补，构建一个二叉树，以此类推直到形成最终的根节点。再将两两交易之间的哈希值进行串联，形成下一个二叉树的输入。因此，当出现试图篡改交易记录时，梅克尔树的根节点会发生较大的改变，其他节点对区块信息进行验证时可以较快的篡改现象，再根据交易先后记录相连查询。

2.4 共识机制

在点对点系统网络中每个节点之间无相互依赖关系，此时需要借助一致性的共识机制，就是指当网络默认不可靠时，就要在不可靠的主机之间相互复制选择一种新的机制保证所有主机状态达到一致性[3]。通过拜占庭容错算法（PBFT）、POW工作量证明机制、POS 股权证明机制实现区块链网络数据的唯一性保证系统的运行。

3 基于区块链技术在卷烟防伪溯源应用方案

3.1 构建区块链技术卷烟防伪溯源框架

基于区块链技术构建卷烟防伪溯源体系研究模型，确保对卷烟的安全性与可靠性，按照区块链架构（数据存储层、网络通信层、应用层）建立卷烟防伪溯源体系层次的模型，其中数据存储层与网络通信层相互独立但又存在联系（图1）。数据采集层通过对卷烟的生产加工、运输包装、零售消费的完整生命周期信息进行记录，主要用来存储节点间的交易信息，一旦存入到数据库网络中将无法进行修改。数据库层通过梅克尔树的数据结构模式将卷烟盒箱信息按照区块头+区块体的方式进行保存，再经哈希算法和盖入时间戳的方式将数据信息加入到区块链中。去中心化和不可篡改性保证了加入网络中节点的整体运作，一旦发现有人对信息进行篡改既可从网络中踢出该节点。并且将烟草公司和烟草产业链各机构作为数据验证和认证节点，可以对烟草质量的信息进行标准化、规范化管理。应用层通过App 或互联网接口使得消费者可以直接进行查询，烟草生产者、运输商、经销商、消费者和烟草公司在应用层对交易信息可通过接入接口进行输入，应用层再将信息传递到网络层为用户提供一些烟草防伪溯源相关的信息查询。

3.2 构建区块链卷烟节点闭环

从国家烟草总局到烟草生产商，再到烟草运输商到省市烟草局，通过烟草经销商卖入到消费者手中构建节点闭环。通过不同节点上的区块链服务器建立记录不同节点上的流通信息，审批信息者等。通过物联网和RFID 技术的读写功能记录烟草产品从生产到物流配送再到省市公司的数据产权转换，将数据转换记录到区块链服务器中进行存储并在节点间开放。然后再到市公司再到销售系统，将不同频率的RFID 芯片搭载在载货卡车上通过RFID检验技术就可以获得所有数据，并同步在对应节点的区块链服务器中。

3.3 查询信息方案

区块链技术应用到烟草行业中，通过烟盒自带可修改的数字名片将二维码连接到烟草企业的区块链数据库存储节点的查询网站上。消费者需要进行查询时，通过扫描烟盒中的二维码，可在手机终端上显示出该卷烟的详细信息。出现的节点含有时间戳的信息完整，且其他流程信息没有被篡改时，证明该卷烟的销售方为合法正规的且为真烟。

消费者通过终端信息查询验证提交至区块链系统数据库时，烟草经销商也将信息查询提交一并输入，系统通过节点间的认证共识性对数据进行对比分析。当发现区块链数据库中的数据与链内数据不同时，就存在某一环节的数据篡改可能，则需进一步查明信息的来源，找到问题的出处。所查询的卷烟区块数据未篡改，但卷烟经销商与销售地址信息不符合时，则有可能存在假烟情况。当出现短时间内有大量同数据区块的卷烟被查询时，有可能存在区块反复被查询，也有可能是存在短期内集中购买行为，使得卷烟二维码作为母板被复制，一次你需当地专管局进行调查。

区块链系统数据库通过消费者先前发送的信息查询申请，反馈数据分析结果。通过区块链式的信息传递，达到公开透明且不易篡改特性，不断增强卷烟市场环节与消费者的信息反馈，更有效的掌握假烟流通信息，提高打击制假售假的精准度。

图1 基于区块链技术的卷烟防伪溯源溯源体系框架

4 区块链技术在卷烟防伪技术优势

4.1 节点间流程公开透明，通过RFID 芯片识别注册在区块链数据库中，使得每一个卷烟拥有自己的数字身份，通过节点共同维护所有信息达到验证效果。

4.2 卷烟产品从生产、运输、零售等业务中通过共识机制，形成数据记录，为烟草公司及烟草专卖局打假部门提供各环节的数据信息。

4.3 通过二维码验证的卷烟信息带有时间戳将永久存储在区块链数据库中，可以防止篡改，提高效率节约成本。

4.4 通过奖励机制，使得消费者愿意为打击假烟做出贡献。当出现假烟产品时，消费者可通过投诉达成共识并获得一定奖励机制，弥补中心化系统中的卷烟信息数据性不高的特点。

5 结论

国家烟草专卖局的中心化系统在一定程度上不可取消，而区块链技术的运用在一定程度上可以弥补中心化的风险及信息难以获取性，更好的完成卷烟产品防伪溯源的过程。为创造一个全新的卷烟产品诚信体系打下坚实的基础。