基于联盟链的非标准农产品仓单生命周期操作规范和系统

章庆

上海金融期货信息技术有限公司，上海 200127

引 言

农产品仓单分为标准仓单和非标准仓单。标准农产品仓单是经期货交易所注册的仓单，其对农产品质量和标准的管理要求严苛，相应的库管系统、供应链等生态成熟。如郑州商品交易所于2018年11月推出综合业务平台，提供棉花、白糖等农产品仓单注册、仓单查询、仓单转让和仓单注销等仓单业务。非标准农产品仓单泛指未经期货交易所注册的仓单，大多由仓库开具，品种多、基数大、质量参差不齐，一般只能注册为非标准仓单，其生命周期内的操作风险较高，主要表现为：一是货物风险高，农产品的储存条件要求严苛，品质不易保障；二是信用风险高，农产品货不对表、重复质押等行为时有发生。由于非标准农产品仓单存在所有权与质押权复杂、仓单与货物不一致、仓单操作缺乏有效监督和评价体系等一系列问题，非标准农产品仓单管理一直是行业热点和难点问题。直至2021年11月，大连商品交易所上线场外平台仓单质押系统，才首次将玉米、黄大豆等非标准农产品仓单纳入业务范围。

区块链以其分布式存储、数据和操作防篡改且防抵赖、行为记录可追溯等特点备受业内外关注。区块链按照访问权限分为公有链、联盟链和私有链。其中，联盟链呈现多中心化的特点，由联盟成员集体议事并决策，可控性较强；联盟链上的数据按照权限管控，交易数据、商业秘密等隐私数据仅在参与方之间流转，安全性高。

针对非标准农产品仓单在管理中容易出现权属不清晰、操作和状态追溯困难、重复质押等现象，本文旨在利用联盟链多方业务协作特性，构建非标准农产品仓单治理的联盟链并建立操作规范，确保线上仓单状态信息真实、状态迁移可信；借助联盟链共识机制，多方见证关键业务操作，确保仓单状态修改和操作流程留痕、可验证；通过对线上仓单的加锁和解锁，防止二次质押等非法操作行为。

1 相关研究

1.1 联盟链研究

区块链作为价值互联网的基础设施，从比特币[1]等加密货币应用起步，已广泛应用于食品医药、公共事务和供应链金融等领域。联盟链旨在构建一条以合法合规为前提、拥抱监管、多方治理和可持续赋能业务的区块链，现已成为各行各业的实践热点，其基本技术特征见表1。

表1 联盟链基本技术特征Table 1 Characteristics of consortium blockchain

从联盟链基本技术特征看，联盟链上数据仅限联盟成员进行读写和发送，具有运维成本低、交易速度快、扩展性好等优点。同时，联盟链成员权责清晰，主动接受监管并具备线下治理和快速应用优势，更容易获得国家政策层面的支持。

在众多联盟链框架中，超级账本（Hyperledger）项目是首个面向企业应用场景的开源分布式账本平台，其中以Fabric最为知名，其技术平台架构参见图1。

图1 Fabric技术架构Fig.1 Technical architecture of Fabric

Fabric 分为7 层，包括存储层、数据层、通道层、网络层、共识层、合约层和应用层。其中，存储层主要对账本和交易状态进行存储。账本存储在文件系统，交易状态存储在键值对数据库。数据层由交易、状态和账本3部分构成。状态对应交易数据的变化；账本记录所有交易的历史。通道层是Fabric 的数据隔离机制。每个通道是一个独立的区块链，用于保证交易信息仅在参与方之间可见。网络层为区块链网络中各个通信节点提供网络支持。共识层基于Kafka、SBFT等共识算法实现，提供交易排序方法。应用层承载上层应用程序。

当前，联盟链在国内外行业的数字化转型中扮演着重要角色。

Mettler 等[2]为预防医学研究和药物造假，使用联盟链确保医疗保健报告在提供者、管理者和消费者之间交易和流转时不被篡改。Brousmiche 等[3]提出一种基于联盟链的车辆数据记录和管理系统，防止汽车里程表等车辆数据欺诈。Rabiya等[4]提出一种基于联盟链的电动汽车能源交易方案，构建了安全、高效的能源交易平台。

章庆等[5]基于债券市场现有格局，分析国内外债券交易平台，开发了基于联盟链的多主体、跨市场和透明监管的债券市场应用，为金融监管和创新平衡问题提供新思路。郭仪等[6]基于以太坊区块链技术，提出基于智能合约的身份管理随机验证模型，开发基于联盟链的电力数据资产交易平台，实现多验证节点参与的身份认证管理，兼顾了电力数据交易场景下共识过程的高效率与高安全性。王晶等[7]根据科研云联邦的特点，结合联盟链的技术特点，设计了基于Fabric的科研云联邦计量系统，确保资源计量准确无误，同时保护用户数据隐私。

1.2 区块链和仓单融合研究

国内，研究人员以仓库为中心，利用区块链存证、溯源和信息共享等特点，丰富和拓展仓单业务操作功能，提升跨机构仓单交易等业务效率。

王晓光等[8]通过联盟链构建多部门信息共享的电子仓单质押平台，提供电子仓单生成、质押、解押、查询和系统评价等功能。王文奇等[9]设计面向物联网特征的基于信誉度共识机制算法以及面向电子仓单交易以及物联网信息的可信存储算法。周元健等[10]设计基于区块链的可信仓单系统，实现去中心、防抵赖和防篡改等特性。陈亚飞[11]使用以太坊架构，去除以太币并保留gas 机制，利用智能合约设计并实现场外仓单交易业务合约。季广猛[12]使用FISCO（Financial Services Blockchain Consortium）的BCOS（Be Credible, Open & Secure）联盟链平台，提出“链下交易、链上结算”的设计，基于“核心机构维护数据、用户本地存储自身数据、公众监督数据”的思想，设计权益数据的离线存储和公开验证，解决仓单数据的确权和追溯问题。

齐学成等[13]设计并实现基于区块链的仓单管理系统，确保标的仓单的准确性和真实性；通过构建倒排索引，提高查询效率并支持复杂查询。朱大鹏等[14]提出一种基于区块链架构的仓单交易协同方法，让仓单交易服务需求方、仓单交易服务提供方和融资协同平台方等节点在入市、退市和评估环节中，根据不同操作结果构建不同信息区块。卢亦斌等[15]提出一种仓单数据管理方法，通过将电子仓单、质押请求、质押合同等数据上传区块链，使得数据流转过程中票据和合同均在区块链上可查询、可验证、不可能串通作弊。闫二风[16]提出一种业务数据上链方法，从获取上链业务字段、调用智能合约、业务数据存储等角度阐述其系统架构。

国外，研究人员大多从供应链管理和协同角度入手，重点研究对商业模式的颠覆和影响。

Korepin等[17]总结23个国家的区块链供应链系统的薄弱点，并使用改进后的区块链改善网络数据交换，让供应链商业模式变得更透明、可访问、不可篡改和安全。Moosavi 等[18]通过总结不同区块链供应链管理类文章并综述，印证了区块链对供应链管理、金融和物流安全等领域带来的透明度、可追溯性、效率和信息安全度提升。Chang[19]通过建模表明通过区块链、供应链协同管理能够帮助企业减少订单数量、降低销售价格并降低目标商品库存水平。

1.3 现有研究小结

随着新一代信息技术发展，人工智能、云计算、区块链等已被纳入我国新基建中的新技术基础设施。其中，联盟链逐步成为跨机构协作、数据安全和隐私交互的可信基础设施。借助联盟成员共同维护账本、敏感操作链上记录、商业数据隐私分享等特性，联盟链在防范仓单信息篡改、重复质押和敏感信息泄露等问题上，具备成为仓库生产、运营与管理新型基础设施的潜力。

学术界和产业界在将区块链与仓单深度融合上已有共识，但仍存在以下不足：一是研究对象上，以标准仓单为主，对非标准仓单尤其是非标准农产品仓单关注较少；二是研究方法上，多集中于对线上仓单的真实性研究，忽略了对跨机构业务合作协议、链下治理行为的研究。

为此，本文设计并实现一种基于联盟链的非标准农产品仓单生命周期操作规范和系统，重点阐述了联盟链的治理框架和操作规范，以解决非标准农产品仓单管理中存在的状态不可验、操作不留痕和信息不共享等问题。

2 联盟链治理框架

联盟链治理是在联盟链应用项目中提供规划、治理、建设咨询与治理工具等标准化服务。其有助于机构清晰了解应用项目建设的关键点，梳理联盟链业务核心场景，提供技术标准、治理工具与法律合规等实施支持。联盟链治理的最终目标是减少应用项目建设时间成本损耗，在合法合规、共识的前提下，推动应用项目落地。

2.1 联盟链组织架构

非标准农产品仓单联盟链（以下简称“联盟链”）由共识节点、见证节点和轻节点组成，其组织架构如图2所示。

图2 联盟链组织架构Fig.2 Organization architecture of consortium blockchain

共识节点包括仓库、银行和交易所。共识节点是业务核心机构，也是参与共识验证的节点，有全量账本备份能力。业务核心机构参与联盟链治理，利于各方建立起信任基石，共同为非标准农产品仓单真实性、唯一性和有效性背书；同时，业务核心机构肩负牵头制订联盟章程、约束联盟成员的重任，以便有效组织起链下治理。

见证节点包括非标准农产品仓单业务的质检机构、监管机构。见证节点不参与共识验证，但具备同步账本数据的能力，为业务稳定运行提供质量检验和监督保障。

轻节点主要是非标准农产品仓单业务的客商、用户，只使用应用服务而不维护全量区块链副本。

2.2 联盟链筹备

非标准农产品仓单业务涉及跨机构信息、协议交互，工作纷繁复杂。本文提出一种联盟链筹备流程，其具体过程如图3 所示。首先，盟主单位牵头，起草联盟章程。其次，盟主单位与核心机构充分交换意见，就联盟章程、成员协议和议事规则等链下治理文件达成一致。随后，盟主单位自主或委托相关机构搭建联盟链平台并进行部署和测试，核心机构根据相关协议接入并测试。最后，盟主单位召集大会，联盟链正式成立。本文建议选取交易所作为盟主单位。一方面，交易所是非盈利性机构，不直接参与仓单交易但肩负服务实体经济、监管市场交易等责任；另一方面，交易所在标准化仓单、交割仓库建设等工作上经验丰富、社会信誉度高，有利于推动行业的发展与进步。

2.3 联盟链治理文件

本文提出联盟链治理需要三类文件。第一类是联盟章程及其实施细则。其中，联盟章程是纲领；实施细则是核心，其涵盖联盟组织架构部、成员管理、运行机制、解散与清算和成员违约责任等内容。第二类是成员协议。成员协议是行为守则，定义联盟成员行为准则、权利和义务以及违约条款。第三类是联盟链平台操作规范。操作规范是系统运行指南，它明确成员权限、操作步骤和数据传输标准等内容，保障非标准农产品仓单业务正常运行。

图3 联盟链筹备流程Fig.3 Preparation for consortium blockchain

2.4 联盟链管理

联盟链管理包括创建、成员加入、成员退出和解散。联盟链由盟主单位牵头完成区块链系统基础信息配置和创建，并设置共识节点、见证节点、轻节点等参数。成员加入由联盟成员机构发起邀请提案并提交联盟大会审核。如赞成票数过半，邀请提案通过，为受邀单位创建用户或部署对应节点；否则，邀请失败。成员退出与机构受邀加入过程类似，提案相反。联盟链解散需超过2/3 以上同意，然后所有成员依次执行退出操作至全部退出。

3 系统设计

3.1 系统架构

针对非标准农产品仓单业务痛难点，本文结合联盟链特性，提出一种基于联盟链的非标准农产品仓单生命周期操作系统，如图4所示。

该系统包括基础设施层、区块链平台层、区块链服务层、接口层和应用业务层5个部分。

基础设施层为传统信息技术基础设施，包括操作系统、存储系统、网络防火墙和灾备系统等。

区块链平台层为区块链底层基础平台及各种协议和模块，包括加密算法、共识算法、数据归档和隐私保护等服务。

区块链服务层是组建联盟链的各项管理功能，包括联盟治理、身份认证、业务可视化和日志与审计管理等服务。

接口层通过API 或SDK 等方式接入并提供区块链服务和底层服务等。

应用业务层是系统的核心，为非标准农产品仓单业务提供出库入库管理、仓单信息查询、仓单质押或解除质押、充抵保证金或赎回等功能。

3.2 智能合约

智能合约包括角色管理模块、客户管理模块、仓单业务模块和公共函数（GetInvoker），其功能架构如图5所示。

图5 智能合约功能架构Fig.5 Functional architecture of smart contracts

以非标准农产品仓单的交易创建过程为例：区块链应用业务层系统向智能合约发起非标准农产品仓单交易创建请求（req.Transaction）；仓单业务模块首先调用公共函数获取发送交易的客户端身份信息；根据获得的客户端身份信息（Org、Member）去客户管理模块、角色管理模块查询本次用户的可调用权限（Authority）；智能合约获得正向反馈确定该用户有创建交易的权限后，再去执行对应的业务（CouchDB），并返回调用结果（pb.Response）给应用业务层。

3.3 非标准农产品仓单生命周期操作规范

非标准农产品仓单生命周期操作系统在支持仓单出库入库、仓单信息查询等日常管理业务外，还扩展支持仓单质押/解除质押、充抵保证金/赎回等抵押品管理业务。本文选取典型业务场景，介绍非标准农产品仓单生命周期操作规范。

（1）非标准农产品仓单入库。其流程如图6所示。第一步，客商发起农产品仓单入库申请，填写入库农产品种类、产地和数量等基础信息。第二步，质检机构对客商待入库的农产品进行质检，生成质检报告并上传证书，至此农产品仓单信息初步形成。第三步，仓库对待入库的农产品仓单信息进行复核，预制非标准农产品仓单。第四步，客商验收仓库预制的非标准农产品仓单。第五步，所有业务方均验收通过，智能合约将非标准农产品仓单信息、入库申报流水同步至区块链。以上任意环节不通过，本次流程结束。

图6 非标准农产品仓单入库流程Fig.6 Process of non-standard agricultural warehouse receipts warehousing

其中，质检机构作为交易见证节点，仓库、银行和交易所作为交易共识节点，先后完成质检、复核、预制仓单和交易确认工作；智能合约自动读取非标准农产品仓单信息摘要、操作流水并同步至区块链，确保仓单生成过程真实、有效且可验证。

（2）非标准农产品仓单质押。流程如图7。第一步，客商发起非标准农产品仓单质押申请。

图7 非标准农产品仓单质押流程Fig.7 Process of non-standard agricultural warehouse receipts pledging

第二步，智能合约校验非标准农产品仓单状态：校验通过且未被锁定，立即锁定该仓单并进入下一步；否则流程结束。第三步，仓库复核客商待质押的仓单并盘点实际存货：如复核通过，进入下一步；否则流程结束。第四步，银行签收非标准农产品仓单，并根据质押率估价后发放贷款；智能合约修改对应非标准农产品仓单为锁定状态。第五步，客商收到银行放贷资金。第六步，智能合约将非标准农产品仓单状态信息、仓单质押流水同步至区块链。

在此过程中，仓库、银行和交易所作为交易共识节点，先后完成仓单复核、签收、放款和交易确认工作。银行通过智能合约实时校验非标准农产品仓单状态。智能合约在仓单质押操作前检查加锁状态；智能合约为进入质押状态的仓单加锁；智能合约在仓单完成解质押操作后解锁。如此，任意时刻仓单最多被加锁一次，杜绝二次质押等非法操作。

（3）非标准农产品仓单充抵保证金。其流程如图8 所示。充抵保证金是客户通过期货公司提出申请并经交易所批准，将持有的仓单移交交易所占有作为其履行保证金债务的担保行为。与质押过程类似，充抵保证金的交易对象从客商与银行变更为期货公司与交易所，过程不再赘述。

图8 非标准农产品仓单充抵保证金流程Fig.8 Process of non-standard agricultural warehouse receipts margin depositing

其中，仓库、银行和交易所作为交易共识节点，先后完成仓单复核、锁定、释放额度和交易确认等工作。与质押过程类似，加锁后仓单无法进行其他操作，只能等待原操作结束释放状态锁。

4 关键技术实现

4.1 准入管理

非标准农产品仓单生命周期操作系统需要灵活、便捷、高效的准入管理方案，以解决金融交易等场景下对交易者身份的真实性验证和交易可审计等要求。本文自建Fabric 区块链准入身份证签发中心CA（Certificate Authority），使用Fabric MSP（Membership Service Provider，成员关系服务提供者）并结合商业CA 证书进行管理。该方案成本低、兼容现有CA证书体系，但也存在不支持动态地撤销证书和新增证书的缺点。

联盟链成员身份准入过程包括建立身份、校验身份等环节，建立身份的伪代码，如算法1所示。

算法1 联盟链成员身份准入算法Algorithm 1 Consortium blockchain membership admission algorithm

联盟链成员身份由证书、公钥、msp、mspid及证书内容的hash 组成。身份验证环节的伪代码，如算法2所示。

算法2 联盟链成员身份验证算法Algorithm 2 Consortium blockchain membership verification algorithm

证书链通过调用Fabric底层返回，证书链的第一个元素是证书本身，第二是签发单位。拿到证书链，需完成必要的校验，判定证书的签发单位是否是身份树的叶子结点。最终，证书所属的OU要被本地msp所认知，才能通过身份认证。

4.2 共识算法

从业务实际出发，联盟链参与方需要在资质审核通过后才能参与交易，相互之间的信任程度较高；交易共识决策一旦达成，就不存在回退的可能性。因此，本文在创建Fabric网络时选择确定性共识算法Raft以提高效率。

Raft 是一种CFT（崩溃故障容错，Crash Fault Tolerant）共识排序算法，包含跟随者（FOLLOWER）、候 选人（CANDIDATE）和 领 导者（LEADER）。在Raft 共识中如果有节点故障掉线依然可以正常运行，前提是保证半数以上的节点正常运行。Raft共识是“主从模型”，LEADER主节点通过动态选举决定，且相对固定；FOLLOWER 从节点是LEADER 节点的复制。在Raft 共识交易流程中，客户端利用广播RPC（远程过程调用，Remote Procedure Call）方式来发送交易提案。Raft 共识依赖LEADER 主节点的可用性来确保集群数据的一致性，数据只能从LEADER 主节点向FOLLOWER 从节点转移。当FOLLOWER 从节点向LEADER 主节点提交区块数据后，LEADER主节点将该数据置为未提交状态。接着LEADER 主节点会通过在心跳中附加数据的形式向所有FOLLOWER 从节点复制数据并等待接收响应。在确保网络中半数以上节点已接收到数据后，再将区块数据写入底层存储中，此时区块数据状态已经进入提交状态。此后，基于共识生成新的区块，将通过Deliver RPC发送给对等节点。

4.3 数据存储

根据业务流程，本文设计并实现链上非标准农产品仓单存储的数据结构，见表2所示。本文将关键数据同步至关系型数据库并实现数据的快速索引及查询，以减轻区块链网络负担。

表2 数据库存储结构设计Table 2 Database storage structure

4.4 国密算法改造

近年来，国家对密码算法不断提出更高要求。2020 年7 月，央行发布的《金融分布式账本技术安全规范》（标准编号：JR/T 0184-2020）指出，相关系统采用的密码算法和密码技术应符合国家密码管理部门的要求；2020 年9 月，工业和信息化部批准《区块链平台基础技术要求》（标准编号：YD/T 3747-2020）中提到，区块链使用的密码算法应当符合相关国家标准。本文改造了Fabric底层以增加对非对称加密算法SM2（国家密码管理局于2010 年12 月17 日发布的椭圆曲线公钥密码算法）的支持。

Fabric 使用密码服务套件BCCSP（Block Chain Crypto Service Provider）模块提供加密算法支持。BCCSP 对外提供统一接口，包括编码算法、哈希算法、签名算法、隐私保护算法等服务。BCCSP 可对接各种算法实现，包括第三方国密软实现、硬件加密机接口等。

本文使用SM2国密算法以及x509规范替换Fabric 底层原加密算法实现，确保所有包名、对外接口（公共变量、公共方法）保持不变。此外，还评估了国密算法模块对Fabric性能的影响。

本文选取每秒处理的共识吞吐量TPS（Transaction per Second，交易笔数/秒）作为主要指标；测试节点配置为4 个Peer 节点，1 个Order节点，2 个CA 节点。不同加密算法下系统吞吐量见表3。测试结果表明，本文使用的SM2国密算法模块性能损失较大，还有进一步提升空间。

表3 不同加密算法下系统吞吐量对比Table 3 Comparison of system TPS under different encryption algorithms

5 安全性分析与系统测试

5.1 共识算法安全性分析

假设本系统中，消息可能会丢失、损坏或者延迟发送，并存在接收顺序与发送顺序不一致情况。若能证明共识算法Raft 在非拜占庭错误的情况下，即网络延迟、分区丢包、冗余和乱序等错误情况下均可保证结果正确，不会返回错误的共识结果，即证明本系统共识算法是安全的。

在Raft共识算法中，所有的日志条目都只会从Leader 主节点往Follower 从节点写入，且Leader主节点上的日志只会增加，绝对不会删除或者覆盖。图9 按时间序列展示了Leader 在提交日志时可能会遇到的问题。其中S1、S2、S3、S4和S5代表节点；方框1、2、3、4代表日志索引。

图9 Leader在提交日志时可能会遇到的问题Fig.9 Situations when Leader commits logs

在(a)中，S1是领导者，部分的复制了索引位置2的日志条目。

在(b)中，S1崩溃了，然后S5在任期3里通过S3、S4和自己的选票赢得选举，然后从客户端接收了一条不一样的日志条目放在了索引2处。

然后到(c)，S5 又崩溃了；S1 重新启动，选举成功，开始复制日志。在这时，来自任期2 的那条日志已经被复制到了集群中的大多数机器上，但是还没有被提交。

如果S1 在(d)中又崩溃了，S5 可以重新被选举成功（通过来自S2、S3 和S4 的选票），然后覆盖了他们在索引2处的日志。反之，如果在崩溃之前，S1 把自己主导的新任期里产生的日志条目复制到了大多数机器上，就如(e)那样，那么在后面任期里面这些新的日志条目就会被提交（因为S5就不可能选举成功）。如此，同一时刻可同时保证此前的所有老的日志条目被提交。

任期2 内产生的日志可能在(d)的情况下被覆盖，所以在出现(c)的状态下，Leader 主节点是不能提交任期2的日志条目的，即不能更新预提交索引。

在图7最终状态是(e)的情况下，预提交索引的变化应该是1→3，即在(c)的情况下，任期4 在索引3的位置提交一条消息，预提交索引直接被修改成3。

而任期2 的那条日志最终被复制到大多数节点且被应用。

综上，Raft共识算法可保证以下特性：

如果两个日志条目有相同的index和term，那么他们存储了相同的指令（即index和term相同，那么可定是同一条指令，就是同一个日志条目）。

如果不同的日志中有两个日志条目，他们的index和term相同，那么这个条目之前的所有日志都相同。

两条规则合并后：两个日志LogA、LogB，如果LogA[i].index=Log[i]B.index且LogA[i].term=Log[i].term，那么LogA[i]=Log[i]B，且对于任何n

5.2 系统功能测试与评估

非标准农产品仓单生命周期操作系统主要有以下功能。

（1）该系统为非标准农产品仓单建立操作规范，统一日常管理、抵押品管理行为，其界面如图10 所示。其中，日常管理业务包括商品入库、仓单移位、仓单信息变更、仓单冻结与解冻、仓单作废、商品出库和仓单转让；抵押品业务包括仓单质押、仓单解除质押、仓单到期、仓单充抵保证金、仓单充抵赎回和仓单充抵到期。本系统通过规范非标准农产品仓单的日常管理、抵押品管理等行为，为非标准农产品仓单的数字化奠定基础。

图10 非标准农产品仓单生命周期操作系统界面Fig.10 User interface of non-standard agricultural warehouse receipts management system

（2）本系统为交易所、农产品客商、仓库及银行提供统一的业务互操作平台，用户可随时查询和追溯非标准农产品仓单的状态变化，其界面如图11 所示。通过利用联盟链的特性，解决非标准农产品仓单的数据或状态在跨机构业务协作时不同步、操作不可信、系统不可靠等问题。

图11 非标准农产品仓单状态变化Fig.11 States of non-standard agricultural warehouse receipts

本文选取优库乐农库管系统，并从可用性、可靠性、安全性、数据有效性和功能完整性等方面同本系统进行测试和对比分析，见表4。其中，优库乐农为传统仓库管理系统，以单节点方式部署。测试过程中，两组系统保持7*24 小时不间断运行。

表4 仓库管理系统对比Table 4 Comparison of different warehouse management systems

综上，本文对基于联盟链的非标准农产品仓单生命周期操作系统进行功能测试，并分析该系统的可用性、可靠性、安全性、数据有效性和业务完备性。测试结果表明，该系统可支持仓单日常管理业务和抵押品业务的开展。

5.3 系统性能测评

非标准农产品仓单生命周期操作系统基于Fabric1.4.0 开发，该系统运行操作系统为Red Hat Enterprise Linux Server release 7.4，区块链数据库为Couch db 5.0，应用数据库为MySQL 6.3。本系统使用stupid 测试工具模拟客户端对Fabric 网络发送交易，在测试过程中对TPS 和响应时间等指标进行监测，结果如图12、图13所示。

图12 系统平均TPS与区块大小的关系Fig.12 System average TPS with changing block size

图13 系统响应时间与区块大小的关系Fig.13 System response time with changing block size

其中，TPS=总交易数/总时间；平均响应时间=所有交易响应时间总和/总交易数；最小响应时间=所有交易响应时间中的最小值；最大响应时间=所有交易响应时间中的最大值。

测试结果表明，联盟链网络平均TPS随区块大小的增大呈现先增大后减小的趋势，当区块大小在500KB 到1MB 时，平均TPS 峰值为2,370。本系统最大可支持约2,000 名用户同时在线交易，满足日常非标准农产品仓单的交易需求。

测试结果表明，联盟链网络的交易响应时间与区块大小成正相关关系。当区块大于1MB时，交易响应时间急剧增大。在前述吞吐量为2,000 左右时，本系统响应时间在1～3s，在用户可接受范围内。

综上，基于联盟链的非标准农产品仓单生命周期操作系统在业务上可信、技术上可行。

随着区块链等新一代信息技术蓬勃发展，联盟链等日益成为行业转型升级与数字化变革的重要基础设施。本文将非标准农产品仓单业务上链，实现了仓单所有权、状态等的多方交叉验证，确保状态真实可验；将关键业务操作上链登记，各节点实时同步仓单管理数据和行为过程，确保操作留痕防篡改；基于联盟链组建产业联盟，多方共享链上数据，避免质押和充抵保证金等信息不对称。本文所述的非标准农产品仓单业务属于供应链、金融交叉的领域，数据可追溯性与不可篡改性是其中的重要诉求。区块链可有效提升非标准农产品仓单的管理效率、信息交互的真实性和有效性；同时，增信后的非标准农产品仓单更容易受到市场认可，在质押融资等银行金融服务上具备优势。因此，“区块链+金融”在农产品领域具有一定的推广价值。

未来将围绕“区块链+物联网”，研究接入仓库传感器网络体系和视频监控平台，进一步提升线下和线上仓单的管治水平，真正实现农产品状态多点接入、全程实时监控，确保非标准农产品仓单的真实、可靠；同时，围绕“区块链+金融”，研究接入中国人民银行动产融资统一登记公示系统，完成质押融资业务对应的仓单登记，实现全国范围内的法律公示效应，提升银行参与非标准农产品仓单质押融资的积极性。最后，还将推动联盟链系统在试点仓库的落地部署，助力提升非标准农产品仓单的信用水平，加快对接银行普惠金融服务。

利益冲突声明

所有作者声明不存在利益冲突关系。