基于聯盟鏈的非標準農產品倉單生命周期操作規范和系統

章慶

上海金融期貨信息技術有限公司，上海 200127

引 言

農產品倉單分為標準倉單和非標準倉單。標準農產品倉單是經期貨交易所注冊的倉單，其對農產品質量和標準的管理要求嚴苛，相應的庫管系統、供應鏈等生態成熟。如鄭州商品交易所于2018年11月推出綜合業務平臺，提供棉花、白糖等農產品倉單注冊、倉單查詢、倉單轉讓和倉單注銷等倉單業務。非標準農產品倉單泛指未經期貨交易所注冊的倉單，大多由倉庫開具，品種多、基數大、質量參差不齊，一般只能注冊為非標準倉單，其生命周期內的操作風險較高，主要表現為：一是貨物風險高，農產品的儲存條件要求嚴苛，品質不易保障；二是信用風險高，農產品貨不對表、重復質押等行為時有發生。由于非標準農產品倉單存在所有權與質押權復雜、倉單與貨物不一致、倉單操作缺乏有效監督和評價體系等一系列問題，非標準農產品倉單管理一直是行業熱點和難點問題。直至2021年11月，大連商品交易所上線場外平臺倉單質押系統，才首次將玉米、黃大豆等非標準農產品倉單納入業務范圍。

區塊鏈以其分布式存儲、數據和操作防篡改且防抵賴、行為記錄可追溯等特點備受業內外關注。區塊鏈按照訪問權限分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈。其中，聯盟鏈呈現多中心化的特點，由聯盟成員集體議事并決策，可控性較強；聯盟鏈上的數據按照權限管控，交易數據、商業秘密等隱私數據僅在參與方之間流轉，安全性高。

針對非標準農產品倉單在管理中容易出現權屬不清晰、操作和狀態追溯困難、重復質押等現象，本文旨在利用聯盟鏈多方業務協作特性，構建非標準農產品倉單治理的聯盟鏈并建立操作規范，確保線上倉單狀態信息真實、狀態遷移可信；借助聯盟鏈共識機制，多方見證關鍵業務操作，確保倉單狀態修改和操作流程留痕、可驗證；通過對線上倉單的加鎖和解鎖，防止二次質押等非法操作行為。

1 相關研究

1.1 聯盟鏈研究

區塊鏈作為價值互聯網的基礎設施，從比特幣[1]等加密貨幣應用起步，已廣泛應用于食品醫藥、公共事務和供應鏈金融等領域。聯盟鏈旨在構建一條以合法合規為前提、擁抱監管、多方治理和可持續賦能業務的區塊鏈，現已成為各行各業的實踐熱點，其基本技術特征見表1。

表1 聯盟鏈基本技術特征Table 1 Characteristics of consortium blockchain

從聯盟鏈基本技術特征看，聯盟鏈上數據僅限聯盟成員進行讀寫和發送，具有運維成本低、交易速度快、擴展性好等優點。同時，聯盟鏈成員權責清晰，主動接受監管并具備線下治理和快速應用優勢，更容易獲得國家政策層面的支持。

在眾多聯盟鏈框架中，超級賬本（Hyperledger）項目是首個面向企業應用場景的開源分布式賬本平臺，其中以Fabric最為知名，其技術平臺架構參見圖1。

圖1 Fabric技術架構Fig.1 Technical architecture of Fabric

Fabric 分為7 層，包括存儲層、數據層、通道層、網絡層、共識層、合約層和應用層。其中，存儲層主要對賬本和交易狀態進行存儲。賬本存儲在文件系統，交易狀態存儲在鍵值對數據庫。數據層由交易、狀態和賬本3部分構成。狀態對應交易數據的變化；賬本記錄所有交易的歷史。通道層是Fabric 的數據隔離機制。每個通道是一個獨立的區塊鏈，用于保證交易信息僅在參與方之間可見。網絡層為區塊鏈網絡中各個通信節點提供網絡支持。共識層基于Kafka、SBFT等共識算法實現，提供交易排序方法。應用層承載上層應用程序。

當前，聯盟鏈在國內外行業的數字化轉型中扮演著重要角色。

Mettler 等[2]為預防醫學研究和藥物造假，使用聯盟鏈確保醫療保健報告在提供者、管理者和消費者之間交易和流轉時不被篡改。Brousmiche 等[3]提出一種基于聯盟鏈的車輛數據記錄和管理系統，防止汽車里程表等車輛數據欺詐。Rabiya等[4]提出一種基于聯盟鏈的電動汽車能源交易方案，構建了安全、高效的能源交易平臺。

章慶等[5]基于債券市場現有格局，分析國內外債券交易平臺，開發了基于聯盟鏈的多主體、跨市場和透明監管的債券市場應用，為金融監管和創新平衡問題提供新思路。郭儀等[6]基于以太坊區塊鏈技術，提出基于智能合約的身份管理隨機驗證模型，開發基于聯盟鏈的電力數據資產交易平臺，實現多驗證節點參與的身份認證管理，兼顧了電力數據交易場景下共識過程的高效率與高安全性。王晶等[7]根據科研云聯邦的特點，結合聯盟鏈的技術特點，設計了基于Fabric的科研云聯邦計量系統，確保資源計量準確無誤，同時保護用戶數據隱私。

1.2 區塊鏈和倉單融合研究

國內，研究人員以倉庫為中心，利用區塊鏈存證、溯源和信息共享等特點，豐富和拓展倉單業務操作功能，提升跨機構倉單交易等業務效率。

王曉光等[8]通過聯盟鏈構建多部門信息共享的電子倉單質押平臺，提供電子倉單生成、質押、解押、查詢和系統評價等功能。王文奇等[9]設計面向物聯網特征的基于信譽度共識機制算法以及面向電子倉單交易以及物聯網信息的可信存儲算法。周元健等[10]設計基于區塊鏈的可信倉單系統，實現去中心、防抵賴和防篡改等特性。陳亞飛[11]使用以太坊架構，去除以太幣并保留gas 機制，利用智能合約設計并實現場外倉單交易業務合約。季廣猛[12]使用FISCO（Financial Services Blockchain Consortium）的BCOS（Be Credible, Open & Secure）聯盟鏈平臺，提出“鏈下交易、鏈上結算”的設計，基于“核心機構維護數據、用戶本地存儲自身數據、公眾監督數據”的思想，設計權益數據的離線存儲和公開驗證，解決倉單數據的確權和追溯問題。

齊學成等[13]設計并實現基于區塊鏈的倉單管理系統，確保標的倉單的準確性和真實性；通過構建倒排索引，提高查詢效率并支持復雜查詢。朱大鵬等[14]提出一種基于區塊鏈架構的倉單交易協同方法，讓倉單交易服務需求方、倉單交易服務提供方和融資協同平臺方等節點在入市、退市和評估環節中，根據不同操作結果構建不同信息區塊。盧亦斌等[15]提出一種倉單數據管理方法，通過將電子倉單、質押請求、質押合同等數據上傳區塊鏈，使得數據流轉過程中票據和合同均在區塊鏈上可查詢、可驗證、不可能串通作弊。閆二風[16]提出一種業務數據上鏈方法，從獲取上鏈業務字段、調用智能合約、業務數據存儲等角度闡述其系統架構。

國外，研究人員大多從供應鏈管理和協同角度入手，重點研究對商業模式的顛覆和影響。

Korepin等[17]總結23個國家的區塊鏈供應鏈系統的薄弱點，并使用改進后的區塊鏈改善網絡數據交換，讓供應鏈商業模式變得更透明、可訪問、不可篡改和安全。Moosavi 等[18]通過總結不同區塊鏈供應鏈管理類文章并綜述，印證了區塊鏈對供應鏈管理、金融和物流安全等領域帶來的透明度、可追溯性、效率和信息安全度提升。Chang[19]通過建模表明通過區塊鏈、供應鏈協同管理能夠幫助企業減少訂單數量、降低銷售價格并降低目標商品庫存水平。

1.3 現有研究小結

隨著新一代信息技術發展，人工智能、云計算、區塊鏈等已被納入我國新基建中的新技術基礎設施。其中，聯盟鏈逐步成為跨機構協作、數據安全和隱私交互的可信基礎設施。借助聯盟成員共同維護賬本、敏感操作鏈上記錄、商業數據隱私分享等特性，聯盟鏈在防范倉單信息篡改、重復質押和敏感信息泄露等問題上，具備成為倉庫生產、運營與管理新型基礎設施的潛力。

學術界和產業界在將區塊鏈與倉單深度融合上已有共識，但仍存在以下不足：一是研究對象上，以標準倉單為主，對非標準倉單尤其是非標準農產品倉單關注較少；二是研究方法上，多集中于對線上倉單的真實性研究，忽略了對跨機構業務合作協議、鏈下治理行為的研究。

為此，本文設計并實現一種基于聯盟鏈的非標準農產品倉單生命周期操作規范和系統，重點闡述了聯盟鏈的治理框架和操作規范，以解決非標準農產品倉單管理中存在的狀態不可驗、操作不留痕和信息不共享等問題。

2 聯盟鏈治理框架

聯盟鏈治理是在聯盟鏈應用項目中提供規劃、治理、建設咨詢與治理工具等標準化服務。其有助于機構清晰了解應用項目建設的關鍵點，梳理聯盟鏈業務核心場景，提供技術標準、治理工具與法律合規等實施支持。聯盟鏈治理的最終目標是減少應用項目建設時間成本損耗，在合法合規、共識的前提下，推動應用項目落地。

2.1 聯盟鏈組織架構

非標準農產品倉單聯盟鏈（以下簡稱“聯盟鏈”）由共識節點、見證節點和輕節點組成，其組織架構如圖2所示。

圖2 聯盟鏈組織架構Fig.2 Organization architecture of consortium blockchain

共識節點包括倉庫、銀行和交易所。共識節點是業務核心機構，也是參與共識驗證的節點，有全量賬本備份能力。業務核心機構參與聯盟鏈治理，利于各方建立起信任基石，共同為非標準農產品倉單真實性、唯一性和有效性背書；同時，業務核心機構肩負牽頭制訂聯盟章程、約束聯盟成員的重任，以便有效組織起鏈下治理。

見證節點包括非標準農產品倉單業務的質檢機構、監管機構。見證節點不參與共識驗證，但具備同步賬本數據的能力，為業務穩定運行提供質量檢驗和監督保障。

輕節點主要是非標準農產品倉單業務的客商、用戶，只使用應用服務而不維護全量區塊鏈副本。

2.2 聯盟鏈籌備

非標準農產品倉單業務涉及跨機構信息、協議交互，工作紛繁復雜。本文提出一種聯盟鏈籌備流程，其具體過程如圖3 所示。首先，盟主單位牽頭，起草聯盟章程。其次，盟主單位與核心機構充分交換意見，就聯盟章程、成員協議和議事規則等鏈下治理文件達成一致。隨后，盟主單位自主或委托相關機構搭建聯盟鏈平臺并進行部署和測試，核心機構根據相關協議接入并測試。最后，盟主單位召集大會，聯盟鏈正式成立。本文建議選取交易所作為盟主單位。一方面，交易所是非盈利性機構，不直接參與倉單交易但肩負服務實體經濟、監管市場交易等責任；另一方面，交易所在標準化倉單、交割倉庫建設等工作上經驗豐富、社會信譽度高，有利于推動行業的發展與進步。

2.3 聯盟鏈治理文件

本文提出聯盟鏈治理需要三類文件。第一類是聯盟章程及其實施細則。其中，聯盟章程是綱領；實施細則是核心，其涵蓋聯盟組織架構部、成員管理、運行機制、解散與清算和成員違約責任等內容。第二類是成員協議。成員協議是行為守則，定義聯盟成員行為準則、權利和義務以及違約條款。第三類是聯盟鏈平臺操作規范。操作規范是系統運行指南，它明確成員權限、操作步驟和數據傳輸標準等內容，保障非標準農產品倉單業務正常運行。

圖3 聯盟鏈籌備流程Fig.3 Preparation for consortium blockchain

2.4 聯盟鏈管理

聯盟鏈管理包括創建、成員加入、成員退出和解散。聯盟鏈由盟主單位牽頭完成區塊鏈系統基礎信息配置和創建，并設置共識節點、見證節點、輕節點等參數。成員加入由聯盟成員機構發起邀請提案并提交聯盟大會審核。如贊成票數過半，邀請提案通過，為受邀單位創建用戶或部署對應節點；否則，邀請失敗。成員退出與機構受邀加入過程類似，提案相反。聯盟鏈解散需超過2/3 以上同意，然后所有成員依次執行退出操作至全部退出。

3 系統設計

3.1 系統架構

針對非標準農產品倉單業務痛難點，本文結合聯盟鏈特性，提出一種基于聯盟鏈的非標準農產品倉單生命周期操作系統，如圖4所示。

該系統包括基礎設施層、區塊鏈平臺層、區塊鏈服務層、接口層和應用業務層5個部分。

基礎設施層為傳統信息技術基礎設施，包括操作系統、存儲系統、網絡防火墻和災備系統等。

區塊鏈平臺層為區塊鏈底層基礎平臺及各種協議和模塊，包括加密算法、共識算法、數據歸檔和隱私保護等服務。

區塊鏈服務層是組建聯盟鏈的各項管理功能，包括聯盟治理、身份認證、業務可視化和日志與審計管理等服務。

接口層通過API 或SDK 等方式接入并提供區塊鏈服務和底層服務等。

應用業務層是系統的核心，為非標準農產品倉單業務提供出庫入庫管理、倉單信息查詢、倉單質押或解除質押、充抵保證金或贖回等功能。

3.2 智能合約

智能合約包括角色管理模塊、客戶管理模塊、倉單業務模塊和公共函數（GetInvoker），其功能架構如圖5所示。

圖5 智能合約功能架構Fig.5 Functional architecture of smart contracts

以非標準農產品倉單的交易創建過程為例：區塊鏈應用業務層系統向智能合約發起非標準農產品倉單交易創建請求（req.Transaction）；倉單業務模塊首先調用公共函數獲取發送交易的客戶端身份信息；根據獲得的客戶端身份信息（Org、Member）去客戶管理模塊、角色管理模塊查詢本次用戶的可調用權限（Authority）；智能合約獲得正向反饋確定該用戶有創建交易的權限后，再去執行對應的業務（CouchDB），并返回調用結果（pb.Response）給應用業務層。

3.3 非標準農產品倉單生命周期操作規范

非標準農產品倉單生命周期操作系統在支持倉單出庫入庫、倉單信息查詢等日常管理業務外，還擴展支持倉單質押/解除質押、充抵保證金/贖回等抵押品管理業務。本文選取典型業務場景，介紹非標準農產品倉單生命周期操作規范。

（1）非標準農產品倉單入庫。其流程如圖6所示。第一步，客商發起農產品倉單入庫申請，填寫入庫農產品種類、產地和數量等基礎信息。第二步，質檢機構對客商待入庫的農產品進行質檢，生成質檢報告并上傳證書，至此農產品倉單信息初步形成。第三步，倉庫對待入庫的農產品倉單信息進行復核，預制非標準農產品倉單。第四步，客商驗收倉庫預制的非標準農產品倉單。第五步，所有業務方均驗收通過，智能合約將非標準農產品倉單信息、入庫申報流水同步至區塊鏈。以上任意環節不通過，本次流程結束。

圖6 非標準農產品倉單入庫流程Fig.6 Process of non-standard agricultural warehouse receipts warehousing

其中，質檢機構作為交易見證節點，倉庫、銀行和交易所作為交易共識節點，先后完成質檢、復核、預制倉單和交易確認工作；智能合約自動讀取非標準農產品倉單信息摘要、操作流水并同步至區塊鏈，確保倉單生成過程真實、有效且可驗證。

（2）非標準農產品倉單質押。流程如圖7。第一步，客商發起非標準農產品倉單質押申請。

圖7 非標準農產品倉單質押流程Fig.7 Process of non-standard agricultural warehouse receipts pledging

第二步，智能合約校驗非標準農產品倉單狀態：校驗通過且未被鎖定，立即鎖定該倉單并進入下一步；否則流程結束。第三步，倉庫復核客商待質押的倉單并盤點實際存貨：如復核通過，進入下一步；否則流程結束。第四步，銀行簽收非標準農產品倉單，并根據質押率估價后發放貸款；智能合約修改對應非標準農產品倉單為鎖定狀態。第五步，客商收到銀行放貸資金。第六步，智能合約將非標準農產品倉單狀態信息、倉單質押流水同步至區塊鏈。

在此過程中，倉庫、銀行和交易所作為交易共識節點，先后完成倉單復核、簽收、放款和交易確認工作。銀行通過智能合約實時校驗非標準農產品倉單狀態。智能合約在倉單質押操作前檢查加鎖狀態；智能合約為進入質押狀態的倉單加鎖；智能合約在倉單完成解質押操作后解鎖。如此，任意時刻倉單最多被加鎖一次，杜絕二次質押等非法操作。

（3）非標準農產品倉單充抵保證金。其流程如圖8 所示。充抵保證金是客戶通過期貨公司提出申請并經交易所批準，將持有的倉單移交交易所占有作為其履行保證金債務的擔保行為。與質押過程類似，充抵保證金的交易對象從客商與銀行變更為期貨公司與交易所，過程不再贅述。

圖8 非標準農產品倉單充抵保證金流程Fig.8 Process of non-standard agricultural warehouse receipts margin depositing

其中，倉庫、銀行和交易所作為交易共識節點，先后完成倉單復核、鎖定、釋放額度和交易確認等工作。與質押過程類似，加鎖后倉單無法進行其他操作，只能等待原操作結束釋放狀態鎖。

4 關鍵技術實現

4.1 準入管理

非標準農產品倉單生命周期操作系統需要靈活、便捷、高效的準入管理方案，以解決金融交易等場景下對交易者身份的真實性驗證和交易可審計等要求。本文自建Fabric 區塊鏈準入身份證簽發中心CA（Certificate Authority），使用Fabric MSP（Membership Service Provider，成員關系服務提供者）并結合商業CA 證書進行管理。該方案成本低、兼容現有CA證書體系，但也存在不支持動態地撤銷證書和新增證書的缺點。

聯盟鏈成員身份準入過程包括建立身份、校驗身份等環節，建立身份的偽代碼，如算法1所示。

算法1 聯盟鏈成員身份準入算法Algorithm 1 Consortium blockchain membership admission algorithm

聯盟鏈成員身份由證書、公鑰、msp、mspid及證書內容的hash 組成。身份驗證環節的偽代碼，如算法2所示。

算法2 聯盟鏈成員身份驗證算法Algorithm 2 Consortium blockchain membership verification algorithm

證書鏈通過調用Fabric底層返回，證書鏈的第一個元素是證書本身，第二是簽發單位。拿到證書鏈，需完成必要的校驗，判定證書的簽發單位是否是身份樹的葉子結點。最終，證書所屬的OU要被本地msp所認知，才能通過身份認證。

4.2 共識算法

從業務實際出發，聯盟鏈參與方需要在資質審核通過后才能參與交易，相互之間的信任程度較高；交易共識決策一旦達成，就不存在回退的可能性。因此，本文在創建Fabric網絡時選擇確定性共識算法Raft以提高效率。

Raft 是一種CFT（崩潰故障容錯，Crash Fault Tolerant）共識排序算法，包含跟隨者（FOLLOWER）、候 選人（CANDIDATE）和 領 導者（LEADER）。在Raft 共識中如果有節點故障掉線依然可以正常運行，前提是保證半數以上的節點正常運行。Raft共識是“主從模型”，LEADER主節點通過動態選舉決定，且相對固定；FOLLOWER 從節點是LEADER 節點的復制。在Raft 共識交易流程中，客戶端利用廣播RPC（遠程過程調用，Remote Procedure Call）方式來發送交易提案。Raft 共識依賴LEADER 主節點的可用性來確保集群數據的一致性，數據只能從LEADER 主節點向FOLLOWER 從節點轉移。當FOLLOWER 從節點向LEADER 主節點提交區塊數據后，LEADER主節點將該數據置為未提交狀態。接著LEADER 主節點會通過在心跳中附加數據的形式向所有FOLLOWER 從節點復制數據并等待接收響應。在確保網絡中半數以上節點已接收到數據后，再將區塊數據寫入底層存儲中，此時區塊數據狀態已經進入提交狀態。此后，基于共識生成新的區塊，將通過Deliver RPC發送給對等節點。

4.3 數據存儲

根據業務流程，本文設計并實現鏈上非標準農產品倉單存儲的數據結構，見表2所示。本文將關鍵數據同步至關系型數據庫并實現數據的快速索引及查詢，以減輕區塊鏈網絡負擔。

表2 數據庫存儲結構設計Table 2 Database storage structure

4.4 國密算法改造

近年來，國家對密碼算法不斷提出更高要求。2020 年7 月，央行發布的《金融分布式賬本技術安全規范》（標準編號：JR/T 0184-2020）指出，相關系統采用的密碼算法和密碼技術應符合國家密碼管理部門的要求；2020 年9 月，工業和信息化部批準《區塊鏈平臺基礎技術要求》（標準編號：YD/T 3747-2020）中提到，區塊鏈使用的密碼算法應當符合相關國家標準。本文改造了Fabric底層以增加對非對稱加密算法SM2（國家密碼管理局于2010 年12 月17 日發布的橢圓曲線公鑰密碼算法）的支持。

Fabric 使用密碼服務套件BCCSP（Block Chain Crypto Service Provider）模塊提供加密算法支持。BCCSP 對外提供統一接口，包括編碼算法、哈希算法、簽名算法、隱私保護算法等服務。BCCSP 可對接各種算法實現，包括第三方國密軟實現、硬件加密機接口等。

本文使用SM2國密算法以及x509規范替換Fabric 底層原加密算法實現，確保所有包名、對外接口（公共變量、公共方法）保持不變。此外，還評估了國密算法模塊對Fabric性能的影響。

本文選取每秒處理的共識吞吐量TPS（Transaction per Second，交易筆數/秒）作為主要指標；測試節點配置為4 個Peer 節點，1 個Order節點，2 個CA 節點。不同加密算法下系統吞吐量見表3。測試結果表明，本文使用的SM2國密算法模塊性能損失較大，還有進一步提升空間。

表3 不同加密算法下系統吞吐量對比Table 3 Comparison of system TPS under different encryption algorithms

5 安全性分析與系統測試

5.1 共識算法安全性分析

假設本系統中，消息可能會丟失、損壞或者延遲發送，并存在接收順序與發送順序不一致情況。若能證明共識算法Raft 在非拜占庭錯誤的情況下，即網絡延遲、分區丟包、冗余和亂序等錯誤情況下均可保證結果正確，不會返回錯誤的共識結果，即證明本系統共識算法是安全的。

在Raft共識算法中，所有的日志條目都只會從Leader 主節點往Follower 從節點寫入，且Leader主節點上的日志只會增加，絕對不會刪除或者覆蓋。圖9 按時間序列展示了Leader 在提交日志時可能會遇到的問題。其中S1、S2、S3、S4和S5代表節點；方框1、2、3、4代表日志索引。

圖9 Leader在提交日志時可能會遇到的問題Fig.9 Situations when Leader commits logs

在(a)中，S1是領導者，部分的復制了索引位置2的日志條目。

在(b)中，S1崩潰了，然后S5在任期3里通過S3、S4和自己的選票贏得選舉，然后從客戶端接收了一條不一樣的日志條目放在了索引2處。

然后到(c)，S5 又崩潰了；S1 重新啟動，選舉成功，開始復制日志。在這時，來自任期2 的那條日志已經被復制到了集群中的大多數機器上，但是還沒有被提交。

如果S1 在(d)中又崩潰了，S5 可以重新被選舉成功（通過來自S2、S3 和S4 的選票），然后覆蓋了他們在索引2處的日志。反之，如果在崩潰之前，S1 把自己主導的新任期里產生的日志條目復制到了大多數機器上，就如(e)那樣，那么在后面任期里面這些新的日志條目就會被提交（因為S5就不可能選舉成功）。如此，同一時刻可同時保證此前的所有老的日志條目被提交。

任期2 內產生的日志可能在(d)的情況下被覆蓋，所以在出現(c)的狀態下，Leader 主節點是不能提交任期2的日志條目的，即不能更新預提交索引。

在圖7最終狀態是(e)的情況下，預提交索引的變化應該是1→3，即在(c)的情況下，任期4 在索引3的位置提交一條消息，預提交索引直接被修改成3。

而任期2 的那條日志最終被復制到大多數節點且被應用。

綜上，Raft共識算法可保證以下特性：

如果兩個日志條目有相同的index和term，那么他們存儲了相同的指令（即index和term相同，那么可定是同一條指令，就是同一個日志條目）。

如果不同的日志中有兩個日志條目，他們的index和term相同，那么這個條目之前的所有日志都相同。

兩條規則合并后：兩個日志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，且對于任何n

5.2 系統功能測試與評估

非標準農產品倉單生命周期操作系統主要有以下功能。

（1）該系統為非標準農產品倉單建立操作規范，統一日常管理、抵押品管理行為，其界面如圖10 所示。其中，日常管理業務包括商品入庫、倉單移位、倉單信息變更、倉單凍結與解凍、倉單作廢、商品出庫和倉單轉讓；抵押品業務包括倉單質押、倉單解除質押、倉單到期、倉單充抵保證金、倉單充抵贖回和倉單充抵到期。本系統通過規范非標準農產品倉單的日常管理、抵押品管理等行為，為非標準農產品倉單的數字化奠定基礎。

圖10 非標準農產品倉單生命周期操作系統界面Fig.10 User interface of non-standard agricultural warehouse receipts management system

（2）本系統為交易所、農產品客商、倉庫及銀行提供統一的業務互操作平臺，用戶可隨時查詢和追溯非標準農產品倉單的狀態變化，其界面如圖11 所示。通過利用聯盟鏈的特性，解決非標準農產品倉單的數據或狀態在跨機構業務協作時不同步、操作不可信、系統不可靠等問題。

圖11 非標準農產品倉單狀態變化Fig.11 States of non-standard agricultural warehouse receipts

本文選取優庫樂農庫管系統，并從可用性、可靠性、安全性、數據有效性和功能完整性等方面同本系統進行測試和對比分析，見表4。其中，優庫樂農為傳統倉庫管理系統，以單節點方式部署。測試過程中，兩組系統保持7*24 小時不間斷運行。

表4 倉庫管理系統對比Table 4 Comparison of different warehouse management systems

綜上，本文對基于聯盟鏈的非標準農產品倉單生命周期操作系統進行功能測試，并分析該系統的可用性、可靠性、安全性、數據有效性和業務完備性。測試結果表明，該系統可支持倉單日常管理業務和抵押品業務的開展。

5.3 系統性能測評

非標準農產品倉單生命周期操作系統基于Fabric1.4.0 開發，該系統運行操作系統為Red Hat Enterprise Linux Server release 7.4，區塊鏈數據庫為Couch db 5.0，應用數據庫為MySQL 6.3。本系統使用stupid 測試工具模擬客戶端對Fabric 網絡發送交易，在測試過程中對TPS 和響應時間等指標進行監測，結果如圖12、圖13所示。

圖12 系統平均TPS與區塊大小的關系Fig.12 System average TPS with changing block size

圖13 系統響應時間與區塊大小的關系Fig.13 System response time with changing block size

其中，TPS=總交易數/總時間；平均響應時間=所有交易響應時間總和/總交易數；最小響應時間=所有交易響應時間中的最小值；最大響應時間=所有交易響應時間中的最大值。

測試結果表明，聯盟鏈網絡平均TPS隨區塊大小的增大呈現先增大后減小的趨勢，當區塊大小在500KB 到1MB 時，平均TPS 峰值為2,370。本系統最大可支持約2,000 名用戶同時在線交易，滿足日常非標準農產品倉單的交易需求。

測試結果表明，聯盟鏈網絡的交易響應時間與區塊大小成正相關關系。當區塊大于1MB時，交易響應時間急劇增大。在前述吞吐量為2,000 左右時，本系統響應時間在1～3s，在用戶可接受范圍內。

綜上，基于聯盟鏈的非標準農產品倉單生命周期操作系統在業務上可信、技術上可行。

隨著區塊鏈等新一代信息技術蓬勃發展，聯盟鏈等日益成為行業轉型升級與數字化變革的重要基礎設施。本文將非標準農產品倉單業務上鏈，實現了倉單所有權、狀態等的多方交叉驗證，確保狀態真實可驗；將關鍵業務操作上鏈登記，各節點實時同步倉單管理數據和行為過程，確保操作留痕防篡改；基于聯盟鏈組建產業聯盟，多方共享鏈上數據，避免質押和充抵保證金等信息不對稱。本文所述的非標準農產品倉單業務屬于供應鏈、金融交叉的領域，數據可追溯性與不可篡改性是其中的重要訴求。區塊鏈可有效提升非標準農產品倉單的管理效率、信息交互的真實性和有效性；同時，增信后的非標準農產品倉單更容易受到市場認可，在質押融資等銀行金融服務上具備優勢。因此，“區塊鏈+金融”在農產品領域具有一定的推廣價值。

未來將圍繞“區塊鏈+物聯網”，研究接入倉庫傳感器網絡體系和視頻監控平臺，進一步提升線下和線上倉單的管治水平，真正實現農產品狀態多點接入、全程實時監控，確保非標準農產品倉單的真實、可靠；同時，圍繞“區塊鏈+金融”，研究接入中國人民銀行動產融資統一登記公示系統，完成質押融資業務對應的倉單登記，實現全國范圍內的法律公示效應，提升銀行參與非標準農產品倉單質押融資的積極性。最后，還將推動聯盟鏈系統在試點倉庫的落地部署，助力提升非標準農產品倉單的信用水平，加快對接銀行普惠金融服務。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關系。