CN109697615A - 基于区块链数字代币的有限溯源方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链数字代币的有限溯源方法，该方法采用了区块链技术，方法包括：物品源方发行在区块链中代表该物品的数字代币；流通网络中的参与者在将一定数量物品交付给下游参与者时，可选择是否交付同等数量的物品代币给该下游参与者；根据区块链中记录的物品代币的流通信息和流通网络中参与者披露的信息，估计从某一参与者处获得的一件物品来自物品源方的概率。本发明不需要在需溯源的物品上添加任何标识，具有较低的成本，同时给出了某一物品来自物品源方的可能性程度。

Description

基于区块链数字代币的有限溯源方法

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，尤其涉及一种基于区块链数字代币的有限溯源方法。

背景技术

现有的基于区块链的溯源方法，都需要在所要溯源的物品上附属一个唯一的ID，例如附属于物品的二维码，射频识别标签等，然而采用这种溯源方法有以下问题。

(1) 实施成本较高，射频识别标签本身就具有较高的成本，二维码本身虽然成本较低，但是在大量交付的时候，需要扫描每个物品上的二维码，具有较高管理成本。

(2) 储存成本较高，区块链的单位储存费用，特别是公共区块链的单位储存费用较高，现有的基于区块链的溯源方法，需要在区块链中储存每个需要溯源的物品的ID，并且每交易一次就要重复储存一次，因此具有较高的储存费用。

(3) 防伪能力不强，现有的基于区块链的溯源方法，只给出是否来源于物品源两个结果，若标签或物品在流通过程中被伪造，则溯源结果的可信度将受到较大影响。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于区块链数字代币的有限溯源方法，相对于现有的溯源方法，本发明不需要在需溯源的物品上添加任何标识，具有较低的实施成本和储存成本，同时相对于现有的溯源方法给出了是否两个结果，本发明给出了一个可能性的程度，即、某一物品来自物品源方的概率是多少。因为得到的结果是概率，故此称为有限溯源。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于区块链数字代币的有限溯源方法，其特征在于，其应用于有个参与者组成的流通网络中，其中为所要溯源物品的源方，所述的方法包括：所述物品源方在区块链中发行代表所述物品的数字代币，简称物品代币；所述流通网络中的参与者在将一定数量所述物品交付给下游参与者时，可交付同等数量的所述物品代币给所述下游参与者，也可不交付所述物品代币给所述下游参与者；根据所述区块链中记录的所述物品代币的流通信息和所诉流通网络中所述参与者披露的信息，估计从某一所述参与者处获得的一件所述物品来自所述物品源方的概率。

优选地，所述物品代币只能由所诉物品源方发行，不能由所述流通网络中的其他所述参与者发行。

优选地，计算所述的方法包括以下步骤：步骤一、选取一段足够长的时间段；步骤二、从所述区块链内检索得到，在所述时间段内，所述参与者从所述参与者处获得的所述物品代币的数量; 步骤三、估计在所述时间段内，所述参与者获得的所述物品的总量; 步骤四、估计从所述参与者处获得的一件物品来自所述参与者的直接上游参与者的概率; 步骤五、根据所述，计算得到所述。

优选地，在所述计算的所述步骤五之后还包括：步骤六、随着时间的流逝和所述参与者披露的信息的变化，重新选取一段足够长的时间段，重新执行所述步骤二至所述步骤五，得到更新后的所述。

优选地，所述的估计方法包括：若所述参与者披露了足够可信的所述的估计量, 则所述, 若所述参与者没有披露足够可信的所述的估计量，则所述, 其中所述为酌情选取的大于1的正数。

优选地，所述的估计方法包括：可估计为从所述参与者处获得的一件物品来自的概率，即所述。

优选地，计算所述的方法包括：所述和所述的关系满足, 求解所诉方程组，即可求得所述。

优选地，计算所述的所述方法还包括：令矩阵,向量, 向量,则所述方程组可表述为如下矩阵形式: , 可使用1阶定长迭代法求解所述线性方程组，所述一阶定长迭代法的递推公式为: ,其中所述为第次迭代求得的解。

采用所述的迭代解法相比于所述的直接解法具有以下优势：1）迭代法能很好利用矩阵的稀疏性，且计算效率高，由实际意义可知所述矩阵应为大规模稀疏矩阵，更适宜使用迭代法求解。2）迭代法能够利用近似解，在实际中并不是所有的所述参与者的交付信息都是同时发生变化的，某一时刻也许只有部分所述参与者的交付信息发生变化，此时可以利用上一最优解，通过迭代法来求得当前最优解，能够减少计算量。

本发明提供了一种基于区块链数字代币的有限溯源方法，该方法采用了区块链技术，由物品源方发行物品代币，流通网络中的每个参与者在将物品交付时，可选择是否交付同等数量的物品代币给下游参与者；经过一段足够长的时间，可从区块链中检索到物品代币的流通情况，并给每个参与者估计一个总进货量，通过以上信息可估计出某一物品来自物品源方的概率。本发明不需要物品上绑定物品ID，也不需要在物品代币上储存物品ID，实施和储存成本较低。虽然在大多数情况下，本发明并不能确定某一物品是否确实是来自源方，但能够给出某一物品来自源方的概率，在一个充分竞争的环境下，公布这些概率会对参与者形成压力，迫使其提高这一概率，最终在整个网络的协同作用下可实现完全溯源。

附图说明

图1为本发明实施例中基于区块链数字代币的有限溯源方法的组成示意图。

图2为本发明实施例中估计某一物品来自物品源方的概率的方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

本发明的主要目的在于提供一种基于区块链数字代币的有限溯源方法，本发明不需要在需溯源的物品上添加任何标识，具有较低的实施成本和储存成本，同时相对于现有的溯源方法给出了是否两个结果，本发明给出了一个可能性的程度，即、某一物品来自物品源方的概率是多少。

请参阅图1，图1为本发明实施例中基于区块链数字代币的有限溯源方法，该方法供包含三大方法，其中方法101和方法102是流通网络的参与者执行的方法，而方法103是提供溯源服务的服务商执行的方法，在本实施例中，假设有个参与者组成的流通网络，其中为所要溯源物品的源方。

物品代币发行与流通的智能合约样例代码如下：

contract Coin {

address public minter; // 区块链上的物品源方的地址

string pulic name; // 代币所代表的物品名称

// map类型，其中键为账户地址，值为该账户的代币余额

mapping (address => uint) public balances;

// 构造方法，在创建该智能合约的时候将物品源方的地址存入此智能合约

function Coin() {

minter = msg.sender;

}

// 设置该代币所代表的物品名称

function set_name(string good_name) {

if (msg.sender != minter) return;

name = good_name;

}

// 代币发行

function mint(uint amount) {

if (msg.sender != minter) return;

balances[minter] += amount;

}

// 代币流通

function send(address receiver, uint amount) {

if (balances[msg.sender] < amount) return;

balances[msg.sender] -= amount;

balances[receiver] += amount;

}

}。

该代币智能合约只能由物品源方建立，物品源方在建立代币智能合约时将调用Coin()构造方法，该方法将物品源方的地址赋值给minter属性。

该代币智能合约构建完成后，物品源方可调用该智能合约的set_name(stringgood_name)方法，设置该代币所代表的物品名称。该方法接受一个字符串类型的参数good_name, 该方法执行时需要验证调用方的地址是否与该智能合约的miter属性相等，这保证了只有物品源方能够调用该方法，若相等则将该智能合约的name属性值设置为good_name。

该代币智能合约构建完成后，物品源方可调用该智能合约的mint(uint amount)方法，进行代币发行。该方法接受一个无符号整数类型的参数amount, 该方法执行时需要验证调用方的地址是否与该智能合约的miter属性相等，若相等则将minter的账户余额加上amount。

该代币智能合约构建完成后，流通网络中的参与者可调用该智能合约的send(address receiver, uint amount)方法，将一定数量的代币交付给下游参与者。该方法接受两个参数，其中第一个是地址类型的参数receiver, 第二个是无符号整数类型的参数amount, 该方法执行时需要验证调用方账户内是否有足够的余额，若有足够的余额，则将msg.sender（调用方）的账户余额减去amount, 同时将receiver的账户余额加上amount。

流通网络的参与者执行的方法包括。

方法101、物品源方使用上述智能合约在区块链中发行代表该物品的数字代币，简称物品代币，物品代币只能由物品源方发行，不能由流通网络中的其他参与者发行。

若物品源方要发行m单位的物品代币，则物品源方调用上述智能合约的方法mint(m), 该方法正确执行后，将在区块链里发行m单位的物品代币。

方法102、流通网络中的参与者在将一定数量所述物品交付给下游参与者时，可交付同等数量的所述物品代币给所述下游参与者，也可不交付所述物品代币给所述下游参与者，若某交付行为没有交付物品代币给下游参与者，则该交付行为就没有在区块链里得到记录。

假设参与者A和参与者B在区块链中的地址分别为A_address和B_address, 若A向B交付了L单位的物品，A可调用上述智能合约的方法send(B_address, L), 该方法正确执行后，A将向B交付L单位的物品代币，A也可不执行上述方法，若A没有执行上述物品代币交付方法，则只通过检索区块链中的数据并不能了解到实际发生了该次物品交付行为，即该交付行为没有区块链里得到记录。

这样的不强制要求，物品交付必须伴有相应的物品代币交付，降低了实施本发明的监督成本，增强了实用性。

供溯源服务的服务商执行的方法包括：方法103、根据上述区块链中记录的物品代币的流通信息和流通网络中参与者披露的信息，估计从某一参与者处获得的一件所述物品来自物品源方的概率, 请参阅图2，图2为本发明实施例中估计某一物品来自物品源方的概率的方法，该方法包括以下步骤。

步骤201、选择一段合适的足够长的时间。

步骤202、检查代币智能合约，得到在这段时间内参与者从参与者处获得的物品代币数量, 构建代币流通矩阵。

在该流通矩阵中，表示的实际含义是在这段时间内，区块链里记录的参与者从参与者处获得的物品数量, 其中, 这是因为表示的含义是参与者向自己进货的数量，这是没有实际意义的，自然为零。

步骤203、根据步骤202得到的和参与者披露的信息，估计在这段时间内，参与者获得的该物品的总量, 构建进货总量向量。

估计的准确程度有赖于参与者披露的信息，若所述参与者披露了足够可信的的估计量, 则令, 若参与者没有披露足够可信的的估计量，则令, 其中为酌情选取的大于1的正数。

步骤204、假定在该时间段的期初参与者的库存为零，并且每个参与者是随机发货的，根据和, 以公式估计从参与者处获得的一件物品来自参与者的直接上游参与者的概率, 构建初次追溯矩阵。

直接上游参与者表示的含义是，在所考察的时间段内，该参与者向目标参与者交付了物品代币。例如，若参与者向参与者在这段时间内交付了10单位的物品代币，则称是的直接上游参与者，若没有交付任何物品代币，则不是的直接上游参与者。直接上游参与者这个概念是相对于上游参与者这个概念而言的，严格而言是除其本身以外的所有参与者的上游参与者，因为所有的物品代币都是由发出的。

步骤205、根据步骤204得到的，计算从参与者处获得的一件物品来自物品源方的概率, 和的关系满足方程组，因此可通过求解上述程组得到。

在上述方程组中，这是因为直接从物品源方获得的物品，其来自物品源方的概率自然为1。令矩阵，向量，向量，则上述方程组可表述为如下矩阵形式, 可使用1阶定长迭代法求解该线性方程组，递推公式为, 其中为第次迭代求得的解。

步骤206、随着时间的流逝和参与者披露的信息的变化，重新执行步骤201至所述步骤205，得到更新后的。

在步骤203中，我们假定若参与者没有披露足够可信的的估计量，则令, 其中k为酌情选取的大于1的正数，k值可使用以下方法进行，该由步骤205可知满足,当时,即、当的取值越大时，的值越小；因此在初期可把k值取一个较大的值，这样得到的值较小，当把一个较小的值向外公布时，在一个竞争良好的环境下，将迫使披露更多关于的信息，以提高以后计算出的值。通过这样一次次迭代并给予参与者以压力，最终实现对值较为准确的估计，并迫使参与者提高其, 最终可实现完全溯源。

本发明可行性的关键在于步骤205中线性方程组的解是否存在，一阶定长法是否收敛，要使一阶定长法收敛，只需证明, 证明了一阶定长法收敛，也即证明了方程组解的存在，为了证明这个条件，我们需要先考察一类特殊有向图的性质。

定义1 设有向加权图, 其顶点集合, 边集合为,边的条数,图满足以下条件。

(1)不存在自身环（self loop, 连接某个顶点自身的边）和重边（multipleedge,多条边的起点一样，终点也一样）。

(2)顶点可达除了顶点外的其他所有顶点。

(3)的入度, 即顶点外的任意顶点到顶点都不存在通路。

(4)令为有向边的权值，当时表示有向边不存在。同理，当有向边不存在时, 。对于, 满足。

在介绍图 的性质之前，为了方便其后的数学表示，再来介绍几个定义。

定义2 假设表示顶点到顶点的一条通路, 表示这条通路所包含的边的集合；将通路上所有边的权值之积，称为这条通路的积，记为, 即. 特殊的当时, 表示顶点到顶点的一条环，此时表示这条环的积。

性质1 对于图中的任意一个环,恒有。

证明 设图中的一个环为, 其中序列和序列分别为环依次经过的顶点和边。令,易知, , 所以图是图的一个子图。

由定义1的条件4可知，边的权值满足, 由定义2可得，环 的积, 由上述两式可得 满足, 之所以 , 是因为若环的积为零，则必然有一边的权值为零，此时不为环，与题设不符。

我们已证, 若要证明性质1，只需证明, 下面我们使用反证法证明此不等式，假设图中存在的环。当时，可得; 设在图中以顶点 为终点的边组成的集合为, 易知;由定义1的条件4可知中所有边的权值之和满足; 由上述三式可得，以顶点为终点的边只有一条，即,这表明在图中顶点的入度均为1。

因为图中顶点的入度为0（定义1的条件3），所以顶点一定不是图中的一个顶点。因为边的起点在顶点集合内。所以在图中，图外的任意顶点都无法链接到图中的任何一个顶点。由以上两点可知，顶点不可达图中的任何一个顶点，这与定义1的条件2相矛盾。所以图中一定不存的环。综上所述, 性质1得证。

定义3 令, 在本文中我们称矩阵 为图的赋权邻接矩阵，记为, 从中我们可以看出在矩阵 中, 可由定义1中条件1得出，因为图中不存在自身环，故顶点到顶点的有向边不存在，而表示有向边的权值，所以;可由定义1中的条件3得出，因为点的入度为0，故对于任一以为终点的有向边均不存在，所以。

定义4 令表示顶点到顶点经过条边的通路的集合。我们将通路集合 中所有通路的积之和，称为该通路集合的积，记为, 即, 同理 表示环集合 的积。

性质2 令矩阵的次方幂, 则。

证明 使用数学归纳法证明，当时, 由定义3和4可得原式成立；假设当时原式成立，即;由矩阵的乘法运算法则可得, 由上两式和定义3可得。

当时，原式可化为, 因此若要证明性质2只需证明。

下面我们来证明上式成立，设表示从顶点到顶点经过了条边，且通过的倒数第二个顶点为 的通路所组成的集合，由定义4可得, 因为的取值只能为, 所以, 所以,由上述两式可得原式成立，性质2得证。

性质3 , 其中为零矩阵。

证明由性质2可得,若要证明,只需证明,设, 表示的含义是顶点到顶点经过条边的一条通路。当时，因为图中的顶点数是有限的，此时若存在，则该通路中一定包含一个环，不妨设这个环为, 其中表示该环经过条边。

如果将环再重复一次可以得到顶点到顶点的一条经过条边的通路,同理，环重复次可得顶点到顶点的一条经过条边的通路, 由定义2可得其积为. 又因为(由性质1可知)，所以,即。

由定义4可得,由因为为有限集合，所以, 综上所述, 性质3得证。

考察完了图的性质，下面我们来证明本节开头提到的问题，即证明成立。

证明 我们将流通网络中的个参与者，看做有向加权图中的个顶点, 其中, 顶点到顶点的权值为。

根据图的实际意义，可知图中不存在自身环和重边，从顶点可达除外的所有顶点，但外的任意顶点都不可达, 满足定义1的条件1至3；由的定义可得图还满足定义1的条件4。

综上所述，图满足定义1中的所有条件，所以图是符合定义1的一个有向加权图。此时图的赋权邻接矩阵,其中表示矩阵的转置矩阵，由实际意义可知其一定为实矩阵，因此由性质3可得，又因为,所以：, 原式得证。

Claims (7)

1.一种基于区块链数字代币的有限溯源方法，其特征在于，其应用于有个参与者组成的流通网络中，其中为所要溯源物品的源方，所述的方法包括：

所述物品源方在区块链中发行代表所述物品的数字代币，以下简称物品代币；所述流通网络中的参与者在将一定数量所述物品交付给下游参与者时，可交付同等数量的所述物品代币给所述下游参与者，也可不交付所述物品代币给所述下游参与者；根据所述区块链中记录的所述物品代币的流通信息和所诉流通网络中所述参与者披露的信息，估计从某一所述参与者处获得的一件所述物品来自所述物品源方的概率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物品代币只能由所诉物品源方发行，不能由所述流通网络中的其他所述参与者发行。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述的方法包括以下步骤：

步骤一、选取一段足够长的时间段；步骤二、从所述区块链内检索得到，在所述时间段内，所述参与者从所述参与者处获得的所述物品代币的数量; 步骤三、估计在所述时间段内，所述参与者获得的所述物品的总量;步骤四、估计从所述参与者处获得的一件物品来自所述参与者的直接上游参与者的概率; 步骤五、根据所述，计算得到所述。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤五之后还包括：

步骤六、随着时间的流逝和所述参与者披露的信息的变化，重新选取一段足够长的时间段，重新执行所述步骤二至所述步骤五，得到更新后的所述。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤三的所述的估计方法包括：

若所述参与者披露了足够可信的所述的估计量, 则所述, 若所述参与者没有披露足够可信的所述的估计量，则所述, 其中所述为酌情选取的大于1的正数。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤四的所述的估计方法包括：

可估计为从所述参与者处获得的一件物品来自的概率，即所述。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤五的计算所述的方法包括：

所述和所述的关系满足, 求解所诉方程组，即可求得所述.

根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

令矩阵,向量, 向量,则所述方程组可表述为, 可使用1阶定长迭代法求解所述线性方程组，所述一阶定长迭代法的递推公式为: , 其中所述为第次迭代求得的解。