基于以太坊的有机蔬菜交易平台的设计

摘要：该文旨在设计一种基于区块链技术的有机蔬菜交易平台，以解决传统蔬菜交易中的信任问题和信息不对称现象。该平台利用以太坊和传统电商系统相结合的技术方案，利用区块链去中心化、不可篡改和透明等特性，传统电商系统负责蔬菜交易，而区块链系统则负责存储交易信息并保护用户隐私，智能合约确保交易的安全性和可信度。由于区块链系统具有正确性和不可篡改性，能够对蔬菜进行溯源，从而进一步约束商家以保障蔬菜质量。

关键词：智能合约；区块链；以太坊；有机蔬菜；交易平台

中图分类号：TN925      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）25-0045-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

0 引言

当今社会，人们对健康生活的关注日益增加，越来越多的人开始追求健康饮食和生活方式。而有机蔬菜因其对身体健康的益处和不含有害物质的特点而备受青睐[1]。然而，由于交易和种植成本较高，有机蔬菜并没有能够普及到所有的消费者手中。同时，也存在着一些商家欺诈，以次充好的问题[2]，使得消费者难以放心购买。另一方面，有机蔬菜供应链本身就存在着信息不对称现象，例如，供应链内部各组织之间的信息不对称、供应链内外部组织之间的信息不对称以及供应链外部组织之间的信息不对称[3]。因此，传统的有机蔬菜交易往往存在着严重的信任问题。

区块链技术的出现给予了解决以上问题的可能性，“区块链+有机蔬菜认证[4-5]”“区块链+信贷保险[6]”等想法应运而生。但使用基于区块链技术的有机蔬菜交易平台仍是较少的，由于现有的蔬菜交易平台往往存在着有机蔬菜价格过于昂贵、蔬菜质量无法保证、隐私信息容易泄露、交易信息易造假等明显缺陷[7]。

所以，本文从交易平台的角度入手，利用区块链的分布式账本特性，使得所有的交易信息都可以被记录并且不可篡改，从而有效保护用户的隐私信息和蔬菜交易的真实性。因此，基于区块链的有机蔬菜交易平台可以通过实现信息的真实性和追踪性，有效降低蔬菜质量问题和交易成本，同时提高消费者对蔬菜的信任度和满意度。通过设计一个易于使用的平台，农户可以轻松地将自己种植的有机蔬菜出售给消费者，从而推动有机蔬菜的普及化。同时，基于区块链的有机蔬菜交易平台还可以避免传统蔬菜交易中的中间环节，实现点对点、人对人的交易，从而降低经济成本和时间成本。这使得消费者能够更加便捷地购买到新鲜、高质量的有机蔬菜，而种植者也能够获得更高的收益。

总之，基于区块链的有机蔬菜交易平台是一种创新的蔬菜交易模式，能够有效解决传统蔬菜交易中存在的种种问题。其应用不仅能够提高蔬菜的质量和消费者对蔬菜的信任度，而且还能够促进有机蔬菜的普及化，同时也能够实现家庭自给自足的理念，减少资源浪费。因此，设计一种基于区块链的有机蔬菜交易平台是非常有意义的。

1 平台设计需求分析

平台用户分为三种：普通用户、商家用户和管理员用户。

平台只允许经过认证的种植者成为商家用户，并会将身份信息通过哈希运算生成唯一的认证编号，这个认证编号也就是商家在平台中的区块链地址。这种方式既可以保障种植者的资质，也可以间接保障蔬菜的质量。商家可以通过描述和图片在平台上展示他们种植的蔬菜，并设定自己的价格。如果其他用户有兴趣购买，他们可以查看信息并发起通讯。

普通用户使用平台同样需要通过注册，用户只需要用手机号进行简单的注册登录即可，系统会根据用户手机号给予用户一个唯一的区块链地址。用户在购买蔬菜时，平台会将所收到的款项自动转换成对应积分数额，交易成功确认后，平台会将积分自动转至商家区块链地址上，以此保证每笔蔬菜交易都链接到积分交易。蔬菜交易可以通过线下面对面交易也可以选择线上快递交易。

管理员用户则是平台内部账户，管理员需要进行智能合约管理、通知管理、商品管理、订单查询、积分管理、用户管理等操作。

本平台的业务应用场景图如图1所示。

2 关键技术

2.1 区块链技术

区块链是一种基于许多理论和实践成果的综合创新技术。目前，区块链技术被广泛应用于各个行业和领域。最初由中本聪提出的区块链概念是一个基于哈希值的工作证明链，用于在线交易，没有任何中央金融机构。区块链以分布式方式实现，由数字化记录组成，是极难被篡改的数字账本系统。其不变性和安全性由密码学保证，其一致性由共识算法保证，其去中心化由分布式点对点架构保证。区块链有四个主要特征：匿名性、不可更改性、可追溯性和去中心化。去中心化作为区块链的特征之一，根据中心化程度可以分为三种类型：公有链、联盟链和私有链。本文所选择的以太坊则属于公有链。

2.2 以太坊

以太坊立足比特币创新之上，其专属加密货币为以太币，于2015年启动，两者之间有一些显著不同。两者都允许你使用数字货币，而无须支付服务提供商或银行。但是以太坊是可编程的，所以还可以在以太坊网络上构建和部署去中心化应用程序。

以太坊和比特币一样，是一种公有链，其中嵌入了以太坊虚拟机（EVM） 其状态得到以太坊网络中所有人的一致同意。 每个以太坊节点都会保存一份它的副本。它是以去中心化、无须许可、抗审查的方式构建应用程序和组织的基础。此外，任何参与者都可以广播请求以太坊虚拟机进行任意计算。 每当广播这样的请求时，网络上的其他参与者就会检查、验证并执行该计算。该执行会导致以太坊虚拟机的状态变化，并且在整个网络中传播。

2.3 智能合约

智能合约只是一个运行在以太坊链上的一个程序。它是位于以太坊区块链上一个特定地址的一系列代码函数和数据状态。智能合约也是一个以太坊账户，也叫合约账户。这意味着它们有余额，可以成为交易的对象。但是，该账户无法被人操控，它们是被部署在网络上作为程序运行着。个人用户可以通过提交交易执行智能合约的某一个函数来与智能合约进行交互。智能合约能像常规合约一样定义规则，并通过代码自动强制执行。默认情况下，智能合约无法删除，与它们的交互是不可逆的。

2.4 开发框架

Truffle是一套面向以太坊开发人员的开发环境工具，用于简化基于EVM的应用程序的开发生命周期。它是第一个为以太坊创建的开发环境软件，自2015年以来一直存在。Truffle也是以太坊最受欢迎的开源开发框架，它集成了智能合约生命周期管理、自动化智能合约测试、脚本化部署和迁移、网络管理等功能。

3 平台设计

3.1 区块链框架选型

首先，以太坊是最早、最成熟的智能合约平台之一，已经在全球范围内得到广泛应用。它拥有大量的开发者和社区支持，有丰富的技术文档和开发工具，使得在以太坊上构建应用更加便捷。

其次，以太坊的核心特点是支持智能合约的执行。智能合约是一种在区块链上运行的自动化合约，可以定义参与方之间的交互规则和条件。这使得以太坊成为构建具有复杂业务逻辑的有机蔬菜交易平台的理想选择。

最后，以太坊拥有庞大的生态系统，包括开发者社区、项目孵化器、交易所和钱包等。这些组成部分共同构成了一个丰富的区块链生态系统，提供了丰富的技术和商业资源，使得基于以太坊的有机蔬菜交易平台能够与其他以太坊生态系统中的应用进行互操作和集成。考虑到本平台的应用场景，本文选择采用以太坊公有链作为底层区块链技术框架，以确保平台的安全性和隐私性。

3.2 共识算法选型

以太坊当前的主网仍然使用Proof of Work （PoW） 共识算法，这意味着平台用户必须通过解决数学难题来竞争记账权，并获得区块奖励。以太坊主网上的共识算法是由以太坊开发团队决定的，开发者无法更改该算法。

然而，以太坊正在进行Ethereum 2.0的过渡，该过渡将引入Proof of Stake （PoS）共识算法。由于PoS算法在能源效率、可扩展性、安全性、去中心化程度等方面均优于PoW。所以，本平台计划参与以太坊2.0的测试网络，Ethereum 2.0 Beacon Chain。这个测试网络采用PoS共识算法，可以在测试环境中体验和开发基于PoS的应用程序。

3.3 平台整体架构设计

1） 用户通过网页浏览器浏览平台网站，进行浏览蔬菜、购买蔬菜等操作，通过与Web应用程序进行交互在积分交易系统中更新区块链状态。

2） 平台使用Web3.js接口构建前端界面，通过API接口，提升系统开发效率。

3） 平台通过智能合约的部署，自动实现积分交易，保障交易公平性。

4） 平台底层利用区块链存储和MySQL数据库进行联合存储，其中，与积分交易、订单信息相关的重要数据存储在以太坊的状态数据库中的，其他数据均存储在MySQL数据库中。

4 积分交易系统设计

平台会将用户的付款金额自动兑换成积分，在交易成功后，才会向商家发放积分，商家随时可以向平台发起积分清算，把积分兑换成货币。商城也可以向用户发放积分，用户可以将自己账户内的积分转让给其他用户及商户。总之，在平台中的交易都以积分的形式进行交易，而积分作为Token，作为交易的载体，能够清楚安全地记录并回溯平台中的每笔交易，以此来增加平台的安全性以及用户的隐私性。

平台的积分可以由平台发放、由用户之间自愿转移和由用户自己或管理员查询。由于每笔蔬菜交易都链接到积分交易，因此订单详细信息和评论等关键信息都记录在区块链系统上，使信息可靠、防篡改和值得信赖，同时也保护了用户隐私。平台还采用加密、验证等多种技术措施，在保持匿名性的同时保护用户隐私，增强用户对平台的信任，满足用户对优质、绿色蔬菜和隐私保护的需求。

由于每一个区块链上的用户都将拥有自己的私钥，而每一笔交易都是通过私钥签名的，再经过全网节点认证后存入区块链，并且一经存储将不得修改，保证了流通过程中的安全性，使得积分设计不再“鸡肋”，大大改善了用户体验，增加了用户粘性。积分交易业务流程如图3所示。

5 智能合约设计

本文积分交易系统智能合约代码如图4。需要注意的是，balances是一个映射，用于存储每个用户的积分余额。allowances是一个双层映射，用于存储用户授权给其他地址的积分额度。event是用于触发事件的关键字，用于记录转账和授权的操作。balanceOf函数用于查询指定账户的积分余额。transfer函数实现了用户向其他账户转账的逻辑。在转账前，需要检查目标地址的有效性和用户余额是否足够，然后更新发送方和接收方的积分余额，并触发转账事件。approve函数用于用户授权其他账户可以代付一定额度的积分。在授权前，需要指定授权目标地址和授权额度，并更新allowances映射。同时触发授权事件。transferFrom函数实现了从指定账户向其他账户转账的逻辑，需要事先获得授权才能进行转账。在转账前，需要检查目标地址的有效性、发送方余额是否足够以及授权额度是否足够，然后更新发送方和接收方的积分余额，并更新授权额度，触发转账事件。

6 结束语

本文首先分析了有机蔬菜的行业现状和痛点，接着阐述了近些年研究者们在相关方向做出的成果，再由这些成果在交易平台上研究的缺失，提出了一种基于以太坊的有机蔬菜交易平台。本文详细介绍了该平台的业务流程、功能模块、系统架构等内容，总体方案切实可行，逻辑严谨，能够为后续的平台实现、应用落地奠定了理论基础，也希望能够为后续同行业的研究者提供相关思路。

参考文献：

[1] 时念芹.有机蔬菜种植模式推广与应用的研究[J].种子科技，2022，40（12）：55-57.

[2] 徐海平.有机蔬菜种植的前景分析与对策[J].广东蚕业，2020，54（3）：7-8.

[3] 郑雪清.基于区块链技术破解有机蔬菜供应链信息不对称难题的策略研究[J].企业改革与管理，2022（17）：70-72.

[4] 崔金银.基于区块链的有机蔬菜认证与溯源研究[D].广州：华南理工大学，2020.

[5] 张冠湘，崔金银，蔡文学，等.基于区块链的有机蔬菜认证与溯源方案研究[J].安徽农业科学，2019，47（24）：222-225.

[6] 王运.区块链赋能农业保险应用研究[J].南方农机，2023，54（5）：42-44.

[7] 李振翔.基于区块链的家庭种植蔬菜共享交易平台设计与实现[D].银川：北方民族大学，2021.

【通联编辑：谢媛媛】