CN107909372A - 一种基于区块链技术的农产品溯源方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于区块链技术的农产品溯源方法，该发明中将区块链技术应用于系统的数据库层与通信层。通过全球统一标识系统来编码农产品，数据录入过程采用数字签名和智能合约保证数据不被篡改。所有数据都存储在区块链中并且支持被授权的节点对其进行访问。数据访问的权限又取决于参与者在供应链中的角色与职能。从而解决了传统的农产品溯源系统面临的信息采集不标准、数据存储不安全、中心系统易受攻击和企业间信息交换过程隐私不能保障等问题。

Description

一种基于区块链技术的农产品溯源方法

技术领域

本发明属于区块链技术以及食品安全领域，具体涉及一种基于区块链技术的农产品溯源方法。

背景技术

近年来，食品安全事件频发，禽流感、瘦肉精、三聚氰胺、大米镉超标等一系列的质量安全问题引发了消费者信任危机，也是国家建设发展诚信社会工作上的重大挑战。食品溯源系统能够标识食品来源，提供其从生产到餐桌全过程中的详细信息。一旦发生了食品安全意外事件，通过食品溯源系统可以快速准确地定位到发生问题环节，明确责任主体，及时召回问题食品，遏制问题蔓延势头，这是解决目前食品安全窘迫现状的有效方法之一。当前食品安全溯源系统始终依赖于权威政府机构来管理中心数据库，并且食品供应链中各角色间信息传递的可靠性问题尚有待解决。对于农产品来说，从“农场到餐桌”的产前、产中、产后的过程涉及农资供应商、农户等生产商、加工商、中间商和末端消费者等，涉及到的“点多、线长、面广、错综交叉”，食品安全监管和溯源尤为困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于区块链技术的农产品溯源方法，区块链技术具有分布式容错、不可篡改与隐私保护的特点，可以针对性地解决目前食品溯源系统中面临问题。该方法将区块链底层技术和食品安全行业适当结合，在食品溯源领域中构建出一个算法式的信任世界，提高食品安全系统的可靠性与安全性。

本发明提出的基于区块链技术的农产品溯源方法，所述方法使用农产品溯源系统，将区块链植入食品溯源架构进行；

所述的农产品溯源系统分为物理层、通信层、数据库层和应用层；所述的物理层包含传感器和执行器，用于数据采集并转发到上层协议；所述的通信层包括网络结构与协议，基于区块链技术以太坊平台和Telehash信息传递协议；所述的数据库层用于储存区块链中的所有信息；所述的应用层用于嵌入应用程序或协议，提供人机交互入口；

所述的物理层采集到农产品信息后，通过所述的信息层将农产品信息发送到所述的数据库层进行储存；所述的应用层向参与者提供人机接口，使其通过所述的信息层连接到所述的数据库层，读取或修改农产品信息；

所述的农产品溯源系统有数据生成，数据录入和数据访问的功能；所述的区块链技术应用于数据库层与通信层；

所述的数据生成用产品标识和编码来进行，将农产品的信息完全数据化；所述的数据录入采用数字签名和智能合约的形式；所述的数据访问以产品信息电子文档形式进行；

所述的区块链中的食品溯源架构由若干个不同职能的参与者组成，每个参与者对应一个节点，每个节点拥有一个公钥和私钥；公钥向区块链中全体成员公开，而私钥作为交易过程中验证身份与信息的关键；所述的区块链中的食品溯源架构中的不同参与者根据自己的不同职能享有不同的权限；

所述的农产品的信息存储在所述的区块链中，并且支持被授权的节点对其进行访问；信息存取的权限取决于参与者在供应链中的角色与职能；

具体步骤如下：

（1）农产品通过农产品溯源系统进入供应链，建立农产品信息文档；农产品在供应链不同环节流动时，两节点之间达成统一协议并数字签字，协议内容记入农产品信息文档，产品所属关系被转移；交接工作完成时，智能合约执行协议内容，执行内容记入农产品信息文档，系统授权对象向下一节点转移；

（2）每个参与者在注册时创建一个信息档案，信息档案包含其身份、职能和权限的信息；成功注册后，每个参与者获得一个公钥和私钥，公钥向区块链中全体成员公开，而私钥记录该参与者在验证身份、读取信息和修改信息的权限；

（3）参与者使用公钥进入区块链网络，再通过私钥的权限对其区块链网络中特定的信息进行访问，读取或修改对应信息。

本发明中，所述的数据生成采用全球统一标识系统，包含编码体系、数据载体和数据交换功能；所述的数据载体包括条码和RFID；所述的数据交换包括EDI和XML。

本发明中，所述的数字签名采用非对称加密技术，保证信息不被篡改且两节点的身份信息无需公开；当交易在区块链中被核心层节点公证并进行全网广播后，包含交易详细信息的区块按照时间戳顺序成为区块链上的最新环节；所述的智能合约执行协议内容，农产品溯源系统向区块链中下一节点授权，许可其进行相应的操作和信息维护。

本发明中，所述的产品信息电子文档由信息输入条目组成，每条信息输入条目都包含时间戳，所负责参与方的签名和产品相关的认证机构信息。

本发明中，所述的产品信息电子文档中包含产品担责方资料、时间戳、位置信息和产品指定信息，且产品信息电子文档中嵌有规则代码；在参与者访问信息电子文档时需要输入其私钥，农产品溯源系统根据其拥有的权限来展示可见内容。

本发明的有益效果在于：

通过技术架构的分析提出将区块链恰当植入农产品溯源体系的方案，即区块链技术应用于系统的数据库层与通信层，从而解决传统的农产品溯源系统面临的信息采集不标准、数据存储不安全、中心系统易受攻击和企业间信息交换过程隐私不能保障等问题。

附图说明

图1是溯源系统的技术架构。

图2是区块链中的食品溯源网络架构图。

图3是数据输入过程。

图4是产品信息文档模板。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

1、农产品溯源系统的技术架构如图1,主要分为物理层、通信层、数据库层和应用层。其中，区块链技术应用于数据库层与通信层。

2、物理层中主要包含了智能传感器与执行器等，用于数据采集并转发到上层协议，实质上与物联网结构中的物理层相似。设备采用的密码加密技术和访问控制机制使其易受攻击，供应商可从路由器、通信协议等方面对其安全性进行加强。

3、通信层主要包括网络结构与协议。传统物联网架构的通信层主要采用蓝牙、Zigbee、wifi、以太网、3G/4G等通信机制。溯源系统的通信层应用是基于区块链技术的以太坊平台、Telehash信息传递协议，以防止被攻击节点通过网络破坏系统。

4、数据库层主要指分布式存储数据库。区块链中每条记录都包含时间戳及唯一的加密签名，同时完整的交易记录可供任何合法用户进行验证与审核。公有链中不设访问权限，信息记录对网络中所有节点公开，优点在于账本便于审查且具有高透明度，不足之处是执行共识机制的时间成本与耗能较大。在联盟链和私有链中，可访问到账本的合法用户仅是被授权的指定节点。故为增强系统可扩展性与执行效率，联盟链是更佳选择。

5、应用层主要嵌入应用程序或协议，提供人机交互入口。

在产品从生产到消费的全过程中，涉及到的参与者角色及其职责如下：注册机构，为其他参与节点提供唯一的身份账号；标准化组织，定义标准条例并有修改权利；原材料供应商、生产企业、加工制造企业、分销商、零售商，向区块链输入指定产品的主要信息；消费者，购买食品产品，有访问产品特定信息的权限。

6、本发明提出的基于区块链的农产品溯源网络架构如图2所示，首先所有参与者在注册时会创建出一个对应的信息档案，档案内应对其企业信息、职能、地址、资格认证等必要信息。参与者在成功注册后，将会获得一个公钥和私钥，公钥向区块链中全体成员公开，而私钥作为交易过程中验证身份与信息的关键。每个参与者都可以利用已注册ID登陆用户界面，进入指定区块链网络。该软件的开发与维护工作须由可信任的单位来负责，并要有权威的组织机构来承担注册机构的职责。所有信息都存储在区块链中并且支持被授权的节点对其进行访问。信息存取的权限又取决于参与者在供应链中的角色与职能。此外，区块链的运行规则由代码定义并存储在区块链中，无法被区块链中的某一参与者所修改，从而保证数据的真实性与有效性。若要改变区块链运行规则，则同数据存储一般，需要向全部节点进行广播并且由重点部门核实确认。

7、食品溯源系统运行的基础是产品标识与编码，当且仅当对产品进行正确标识，才能实现有效的追踪和溯源。全球统一标识系统是当前比较成熟的系统，包含编码体系、数据载体（如条码、RFID）和数据交换（EDI和XML）。选用该系统对产品进行标识，不但提高了产品编码的标准化程度，而且基于区块链的农产品溯源系统与传统系统之间的兼容性也得到了保障，有利于增强新系统在投入市场应用过程中的适应性。条码技术与RFID技术均支持通过扫描器识别出产品的系统ID并链接到产品的电子信息文档，将数据自动输入系统。

8、当农产品在供应链不同环节流动时，产品所属关系被转移，两节点之间需要达成统一协议并数字签字。数字签名利用了非对称加密技术，保证了信息不被篡改且两节点的身份信息无需公开。当“交易”在区块链网络中被核心层节点公证并进行全网广播后，包含交易详细信息的区块按照时间戳顺序成为区块链上的最新环节。一旦交接工作完成，智能合约执行协议内容，系统授权对象将自动从加工厂转移到物流企业，物流企业方可继续维护并补充产品信息。在“交易”过程中，双方对交易信息的加密解密过程通过不对称密钥完成，保证了信息无法被恶意篡改，解决了交易过程中的诚信问题。数据录入过程如图3所示。

9、对任何参与者而言，产品信息的体现方式都是产品信息电子文档。产品文档模板如下图4所示，每条信息输入条目都有时间戳并且由所负责的参与方签名，与产品相关的认证机构信息也包含在内。此外，为了控制用户对信息文档（包括指定的产品信息、参与者的详细信息等）的访问权限，会在产品文档中嵌入一定的规则代码。在参与者访问信息文档时，需要输入其密钥，系统根据其拥有的权限来展示可见内容。产品信息文档中应包含以下几个方面，产品担责方资料、时间戳、位置信息、产品指定信息等。

10、通过以上农产品溯源系统的信息采集，指定蔬菜产品有一个电子信息文档，文档中应当包含了指定信息如产品的收获日期、物流路线与转运的时间节点和其种植地等。购买产品的用户有权利读取以上关键信息。与顾客无直接关系且涉及到企业隐私的信息只能由区块链中被授权的参与者访问，可在发生食品安全问题后访问此类信息。

Claims (5)

1.一种基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于所述方法使用农产品溯源系统，将区块链植入食品溯源架构进行；

所述的农产品溯源系统分为物理层、通信层、数据库层和应用层；所述的物理层包含传感器和执行器，用于数据采集并转发到上层协议；所述的通信层包括网络结构与协议，基于区块链技术以太坊平台和Telehash信息传递协议；所述的数据库层用于储存区块链中的所有信息；所述的应用层用于嵌入应用程序或协议，提供人机交互入口；

所述的物理层采集到农产品信息后，通过所述的信息层将农产品信息发送到所述的数据库层进行储存；所述的应用层向参与者提供人机接口，使其通过所述的信息层连接到所述的数据库层，读取或修改农产品信息；

所述的农产品溯源系统有数据生成，数据录入和数据访问的功能；所述的区块链技术应用于数据库层与通信层；

所述的数据生成用产品标识和编码来进行，将农产品的信息完全数据化；所述的数据录入采用数字签名和智能合约的形式；所述的数据访问以产品信息电子文档形式进行；

所述的区块链中的食品溯源架构由若干个不同职能的参与者组成，每个参与者对应一个节点，每个节点拥有一个公钥和私钥；公钥向区块链中全体成员公开，而私钥作为交易过程中验证身份与信息的关键；所述的区块链中的食品溯源架构中的不同参与者根据自己的不同职能享有不同的权限；

所述的农产品的信息存储在所述的区块链中，并且支持被授权的节点对其进行访问；信息存取的权限取决于参与者在供应链中的角色与职能；

具体步骤如下：

（1）农产品通过农产品溯源系统进入供应链，建立农产品信息文档；农产品在供应链不同环节流动时，两节点之间达成统一协议并数字签字，协议内容记入农产品信息文档，产品所属关系被转移；交接工作完成时，智能合约执行协议内容，执行内容记入农产品信息文档，系统授权对象向下一节点转移；

（2）每个参与者在注册时创建一个信息档案，信息档案包含其身份、职能和权限的信息；成功注册后，每个参与者获得一个公钥和私钥，公钥向区块链中全体成员公开，而私钥记录该参与者在验证身份、读取信息和修改信息的权限；

（3）参与者使用公钥进入区块链网络，再通过私钥的权限对其区块链网络中特定的信息进行访问，读取或修改对应信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于所述的数据生成采用全球统一标识系统，包含编码体系、数据载体和数据交换功能；所述的数据载体包括条码和RFID；所述的数据交换包括EDI和XML。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于所述的数字签名采用非对称加密技术，保证信息不被篡改且两节点的身份信息无需公开；当交易在区块链中被核心层节点公证并进行全网广播后，包含交易详细信息的区块按照时间戳顺序成为区块链上的最新环节；所述的智能合约执行协议内容，农产品溯源系统向区块链中下一节点授权，许可其进行相应的操作和信息维护。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于所述的产品信息电子文档由信息输入条目组成，每条信息输入条目都包含时间戳，所负责参与方的签名和产品相关的认证机构信息。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于所述的产品信息电子文档中包含产品担责方资料、时间戳、位置信息和产品指定信息，且产品信息电子文档中嵌有规则代码；在参与者访问信息电子文档时需要输入其私钥，农产品溯源系统根据其拥有的权限来展示可见内容。