基于區(qū)塊鏈技術(shù)的糧食產(chǎn)品溯源系統(tǒng)模型研究

關(guān)鍵詞：去中心化;糧食產(chǎn)品;溯源;模型

中圖法分類號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1溯源系統(tǒng)模型總體分析

本文所提出的溯源系統(tǒng)模型，為糧食產(chǎn)品溯源提供了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化解決方案。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的不可偽造、全程留痕、可以追溯、公開(kāi)透明和集體維護(hù)等特點(diǎn)，把糧食產(chǎn)品的信息數(shù)據(jù)建成一個(gè)共享的、不可更改的“電子賬本”，可以為系統(tǒng)溯源提供強(qiáng)大、安全、可靠、高效的數(shù)據(jù)服務(wù)。本系統(tǒng)模型的建設(shè)主要分為兩部分：一是使用Java語(yǔ)言設(shè)計(jì)溯源系統(tǒng)前端;二是采用區(qū)塊鏈技術(shù)，建設(shè)糧食產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)共享后臺(tái)。

之所以設(shè)計(jì)溯源系統(tǒng)前端，主要是為不同的主體提供相應(yīng)的權(quán)限和接口，讓生產(chǎn)者、運(yùn)輸者、存儲(chǔ)者、銷(xiāo)售者、消費(fèi)者、監(jiān)管者等六方，通過(guò)登錄系統(tǒng)，注冊(cè)登記，獲取秘鑰，獲取不同權(quán)限，進(jìn)行糧食產(chǎn)品信息的錄入、查詢、追溯和驗(yàn)證。

糧食產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)共享后臺(tái)的建設(shè)，主要是根據(jù)糧食供應(yīng)鏈場(chǎng)景的特殊性、系統(tǒng)分配的權(quán)限使用秘鑰，完成在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)的錄入與追溯。相關(guān)的政府權(quán)威機(jī)構(gòu)則負(fù)責(zé)制定標(biāo)準(zhǔn)條例，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督?？傊?，由密鑰決定與參與者身份相對(duì)應(yīng)的權(quán)限。

2區(qū)塊鏈技術(shù)介紹

傳統(tǒng)的溯源系統(tǒng)都基于中心化的數(shù)據(jù)庫(kù)，從安全性來(lái)講，其具有天然的缺陷。而區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改、公開(kāi)性、匿名性等優(yōu)點(diǎn)，正好可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)中心化的缺陷，與溯源技術(shù)可以完美結(jié)合。區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一個(gè)去中心化的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)里的內(nèi)容一旦記錄在鏈則無(wú)法篡改，且所有內(nèi)容都可追溯其來(lái)源。

2.1去中心化

去中心化，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)其實(shí)是多中心無(wú)中介，不需要中心化代理，簡(jiǎn)便高效，可以解決交易中最大的問(wèn)題——信任問(wèn)題。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⒏鹘灰字黧w連通起來(lái)，為不同記賬系統(tǒng)建立起可靠的溝通橋梁，創(chuàng)造統(tǒng)一共識(shí)協(xié)議，不需要任何強(qiáng)信任中心即可完成支付，簡(jiǎn)便高效。區(qū)塊鏈的去中心化主要體現(xiàn)在過(guò)程上，在發(fā)展的過(guò)程中逐漸誕生了三種方式：公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈。比特幣的區(qū)塊鏈?zhǔn)亲罾硐牖墓墟?聯(lián)盟鏈不對(duì)所有人開(kāi)放;私有鏈由單一主體完全控制。從公有鏈、聯(lián)盟鏈再到私有鏈，去中心化的程度在減弱，這是一項(xiàng)技術(shù)在使用中的自然演變。

2.2不可篡改

所謂不可篡改，就是在達(dá)成共識(shí)后記錄到區(qū)塊鏈中的信息不可篡改，或者說(shuō)對(duì)信息的所有變動(dòng)都留有修改痕跡。這并非區(qū)塊鏈的核心特征，但卻是最直接的用途。區(qū)塊鏈技術(shù)采用哈希算法密碼體制，該算法是通過(guò)一種不可逆的方式，將一段信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一段長(zhǎng)度較短、位數(shù)固定的輸出信息。由于加密過(guò)程不可逆，因此無(wú)法通過(guò)輸出信息逆向推斷出原文信息。同時(shí)，當(dāng)區(qū)塊鏈上某區(qū)塊信息受到攻擊時(shí)，也只能影響其相連的區(qū)塊信息，從而在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了信息的不可篡改。一旦信息經(jīng)過(guò)驗(yàn)證并添加至區(qū)塊鏈，就會(huì)永久存儲(chǔ)，除非能夠同時(shí)控制住系統(tǒng)中超過(guò)51%的節(jié)點(diǎn)，否則單個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改是無(wú)效的，因此區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性極強(qiáng)。

2.3可追溯

區(qū)塊鏈技術(shù)采用的是去中心化、分布式加密存儲(chǔ)，就是將商品信息（如原料信息、加工信息、存儲(chǔ)信息、物流信息等），采用哈希算法加密，轉(zhuǎn)換為一串加密信息數(shù)據(jù)上傳至鏈上。在區(qū)塊鏈上，我們查詢到的存儲(chǔ)信息并不是產(chǎn)品的源數(shù)據(jù)，而是通過(guò)加密形式產(chǎn)生的一串哈希值，這可以更好的保護(hù)企業(yè)隱私。通過(guò)查詢檢驗(yàn)，我們可以看到上鏈信息的各項(xiàng)具體數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)了可追溯。

2.4匿名性

所謂匿名性，就是指從區(qū)塊鏈方面來(lái)講，別人無(wú)法知道你在區(qū)塊鏈上有多少資產(chǎn)，以及和誰(shuí)進(jìn)行了轉(zhuǎn)賬，甚至對(duì)隱私信息進(jìn)行的加密都是匿名加密。因?yàn)閰^(qū)塊鏈各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換遵循固定且預(yù)知的算法，所以區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是無(wú)須信任的，可以基于地址而非個(gè)人身份進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此，交易對(duì)手無(wú)須通過(guò)公開(kāi)身份的方式讓對(duì)方產(chǎn)生信任，對(duì)信用的累積非常有幫助。

3使用Java語(yǔ)言設(shè)計(jì)溯源系統(tǒng)模型前端

由于Java語(yǔ)言具有面向?qū)ο?、可移植性好、安全性高的特點(diǎn)，因此本模型采用Java語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)前端的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的主要功能模塊分四大部分：分別是消費(fèi)者、監(jiān)管者、糧食產(chǎn)品供應(yīng)鏈各方、系統(tǒng)管理員。每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)如下。

（1）消費(fèi)者功能模塊。主要包括用戶登錄注冊(cè)、溯源查詢、建議意見(jiàn)、問(wèn)題投訴。通過(guò)終端掃描產(chǎn)品二維碼，可以查詢產(chǎn)品信息，從而溯源流通過(guò)程;并從糧食產(chǎn)品信息共享平臺(tái)導(dǎo)出溯源產(chǎn)品信息，形成該產(chǎn)品的溯源信息文檔;保證信息安全可靠、無(wú)篡改、全鏈透明。

（2）監(jiān)管者功能模塊。主要包括登錄注冊(cè)、溯源查詢、產(chǎn)品召回、消息管理、監(jiān)管公布等。以監(jiān)管者的身份登錄/注冊(cè)系統(tǒng)，根據(jù)消費(fèi)者的投訴反饋啟動(dòng)調(diào)查機(jī)制，開(kāi)展產(chǎn)品溯源;聯(lián)合相關(guān)部門(mén)就產(chǎn)品質(zhì)量開(kāi)展調(diào)查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在流通鏈中出現(xiàn)的問(wèn)題;并發(fā)布監(jiān)管調(diào)查報(bào)告，督促相關(guān)方積極整改，最終向社會(huì)公布調(diào)查結(jié)果。

（3）糧食產(chǎn)品供應(yīng)鏈各方功能模塊。主要包括注冊(cè)登錄、信息錄入、溯源查詢、消息管理、問(wèn)題反饋。

糧食產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的各方錄入企業(yè)信息，進(jìn)行注冊(cè)登記;系統(tǒng)分配相應(yīng)權(quán)限，系統(tǒng)管理員得到密鑰對(duì)，用于產(chǎn)品信息錄入;可以查詢供應(yīng)鏈的產(chǎn)品流通信息;在消息管理中，接收來(lái)自消費(fèi)者、監(jiān)管者的消息反饋，并就反饋的問(wèn)題積極配合，做好相關(guān)產(chǎn)品的溯源、問(wèn)題調(diào)查。

（4）系統(tǒng)管理者功能模塊。主要包括注冊(cè)用戶資料審核、用戶權(quán)限分配、產(chǎn)品信息錄入審核、系統(tǒng)維護(hù)管理。系統(tǒng)管理員需要審核注冊(cè)用戶的資料，把好審核關(guān)，仔細(xì)驗(yàn)證用戶資料;根據(jù)用戶所處糧食供應(yīng)鏈的節(jié)點(diǎn)，生成密鑰對(duì)，分配相應(yīng)權(quán)限，錄入相關(guān)信息。如生產(chǎn)方需要錄入糧食產(chǎn)品的產(chǎn)地、具體位置、生長(zhǎng)周期、環(huán)境條件，生長(zhǎng)視頻采集等，需要注意錄入數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范操作;系統(tǒng)管理員還要根據(jù)收到的問(wèn)題投訴、監(jiān)管反饋，做好產(chǎn)品的調(diào)查、召回等工作。

4基于區(qū)塊鏈技術(shù)的糧食產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)

本模型采用基于區(qū)塊鏈的IPFS存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)搭建糧食產(chǎn)品信息平臺(tái)。IPFS技術(shù)是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的分布式文件系統(tǒng)協(xié)議，利用分布式哈希表解決數(shù)據(jù)的傳輸和定位問(wèn)題，把點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單點(diǎn)傳輸改變成P2P（多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）的傳輸。其中，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)是哈希鏈。因此，在采集糧食產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的信息都采用哈希鏈?zhǔn)竭M(jìn)行存儲(chǔ)，以圖像、視頻信息為主，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。具體采集數(shù)據(jù)如下。

（1）生產(chǎn)方。根據(jù)溯源系統(tǒng)分配的權(quán)限與秘鑰，需要錄入的節(jié)點(diǎn)信息如下：企業(yè)或個(gè)人人資質(zhì)、產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)情況、周?chē)h(huán)境、天氣情況、病害情況、施藥情況、收割情況等。

（2）運(yùn)輸方。此節(jié)點(diǎn)需要錄入的信息如下：運(yùn)輸企業(yè)資質(zhì)、承運(yùn)合同、承運(yùn)方、包裝方式、運(yùn)輸車(chē)輛、運(yùn)輸路線、運(yùn)輸時(shí)間、到貨情況、裝卸情況等。

（3）加工方。此節(jié)點(diǎn)需要錄入的信息如下：加工企業(yè)資質(zhì)、加工合同、產(chǎn)品數(shù)量、加工方式、加工環(huán)境、加工數(shù)量、包裝情況、加工工人情況、加工位置等。

（4）存儲(chǔ)方。此節(jié)點(diǎn)需要錄入的信息如下：存儲(chǔ)企業(yè)資質(zhì)、存儲(chǔ)合同、產(chǎn)品名稱、存儲(chǔ)位置、存儲(chǔ)環(huán)境、存儲(chǔ)方式、存儲(chǔ)建筑維修情況、人員出入登記情況等。

（5）銷(xiāo)售方。此節(jié)點(diǎn)需要錄入的信息如下：銷(xiāo)售企業(yè)資質(zhì)、購(gòu)買(mǎi)合同、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品數(shù)量、包裝情況、銷(xiāo)售位置、銷(xiāo)售人員情況、銷(xiāo)售統(tǒng)計(jì)情況等。

（6）消費(fèi)方。當(dāng)消費(fèi)方查詢產(chǎn)品溯源時(shí)，只需掃描產(chǎn)品包裝上的二維碼標(biāo)識(shí)，就可以查詢產(chǎn)品的溯源信息。所以此節(jié)點(diǎn)需要錄入的節(jié)點(diǎn)信息如下：掃描產(chǎn)品的二維碼信息、消費(fèi)憑據(jù)、消費(fèi)方信息等。

（7）監(jiān)管方。定期查檢產(chǎn)品信息，根據(jù)消費(fèi)方投訴反饋查檢產(chǎn)品并反饋。所以此節(jié)點(diǎn)需要錄入的信息如下：監(jiān)管者信息、產(chǎn)品檢驗(yàn)情況、反饋報(bào)告等。

5結(jié)語(yǔ)

本文提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的糧食產(chǎn)品溯源系統(tǒng)模型，結(jié)構(gòu)分明，簡(jiǎn)易方便，為溯源系統(tǒng)的研究提供了一種去中心化的解決方案。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)和硬件通信技術(shù)的發(fā)展，溯源系統(tǒng)模型將會(huì)更加優(yōu)化和完善。

作者簡(jiǎn)介：

段小斌（1982—），碩士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、區(qū)塊鏈技術(shù)。