基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)探討

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（韓國國立首爾科技大學(xué)，韓國首爾 139-743）

0 引言

網(wǎng)絡(luò)便捷性在網(wǎng)絡(luò)普及和時(shí)代發(fā)展的背景下取得進(jìn)步，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類應(yīng)用迅速崛起，為各項(xiàng)活動(dòng)的執(zhí)行提供了方便。以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)，可提高數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)安全性，將篡改和丟失數(shù)據(jù)信息的問題解決，避免身份信息造假，保證畜牧業(yè)健康良性發(fā)展[1]。

1 基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)需求分析

為確定基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)的各類功能以及功能性需求，需要對系統(tǒng)的基本需求進(jìn)行分析與驗(yàn)證。以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)開發(fā)的身份認(rèn)證系統(tǒng)，相比較傳統(tǒng)的系統(tǒng)而言，可以將去中心化的特性予以保留，創(chuàng)新系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和功能。基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)，可提供身份信息錄入、身份信息更改、各種信息授權(quán)等多種類型的功能。其中，認(rèn)證畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份信息時(shí)，需將待認(rèn)證群體的信息錄入其中，提高信息數(shù)據(jù)的公信力[2]。

基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)在運(yùn)行期間，除了實(shí)現(xiàn)其設(shè)定的功能以外，還須滿足系統(tǒng)的性能需求。系統(tǒng)性能主要覆蓋兩個(gè)方面。第一，處理事務(wù)的能力。在開放用戶訪問系統(tǒng)的權(quán)限之下，只有系統(tǒng)處理能力達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，才可以為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供支持。若是系統(tǒng)性能不夠，處理事務(wù)的能力受限，將會(huì)造成系統(tǒng)出現(xiàn)卡死、崩潰等方面的問題，對功能的使用產(chǎn)生影響。第二，響應(yīng)速度。系統(tǒng)運(yùn)行是以網(wǎng)絡(luò)作為載體，面向用戶提供針對性服務(wù)，用戶對系統(tǒng)運(yùn)行響應(yīng)的時(shí)間有最為直接的需求。將區(qū)塊鏈技術(shù)加入其中，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)速度升級[3]。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)的方式完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，將其分為應(yīng)用層、服務(wù)層、傳輸層和傳感層。不同分層中間進(jìn)行連接的時(shí)候，選擇應(yīng)用接口實(shí)現(xiàn)，其中應(yīng)用層、服務(wù)層和傳輸層之間的連接，采用RPC接口，服務(wù)層和客戶端之間的連接，采用RESTful的http接口（圖1）。

圖1 基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3 功能模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)測控制畜舍環(huán)境和養(yǎng)殖園區(qū)環(huán)境信息，使養(yǎng)殖場能夠保持通風(fēng)、溫濕度適宜、良好空氣質(zhì)量，對牲畜飲水量、進(jìn)食量、運(yùn)動(dòng)量、健康特征、發(fā)情期等重要管理信息進(jìn)行記錄與遠(yuǎn)程傳輸，對牲畜疫情預(yù)警、疾病防治及健康養(yǎng)殖管理（圖2）。

圖2 基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)功能模塊

2 基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 構(gòu)建區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

依靠部署區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)和智能合約，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。區(qū)塊鏈技術(shù)功能實(shí)現(xiàn)，首先，需要以cryptogen工具作為技術(shù)支撐，得到MSP證書，而后生成創(chuàng)世區(qū)塊。其次，借助docker-compose技術(shù)將超級賬本的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，在部署完成各個(gè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)后，將應(yīng)用程序啟動(dòng)。在啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用程序環(huán)節(jié)之中，需要把相關(guān)的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)完成注冊服務(wù)，形成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)管理員，并將其初始化操作，把鏈碼實(shí)例化處理，面向外部提供服務(wù)[4]。

基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的組成包含有一個(gè)CA節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)peer節(jié)點(diǎn)、一個(gè)orderer節(jié)點(diǎn)。將Hyperledger Fabric平臺的Platform-specific Binaries二進(jìn)制文件下載完成并執(zhí)行。因?yàn)?，Hyperledger Fabric平臺服務(wù)期間會(huì)不定期更新，所以下載Platform-specific Binaries的網(wǎng)址會(huì)根據(jù)版本的不同而出現(xiàn)變動(dòng)[5]。

2.2 智能合約實(shí)現(xiàn)

容器是超級賬本中所有節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行環(huán)境，甚至鏈碼也會(huì)在安全的容器中默認(rèn)運(yùn)行。鏈碼不會(huì)被外部系統(tǒng)和應(yīng)用程序直接操作，在操作鏈碼時(shí)，須通過背書節(jié)點(diǎn)提供的接口實(shí)現(xiàn)，提高鏈碼的安全性。鏈碼在運(yùn)行階段，需要利用容器獲得安全的沙箱環(huán)境，隔離背書的節(jié)點(diǎn)和鏈碼的環(huán)境，保證鏈碼的安全性不會(huì)對背書節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。

基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)的核心技術(shù)功能是智能合約。智能合約可完成畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份的修改、刪除、增加等任務(wù)，規(guī)避在系統(tǒng)應(yīng)用期間出現(xiàn)的外部操作問題，提高信息安全性與穩(wěn)定性。通過區(qū)塊鏈應(yīng)用和客戶端交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的后臺執(zhí)行和區(qū)塊鏈層交互目標(biāo)，通過SDK實(shí)現(xiàn)各類信息傳遞，并進(jìn)行鏈碼調(diào)用處理。

在基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)中，應(yīng)用層和服務(wù)層功能實(shí)現(xiàn)，需要借助應(yīng)用程序調(diào)用碼。終端用戶提交交易提案時(shí)，可利用應(yīng)用程序，對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)會(huì)將交易提案傳輸給鏈碼，在執(zhí)行以后在節(jié)點(diǎn)的區(qū)塊鏈賬本中寫入結(jié)果。在contracts目錄下放入智能合約，F(xiàn)abric的智能合約屬于類的定義，在NPM中的fabric-contract-api模塊中引入，獲得Contract類。自定義的IdentityContract類將Contract類繼承并導(dǎo)出，滿足系統(tǒng)的調(diào)用需求，完成智能合約模板[6]。

2.3 web應(yīng)用開發(fā)

基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)，面向的用戶包括管理員、組織管理用戶、普通個(gè)人用戶。在web應(yīng)用層上，為保證操作人員操作的便捷性，設(shè)計(jì)了電腦端客戶服務(wù)界面和移動(dòng)端客戶服務(wù)界面。針對組織用戶，設(shè)計(jì)了交互協(xié)議和接口協(xié)議。在系統(tǒng)前端位置，采用Webpack、vue-cli將新項(xiàng)目初始化處理，在初始化處理的環(huán)節(jié)中，將vuex和vue-router添入其中，輔助基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)的web應(yīng)用開發(fā)。

3 基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)運(yùn)行測試3.1 運(yùn)行環(huán)境

為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可操作性和可靠性，對系統(tǒng)展開相應(yīng)的測試，測試環(huán)境（表1）。

表1 系統(tǒng)測試環(huán)境

3.2 功能測試

對基于區(qū)塊鏈的畜牧資產(chǎn)監(jiān)管身份認(rèn)證系統(tǒng)功能實(shí)施測試時(shí)，選擇使用黑盒測試方法，對系統(tǒng)功能的展開檢測，判斷其是否正常運(yùn)行。由于具有繁多的功能，在本文分析中，只對程序應(yīng)用實(shí)況展開測試。

微信移動(dòng)云小程序，不占內(nèi)存，讓云平臺操作更加快捷方便（圖3）。

圖3 微信小程序運(yùn)行示意圖

數(shù)據(jù)顯示，所有設(shè)備信息同屏示，能夠更加直觀閱讀各類數(shù)據(jù)，能夠查閱移動(dòng)云上所有設(shè)備工作狀態(tài)及測量數(shù)據(jù)（圖4）。

圖4 數(shù)據(jù)信息展示示意圖

下發(fā)指令功能，輸入密碼解鎖后，隨時(shí)隨地通過手機(jī)端對設(shè)備進(jìn)行指定命令，防止失誤操作（圖5）。

圖5 指令傳輸示意圖

3.3 性能測試

在測試性能時(shí)，可使用多線程單次操作的方式對用戶的行為進(jìn)行模擬處理。與多線程多次操作相比較，在相同的訪問量下，可取得更加真實(shí)的結(jié)果（表2）。

表2 注冊接口測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)物理系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)是反饋信號傳輸?shù)幕A(chǔ)。自動(dòng)控制技術(shù)接收執(zhí)行命令到控制執(zhí)行器進(jìn)行執(zhí)行動(dòng)作，最終影響物理實(shí)體狀態(tài)，形成從物理世界到信息空間再到物理世界的循環(huán)過程。信息處理技術(shù)通過對感知數(shù)據(jù)采集信息的處理、分析和決策，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體的有效監(jiān)控與管理。