CN108428141B - 一种基于erp系统与区块链的食品溯源信息管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ERP系统和区块链的食品溯源信息管理系统，包括：ERP系统、区块链、区块链接口子系统、建立在区块链节点上带区块编号和共识编号的传统数据库；所述区块链接口子系统与ERP系统连接；所述区块链接口子系统与所述区块链和所述传统数据库连接；所述区块链接口子系统对ERP系统传入的数据一边进行多重签名共识管理、一边将多重签名共识管理过程和结果存入所述区块链和所述传统数据库。本发明通过新增与区块链接口的区块链接口子系统，与ERP系统和区块链融合，实现了食品生产各环节信息数据的不可篡改、不可抵赖、不易丢失、安全可靠的管理和追溯。

Description

一种基于ERP系统与区块链的食品溯源信息管理系统

技术领域

本发明属于食品安全溯源技术领域，具体涉及一种基于ERP系统和区块链的食品溯源信息管理系统。

背景技术

1.食品安全追溯体系的发展现状

食品兼具经验品和信任品特性，产业链环节多，产地与销地距离远，种植者、养殖者、食品原料商、食品加工商、食品添加剂生产商、分销商、餐饮经营者和消费者成为互不相识的利害攸关者，容易导致在产业链各参与者、监管者和消费者之间出现信息不对称，导致市场失灵，产生食品安全问题。

为了保障食品安全，许多现代食品加工企业已经建立了价值昂贵的企业资源计划(ERP,Enterprise Resource Planning)系统，依据HACCP系统而设计，后者是目前被国际社会公认的减少食源性疾病、保证食品安全最有效的途径。HACCP体系运用食品工艺学、微生物学、化学和物理学、质量控制和危险性评估等方面的原理和方法，对食品在整个生产过程中可能发生的生物、化学、物理因素进行危害分析(HA)，并针对其中的显著危害在食品生产、加工的适当步骤建立关键控制点(CCP)，采取相应的控制措施，有效地防止和消除食品安全危害或将其降低到可接受的水平。包含HACCP信息化的ERP系统是HACCP体系与信息化技术手段相结合的产物，包括基础数据库、辅助决策模型、信息交流平台、HACCP管控系统等，对确保食品安全、简化HACCP体系实施、提高HACCP认证有效性有重大意义。

2.食品安全追溯体系目前存在的主要问题

食品安全可追溯的目标，是充分挖掘信息技术在食品安全保障体系中的作用空间，还原食品产业全产业链中的各种重要而敏感的生产环节记录，及仓储、物流和销售渠道信息，实现顺向追踪、逆向溯源和对食品产业链各环节的安全风险分析、预警，缓解甚至消除食品和餐饮等行业中的信息不对称问题，让产业链中的每一个利害攸关者都能了解食品生产中的风险控制情况，实现整条产业链的共治共赢。然而，随着现有的食品安全追溯体系的发展，也逐渐暴露出许多问题：

1)分散重复建设，整体安全性差。由于采取分段、分环节的监管制度，目前整个体系是各部门自建数据库和信息查询平台的方式，每个系统都依赖于统一的中央数据库，需要各自建设，均需购置大量硬件设备，及完成相关软硬件开发，造成重复建设和资金投入的浪费。而且，由于每个追溯系统都依赖于中央数据库，存在技术安全措施和管理上的安全隐患，信息有被篡改的可能，如果某个环节被入侵或人为篡改，即导致追溯结果不正确。

2)产业链隐私保护不到位。现有追溯系统难以实现对生产者和消费者的隐私保护，产业链的各种信息被过分暴露，不同追溯系统的管理者在主观上一般不愿共享追溯信息，极易形成信息孤岛。而且，由于各追溯系统技术标准一般不兼容，出于对彼此之间数据安全保护措施的不信任，也会导致对接困难，难以实现完整的信息追踪与溯源。

3)硬件和管理成本高。目前的食品安全追溯系统在数据采集环节，常常需要部署传感器网络或人工输入数据，给企业带来高昂的硬件成本和管理成本。中国是典型的大市场小生产模式，生产力水平低、产业化程度弱、标准化程度差，追溯系统为企业带来的利益不明确，成本却较高，企业对参与和使用追溯系统缺乏动力，导致使用率低。同时，现有系统的数据采集在许多环节处于人工作业状态，信息提供者可以选择性屏蔽对自己不利的基础信息，这也提升了管理难度和降低了追溯系统的公信力。

4)监管制度和追溯系统提供的数据分析能力缺乏对接。食品产业的监管分为技术监管和制度管理，内容覆盖面大。技术管理主要包括各类标志、数据采集和传递等，制度管理主要是各监管部门出台的法规与制度，内容非常繁杂，如《农产品追溯编码导则》、《农产品产地编码规则》、《农产品质量安全法》《农产品产地安全管理办法》等，还有各类指导意见、暂行条例和试行规范，均需和追溯系统融合对接，实现数字化监管。

3.基于区块链的食品安全追溯体系研究

为此，研究基于区块链的食品安全溯源系统。区块链技术源于2008年比特币的技术应用，是一种全网公开的分布式账本技术。区块链技术采用分布式记账、分布式传播以及分布式存储的方式，一个区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每个数据块即一个区块，其中包含一次记账的加密信息，也将自身内容的哈希值用于生成对下一区块的加密方案，新增区块总是链接到整条区块链尾端，这样，任何区块若被随意篡改，其哈希值将会变化，从而被查出不一致。区块链的众多用户由P2P网络相互连接，每个用户均存储一个区块链副本，区块的新增需要在所有用户保存的副本上均写入才能生效，即必须得到所有用户的一致认同。而用户的隐私，由公钥、私钥算法保护，用户通过私钥管理自己的全部信息，如公开必要的记账信息和保密敏感信息。由此，不断伸展，形成一个完整的、不可篡改的、得到大家共识的动态账本。

经过不断发展演进，区块链形成了由分布式总账、共识信任、非对称加密、智能合约和时间戳为主要特征的应用技术范式，是用数学方法解决信任问题的产物。从食品安全追溯体系的角度看，具有如下优势：

1)区块链的数据不可篡改性和时间戳，可保证食品安全追溯系统的数据可靠性，避免数据在存储、传输和可视化环节被人为篡改。生产者、消费者和监管者可以对食品追溯系统中的数据完全信任，在食品安全区块链和现有追溯系统的数据对接方面，也没有了因为对方信息安全措施不够，导致自己被入侵篡改的担心。

2)区块链保护了用户隐私，当食品安全事故发生，生产者及消费者的个人信息被保护，避免群体性事件的发生和网络暴力的过度蔓延。区块链系统的数据和接口公开，任何人均可查看产业链中各环节的具体数据记录，进行分析，但记账人的真实身份等私有信息却被私钥机制保护，巧妙解决了保护隐私和信息公开之间的内在矛盾。

3)区块链的去中心化和公开透明性，保证了信息的对称性和完整性。区块链的整个网络中，没有中心化的硬件或管理机构，各个用户之间是平等的关系，共享相同的底层数据，满足了整个产业链不同层面的利害攸关者的知情权，这样，过去由于信息不对称带来的机会主义行为，会销声匿迹。同样，由于每个用户均存储了账本，任意用户或节点的退出或故障，也不会损伤账本数据的完整性。

4)区块链的智能合约，可方便监管制度与系统数据分析能力的对接。如监管者可以运用智能合约的规则内嵌形成有效的约束和激励机制，制定包括生鲜产品产地、食品生产加工环境认定、添加剂和营养物质等含量、保质期及保存期等有关食品质量规定的合约，简化监管流程，如果某一产品某一添加剂超标或超范围，合约自动终止，监管者会第一时间获得通知，大大降低食品安全重大事故的发生概率。

产业链上的每一个参与者同样可以基于区块链提供的信息，对上游环节进行纵向约束。食品产业链中的原料供应商、生产商、物流供应商、消费者均可在其上查询分析，任一环节的食品安全出现问题，都可以在区块链上得到认证，明确责任主体，大大提高了食品安全的社会共治性。

然而，现有区块链技术应用于食品安全追溯体系，仍然有如下的挑战：

1)现代的食品企业大多已经有价值昂贵的食品生产ERP系统，用于在日常生产管理中详细记录食品安全相关信息，涉及许多人工输入，员工也已经过了信息录入相关技能培训。如果再投资建设基于区块链的新系统，投资将会巨大，时间也会很长，而且会造成用户使用方式的改变，导致员工不适应。

2)区块链采用的存储方式相比于现有的传统数据库技术，优势在于安全性，劣势在于访问查询效率，如果单纯使用区块链作为数据底层，会导致信息系统效率低下，影响系统可用性。

3)如果采用增量式开发，即在现有ERP系统上新增面向区块链的数据开放接口，然后逐步开发完成区块链，则需要高效保障信息从ERP系统到区块链共识确认这一中间过程的信息安全。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于ERP系统和区块链的食品溯源信息管理系统，在企业现有ERP系统的基础上，通过数据接口，新增与各种现有成熟区块链接口的更高安全性的用户密钥管理、多重责任签名管理、分布式数据存储和溯源信息管理，即区块链接口子系统。实现了对ERP系统底层传统数据库所存储数据的增量式兼容，通过存储方式的融合，比只用区块链存储具有更高的查询效率。根据食品生产各环节的生产时间关联各区块链节点的时间戳，实现了不可篡改、不可抵赖、不易丢失，提高了数据的可靠性。

本发明通过下述技术方案实现。

一种基于ERP系统和区块链的食品溯源信息管理系统，包括：ERP系统、区块链、区块链接口子系统、建立在区块链节点上带区块编号和共识编号的传统数据库；所述区块链接口子系统与ERP系统连接；所述区块链接口子系统与所述区块链和所述传统数据库连接；所述区块链接口子系统对ERP系统传入的数据一边进行多重签名共识管理、一边将多重签名共识管理过程和结果存入所述区块链和所述传统数据库。

作为更为具体的技术方案，所述区块链接口子系统包括：用户安全密钥管理模块、多重签名管理模块、初始共识需求生成模块、多重签名需求解析模块。

作为更为具体的技术方案，所述用户安全密钥管理模块用于建立区块链用户与ERP系统用户的用户关系数据表，然后顺序存入区块链和传统数据库；所述用户关系数据表包括区块编号、ERP系统用户编号、区块链上的用户公钥；

所述多重签名管理模块对用户进行分组，并建立与用户多对多关联的多重签名组数据表，顺序存入区块链和传统数据库；所述多重签名组数据表记录有对唯一的质量安全关键数据表(数据表名所指)有权限共识确认其中数据的签名组及该签名组包含的用户；所述多重签名组数据表包括签名组编号和数据表名两个常规字段，以及一个区块编号字段；所述区块编号用于将多重签名组数据表储存至对应区块编号的区块链；

所述初始共识需求生成模块用于：提取整理传统ERP系统传来的数据中所含的质量安全关键数据和输入数据的人员信息，确定数据表名和将输入数据的ERP系统用户编号作为已签名用户编号(第一个签名的人员)，连同暂置为空值的区块编号一并存入传统数据库中的初始共识需求表生成自增主键共识编号，之后新建含数据表名、已签名用户编号、共识编号的交易数据存入区块链生成区块编号，最后将区块编号更新到刚存入传统数据库的初始共识需求表中；

所述多重签名需求解析模块用于：根据多重签名组数据对初始共识需求进行解析，搜索既包含已签名用户编号又对该质量安全关键数据有权限的唯一签名组，建立一条包含共识编号、签名组编号、已签名用户集合和未签名用户集合的多重签名需求记录，并将多重签名需求记录顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点；当未签名用户集合中的用户检查信息发现需要自己的签名，所述多重签名需求解析模块将多重签名需求记录提交给用户签名，每个用户签名完成后，均生成一条新的多重签名需求记录，更新其中的已签名用户集合和未签名用户集合，顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点，直至出现未签名用户集合为空的多重签名需求记录；这样，每个用户均可知道多重签名共识的进行过程，然后进行数字安全签名，达成多重签名共识，且共识过程和结果的关键信息也已完整记录在区块链上，以便于查询和追溯之用。

作为更为具体的技术方案，所述初始共识需求生成模块将传统ERP系统传来的数据中所含的质量安全关键数据和输入数据的人员信息提取整理为json格式的结构化字符串。

作为更为具体的技术方案，所述质量安全关键数据包括HACCP体系中关键控制点的数据。

作为更为具体的技术方案，所述已签名用户集合是一个数组，包含每个已签名用户的区块链公钥和签名时间；所述未签名用户集合是一个数组，包含每个已签名用户的区块链公钥，不包含签名时间。

作为更为具体的技术方案，所述ERP系统包括数据采集录入模块、数据可视化处理模块、数据管理分析模块、员工信息管理模块。

本系统与现有国内外其他食品安全溯源系统相比，更容易被现有企业所接受。因为企业所正在使用的成熟的ERP系统往往价值数百万至千万，大部分的数据采集和录入、报表功能均是为了企业管理流程而量身定做，由于习惯效应和效率要求，企业一般都会非常排斥信息的重复录入工作。如果采用现有其他国内外食品安全追溯系统的架构，由于存在重复建设，很难低成本、高效率地建设完成，在ERP功能方面也很难超过现有系统。采用本系统，在建设成本上会比国内外其他食品安全溯源系统降低很多，建设速度也会更高，更容易被企业接受。

在使用本系统时，企业员工只需要在区块链上创建加密账户，在现有ERP系统的建立用户账户与区块链账户的关联，然后每次基层员工的信息录入都会自动化地传给区块链，不需要重复录入，然后由区块链按照企业管理制度，自动推送给其上级或同事，要求他们在区块链上完成多重签名，然后这些经数字签名的核心数据自动化地永久存入区块链，以便溯源和追责之用。

表1本发明与国内外同类系统比较结果

附图说明

图1为本发明实施例食品溯源信息管理系统的架构示意图；

图2为本发明实施例食品溯源信息管理系统的原理框图；

图3为本发明实施例食品溯源信息管理系统的详细原理框图；

图4为本发明实施例的多重签名共识管理过程的实体-关系图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的实施方式的限制。

实施例1

一种基于ERP系统和区块链的食品溯源信息管理系统，请参阅图1，包括：ERP系统、区块链、区块链接口子系统、建立在区块链节点上带区块编号和共识编号的传统数据库；所述区块链接口子系统与ERP系统连接；所述区块链接口子系统与所述区块链和所述传统数据库连接；请参阅图2，所述区块链接口子系统对ERP系统传入的数据一边进行多重签名共识管理、一边将多重签名共识管理过程和结果存入所述区块链和所述传统数据库。

实施例2

一种基于ERP系统和区块链的食品溯源信息管理系统，请参阅图1，包括：ERP系统、区块链、区块链接口子系统、建立在区块链节点上带区块编号和共识编号的传统数据库；所述区块链接口子系统与ERP系统连接；所述区块链接口子系统与所述区块链和所述传统数据库连接；所述区块链接口子系统对ERP系统传入的数据一边进行多重签名共识管理、一边将多重签名共识管理过程和结果存入所述区块链和所述传统数据库；

请参阅图3、图4，区块链接口子系统包括：用户安全密钥管理模块、多重签名管理模块、初始共识需求生成模块、多重签名需求解析模块；用户安全密钥管理模块用于建立区块链用户与ERP系统用户的用户关系数据表，然后顺序存入区块链和传统数据库；用户关系数据表包括区块编号、ERP系统用户编号、区块链上的用户公钥；

多重签名管理模块对用户进行分组，并建立与用户多对多关联的多重签名组数据表，顺序存入区块链和传统数据库；多重签名组数据表记录有对唯一的质量安全关键数据表有权限共识确认其中数据的签名组及该签名组包含的用户；多重签名组数据表包括签名组编号和数据表名两个常规字段，以及一个区块编号字段；

初始共识需求生成模块用于：提取整理传统ERP系统传来的数据中所含的质量安全关键数据和输入数据的人员信息，确定数据表名和将输入数据的ERP系统用户编号作为已签名用户编号，先存入传统数据库生成包含自增主键共识编号、已签名用户编号、区块编号为空值的初始共识需求表，再将数据存入区块链生成区块编号，最后将区块编号更新到刚存入传统数据库的初始共识需求表中；

多重签名需求解析模块用于：根据多重签名组数据对初始共识需求进行解析，搜索既包含已签名用户编号又对该质量安全关键数据有权限的唯一多重签名组，建立一条包含共识编号、签名组编号、已签名用户集合和未签名用户集合的多重签名需求记录，并将多重签名需求记录顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点；当未签名用户集合中的用户检查信息发现需要自己的签名，其将多重签名需求记录提交给用户签名，每个用户签名完成后，均生成一条新的多重签名需求记录，更新其中的已签名用户集合和未签名用户集合，顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点，直至出现未签名用户集合为空的多重签名需求记录。

实施例3

为了便于理解本发明的有益效果，下面详细将本发明基于ERP系统与区块链的食品溯源系统应用于稻米食品为例；将种植环节，初加工、深加工，仓储环节中的各级质量安全负责人，审核人和检验人，各级生产负责人作为有效验证者，当关键验证者同意交易，达成共识需求并完成多重签名共识管理才算有效；

比如在入库的时候，需要在区块链上留下不可篡改的入库批次转换记录，通过本系统完成多重签名共识管理程如下：

(1)操作工人张山在企业ERP系统上输入了入库批次编号和仓库号、时间等质量安全关键数据，ERP系统将这些数据连同操作工人张山的ERP系统用户编号一起传入到本系统的区块链接口子系统；

(2)区块链接口子系统的初始共识需求生成模块提取整理传统ERP系统传来的数据中所含的质量安全关键数据和输入数据的人员信息，并将这些数据整理成了json格式的结构化字符串；假如入库批次编号为“a90017090101”，粮仓编码为“1”，时间为“2017-9-116:00”，操作工人张山的ERP系统员工编号是“09045”(作为已签名用户编号)，存储入库批次到仓库号批次转换的传统数据库的数据表名是“入库表”，则整理成：{“入库编码”:“a90017090101”；“粮仓编码”:“1”；“时间”:“2017-9-1 16:00”；“已签名用户编号”：“09045”；“数据表名”:“入库表”}；

(3)初始共识需求生成模块至少将已签名用户编号、数据库表名取出，连同暂置为空值的区块编号一并存入传统数据库中的初始共识需求表，取得自增主键“共识编号”，假设共识编号为“123456”，然后新建交易数据“{“数据表名”:“入库表”；“共识编号”:“123456”；“已签名用户编号”：“09045”}”存入区块链，获得区块编号，然后将区块编号更新到刚才存入的传统数据库初始共识需求表中；

(4)多重签名需求解析模块根据初始共识需求中的数据表名：“入库表”，到先前建立的多重签名组数据表、用户关系数据表去查询，查询对该唯一的数据表有权限共识确认其中数据的签名组及该签名组包含的用户，假设该签名组编号为“1221”，假设该签名组除包含操作工人张山外还有审核人陈平、批准人李月，假设张山、陈平、李月的区块链公钥分别为：“asdfzxcv”、“ghjklbnm”、“qwertyui”，则建立交易数据：{“共识编号”:“123456”；“签名组编号”:“1221”；“已签名用户集合”:[{“asdfzxcv”,“2017-9-116:00”}]；未签名用户集合:[“ghjklbnm”,“qwertyui”]}，并顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点；

(5)当审核人陈平和批准人李月用自己的私钥登录区块链时，多重签名需求解析模块根据签名组的签名序号先提示未签名用户集合中的第一位，也就是陈平签名，并向陈平提供需要签名的数据详情(为获得详情，需通过共识编号查询带有区块编号和共识编号的传统数据库表，并通过区块编号在区块链上验证正确性)，对于李月，多重签名需求解析模块也给出数据详情和处于等待签名状态的提示；

(6)陈平签名后产生新的多重签名需求交易，交易数据为：{“共识编号”:“123456”；“签名组编号”:“1221”；“已签名用户集合”:[{“asdfzxcv”,“2017-9-116:00”}，{“ghjklbnm”，“2017-9-1 17:00”}]；未签名用户集合:[“qwertyui”]}，并顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点；然后李月再得到多重签名需求解析模块的签名提示，李月签名后产生新的多重签名需求交易，未签名用户集合为空，多重签名共识即告完成，且共识过程中的关键信息也已完整记录在区块链和传统数据库上。

Claims (5)

1.一种基于ERP系统与区块链的食品溯源信息管理系统，其特征在于包括：ERP系统、区块链、区块链接口子系统、建立在区块链节点上带区块编号和共识编号的传统数据库；所述区块链接口子系统与ERP系统连接；所述区块链接口子系统与所述区块链和所述传统数据库连接；所述区块链接口子系统对ERP系统传入的数据一边进行多重签名共识管理、一边将多重签名共识管理过程和结果存入所述区块链和所述传统数据库；

所述区块链接口子系统包括：用户安全密钥管理模块、多重签名管理模块、初始共识需求生成模块、多重签名需求解析模块；所述用户安全密钥管理模块用于建立区块链用户与ERP系统用户的用户关系数据表，然后顺序存入区块链和传统数据库；所述用户关系数据表包括区块编号、ERP系统用户编号、区块链上的用户公钥；

所述多重签名管理模块对用户进行分组，并建立与用户多对多关联的多重签名组数据表，顺序存入区块链和传统数据库；所述多重签名组数据表中记录有对唯一的质量安全关键数据表有权限共识确认其中数据的签名组及该签名组包含的用户；所述多重签名组数据表包括签名组编号和数据表名两个常规字段，以及一个区块编号字段；

所述初始共识需求生成模块用于提取整理传统ERP系统传来的数据中所含的质量安全关键数据和输入数据的人员信息，并确定数据表名和将输入数据的ERP系统用户编号作为已签名用户编号，连同暂置为空值的区块编号一起存入传统数据库中的初始共识需求表生成自增主键共识编号，之后新建含数据表名、已签名用户编号、共识编号的交易数据存入区块链生成区块编号，最后将区块编号更新到刚存入传统数据库的初始共识需求表中；

所述多重签名需求解析模块用于根据多重签名组数据表对初始共识需求进行解析，搜索既包含已签名用户编号又对该质量安全关键数据有权限的唯一签名组，建立一条包含共识编号、签名组编号、已签名用户集合和未签名用户集合的多重签名需求记录，并将多重签名需求记录顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点；当未签名用户集合中的用户登录区块链检查信息发现需要自己的签名，所述多重签名需求解析模块将多重签名需求记录提交给用户签名，每个用户签名完成后，均生成一条新的多重签名需求记录，更新其中的已签名用户集合和未签名用户集合，顺序存入区块链、传统数据库和通过区块链上的P2P网络同步到各个节点，直至出现未签名用户集合为空的多重签名需求记录。

2.如权利要求1所述的一种基于ERP系统与区块链的食品溯源信息管理系统，其特征在于：所述初始共识需求生成模块将传统ERP系统传来的数据中所含的质量安全关键数据和输入数据的人员信息提取整理为json格式的结构化字符串。

3.如权利要求1所述的一种基于ERP系统与区块链的食品溯源信息管理系统，其特征在于：所述质量安全关键数据包括HACCP体系中关键控制点的数据。

4.如权利要求1所述的一种基于ERP系统与区块链的食品溯源信息管理系统，其特征在于：所述已签名用户集合是一个数组，包含每个已签名用户的区块链公钥和签名时间；所述未签名用户集合是一个数组，包含每个已签名用户的区块链公钥，不包含签名时间。

5.如权利要求1所述的一种基于ERP系统与区块链的食品溯源信息管理系统，其特征在于：所述ERP系统包括数据采集录入模块、数据可视化处理模块、数据管理分析模块、员工信息管理模块。

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