CN109377244B - 一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统及方法，溯源系统包括食品全产业链生产数据采集子系统、存储生产数据的云数据库、存储生产数据校验信息的区块链；所述方法包括：用扫码器扫描产品二维码获取溯源超链接地址和产品对应区块的链号、区块号；扫码器把链号、区块号按溯源地址发给溯源系统；溯源系统通过链号和区块号在区块链网络上用二分查找法找到对应区块；解密区块信息提取与云数据库关联信息、数据校验信息；通过与云数据库关联信息和数据ID在云数据库中查找生产数据，并用校验信息检查数据是否被篡改；重复上述步骤，按区块中的源数据ID依次向前溯源，直到源数据ID为0溯源结束，将溯源结果返回。

Description

一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统及方法

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及一种食品快速溯源系统及方法，特别涉及一种基于云数据库和多链互联区块链网络的食品快速溯源系统及方法。

背景技术

食品质量安全与人们的健康生活和社会安定密切相关。现食品产业存在高价值信息被少数机构掌控，选择性公开、屏蔽或篡改等行为造成的信息不对称、数据可信度差等问题。由于现有技术存在优质原始信息少、信息不对称、可靠性差等问题，使得常规的食品质量安全管理溯源系统存在成本高、效率低、危害源头难以快速准确地发现并加以控制等缺陷。行业缺乏统一、权威的监管平台和高效、可靠的溯源系统。

发明内容

鉴于现食品产业存在的问题和现有技术的缺陷，本发明提供了一套能够防止数据被篡改、保护数据隐私安全的云数据库与区块链相结合的食品安全溯源系统和一种能够实现食品质量安全快速溯源的方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统，其特征在于：包括食品全产业链生产数据采集子系统、存储生产数据的云数据库、存储生产数据校验信息的区块链网络。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：食品全产业链生产数据的采集和处理，并生成产品二维码；

步骤2：用户扫描产品包装上的二维码；

步骤3：扫码器解析二维码信息，提取出溯源地址信息和产品对应区块的链号和区块号；

步骤4：扫码器将解析得到的区块链号、区块号按溯源地址发送给溯源系统；

步骤5：溯源系统根据区块链号、区块号在区块链网络上按二分查找的方法找到对应的区块；

步骤6：溯源系统用管理者节点的私钥解密保存在区块中与云数据库的关联信息；

步骤7：溯源系统根据数据ID和步骤6中解密获得的与云数据库的关联信息从云数据中查询与数据ID对应的生产数据；

步骤8：用生产者节点的公钥对区块上的数据校验包进行解密，得到生产数据的哈希值和Merkle树；

步骤9：对从云数据库中查找的数据做哈希运算，与步骤8中解密获得的数据校验包中的哈希值做对比，哈希值相等则通过校验；

步骤10：根据区块头中的源数据ID依次向上溯源，重复步骤5至步骤9，直到区块的源数据ID全为0则溯源结束，最后将溯源结果返回给用户。

本发明将云平台和区块链相结合，把生产数据存储在云数据库，把生产数据的防伪校验信息存储在区块链，利用数字水印和加密技术在区块链中设置校验机制，保证云数据库中数据的真实性。溯源时，二分查找法可以快速查找到区块，然后在云数据库中查找具体溯源信息，实现食品质量安全的快速溯源。

附图说明

图1为本发明实施例的多链互联的结构示意图；

图2为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统，包括食品全产业链生产数据采集子系统、存储生产数据的云数据库、存储生产数据校验信息的区块链网络。

本实施例的云数据库，是用于存储食品产业链全息生产数据的多副本、分布式存储的云数据库；同一批数据在云数据库和区块有相同的数据ID，云数据库中的数据与区块链网络上的区块之间是通过数据ID相互关联的。

本实施例的区块链网络，其节点角色包括生产者节点、管理者节点和存储节点；

生产者节点，对应于食品全产业链上的各生产单位，生产者节点采集生产过程中的生产数据，将采集到的数据按生产批次对数据进行加密处理，然后把加密处理后的数据发送给管理者节点；

管理者节点，由分布式计算机集群组成，负责成员身份认证、数据验证和备份、生成区块；

存储节点，用于验证和存储区块，将通过验证的区块加入到对应的区块链上。

本实施例的区块链网络，由多条区块链共同组成；一条区块链对应于食品全产业链上的一个生产流通环节，区块链上的一个区块存储着一批产品在相应生产环节的生产数据的校验信息、该节点信息、质检证书、区块验证信息。

请见图1，为本实施例提供的多链互联的区块链结构示意图，一条链对应一个生产环节，相邻的两条链通过数据ID和源数据ID相关联；

第1条链对应食品生产的第一个环节，该链上的源数据ID为0，同一批产品下一个生产环节所对应区块的源数据ID为上一个生产环节对应区块的数据ID；

同一条链上，后一个区块的父块哈希值是对前一个区块做哈希运算得到，同一条链上的区块通过父块哈希值串联起来的，除了父块哈希值区块号也能使同一条链上的区块串联起来。

本实施例的区块链网络，区块链网络中的区块组成包括区块头、区块体；区块头，由链号、父块哈希、身份ID、数据ID、源数据ID和区块号构成；区块体，包括带有生产者节点数字签名的数据校验包、与云数据库的关联信息、质检报告、区块验证信息；

链号，代表生产者节点所在产业链上的第几个生产环节；父块哈希，是对同一条链上的前一个区块内容作哈希运算所得的哈希值，是前后区块串联的依据；身份ID，是指生产者节点的身份ID，生产者节点加入联盟时，由管理者节点赋予生产者节点身份ID；生产者节点按批次向管理者节点提交数据，管理者节点生成该批数据的数据ID，数据ID由区块链号、区块号和哈希值拼接而成；源数据ID，对应同一批产品的上一个生产环节的数据ID，通过数据ID和源数据ID将产品的整个生产流程的数据串联起来，形成多链互联结构；区块链号，表示的是一个区块在区块链上的第几个区块，同一条区块链上的区块号是以增量为1按从小到大的顺序增长的，第一个区块的区块号为1；

带有生产者节点数字签名的数据校验包，含有这批原始数据的哈希值和由这批原始数据生成的Merkle树，校验包中生产数据的哈希值用于校验保存在云数据库中的数据是否被篡改，校验包中的Merkle树用于快速定位哪部分数据被篡改，校验包带有生产者节点的数字签名，保证了数据校验信息的不可抵赖性；与云数据库的关联信息，记录的是该区块与云数据库的关联信息，用于在云数据库中查询和数据ID相关的原始数据，通过数据ID和与云数据库的关联信息可以在云数据库中查找到与该数据ID对应的生产数据，关联信息被管理者节点的公钥加密；质检报告为对应生产环节由第三方质检机构对产品进行质量检查生成的质检报告；区块验证信息用于存储节点判断区块是否合法，用管理者节点的私钥对生产数据的哈希值进行加密处理生成，对比数据校验包中生产数据的哈希值，可以判断区块是否合法。

请见图2，本发明提供的一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源方法，包括以下步骤：

步骤1：食品全产业链生产数据的采集和处理，并生成产品二维码；

步骤2：用户扫描产品包装上的二维码；

步骤3：扫码器解析二维码信息，提取出溯源地址信息和产品对应区块的链号和区块号；

步骤4：扫码器将解析得到的区块链号、区块号按溯源地址发送给溯源系统；

步骤5：溯源系统根据区块链号、区块号在区块链网络上按二分查找的方法找到对应的区块；

步骤6：溯源系统用管理者节点的私钥解密保存在区块中与云数据库的关联信息；

步骤7：溯源系统根据数据ID和步骤6中解密获得的与云数据库的关联信息从云数据中查询与数据ID对应的生产数据；

步骤8：用生产者节点的公钥对区块上的数据校验包进行解密，得到生产数据的哈希值和Merkle树；

步骤9：对从云数据库中查找的数据做哈希运算，与步骤8中解密获得的数据校验包中的哈希值做对比，哈希值相等则通过校验；

步骤10：根据区块头中的源数据ID依次向上溯源，重复步骤5至步骤9，直到区块的源数据ID全为0则溯源结束，最后将溯源结果返回给用户。

本实施例步骤1中食品全产业链生产数据采集和处理，包括以下子步骤：

步骤1.1：生产者节点通过物联网感应设备采集和人工录入两种方式采集对应生产环节的生产数据；

步骤1.2：生产者节点将采集到的数据按批次对生产数据做哈希运算，得到生产数据的哈希值；

步骤1.3：生产者节点对这批数据按更细的生产维度做哈希运算，生成Merkle树；

步骤1.4：生产者节点用自己的私钥对步骤1.2中的哈希值和步骤1.3中的Merkle树加密，形成带有生产者节点数字签名的数据校验包；

步骤1.5：生产者节点用管理者节点的公钥对生产数据进行加密，然后把加密后数据和数据步骤1.4的数据校验包发送给管理者节点；

步骤1.6：管理者节点接收到生产者节点发送过来的数据后，用管理者节点私钥对数据进行解密得到生产数据，用生产者节点的公钥对数据的校验包解密得到数据的哈希值和Merkle树；

步骤1.7：对步骤1.6中解密得到的生产数据做哈希运算得到哈希值，将该哈希值与步骤1.6中解密数据校验包得到的数据哈希值作对比，二者相等则数据通过校验；

步骤1.8：数据通过校验后，管理者节点生成这批生产数据的数据ID，并把这批数据和数据ID多副本存储在云数据库中；

步骤1.9：管理者节点用自己的私钥对步骤1.7中数据的哈希值进行加密形成区块验证信息；

步骤1.10：管理者节点用自己的公钥对区块与云数据库的关联信息加密；

步骤1.11：管理者节点把加密后的数据校验包、数据库关联信息、质检报告和区块验证信息打包成区块，并将区块广播到区块链网络中；

步骤1.12：区块链网络上的存储节点接收到管理者节点打包的区块后，对区块进行验证，并验证通过的区块加入到对应的区块链上；

步骤1.13：生成产品二维码，二维码包含溯源地址信息和该产品最后一个生产环节对应区块的区块链号、区块号。

本实施例的产品包装上的二维码包含溯源地址和产品最后一个生产环节对应的区块的链号和区块号，溯源时只需从最后一个环节往前溯源即可，因为多链结构中的数据ID和源数据ID把整个产业链的各个生产环节都连起来了，通过最后一个链可以根据源数据ID向前溯源。

本实施例步骤1.8中管理者节点生成这批生产数据的数据ID，具体流程如下：

步骤1.8.1：管理者节点对这批数据的校验包、生产者节点的身份ID以及这批数据的哈希值一起做哈希运算得到新的哈希值；

步骤1.8.2：然后把链号、区块号与步骤1.8.1中新的哈希值拼接组合成该批数据的数据ID。

本实施例步骤1.12的具体实现包括以下子步骤：

步骤1.12.1：存储节点用生产者节点的私钥对区块中的数据校验包进行解密，获取数据校验包中的生产数据的哈希值；

步骤1.12.2：存储节点用管理者节点的公钥对区块验证信息进行解密，得到区块验证信息中的生产数据的哈希值；

步骤1.12.3：对比步骤1.21.1中的哈希值和步骤1.12.2中的哈希值，如果二者相等则区块验证通过，存储节点将区块加入到对应的区块链上。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统，其特征在于：包括食品全产业链生产数据采集子系统、存储生产数据的云数据库、存储生产数据校验信息的区块链网络；

所述区块链网络，区块链网络中的区块组成包括区块头、区块体；所述区块头，由链号、父块哈希、身份ID、数据ID、源数据ID和区块号构成；所述区块体，包括带有生产者节点数字签名的数据校验包、与云数据库的关联信息、质检报告、区块验证信息；

所述链号，代表生产者节点所在产业链上的第几个生产环节；所述父块哈希，是对同一条链上的前一个区块内容作哈希运算所得的哈希值，是前后区块串联的依据；所述身份ID，是指生产者节点的身份ID，生产者节点加入联盟时，由管理者节点赋予生产者节点身份ID；生产者节点按批次向管理者节点提交数据，管理者节点生成该批数据的数据ID，数据ID由区块链号、区块号和哈希值拼接而成；所述源数据ID，对应同一批产品的上一个生产环节的数据ID，通过数据ID和源数据ID将产品的整个生产流程的数据串联起来，形成多链互联结构；所述区块链号，表示的是一个区块在区块链上的第几个区块，同一条区块链上的区块号是以增量为1按从小到大的顺序增长的，第一个区块的区块号为1；

所述带有生产者节点数字签名的数据校验包，含有这批原始数据的哈希值和由这批原始数据生成的Merkle树，校验包中生产数据的哈希值用于校验保存在云数据库中的数据是否被篡改，校验包中的Merkle树用于快速定位哪部分数据被篡改，校验包带有生产者节点的数字签名，保证了数据校验信息的不可抵赖性；所述与云数据库的关联信息，记录的是该区块与云数据库的关联信息，用于在云数据库中查询和数据ID相关的原始数据，通过数据ID和与云数据库的关联信息可以在云数据库中查找到与该数据ID对应的生产数据，关联信息用管理者节点的公钥加密；所述质检报告为对应生产环节由第三方质检机构对产品进行质量检查生成的质检报告；所述区块验证信息是管理者节点用其私钥对生产数据的哈希值加密所形成，被存储节点用于验证区块是否合法。

2.根据权利要求1所述的基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统，其特征在于：所述云数据库，是用于存储食品全产业链生产数据的多副本、分布式存储的云数据库；同一批数据在云数据库和区块有相同的数据ID，云数据库中的数据与区块链网络上的区块之间是通过数据ID相互关联的。

3.根据权利要求1所述的基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统，其特征在于：所述区块链网络，其节点角色包括生产者节点、管理者节点和存储节点；

所述生产者节点，对应于食品全产业链上的各生产单位，生产者节点采集生产过程中的生产数据，将采集到的数据按生产批次对数据进行加密处理，然后把加密处理后的数据发送给管理者节点；

所述管理者节点，由分布式计算机集群组成，负责成员身份认证、数据验证和备份、生成区块；

所述存储节点，用于验证和存储区块，将通过验证的区块加入到对应的区块链上。

4.根据权利要求1所述的基于多链互联区块链网络的食品快速溯源系统，其特征在于：所述区块链网络，由多条区块链共同组成；一条区块链对应于食品全产业链上的一个生产流通环节，区块链上的一个区块存储着一批产品在相应生产环节的生产数据的校验信息、节点信息、质检证书、区块验证信息。

5.一种基于多链互联区块链网络的食品快速溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：食品全产业链生产数据的采集和处理，并生成产品二维码；

其中食品全产业链生产数据采集和处理，包括以下子步骤：

步骤1.1：生产者节点通过物联网感应设备采集和人工录入两种方式采集对应生产环节的生产数据；

步骤1.2：生产者节点将采集到的数据按批次对生产数据做哈希运算，得到生产数据的哈希值；

步骤1.3：生产者节点对这批数据按更细的生产维度做哈希运算，生成Merkle树；

步骤1.4：生产者节点用自己的私钥对步骤1.2中的哈希值和步骤1.3中的Merkle树加密，形成带有生产者节点数字签名的数据校验包；

步骤1.5：生产者节点用管理者节点的公钥对生产数据进行加密，然后把加密后数据和数据步骤1.4的数据校验包发送给管理者节点；

步骤1.6：管理者节点接收到生产者节点发送过来的数据后，用管理者节点私钥对数据进行解密得到生产数据，用生产者节点的公钥对数据的校验包解密得到数据的哈希值和Merkle树；

步骤1.7：对步骤1.6中解密得到的生产数据做哈希运算得到哈希值，将该哈希值与步骤1.6中解密数据校验包得到的数据哈希值作对比，二者相等则数据通过校验；

步骤1.8：数据通过校验后，管理者节点生成这批生产数据的数据ID，并把这批数据和数据ID多副本存储在云数据库中；

步骤1.9：管理者节点用自己的私钥对步骤1.7中数据的哈希值进行加密形成区块验证信息；

步骤1.10：管理者节点用自己的公钥对区块与云数据库的关联信息加密；

步骤1.11：管理者节点把加密后的数据校验包、数据库关联信息、质检报告和区块验证信息打包成区块，并将区块广播到区块链网络中；

步骤1.12：区块链网络上的存储节点接收到管理者节点打包的区块后，对区块进行验证，并验证通过的区块加入到对应的区块链上；

步骤1.13：生成产品二维码，二维码包含溯源地址信息和该产品最后一个生产环节对应区块的区块链号、区块号；

步骤2：用户扫描产品包装上的二维码；

步骤3：扫码器解析二维码信息，提取出溯源地址信息和产品对应区块的链号和区块号；

步骤4：扫码器将解析得到的区块链号、区块号按溯源地址发送给溯源系统；

步骤5：溯源系统根据区块链号、区块号在区块链网络上按二分查找的方法找到对应的区块；

步骤6：溯源系统用管理者节点的私钥解密保存在区块中与云数据库的关联信息；

步骤7：溯源系统根据数据ID和步骤6中解密获得的与云数据库的关联信息从云数据中查询与数据ID对应的生产数据；

步骤8：用生产者节点的公钥对区块上的数据校验包进行解密，得到生产数据的哈希值和Merkle树；

步骤9：对从云数据库中查找的数据做哈希运算，与步骤8中解密获得的数据校验包中的哈希值做对比，哈希值相等则通过校验；

步骤10：根据区块头中的源数据ID依次向上溯源，重复步骤5至步骤9，直到区块的源数据ID全为0则溯源结束，最后将溯源结果返回给用户。

6.根据权利要求5所述的基于多链互联区块链网络的食品快速溯源方法，其特征在于：步骤1中，产品二维码包含溯源地址和产品最后一个生产环节对应的区块的链号和区块号，溯源时只需从最后一个环节往前溯源即可，因为多链结构中的数据ID和源数据ID把整个产业链的各个生产环节都连起来了，通过最后一个链可以根据源数据ID向前溯源。

7.根据权利要求5所述的基于多链互联区块链网络的食品快速溯源方法，其特征在于：步骤1.8中管理者节点生成这批生产数据的数据ID，具体流程如下：

步骤1.8.1：管理者节点对这批数据的校验包、生产者节点的身份ID以及这批数据的哈希值一起做哈希运算得到新的哈希值；

步骤1.8.2：然后把链号、区块号与步骤1.8.1中新的哈希值拼接组合成该批数据的数据ID。

8.根据权利要求5所述的基于多链互联区块链网络的食品快速溯源方法，其特征在于：步骤1.12的具体实现包括以下子步骤：

步骤1.12.1：存储节点用生产者节点的私钥对区块中的数据校验包进行解密，获取数据校验包中的生产数据的哈希值；

步骤1.12.2：存储节点用管理者节点的公钥对区块验证信息进行解密，得到区块验证信息中的生产数据的哈希值；

步骤1.12.3：对比步骤1.21.1中的哈希值和步骤1.12.2中的哈希值，如果二者相等则区块验证通过，存储节点将区块加入到对应的区块链上。

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