CN109784956B - 基于区块链技术的农产品溯源方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的农产品溯源方法包括a.农产品数据的存储b.农产品溯源链；c.适用于农产品溯源链的共识机制；本发明有效的满足农产品溯源交易量大、交易产生迅速要求，并且在一定程度上减少了对系统性能的影响，减小了对系统稳定性造成的威胁。

Description

基于区块链技术的农产品溯源方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种基于区块链技术的农产品溯源方法。

背景技术

全球市场上不断出现的农产品安全事故、农产品召回事件等，越来越引起人们对农产品质量问题的关注。农产品质量问题关系到每一个消费者的生命财产安全和切身利益，无论是生产企业还是消费者都希望能够知道自己的最终农产品或消费品的原材料和来源的相关信息，从而保证农产品的可靠性、安全性并了解其品质水平。国家农产品药品质量监督局虽然高度重视相关问题的防范和处理，但总有漏网之鱼，农产品安全问题仍然棘手难待。一方面为了满足消费者对安全农产品的实际需求，另一方面满足监督管理部门的监督需要，新的监管方式和技术手段必须应用到农产品监管领域，让农产品供应链的全流程记录在案，一旦出现农产品安全问题便可及时准确地追踪到具体的环节和具体的责任人，使得整个供应链的过程完全透明，链上参与者认真对待，不敢弄虚作假。

农产品安全追溯能够让消费者和相关监管部门从中获取到准确的流转信息，农产品在每一环节所进行的处理和处理经由方均能够在系统上体现，每一环节的责任人都记录在系统之中，发生农产品安全事故则能有效地定位和追溯到引起问题的责任人，以此实现监督和控制的作用。然而目前农产品的安全追溯系统中，追溯系统的控制方式集中化，负责追溯数据采集工作的单位单一化从而导致了数据及系统的中心化，数据篡改难度低，篡改后无法辨识，数据完整性无法被验证。这样的情况在很大程度上导致了监管部门和消费者对于非官方主导的追溯平台所提供的信息信任度不高，影响了追溯系统的实施效果。农产品追溯系统是指能够识别农产品生产加工过程中直接供方的进料和终端农产品初次分销的途径，能够维护关于农产品及其成分在整个或部分生产与供应链上，用户所期望获取信息的全部数据与作业的一组相关互联的要素。与一般的农产品追溯相比，农产品安全追溯更注重对农产品生产过程中的添加剂、加工过程的具体操作等会影响到农产品品质和性状的环节与信息的采集和纪录，以及纪录到的信息的真实性和可靠性的保证。

农产品安全追溯系统由各类传感器、射频识别标签、条形码标签、信息管理平台等元素组成。它通过唯一对应的农产品追溯编码，将农产品的原材料信息、生产加工过程信息、物流过程信息、销售信息与农产品本身进行绑定。利用部署在生产加工、物流运输等过程中的监控设备对数据进行采集，并将数据传输到计算机上的信息管理平台，通过射频标签或条形码技术对农产品进行标记，用户利用射频阅读器或条码扫描器获取农产品标记信息，联接信息管理系统，获取对应的数据。在农产品的生产过程中，对农产品从原材料的采购到初次分销这一系列过程的重要信息进行记录，提供农产品在各环节中的生产、物流、成分等数据。为企业提供指导生产的信息，为消费者和监管部门提供农产品成分、加工流程、周转流程的关键信息。

目前存在的农产品溯源系统存在以下问题：(1)基于中心化存储的传统系统，存在数据被篡改的可能性。(2)有部分利用区块技术的农产品溯源系统存在交易速度过慢，恶意节点攻击等问题。(3)大部分基于区块链的农产品溯源系统并没有针对农产品溯源的性质设计相应的链式结构，可能存在存储空间和时间开销上的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于区块链技术的农产品溯源方法，以解决上述问题。

本发明提供一种基于区块链技术的农产品溯源方法，包括：

(1)农产品数据在区块链中的存储，包括确定存储在区块链上的数据种类和格式；

(2)在步骤(1)的基础上建立农产品溯源链；

(3)根据所述农产品溯源链建立共识机制，使需要存储到区块链上的数据必须按照所述共识机制争得其他节点同意。

进一步，所述农产品数据分为结构化数据和非结构化数据，非结构化数据不存储在区块链上，结构化数据存储在区块链上。

进一步，将所述存储在区块链上的数据格式分为区块和信息单，所述区块中记录着前一个区块ID以及该区块下的信息单ID，所述信息单包括信息单ID、信息类型、时间戳、公钥、数字签名。

具体地，为减少区块生成时间和减少查询时间，所述溯源链采用双链结构，第一条链为B1第二条链为B2，B1链上记录所述区块，B2链上记录所述信息单。

本发明的有益效果：本发明将农产品溯源进行细分，符合农产品行业在实际业务中的特点，解决了传统结构农产品溯源解决方法中数据不安全，中心化程度高，资源开销大等问题。对数据数据格式，存储架构进行合理设计，并专门为农产品数据的特征设计了合理的双链结构。在共识阶段替代了传统的共识算法，为农产品溯源设计了专门的共识算法，并带有惩罚机制，有效的满足频发更新、快速的查询要求，并且在一定程度上减少了对性能的影响，减小了恶意节点对系统稳定性造成的威胁。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的系统构架示意图；

图2是本发明的区块构成示意图；

图3是本发明的数据存储架构示意图；

图4是本发明的适用于农产品溯源链的共识机制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的系统构架示意图。图2是本发明的区块构成示意图。图3是本发明的数据存储架构示意图。图4是本发明的适用于农产品溯源链的共识机制流程示意图。

图1是本发明的系统构架示意图，图1是宏观来看整个基于区块链技术的农产品溯源方法的整体架构。区别于其他的区块链溯源方法，本方法主要合理的定义了区块的存储方式，综合考虑实际情况后设定的存储架构和适用于农产品溯源链的共识机制。

三者的逻辑关系是按照实际情况选择合适的数据，按照特定的数据格式存储数据，本方法自动把数据分为结构化数据和非结构化数据，非结构化数据就近存储(不存储在区块链上，例如视频等体积较大的非结构化数据不适合上链)，结构化数据直接上链(按照本发明所制定的数据格式)需要按照特定的共识机制争得其他节点同意后上链。

在图2中将农业数据可以分为区块和信息单。一条区块链由一个个记录着前一个区块ID的区块组成，而每个区块又包含了信息单个数和信息单ID。另一条链包含着信息单详细信息。这些信息单是实际存储区块链数据的载体。举例来讲，一条区块链可以看作是一个数据库，构成区块链的每一个区块可以看作是数据库中的一张表，信息单可以看作是每张表上的一条记录。根据实际情况确定上链的数据种类，如时间、负责人、人员工作情况和传感器数据(温度、湿度、活动公里数等)等。

图3是本发明的数据存储架构示意图，图3主要包括农产数据的存储架构划分，结构化数据直接上链，非结构化数据就近存储，本方法合理的解决了区块存储空间不足的，共识达成慢的问题。

图4是本发明的适用于农产品溯源链的共识机制流程示意图，流程如下：

适用于农产品链的共识机制分为3个阶段pre-prepare阶段(预准备阶段)，prepare阶段(准备阶段)，commit阶段(提交阶段)。

V：当前视图的编号。比如当前主节点为A，视图编号为1，如果主节点换成B，那么视图编号就为2。

N：当前请求的编号。主节点收到客户端的每个请求都以一个编号来标记。

M：消息的内容。

d：消息内容的摘要。

i：节点的编号。

S1：Pre-prepare阶段：节点收到pre-prepare消息后，会有两种选择，一种是接受，一种是不接受。如果一个节点接到了一条pre-pre消息，消息里的V和N在之前收到里的消息是曾经出现过的，但是d和m却和之前的消息不一致，或者请求编号不在高低水位之间，这时候就会拒绝请求。拒绝的逻辑就是主节点不会发送两条具有相同的V和N，但d和M却是不同的消息。

S2：(Prepare阶段)节点同意请求后会向其它节点发送prepare消息。同一时刻不是只有一个节点在进行这个过程，可能有n个节点也在进行这个过程。

S3：(Commit阶段)于是进入commit阶段。向其它节点广播commit消息，同理，这个过程可能是有n个节点也在进行的。因此可能会收到其它节点发过来的commit消息，当收到3/5的commit消息后(包括自己)，代表大多数节点已经进入commit阶段，这一阶段已经达成共识，于是节点就会执行请求，写入数据。

S4：(检查恶意节点阶段)一节点如果在commit阶段有一次未达成共识，下一次这个节点不参加共识。一节点如果在commit阶段连续有两次未达成共识，下两次这个节点不参加共识。一节点如果在commit阶段连续有三次未达成共识，这个节点将永远不能参加共识。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）农产品数据在区块链中的存储，包括确定存储在区块链上的数据种类和格式，所述农产品数据分为结构化数据和非结构化数据，非结构化数据就近存储，结构化数据存储在区块链上；将所述存储在区块链上的数据格式分为区块和信息单，所述区块中记录着前一个区块ID以及该区块下的信息单ID，所述信息单包括信息单ID、信息类型、时间戳、公钥、数字签名；

（2）在步骤（1）的基础上建立农产品溯源链，所述溯源链为双链结构，第一条链为B1第二条链为B2，B1链上记录所述区块，B2链上记录所述信息单；

（3）根据所述农产品溯源链建立共识机制，使需要存储到区块链上的数据必须按照所述共识机制争得其他节点同意；

所述共识机制的具体步骤包括：

c1：预准备阶段，节点收到pre-prepare消息后，会有两种选择，一种是接受，一种是不接受；如果一个节点接到了一条pre-prepare消息，消息里的V和N在之前收到里的消息是曾经出现过的，但是d和M却和之前的消息不一致，或者请求编号不在高低数位之间，这时候就会拒绝请求；V为当前视图的编号，N为当前请求的编号，M为消息的内容，d为消息内容的摘要；

c2：准备阶段，节点同意请求后会向其它节点发送prepare消息；

c3：提交阶段，向其它节点广播commit消息，当收到3/5的commit消息后，代表大多数节点已经进入提交阶段，这一阶段已经达成共识，于是节点就会执行请求，写入数据。

2.根据权利要求1所述基于区块链技术的农产品溯源方法，其特征在于：还包括恶意节点检查步骤，某一节点如果在提交阶段有一次未达成共识，下一次这个节点不参加共识；某一节点如果在提交阶段连续有两次未达成共识，下两次这个节点不参加共识；某一节点如果在提交阶段连续有三次未达成共识，这个节点将永远不能参加共识。

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