CN110135860B - 一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，包括服务层、业务层、接口层和应用层；其中：服务层为所述业务层提供网络和数据处理服务；业务层提供系统的业务逻辑功能；接口层提供所述业务层和所述应用层的中间消息服务；应用层提供人机交互服务，与所述业务层信息交互；服务层包括区块链网络，通过所述区块链网络将区块链返回所述应用层。本发明提供一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，通过区块链网络保证链上记录的数据的安全性、完整性以及真实性，实现了防篡改、信息共享、强化溯源系统管理等功能，在提升农作物种子产品质量的同时，也提升农作物种子的市场竞争力和提升企业品牌形象。

Description

一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统

技术领域

本发明涉及农作物种子安全溯源技术领域，更具体地，涉及一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统。

背景技术

传统种子安全溯源系统存在以下主要问题：首先，为了能够追踪到溯源信息，通常由各个组织收集各个环节的信息，然后整合这些环节的信息组成溯源信息，放在一个信息平台管理数据。信息由单一组织管理以及单一系统维护，数据篡改难度低，而且篡改后无法辨识，数据的完整性无法得到验证，数据管理方有可能选择性地屏蔽不利于自身的信息；其次，农作物种子供应链各个组织都会存在的各自信息系统，多个信息系统之间很难交互、信息繁琐、数据交互不均衡，而且线下需要很高成本进行校验与核对以弥补系统之间的交互，不利于推广；第三，溯源系统来源于各个组织信息系统，溯源信息需要长期进行更新记录以及维护，因为需要跨组织加大数据管理的难度，降低数据管理的效率。

区块链数据防篡改、去中心化、分布式账本等特性可以有效解决以上传统农作物种子溯源系统存在的问题。区块链技术具备以下特性：

共识机制：共识机制保证分布式数据账本的数据一致。比特币网络系统和以太坊网络系统主要采用工作量证明机制(Proof of Work，PoW)。PoW就是对新区块进行SHA-256运算，找到一个随机值使得该区块的哈希值小于原先设定的目标值，最先计算出符合要求的随机值就获取本次记账的权利，然后全网所有节点再验证本次记录数据。Fabric网络系统采用的是低成本的Solo和Kafka共识机制，将排序服务收到交易到达的顺序作为区块链交易的顺序。若只是篡改自己维护的账本，并不能影响到全网的账本，得益于区块链的共识机制，全网的账本是以51％以上账本数据为准。若要篡改账本，必须能够控制全网51％的节点都修改节点自身所维护的账本，使得篡改数据的成本极大提高，保证区块链具备不可篡改的特性；时间戳：时间戳是标识着某个时刻的时间字符序列。它标志着数据具有存在的、完整的且可验证的标记。溯源系统每个环节的数据都有一个不可更改和伪造的时间信息；联盟链：联盟链是一种需要经过申请以及身份验证才可以加入的区块链，权限仅仅局限于联盟链中的成员。联盟链上的参与记账权以及读账本权利都是按照联盟规则制定，由整个网络成员共同维护。

综合上述，共识机制保证链上记录的数据的安全性、完整性以及真实性；时间戳记录每次交易发生的时间点，进一步保证数据的真实性；联盟链提供企业级项目管理的安全机制、信息共享、提升企业管理效率。区块链技术应用到传统农作物种子溯源系统可以带来防篡改、信息共享、强化溯源系统管理的优点，提升溯源系统的数据可信度。基于区块链技术的农作物种子溯源系统在提升农作物种子产品质量的同时，也提升农作物种子的市场竞争力和提升企业品牌形象。

发明内容

本发明为了克服传统种子安全溯源系统存在上述的技术缺陷，提供一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，包括服务层、业务层、接口层和应用层；其中：

所述服务层为所述业务层提供网络和数据处理服务；

所述业务层提供系统的业务逻辑功能；

所述接口层提供所述业务层和所述应用层的中间消息服务；

所述应用层提供人机交互服务，与所述业务层信息交互；

所述服务层包括区块链网络，通过所述区块链网络将区块链返回所述应用层。

其中，所述服务层包括但不仅限于身份管理模块、通道管理模块、账本管理模块和排序服务模块；其中：

所述身份管理模块包括种植组织单元、采收组织单元、加工组织单元、包装组织单元、质检组织单元、仓储组织单元、物流组织单元和销售组织单元；所述身份管理模块根据组织规模编写配置文件，为每个组织单元生成身份证书，每次交易都带上组织单元的身份签名；所述的每个组织单元均与所述业务层信息交互；

所述通道管理模块管理应用通道supplychainchannel，所述应用通道上设置有种植组织节点、采收组织节点、加工组织节点、包装组织节点、质检组织节点、仓储组织节点、物流组织节点和销售组织节点，共同管理和维护应用通道的账本数据；

所述账本管理模块包括多个背书节点、合法性验证单元、信息获取单元、交易处理单元和账本；所述背书节点设置在各个组织节点上，运用AND的背书策略，即每个组织节点至少有个一个背书节点需要执行背书操作；所述合法性验证单元验证背书节点收到的提案数据的合法性并且验证发起者的身份合法性；信息获取单元用于获取合法交易提案的通道ID，通过通道ID获取所属组织节点对应的账本以及获取交易模拟器和账本历史查询对象，模拟执行交易产生结果，即读集合和写集合；交易处理单元在确定交易是唯一的之后，确认交易提案对该组织节点账本是否具有写数据的权限，在模拟执行交易产生的结果添加背书节点的签名，生成背书，并将背书返回排序服务模块；

所述排序服务模块包括排序单元、打包单元和提交单元，所述排序单元将八个组织单元收集到的八个背书按照到达的顺序进行排序；所述打包单元将排序好的交易批量打包生成区块，并将区块发送给提交单元；所述提交单元对区块内的交易进行背书策略检查和语义检查，若检查不通过则视为无效交易；提交单元将验证过的区块添加至区块链网络，由区块链网络返回所述应用层。

其中，所述业务层包括种植链码、采收链码、加工链码、包装链码、质检链码、仓储链码、物流链码、销售链码和溯源链码；所述种植链码、采收链码、加工链码、包装链码、质检链码、仓储链码、物流链码、销售链码均与所述身份管理模块上对应的组织单元信息交互；所述溯源链码与所述信息获取单元信息交互。

其中，所述接口层通过提供链码接口、区块链接口为所述业务层和所述应用层提供中间消息服务。

其中，所述应用层为用户提供人机交互界面，包括种植管理模块、采收管理模块、加工管理模块、包装管理模块、质检管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、销售管理模块和溯源管理模块；所述的各个模块通过所述链码接口与所述业务层上对应的链码信息交互，通过所述区块链接口返回区块链网络上的数据。

其中，所述业务层通过链码操作所述服务层上的账本数据，所有链码同时用Go语言实现，每一次链码对账本的操作就形成一次交易，交易都会被所述服务层存储在区块链中。

其中，所述应用层的人机交互界面采用React框架；所述React框架属于单页应用，组件化管理，网页跳转始终是同一个页面，并且通过数据更新来渲染组件，更新页面。

其中，所述区块链网络为Fabric区块链网络，所述区块链网络的构建过程具体为：

准备身份管理配置文件、排序节点配置文件、组织成员节点配置文件、系统通道初始区块文件、应用通道初始块文件；根据身份管理配置文件生成各个组织单元的身份证书；再根据组织成员节点配置文件和排序节点配置文件启动组织节点和背书节点；再创建应用通道，将启动节点加入到通道中，最后开发业务层各个组织单元的链码。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，通过区块链网络保证链上记录的数据的安全性、完整性以及真实性；时间戳记录每次交易发生的时间点，进一步保证数据的真实性；联盟链提供企业级项目管理的安全机制、信息共享、提升企业管理效率，实现了防篡改、信息共享、强化溯源系统管理等功能，在提升农作物种子产品质量的同时，也提升农作物种子的市场竞争力和提升企业品牌形象。

附图说明

图1为本发明的系统框架示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，包括服务层、业务层、接口层和应用层；其中：

所述服务层为所述业务层提供网络和数据处理服务；

所述业务层提供系统的业务逻辑功能；

所述接口层提供所述业务层和所述应用层的中间消息服务；

所述应用层提供人机交互服务，与所述业务层信息交互；

所述服务层包括区块链网络，通过所述区块链网络将区块链返回所述应用层。

更具体的，所述服务层包括但不仅限于身份管理模块、通道管理模块、账本管理模块和排序服务模块；其中：

所述身份管理模块包括种植组织单元、采收组织单元、加工组织单元、包装组织单元、质检组织单元、仓储组织单元、物流组织单元和销售组织单元；所述身份管理模块根据组织规模编写配置文件，为每个组织单元生成身份证书，每次交易都带上组织单元的身份签名；所述的每个组织单元均与所述业务层信息交互；

所述通道管理模块管理应用通道supplychainchannel，所述应用通道上设置有种植组织节点、采收组织节点、加工组织节点、包装组织节点、质检组织节点、仓储组织节点、物流组织节点和销售组织节点，共同管理和维护应用通道的账本数据；

所述账本管理模块包括多个背书节点、合法性验证单元、信息获取单元、交易处理单元和账本；所述背书节点设置在各个组织节点上，运用AND的背书策略，即每个组织节点至少有个一个背书节点需要执行背书操作；所述合法性验证单元验证背书节点收到的提案数据的合法性并且验证发起者的身份合法性；信息获取单元用于获取合法交易提案的通道ID，通过通道ID获取所属组织节点对应的账本以及获取交易模拟器和账本历史查询对象，模拟执行交易产生结果，即读集合和写集合；交易处理单元在确定交易是唯一的之后，确认交易提案对该组织节点账本是否具有写数据的权限，在模拟执行交易产生的结果添加背书节点的签名，生成背书，并将背书返回排序服务模块；

所述排序服务模块包括排序单元、打包单元和提交单元，所述排序单元将八个组织单元收集到的八个背书按照到达的顺序进行排序；所述打包单元将排序好的交易批量打包生成区块，并将区块发送给提交单元；所述提交单元对区块内的交易进行背书策略检查和语义检查，若检查不通过则视为无效交易；提交单元将验证过的区块添加至区块链网络，由区块链网络返回所述应用层。

更具体的，所述业务层包括种植链码、采收链码、加工链码、包装链码、质检链码、仓储链码、物流链码、销售链码和溯源链码；所述种植链码、采收链码、加工链码、包装链码、质检链码、仓储链码、物流链码、销售链码均与所述身份管理模块上对应的组织单元信息交互；所述溯源链码与所述信息获取单元信息交互。

更具体的，所述接口层通过提供链码接口、区块链接口为所述业务层和所述应用层提供中间消息服务。

在具体实施过程中，所述链码接口、区块链接口均由Fabric Node SDK提供。

更具体的，所述应用层为用户提供人机交互界面，包括种植管理模块、采收管理模块、加工管理模块、包装管理模块、质检管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、销售管理模块和溯源管理模块；所述的各个模块通过所述链码接口与所述业务层上对应的链码信息交互，通过所述区块链接口返回区块链网络上的数据。

更具体的，所述业务层通过链码操作所述服务层上的账本数据，所有链码同时用Go语言实现，每一次链码对账本的操作就形成一次交易，交易都会被所述服务层存储在区块链中。

更具体的，所述应用层的人机交互界面采用React框架；所述React框架属于单页应用，组件化管理，网页跳转始终是同一个页面，并且通过数据更新来渲染组件，更新页面。

更具体的，所述区块链网络为Fabric区块链网络，所述区块链网络的构建过程具体为：

准备身份管理配置文件、排序节点配置文件、组织成员节点配置文件、系统通道初始区块文件、应用通道初始块文件；根据身份管理配置文件生成各个组织单元的身份证书；再根据组织成员节点配置文件和排序节点配置文件启动组织节点和背书节点；再创建应用通道，将启动节点加入到通道中，最后开发业务层各个组织单元的链码。

在具体实施过程中，Fabric区块链网络是形成有权限控制的区块链网络，所有的参与者必须是已确认身份的组织，因为通过Fabric区块链技术平台，用户可以创建自己的高性能有权限区块链，这样每个节点在加入之前必须经过审查许可。Fabric区块链技术提供身份管理组件，实现对加入网络的成员身份的管理。每个加入区块链网络的成员都有身份，发起每笔交易都会带上发起者的签名证书，背书节点也会在交易加入自己的签名，这样使得每笔交易过程清晰、无法篡改。Fabric区块链账本本身特性也具有防止篡改的功能。传统分布式数据库的基本操作有创建、更新、删除、查询，但该操作可能造成已经提交的数据被修改或删除。而区块链的基本操作只有创建和查询，这样保证数据一旦写入就无法篡改。若分布式数据库想只有创建和查询操作，需要靠写入业务代码约束。而区块链是依赖密码学机制和共识机制保证的。Fabric区块链账本重要成员是区块链，将不可变且有序的交易记录存放在各个区块中，各个区块是通过哈希值链接而成。每个区块的区块头记录本次交易记录生成的哈希值，并且包含上一个区块的哈希值，这样账本中的所有交易记录有序地通过这种加密形式串联起来。最新区块的哈希值是之前每笔交易记录的体现，这样保证所有节点处于一致可相互信任的状态。这种通过哈希值实现强关联保证区块链数据可回溯又不可篡改。

在具体实施过程中，Fabric区块链引入通道的概念，通道与绑定在该通道上的交易、账本、成员身份等一起构成一条完整的区块链。每个通道都有对应的一本账本。加入到该通道内的组织单元能够访问通道内的账本数据，而通道外的成员不可以访问通道内的账本数据。这样既保证通道内成员可以共享数据，也可以保证通道内的成员的数据隐私。通道内的所有成员节点共享了一本通道内的账本，即所有成员节点拥有一本账本副本，所有成员节点对账本操作都是针对本节点拥有的账本，但是该操作会在其他节点上同步进行操作其他节点自身拥有的账本副本，保证账本的更新是同步进行的，保存每次相同的交易得出的结果是相同的，这样不需要像传统溯源系统共享信息那样，借助第三方共享信息，避免了第三方篡改信息的风险。

在具体实施过程中，将基于Fabric区块链技术应用到农作物种子信息系统管理，可以将多个信息系统的数据记录在同一个区块链网络中，提升系统管理的效率。对于仅仅是实现溯源系统的管理，在区块链网络系统创建单通道，形成单账本，将溯源系统相关的组织加入到区块链网络，然后将组织成员节点加入到通道中，由组织成员参与通道中的账本管理，这样可以实现各个组织的溯源系统信息高效管理，减少组织成员之间的线下交互。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：包括服务层、业务层、接口层和应用层；其中：

所述服务层为所述业务层提供网络和数据处理服务；

所述业务层提供系统的业务逻辑功能；

所述接口层提供所述业务层和所述应用层的中间消息服务；

所述应用层提供人机交互服务，与所述业务层信息交互；

所述服务层包括区块链网络，通过所述区块链网络将区块链返回所述应用层；

所述服务层还包括身份管理模块、通道管理模块、账本管理模块和排序服务模块；其中：

所述身份管理模块包括种植组织单元、采收组织单元、加工组织单元、包装组织单元、质检组织单元、仓储组织单元、物流组织单元和销售组织单元；所述身份管理模块根据组织规模编写配置文件，为每个组织单元生成身份证书，每次交易都带上组织单元的身份签名；所述的每个组织单元均与所述业务层信息交互；

所述通道管理模块管理应用通道，所述应用通道上设置有种植组织节点、采收组织节点、加工组织节点、包装组织节点、质检组织节点、仓储组织节点、物流组织节点和销售组织节点，共同管理和维护应用通道的账本数据；

所述账本管理模块包括多个背书节点、合法性验证单元、信息获取单元、交易处理单元和账本；所述背书节点设置在各个组织节点上，运用AND的背书策略，即每个组织节点至少有个一个背书节点需要执行背书操作；所述合法性验证单元验证背书节点收到的提案数据的合法性并且验证发起者的身份合法性；信息获取单元用于获取合法交易提案的通道ID，通过通道ID获取所属组织节点对应的账本以及获取交易模拟器和账本历史查询对象，模拟执行交易产生结果，即读集合和写集合；交易处理单元在确定交易是唯一的之后，确认交易提案对组织节点对应的账本是否具有写数据的权限，在模拟执行交易产生的结果添加背书节点的签名，生成背书，并将背书返回排序服务模块；

所述排序服务模块包括排序单元、打包单元和提交单元，所述排序单元将八个组织单元收集到的八个背书按照到达的顺序进行排序；所述打包单元将排序好的交易批量打包生成区块，并将区块发送给提交单元；所述提交单元对区块内的交易进行背书策略检查和语义检查，若检查不通过则视为无效交易；提交单元将验证过的区块添加至区块链网络，由区块链网络返回所述应用层。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：所述业务层包括种植链码、采收链码、加工链码、包装链码、质检链码、仓储链码、物流链码、销售链码和溯源链码；所述种植链码、采收链码、加工链码、包装链码、质检链码、仓储链码、物流链码、销售链码均与所述身份管理模块上对应的组织单元信息交互；所述溯源链码与所述信息获取单元信息交互。

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：所述接口层通过提供链码接口、区块链接口为所述业务层和所述应用层提供中间消息服务。

4.根据权利要求3所述的一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：所述应用层为用户提供人机交互界面，包括种植管理模块、采收管理模块、加工管理模块、包装管理模块、质检管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、销售管理模块和溯源管理模块；各个模块通过所述链码接口与所述业务层上对应的链码信息交互，通过所述区块链接口返回区块链网络上的数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：所述业务层通过链码操作所述服务层上的账本数据，所有链码同时用Go语言实现，每一次链码对账本的操作就形成一次交易，交易都会被所述服务层存储在区块链中。

6.根据权利要求5所述的一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：所述应用层的人机交互界面采用React框架；所述React框架属于单页应用，组件化管理，网页跳转始终是同一个页面，并且通过数据更新来渲染组件，更新页面。

7.根据权利要求6所述的一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统，其特征在于：所述区块链网络为Fabric区块链网络，所述区块链网络的构建过程具体为：

准备身份管理配置文件、排序节点配置文件、组织成员节点配置文件、系统通道初始区块文件、应用通道初始块文件；根据身份管理配置文件生成各个组织单元的身份证书；再根据组织成员节点配置文件和排序节点配置文件启动组织节点和背书节点；再创建应用通道，将启动节点加入到通道中，最后开发业务层各个组织单元的链码。