CN110969447B - 一种基于区块链技术的产品深度溯源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的产品深度溯源系统，其中：联盟区块链成员管理模块对联盟区块链上所有节点，进行管理与授权，定义节点的属性；企业数据记录与管理模块为各成员机构提供各类数据录入与管理的程序功能；数据上链与加密模块将各成员机构希望在联盟区块链中共享的信息基于共识算法上链并创建加密区块，同时向属性符合信息分享要求的相关节点签发数字证书，凭借数字证书认证可读取共享的加密信息；多级关联检索与哈希值匹配模块实现相关数据的多级关联检索与哈希值匹配验证。本发明在全供应链流通环节实现安全可信、完整高效的深度溯源和多级检索，以更优的溯源技术来服务终端市场、服务相关产业、服务有关监管部门。

Description

一种基于区块链技术的产品深度溯源系统

技术领域

本发明涉及一种基于区块链技术的产品深度溯源系统，尤其涉及的是一种多级关联检索与哈希值匹配的实现方法。

背景技术

目前市场上所使用的溯源技术，主要的实现能力为对某一产品的单一一段生产加工流通过程，读取数据库存储的所有信息，形成过程溯源查询。既无法进行跨企业的多级投入品、产出品的关联检索和深度溯源，也无法高效读取溯源数据。这当中存在着三种主要风险：1、为不良商家创造了篡改和造假质量安全监控数据的机会；2、无法实现真正的全过程溯源，溯源信息严重缺失；3、监管部门在信息不对称中无法判断质量安全问题发生在哪一流通环节。

发明内容

发明目的：随着区块链技术的不断成熟和发展，以联盟区块链形式聚合某一产业链相关企业与机构，实现完整、可信、安全的供应链全环节全过程溯源，并且可进行高效的多级关联溯源，便于消费者和有关监管部门对产品质量安全进行全面监控，将成为行业的一大关注焦点。因此，本发明所要解决的技术问题是针对现有溯源检索技术的低效率运作、无法智能化多级深度溯源的缺陷，提供一种高效的、智能化的多级关联检索与哈希值匹配的实现方法。

本发明旨在升级已有溯源技术所能达到的溯源能力，在全供应链流通环节实现安全可信、完整高效的深度溯源和多级检索，以更优的溯源技术来服务终端市场、服务相关产业、服务有关监管部门。

技术方案：一种基于区块链技术的产品深度溯源系统，系统包含联盟区块链成员管理模块、企业数据记录与管理模块、数据上链与加密模块、多级关联检索与哈希值匹配模块4个主要模块。其中，核心技术部分在于多级关联检索与哈希值匹配的实现方法。该系统技术方案介绍如下：

联盟区块链成员管理模块对联盟区块链上所有节点，即成员机构进行管理与授权，在该模块中定义节点的属性，才可为后续信息定向共享与检索提供前提条件。企业数据记录与管理模块为各成员机构提供各类数据录入与管理的程序功能。数据上链与加密模块将各成员机构希望在联盟区块链中共享的信息基于共识算法上链并创建加密区块，同时向属性符合信息分享要求的相关节点签发数字证书，凭借数字证书认证可读取共享的加密信息。多级关联检索与哈希值匹配模块可高效实现相关数据的多级关联检索与哈希值匹配验证，通过将某一产品的溯源信息哈希值匹配关联区块，获得关键节点与属性关联节点的历史状态追溯记录表；基于交易合约时间点排序，形成待匹配的区块链池，以备检索次级关联投入/产出品信息的需求。

联盟区块链成员管理模块，对联盟区块链中成员机构进行完整的管理操作的实现步骤为：

101，当成员机构加入联盟区块链后，将在联盟区块链中增加一个带有机构主体信息与属性信息的节点。

102，由联盟区块链确认节点信息与属性信息无误后，激活节点活跃状态。

103，指定节点的权重等级。

104，基于权重等级与节点属性，联盟区块链自动授权对应的功能权限。

联盟区块链成员管理模块涉及1个操作端：联盟区块链管理平台。

企业数据记录与管理模块关于企业记录与管理数据的操作实现步骤为：

201，按照顺序依次录入数据：

①企业主体与往来企业信息，员工信息，地块、仓库、操作间等基础设施信息，物联网设备与数据信息；

②产品与投入品信息，全过程生产加工标准信息，生产加工项目信息，检测报告信息，仓储信息，物流信息，销售信息，供应链环节流转信息，财务信息；

③溯源产品与溯源码信息。

数据上链与加密模块的实现步骤为：

301，标记待上链数据(通过企业数据记录与管理模块录入的数据)，基本标记标签类别包括：数据流通和传输的起始节点属性，终止节点属性，数据类别，数据详情，数据采集人，数据采集时间；

302，基于共识算法，将数据上链并创建新的区块高度，所涉及的共识算法类型为PoS即权益证明共识算法，共识算法核心公式为：

Hash:散列函数

K_pub：账号公钥

Hash_pb：上一个区块的散列值

B_e：该账户有效额度

D_cb：当前区块的难度系数

T_cur：当前时间

T_pb：上一个区块的生成时间

只有创建的新的区块高度符合上述公式，该新区块才被确认为正确创建。

303，对上链的数据进行加密，所涉及的加密算法类型为哈希算法：该算法核心函数即哈希函数，用于完成工作量证明计算合生成地址，将任意长度的字符串映射为较短的固定长度的字符串。加密算法核心公式为：

h＝H(M)

M：任意长度的消息M

H(M)：固定长度的比特串

304，向获得相关授权的联盟区块链成员发放该数据的数字证书，用于验证身份读取数据内容。

多级关联检索与哈希值匹配模块包含的功能的操作实现步骤为：

401，多级关联检索与哈希值匹配，包含子步骤如下：

401-1检索一级溯源信息哈希值所匹配的区块，称第一个溯源信息为一级溯源信息，第二个溯源信息为二级(次级)溯源信息，以此类推；

401-2找到步骤401匹配并成功验证的区块所对应的节点作为关键节点；

401-3通过关键节点的属性找到所有关联节点；如果401-2所述的关键节点是A产品的批发商，那么关联节点包含A产品的生产商，A产品的零售分销商，A产品原产料的生产商等；属性包括节点间的供应关系、生产关系相关度。比如：零售商最相关的是批发商而不是生产商；原料商最相关的是生产商，而不是批发商或零售商。根据节点属性定义两两节点之间关联度。

所述属性在节点进入联盟区块链的时候即定义好。

401-4获得所有关联节点的历史状态追溯记录表，新区块的生成必然携带一个时间戳，该节点的所有生成区块的哈希值按照时间顺序从近到远排列即历史状态追溯记录表；

401-5将历史状态追溯记录表基于交易合约时间点排序，形成待匹配的区块链池；

401-6检索次级关联投入/产出品信息，在步骤4015中形成的区块链池中匹配对应哈希值(当且仅当检索哈希值＝原有记录数据的哈希值，视为匹配成功。)，得到验证结果。次级关联投入/产出品信息指第二级关联检索；比如第一级检索A产品，第二级检索想要检索A产品的投入品B产品，第三级检索想要检索B产品的投入品C产品……以此打比方类推，直到用户不再继续检索下一级投入品，则检索结束。

402每完成一次完整的、有匹配验证结果的检索后，实现溯源码读码累计加1，并对所有溯源码读码记录进行统计。

403每完成一次完整的、有匹配验证结果的检索后，增加1条溯源查询记录，成为溯源查询记录管理的数据，溯源查询记录是指用户进行一次溯源查询操作的相关查询信息记录，数据包含：查询时间，查询者ip，所查询的多级对象及其溯源信息等。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的基于区块链技术的产品深度溯源系统，系统中的所有溯源信息通过本发明所提供的多级关联检索与哈希值匹配的实现方法，可在联盟区块链内加密传递、快速检索溯源信息。本发明可广泛应用于智慧农业、工业信息化管理体系与产业供应链大数据共享体系，应用成本低，维护简单，并具有功能性优势与广阔的开发前景。对比现有溯源技术，本发明核心优势总结如下：

1)企业核心商业机密在联盟区块链内存储与读取安全可靠，如交易价格、交易合同、交易人详细信息等，仅限于联盟区块链内成员获取，不会被外部人员从消费者查询端或溯源监管平台攻击与盗取。

2)消费者与监管机构可通过溯源码查询轻松读取公开的溯源信息，并且快速进行多级关联深度溯源查询。现有其他溯源技术还不能做到智能化地进行多级高速深度溯源，仅能实现页面逐层跳转。

3)基于联盟区块链的特殊属性和所应用的共识算法的特点，越早加入联盟区块链、越多创造溯源记录的高权重成员，可以用更低的成本实现更高效的产品溯源操作，因此，本系统可轻松吸引产业链相关企业和机构加入。而成员越多的产业链联盟，可以实现更高的产业集群效应，创造更多的市场价值。

4)本发明可在常见服务器上进行部署，并可兼容常见通信设备和采集端口，产业适用度广，应用成本适中，易于联盟区块链成员机构学习与操作系统。

附图说明

图1为本发明系统功能流程图；

图2为本发明多级检索与哈希值匹配校验原理示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于区块链技术的产品深度溯源的实现新思路，具体实现该技术方案的方法和途径可能存在其他近似方式，下方所述是本发明的最优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的部分技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，也是可以做出若干改动调整的，这些改动调整也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用相关近似技术加以实现。

实施例1

一种基于区块链技术的产品深度溯源系统，包括联盟区块链管理平台、企业管理系统、深度溯源消费者查询端、溯源监管平台、采集设备、信息输入接口、数据访问接口、联盟区块链节点、产品深度溯源系统、信息输出接口。

联盟区块链成员管理模块的操作端为联盟区块链管理平台，企业数据记录与管理模块的操作端为企业管理系统，数据上链与加密模块的操作端为企业管理系统和联盟区块链管理平台，多级关联检索与哈希值匹配模块企业管理系统、深度溯源消费者查询端和溯源监管平台。

联盟区块链管理平台首先接受到分别位于供应链上游与下游的企业A与B、和区域监管机构C的基本信息，基本信息包括：成员名称，成员属性(如：原料供应商、生产企业、监管机构)。

如成员基本信息经联盟区块链管理平台认证，则成员状态被激活，并由联盟区块链平台颁发数字认证标识。通过联盟区块链管理平台设置成员的权重等级，开放对应功能权限单。

企业A与企业B进入企业管理系统，分别完整录入各自企业管理信息，包括：企业主体与往来企业信息，员工信息，地块、仓库、操作间等基础设施信息，物联网设备与数据信息；产品与投入品信息，全过程生产加工标准信息，生产加工项目信息，检测报告信息，仓储信息，物流信息，销售信息，供应链环节流转信息，财务信息；溯源产品与溯源码信息。其中企业A的产品，实际为企业B的投入品，且企业A存在对企业B的销售行为，两者共同拥有关联物流历史记录。

企业A在企业管理系统中申请将产品的销售与物流信息上链。企业B利用企业A产品投入生产得到的产出品，并在企业管理系统中申请将产品生产全过程、销售与物流信息上链。

企业管理系统将针对不同的上链数据需求，生成数据访问请求，所申请的上链数据包含以下标记标签：数据流通和传输的起始节点属性，终止节点属性，数据类别，数据详情，数据采集人，数据采集时间。

产品深度溯源系统基于共识算法将上链数据访问请求存储，并通过哈希加密算法加密成非明文字符串信息。

产品深度溯源系统对与企业A、B有关联的成员，即联盟区块链节点，颁发数字证书用以读取加密数据。在此例中，企业A、B应向隶属的区域监管机构C颁布数字证书。

在企业B的产品申请进入市场的过程中，监管机构C通过溯源监管平台对企业B产品的检测报告和产品全生产过程规范性进行检验查看。产品深度溯源系统对企业B产品数据访问请求进行处理，产品深度溯源系统将数据处理生成的历史状态追溯记录表与检测报告数据信息通过信息输出接口反馈至溯源监管平台。

产品深度溯源系统对产品数据访问请求进行处理的方法为：将接收到的产品数据信息进行哈希运算，根据得到的哈希值从当前的区块开始，按照相关度次序逐一对整个区块链进行匹配；产品深度溯源系统对区块链匹配结果进行整理，生成产品数据访问请求涉及的产品的历史状态追溯记录表，历史状态追溯记录表包括产品的状态、属性以及其历史合约详情，并按历史合约生成时间由新至旧依次排列。数据访问接口将产品数据访问请求发送至所述区块链节点时，采用的是PUSH机制。同时认为该区块链节点为关键节点。

在企业B的产品正式进入市场流通后，消费者通过深度溯源消费者查询端对企业B溯源查询的同时，也希望关联检索来自企业A的投入品溯源信息。产品深度溯源系统首先对所述企业B产品数据访问请求进行处理，产品深度溯源系统将数据处理生成的历史状态追溯记录表通过信息输出接口反馈至深度溯源消费者查询端。

产品深度溯源系统对所述企业B产品数据访问请求进行处理的方法为：将接收到的产品数据信息进行哈希运算，根据得到的哈希值从当前的区块开始，按照相关度次序逐一对整个区块链进行匹配；产品深度溯源系统对区块链匹配结果进行整理，生成产品数据访问请求涉及的产品的历史状态追溯记录表，历史状态追溯记录表包括产品的状态、属性以及其历史合约详情，并按历史合约生成时间由新至旧依次排列。数据访问接口将所述产品数据访问请求发送至所述区块链节点时，采用的是PUSH机制。同时认为该区块链节点为关键节点。

产品深度溯源系统接下来对企业A产品数据访问请求进行处理，产品深度溯源系统将企业A产品数据处理生成的历史状态追溯记录表数据信息通过信息输出接口反馈至深度溯源消费者查询端。

产品深度溯源系统对所述企业A产品数据访问请求进行处理的方法为：基于对企业B产品区块链匹配结果整理所得到的关键节点，寻找和企业A属性关联的所有关联节点的历史状态追溯记录表，并按照交易合约时间点排序，形成待匹配的区块链池；在该区块链池中快速按照相关度次序进行哈希值匹配。

每完成一次完整的、有匹配验证结果的检索后，实现溯源码读码累计加1，并对所有溯源码读码记录进行统计；同时增加1条溯源查询记录，成为溯源查询记录管理的数据被存储下来。

通过企业管理系统，企业A、B可看到产品溯源码被读码统计汇总数据。通过溯源消费者端与溯源监管平台，消费者和监管机构C可查看各自用户权限内的溯源查询记录。

Claims (3)

1.一种基于区块链技术的产品深度溯源系统，其特征在于：系统包含联盟区块链成员管理模块，企业数据记录与管理模块，数据上链与加密模块，以及多级关联检索与哈希值匹配模块；

联盟区块链成员管理模块对联盟区块链上所有节点，即成员机构进行管理与授权，定义节点的属性；企业数据记录与管理模块为各成员机构提供各类数据录入与管理的程序功能；数据上链与加密模块将各成员机构希望在联盟区块链中共享的信息基于共识算法上链并创建加密区块，同时向属性符合信息分享要求的相关节点签发数字证书，凭借数字证书认证可读取共享的加密信息；多级关联检索与哈希值匹配模块实现相关数据的多级关联检索与哈希值匹配验证，通过将某一产品的溯源信息哈希值匹配关联区块，获得关键节点与属性关联节点的历史状态追溯记录表；基于交易合约时间点排序，形成待匹配的区块链池，以备检索次级关联投入/产出品信息的需求；

数据上链与加密模块的实现步骤为：

301，标记待上链数据，基本标记标签类别包括：数据流通和传输的起始节点属性，终止节点属性，数据类别，数据详情，数据采集人，数据采集时间；

302，基于共识算法，将数据上链并创建新的区块高度，所涉及的共识算法类型为PoS即权益证明共识算法；

303，对上链的数据进行加密，所涉及的加密算法类型为哈希算法；

304，向获得相关授权的联盟区块链成员发放上链数据的数字证书，用于验证身份读取数据内容；

共识算法公式为：

Hash：散列函数

K_pub：账号公钥

Hash_pb：上一个区块的散列值

B_e：该账户有效额度

D_cb：当前区块的难度系数

T_cur：当前时间

T_pb：上一个区块的生成时间

只有创建的新的区块高度符合上述公式，该新区块才被确认为正确创建；

多级关联检索与哈希值匹配模块包含的功能的操作实现步骤为：

401，多级关联检索与哈希值匹配，包含子步骤如下：

401-1检索一级溯源信息哈希值所匹配的区块；

401-2找到步骤401-1匹配并成功验证的区块所对应的关键节点；

401-3通过关键节点的属性找到所有关联节点；

401-4获得所有关联节点的历史状态追溯记录表；

401-5将历史状态追溯记录表基于交易合约时间点排序，形成待匹配的区块链池；

401-6检索次级关联投入/产出品信息，在步骤401-5中形成的区块链池中匹配对应哈希值，得到验证结果；

402每完成一次完整的、有匹配验证结果的检索后，实现溯源码读码累计加1，并对所有溯源码读码记录进行统计；

403每完成一次完整的、有匹配验证结果的检索后，增加1条溯源查询记录，成为溯源查询记录管理的数据。

2.如权利要求1所述的基于区块链技术的产品深度溯源系统，其特征在于：联盟区块链成员管理模块，对联盟区块链中成员机构进行完整的管理操作的实现步骤为：

101，当成员机构加入联盟区块链后，将在联盟区块链中增加一个带有机构主体信息与属性信息的节点；

102，由联盟区块链确认节点信息与属性信息无误后，激活节点活跃状态；

103，指定节点的权重等级；

104，基于权重等级与节点属性，联盟区块链自动授权对应的功能权限。

3.如权利要求1所述的基于区块链技术的产品深度溯源系统，其特征在于：企业数据记录与管理模块关于企业记录与管理数据的操作实现步骤为：

201，按照顺序依次录入数据：

①企业主体与往来企业信息，员工信息，地块、仓库、操作间信息，物联网设备与数据信息；

②产品与投入品信息，全过程生产加工标准信息，生产加工项目信息，检测报告信息，仓储信息，物流信息，销售信息，供应链环节流转信息，财务信息；

③溯源产品与溯源码信息。