CN111431940A - 一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法。包括：针对传统干果供应链的特点，设计并实现基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型；通过将干果供应链上的农事、加工、质检及运输这四个关键节点进行连接构成联盟链；干果供应链各个节点都是独立且平等的，因此构成的联盟链不需要选举主节点进行区块的生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能；利用智能合约机制设计用户合约、事件合约以及管理员合约三个模块，干果联盟链中客户端的操作请求都经过已测试的合约函数进行验证；通过IPBFT共识算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现信息的一一映射，以维护供应链信息来保证数据真实安全和防篡改。

Description

一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法

技术领域

本发明公开一种干果供应链信息防篡改方法，尤其是一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法。

背景技术

由于现如今的食品安全问题而引发了消费者的信任危机，同时也是国家建设发展诚信社会工作上的重大挑战。干果从田间到加工再到消费者手中涉及到很多环节，而每个环节缺少有效的监管，出了问题无法追溯到问题的来源。食品溯源系统能够标识食品来源，提供其从地头到餐桌全过程中的详细信息。

现在的食品安全溯源系统基本上都是企业根据自己的需求建立中心数据库并且在整个供应链中各环节间信息记录和传递的真实性问题尚且存在。以干果为例，干果从“田间到餐桌”的种植、检验加工、物流运输等过程中牵扯到若干个用户角色，比如农业生产者、检验加工者、运输流通者以及最终的消费者用户等，所以干果供应链涉及的环节多，用户角色多样，实时关联性强。导致企业对干果进行溯源时很难保证产品信息采集的真实可靠性。区块链是一种互联网链接型的共享账本技术，其突出特点包括分布式存储、操作公开透明、真实可防篡改等，因此能够减少企业对整个供应链的监控成本从而提高企业操作的便捷性，提高供应链的真实有效性。本发明将结合区块链的相关可靠技术，针对干果溯源系统实现干果供应链信息的真实可靠从而搭建一个安全真实的干果追溯平台。

发明内容

本发明的目的是为了解决干果追溯过程中的信息不安全问题，提供一种基于区块链的信息防篡改实现方法来解决上述问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：针对干果供应链参与者众多且数据无法安全有效采集的问题提供一种IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型，采用IPBFT共识算法和设计的智能合约，通过避免选举主节点来保证每个节点的记账权，符合智能合约约束条件的区块上链，从而实现干果供应链信息防篡改，包括下述步骤：S1、针对传统干果供应链参与者众多且集中式存储的特点设计并实现基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型；

S2、通过将干果供应链上的农事、加工、质检及运输这四个关键节点进行连接构成联盟链；

S3、干果供应链各个节点都是独立且平等的，因此构成的联盟链不需要选举主节点进行区块的生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能；

S4、利用智能合约机制设计用户合约、事件合约以及管理员合约三个模块，干果联盟链中客户端的操作请求都经过已测试的合约函数进行验证；

S5、根据上述步骤S1中针对干果供应链提出IPBFT共识算法。

S6、根据上述步骤S2中形成的多个客户端联盟链，经过链码逻辑的测试，将程序部署至区块链中。

S7、通过IPBFT算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现个人信息和操作信息的一一映射，联盟链用户共同维护干果供应链信息来保证数据的真实安全性和防篡改的实现。

作为优化的技术方案，步骤S1，具体包括：

干果供应链涉及的环节复杂，参与者众多，其中包括与干果追溯相关的种植户，加工检测人员信息及运输人员信息，因此每个环节都需要用户进行实名认证，来确保上传者信息的真实有效。这些种植户、生产加工商及物流供应商在信息上链时需要通过共识机制来保证链上数据的一致性。

IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型中具体包括：首先利用ethereum区块链框架搭建一个可信的联盟链网络，通过IPBFT共识算法，避免因选择主节点的记账权而产生过于繁琐的操作，保证干果供应链上的每个节点都是平等的且有效保障上链数据的唯一性。将干果供应链上所涉及的四个关键客户端节点连接在一起，利用区块链代替传统的数据库，实现数据的分布式存储。其次通过合约模块实现用户数据与上传数据的一一对应，基于用户访问权限控制机制实现用户上传数据的真实有效。该模型中的多模块是指基于智能合约机制针对多用户多节点所设计的三个合约模块，包括：用户合约模块、事件合约模块以及管理员合约模块。

作为优化的技术方案，步骤S2，具体包括：

干果供应链涉及到多种用户角色，包括最初的干果种植户，负责加工干果的加工商，负责干果检测的检验人员以及负责运输的物流人员，因此需要通过区块链技术将多个节点进行连接，并且能够确保用户信息以及用户上传的干果操作信息能够分布存储至每个节点中，形成农户-加工-检测-运输这个干果供应链端到端的信息共享。

作为优化的技术方案，步骤S3，具体包括：

传统的IPBFT共识算法是从全网节点选举出一个主节点(Leader)，新区块由主节点负责生成，这种投票选举的方式过于复杂且存在主节点的故障隐患。因此设计的IPBFT共识算法，实现联盟链每个节点都是独立且平等的，将不需要选举主节点，每个节点用户都可以进行区块的生成从而保证各个节点都是平等的且都具有记账权。针对干果联盟链体系每个节点都是独立且唯一，因此不需要选举主节点进行区块生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能。

作为优化的技术方案，步骤S4，具体包括：

通过搭建步骤S2中的干果联盟链来实现数据的分布式存储，而根据供应链环节用户角色的不同需要赋予不同的操作权限，因此利用智能合约机制设计并实现关于用户角色的用户合约模块，上传操作信息的事件合约模块以及用于最终数据查询的管理员合约模块。其中用户合约的定义及结构体为：

用户合约函数的调用方法如下：

用户注册登录该系统构成的联盟链，通过事件合约函数上传操作信息，其中添加操作信息的事件合约函数如下：

负责查询干果信息的管理员合约函数为：

其中按照干果供应链用户角色可分为农事人员、检测人员、加工人员以及运输人员，不同角色的用户将公钥请求上传至区块链中，通过区块链返回的私钥提示登录成功。其中的事件合约则是根据用户权限的不同上传不同的事件信息，操作用户对干果供应链环节信息进行核对并上传有效图片信息来保证数据的真实可靠。而管理员合约主要是用于最终消费者查询操作，将干果供应链各个环节信息从区块链中提取并最终显示给消费者。通过这一系列合约模块的设计与实现，可以保证干果供应链用户按照既定的规则进行操作。

作为优化的技术方案，步骤S5，具体包括：

根据S1中的IPBFT共识算法，主要是针对干果供应链每个节点都是独立的，从而不需要选举主节点进行投票记账，任何节点都可以构建区块，然后进行广播，待累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识，将区块加入区块链中，从而避免恶意主节点的记账。IPBFT算法执行流程如下：

1)客户端节点a运行代码构建block，将请求发送至全网进行广播；

2)其他节点收到该block请求时即进入Pre-Prepare状态；

3)对该block的格式、hash、签名、和权限进行校验；

4)校验通过后，进入Prepare状态，并全网广播状态；

5)待累积的各节点Prepare的数量大于2f+1时，进入commit状态，并全网广播该状态；

6)待自己累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识；

7)将Block加入区块链中；

作为优化的技术方案，步骤S6，具体包括：

根据S2中基于区块链搭建的联盟链以及S4中多个合约模块的设计架构，将用户合约、事件合约以及管理员合约在测试网络中部署和运行，经过链码逻辑的测试就可以将真实的用户数据以及干果信息部署至区块链网络中。

作为优化的技术方案，步骤S7，具体包括：

干果操作用户登录客户端通过将公钥请求至区块链中，区块链根据用户的不同返回的不同的私钥，客户端需要用户上传的干果信息包括干果名称，干果数量，干果类型，干果操作员，干果操作时间以及操作图片，这些有效信息进行区块加密，通过IPBFT共识算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现个人信息和操作信息的一一映射，联盟链用户共同维护干果供应链信息来保证数据的真实安全性和防篡改的实现。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明是一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，通过设计并实现基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型，基于智能合约实现用户与事件的一一映射，林果溯源系统中有若干操作节点，其中主要包括种植，加工，质量检测以及运输四个关键节点，每个节点都需要相应的操作人员进行操作记录。所有节点用户上链数据都通过合约约束，并以交易的方式记录到区块链上，从而实现信息的有效存储并且保证数据的不可篡改，其中任意节点信息的录入将广播备份至区块链网络中的其他节点，基于区块链的去中心化分布式存储，实现低成本高可靠性存取，可有效防止数据被恶意篡改。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法中干果可信溯源模型图。

图2为本发明提出的一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法中基于IPBFT共识算法图。

图3为本发明提出的一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法中基于IPBFT算法及智能合约流程图。

图4为本发明提出的一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法中管理员合约模块图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请参照图1-图4，本发明提出的一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，所述方法包括下述步骤：

S1、针对传统干果供应链参与者众多且集中式存储的特点设计并实现基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型；

S2、通过将干果供应链上的农事、加工、质检及运输这四个关键节点进行连接构成联盟链；

S3、干果供应链各个节点都是独立且平等的，因此构成的联盟链不需要选举主节点进行区块的生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能；

S4、利用智能合约机制设计用户合约、事件合约以及管理员合约三个模块，干果联盟链中客户端的操作请求都经过已测试的合约函数进行验证；

S5、根据上述步骤S1中针对干果供应链提出IPBFT共识算法。

S6、根据上述步骤S2中形成的多个客户端联盟链，经过链码逻辑的测试，将程序部署至区块链中。

S7、通过IPBFT共识算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现个人信息和操作信息的一一映射，联盟链用户共同维护干果供应链信息来保证数据的真实安全性和防篡改的实现。

作为优化的技术方案，步骤S1，具体包括：

干果供应链涉及的环节复杂，参与者众多，其中包括与干果追溯相关的种植户，加工检测人员信息及运输人员信息，因此每个环节都需要用户进行实名认证，来确保上传者信息的真实有效。这些种植户、生产加工商及物流供应商在信息上链时需要通过共识机制来保证链上数据的一致性。

基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型中具体包括：首先利用ethereum区块链框架搭建一个可信的联盟链网络，通过IPBFT共识算法，避免因选择主节点的记账权而产生过于繁琐的操作，保证干果供应链上的每个节点都是平等的且有效保障上链数据的唯一性。将干果供应链上所涉及的四个关键客户端节点连接在一起，利用区块链代替传统的数据库，实现数据的分布式存储。其次通过合约模块实现用户数据与上传数据的一一对应，基于用户访问权限控制机制实现用户上传数据的真实有效。该模型中的多模块是指基于智能合约机制针对多用户多节点所设计的三个合约模块，包括：用户合约模块、事件合约模块以及管理员合约模块。

作为优化的技术方案，步骤S2，具体包括：

干果供应链涉及到多种用户角色，包括最初的干果种植户，负责加工干果的加工商，负责干果检测的检验人员以及负责运输的物流人员，因此需要通过区块链技术将多个节点进行连接，并且能够确保用户信息以及用户上传的干果操作信息能够分布存储至每个节点中，形成农户-加工-检测-运输这个干果供应链端到端的信息共享。

作为优化的技术方案，步骤S3，具体包括：

传统的PBFT共识算法是从全网节点选举出一个主节点(Leader)，新区块由主节点负责生成，这种投票选举的方式过于复杂且存在主节点的故障隐患。因此设计IPBFT共识算法，实现联盟链每个节点都是独立且平等的，将不需要选举主节点，每个节点用户都可以进行区块的生成从而保证各个节点都是平等的且都具有记账权。针对干果联盟链体系每个节点都是独立且唯一，因此不需要选举主节点进行区块生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能。

作为优化的技术方案，步骤S4，具体包括：

通过搭建步骤S2中的干果联盟链来实现数据的分布式存储，而根据供应链环节用户角色的不同需要赋予不同的操作权限，因此利用智能合约机制设计并实现关于用户角色的用户合约模块，上传操作信息的事件合约模块以及用于最终数据查询的管理员合约模块。其中用户合约的定义及结构体为：其中用户合约的定义及结构体为：

用户合约函数的调用方法如下：

用户注册登录该系统构成的联盟链，通过事件合约函数上传操作信息，其中添加操作信息的事件合约函数如下：

负责查询干果信息的管理员合约函数为：

其中按照干果供应链用户角色可分为农事人员、检测人员、加工人员以及运输人员，不同角色的用户将公钥请求上传至区块链中，通过区块链返回的私钥提示登录成功。其中的事件合约则是根据用户权限的不同上传不同的事件信息，操作用户对干果供应链环节信息进行核对并上传有效图片信息来保证数据的真实可靠。而管理员合约主要是用于最终消费者查询操作，将干果供应链各个环节信息从区块链中提取并最终显示给消费者。通过这一系列合约模块的设计与实现，可以保证干果供应链用户按照既定的规则进行操作。

作为优化的技术方案，步骤S5，具体包括：

根据S1中基于IPBFT共识算法，主要是针对干果供应链每个节点都是独立的，从而不需要选举主节点进行投票记账，任何节点都可以构建区块，然后进行广播，待累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识，将区块加入区块链中，从而避免恶意主节点的记账。IPBFT算法执行流程如下：

1)客户端节点a运行代码构建block，将请求发送至全网进行广播；

2)其他节点收到该block请求时即进入Pre-Prepare状态；

3)对该block的格式、hash、签名、和权限进行校验；

4)校验通过后，进入Prepare状态，并全网广播状态；

5)待累积的各节点Prepare的数量大于2f+1时，进入commit状态，并全网广播该状态；

6)待自己累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识；

7)将Block加入区块链中；

作为优化的技术方案，步骤S6，具体包括：

根据S2中基于区块链搭建的联盟链以及S4中多个合约模块的设计架构，将用户合约、事件合约以及管理员合约在测试网络中部署和运行，经过链码逻辑的测试就可以将真实的用户数据以及干果信息部署至区块链网络中。

作为优化的技术方案，步骤S7，具体包括：

干果操作用户登录客户端通过将公钥请求至区块链中，区块链根据用户的不同返回的不同的私钥，客户端需要用户上传的干果操作信息包括干果名称，干果数量，干果类型，干果操作员，干果操作时间以及操作图片，这些有效信息进行区块加密，通过IPBFT共识算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现个人信息和操作信息的一一映射，联盟链用户共同维护干果供应链信息来保证数据的真实安全性和防篡改的实现。

在本发明中，本发明相比现有技术具有以下优点：本发明是一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，通过设计并实现基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型，基于智能合约实现用户与事件的一一映射，林果溯源系统中有若干操作节点，其中主要包括种植，加工，质量检测以及运输四个关键节点，每个节点都需要相应的操作人员进行操作记录。所有节点用户上链数据都通过合约约束，并以交易的方式记录到区块链上，从而实现信息的有效存储并且保证数据的不可篡改，其中任意节点信息的录入将广播备份至区块链网络中的其他节点，基于区块链的去中心化分布式存储，实现低成本高可靠性存取，可有效防止数据被恶意篡改。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：

S1、针对传统干果供应链参与者众多且集中式存储的特点设计并实现基于IPBFT(Improved Practical Byzantine Fault Tolerance，改进实用拜占庭容错算法)共识算法的多模块可信溯源模型；

S2、通过将干果供应链上的农事、加工、质检及运输这四个关键节点进行连接构成联盟链；

S3、干果供应链各个节点都是独立且平等的，因此构成的联盟链不需要选举主节点进行区块的生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能；

S4、利用智能合约机制设计用户合约、事件合约以及管理员合约三个模块，干果联盟链中客户端的操作请求都经过已测试的合约函数进行验证；

S5、根据上述步骤S1中针对干果供应链提出IPBFT共识算法；

S6、根据上述步骤S2中形成的多个客户端联盟链，经过链码逻辑的测试，将程序部署至区块链中；

S7、通过IPBFT共识算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现个人信息和操作信息的一一映射，联盟链用户共同维护干果供应链信息来保证数据的真实安全性和防篡改的实现。

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S1，具体包括：

干果供应链涉及的环节复杂，参与者众多，其中包括与干果追溯相关的干果种植户、负责加工干果的加工商、负责干果检测的检验人员以及负责运输的物流人员，因此每个环节都需要用户进行实名认证，来确保上传者信息的真实有效；这些干果种植户、负责加工干果的加工商、负责干果检测的检验人员以及负责运输的物流人员在信息上链时需要通过共识机制来保证链上数据的一致性；

基于IPBFT共识算法的多模块可信溯源模型中具体包括：首先利用ethereum区块链框架搭建一个可信的联盟链网络，通过IPBFT共识算法，避免因选择主节点的记账权而产生过于繁琐的操作，保证干果供应链上的每个节点都是平等的且有效保障上链数据的唯一性；将干果供应链上所涉及的四个关键客户端节点连接在一起，利用区块链代替传统的数据库，实现数据的分布式存储；

其次通过合约模块实现用户数据与上传数据的一一对应，基于用户访问权限控制机制实现用户上传数据的真实有效；该模型中的多模块是指基于智能合约机制针对多用户多节点所设计的三个合约模块，包括：用户合约模块、事件合约模块以及管理员合约模块。

3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S2，具体包括：

干果供应链涉及到多种用户角色，包括最初的干果种植户、负责加工干果的加工商、负责干果检测的检验人员以及负责运输的物流人员，因此需要通过区块链技术将多个节点进行连接，并且能够确保用户信息以及用户上传的干果操作信息能够分布式存储至每个节点中，形成农户-加工-检测-运输这个干果供应链端到端的信息共享。

4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S3，具体包括：

传统的PBFT共识算法是从全网节点选举出一个主节点(Leader)，新区块由主节点负责生成，这种投票选举的方式过于复杂且存在主节点的故障隐患。因此设计IPBFT共识算法，实现联盟链每个节点都是独立且平等的，将不需要选举主节点，每个节点用户都可以进行区块的生成从而保证各个节点都是平等的且都具有记账权；针对干果联盟链体系每个节点都是独立且唯一的，因此不需要选举主节点进行区块生成，从而保障各个节点的记账权并且有效提高数据的传输性能。

5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S4，具体包括：

通过搭建步骤S2中的干果联盟链来实现数据的分布式存储，而根据供应链环节用户角色的不同需要赋予不同的操作权限，因此利用智能合约机制设计并实现关于用户角色的用户合约模块，上传操作信息的事件合约模块以及用于最终数据查询的管理员合约模块；

其中用户合约的定义及结构体为：

用户合约函数的调用方法如下：

用户注册登录该系统构成的联盟链，通过事件合约函数上传操作信息，其中添加操作信息的事件合约函数如下：

负责查询干果信息的管理员合约函数为：

其中按照干果供应链用户角色可分为农事人员、检测人员、加工人员以及运输人员，不同角色的用户将公钥请求上传至区块链中，通过区块链返回的私钥提示登录成功；其中的事件合约则是根据用户权限的不同上传不同的事件信息，操作用户对干果供应链环节信息进行核对并上传有效图片信息来保证数据的真实可靠；而管理员合约主要是用于最终消费者查询操作，将干果供应链各个环节信息从区块链中提取并最终显示给消费者；通过这一系列合约模块的设计与实现，可以保证干果供应链用户按照既定的规则进行操作。

6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S5，具体包括：

根据S1中的IPBFT共识算法，主要是针对干果供应链每个节点都是独立的，从而不需要选举主节点进行投票记账，任何节点都可以构建区块，然后进行广播，待累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识，将区块加入区块链中，从而避免恶意主节点的记账；

IPBFT算法执行流程如下：

1)客户端节点a运行代码构建block，将请求发送至全网进行广播；

2)其他节点收到该block请求时即进入Pre-Prepare状态；

3)对该block的格式、hash、签名、和权限进行校验；

4)校验通过后，进入Prepare状态，并全网广播状态；

5)待累积的各节点Prepare的数量大于2f+1时，进入commit状态，并全网广播该状态；

6)待自己累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识；

7)将Block加入区块链中。

7.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S6，具体包括：

根据S2中基于区块链搭建的联盟链以及S4中多个合约模块的设计架构，将用户合约、事件合约以及管理员合约在测试网络中部署和运行，经过链码逻辑的测试就可以将真实的用户数据以及干果信息部署至区块链网络中。

8.根据权利要求1所述的基于区块链技术的干果供应链信息防篡改实现方法，其特征在于：步骤S7，具体包括：

干果操作用户登录客户端通过将公钥请求至区块链中，区块链根据用户的不同返回的不同的私钥，客户端需要用户上传的干果信息包括干果名称，干果数量，干果类型，干果操作员，干果操作时间以及操作图片，这些有效信息进行区块加密，通过IPBFT共识算法建立独立的区块信息，利用智能合约实现个人信息和操作信息的一一映射，联盟链用户共同维护干果供应链信息来保证数据的真实安全性和防篡改的实现。

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