CN111833077A - 一种基于区块链技术和基因测序技术的食品防伪方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于区块链技术与基因测序技术的食品防伪方法。包括：1.数据收集：收集食品种植/养殖、生产加工、运输、销售全过程中产生的指定的数据，并在各阶段随机抽取样本做基因测序以鉴定物种或品种。2.数据存储：将收集到的数据按照从生产到销售的阶段不同组织成不同的结构，序列化这些数据，使用哈希获取序列化数据的摘要。数据存入数据库；摘要存入区块链，作为对应阶段中食品的唯一身份编码。3.防伪验证：通过食品的身份编码可从数据库中查寻对应阶段食品的原始数据，通过其中保存的数据摘要可不断追回到种植养殖阶段的数据，若种植养殖阶段的数据中物种鉴定结果有效且数字签名有效，则验证通过，否则可通过各阶段中的数据确定责任方。
Description
【技术领域】
本发明属于区块链技术与生物技术相结合用于食品防伪的领域，特别涉及到区块链防篡改技术特性与基因测序技术。
【背景技术】
目前，食品防伪通常通过防伪追溯码实现。食品附带的防伪码允许查询食品在加工、运输中的信息。这种方法下，虽然可以全面地记录食品加工运输中的各种信息，但这样的记录本身的真假无从得知，记录是否可能被修改也无从得知。而且，如果食品本身是假的，记录是真实的也没有用处，现有方法难以做到绝对的防伪。
区块链是一种分布式的数据库，有去中心化、不可篡改、公开性等特性。一旦数据被上链成为区块链数据库中被承认的一部分，在不违背安全假设的前提下这部分数据就很难再被更改。因此，通过交易上链的数据，一旦被共识节点接受，成为链的一部分，这些数据被篡改的可能性就可忽略。
基因测序技术是指分析特定DNA片段的碱基序列，快速的基因测序技术的出现使得基因测序技术的应用更加广泛。使用基因测序技术能够通过分析样本的碱基序列将不同物种品种进行确定性的区分。
使用区块链技术进行防伪存证的一大痛点就是难以保证上链数据和对应实物的真实性，这一问题极大限制了区块链技术在防伪存证这一应用领域的发展潜力。
【发明内容】
本发明的目的是解决食品防伪技术中不能将追溯信息与特定食品唯一对应造成的假防伪问题。这一问题可以通过使用基因测序技术对食品进行确定的物种或品种鉴定并使用区块链技术对包括基因测序鉴定结果在内的特定信息进行存证来解决。区块链存证时难以保证上链数据和对应实物的真实性问题，为了保证上链数据和对应实物的真实，寻找可信数据输入源是一种解决方案，而基因测序技术对物种或品种的确定性验证有望弥补在食品原品种确定这一方向上，上链数据不真实的缺陷，成为可信的数据输入源。通过要求提供基因测序结果以及进行该验证的机构的数据签名，可从源头避免原品种记录数据的不真实的情况。
本发明的技术方案
一种基于区块链技术和基因测序技术的食品防伪方法，本发明所述的食品主要指粮食、果蔬、肉、禽、蛋、奶，以及海鲜类等农牧渔产品，特别是一些高端的产品；本发明方法的步骤包括：
1)数据收集过程，收集食品种植/养殖、生产加工、运输、销售整个过程中产生的指定数据，同时在每一个阶段对随机抽取的样本做基因测序，以鉴定物种或品种；
2)数据存储过程，将收集到的指定数据按照收集阶段组织成不同的数据结构，将结构化的数据序列化，使用哈希获取序列化数据的数据摘要。将指定数据存储到数据库中，若该阶段不是种植养殖阶段，则将上一阶段得到的数据摘要与指定数据一同存入数据库；将数据摘要通过交易存入区块链，数据的摘要作为原始数据被收集的对应阶段中对应食品的唯一身份编码；
3)防伪验证过程，在消费者购买得到食品之后，通过食品的在销售阶段的身份编码可从数据库中查寻对应阶段食品的指定数据，通过每一阶段中保存的上一阶段数据的数据摘要，不断追回验证直到种植/养殖阶段的指定数据，如果种植养殖阶段的指定数据中物种鉴定结果有效且数字签名有效，则防伪验证通过，否则防伪验证不通过，可确定责任方。
在验证过程中，每次从数据库中取出的数据中的摘要都需要与区块链上存储的数据摘要进行比对；在不断追回验证到种植/养殖阶段的数据信息的过程中，对每一个阶段的原始数据中的数字签名进行验证；每获得一个数据源信息，比较其中的数字签名与区块链中存储的数字签名，并验证负责人的数字签名、物种或品种鉴定结果、鉴定者签名，如果有一项验证不通过，则认为验证失败，如果能够核验到种植养殖阶段，且该阶段的数据信息中物种鉴定结果有效且数字签名有效，则防伪验证通过，如果验证失败，则防伪验证不通过。
所述的种植/养殖阶段的指定数据包括，种植或养殖地点、环境、负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、数据收集完毕的时间、负责人对上述数据的数字签名；
所述的生产加工阶段的指定数据包括，加工厂商、加工地点、加工方法、流水线负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、该阶段上一个阶段的数据摘要、数据收集完毕的时间、负责人对上述数据的数字签名；
所述的运输阶段的指定数据包括，交通工具类型、车牌号或班次、出发时间和地点、转运时间和地点、到达时间和地点、负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、数据收集完毕的时间、负责人的数字签名；
所述的销售阶段指定数据包括，售卖地点和时间、负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、该阶段上一个阶段的数据摘要、数据收集完毕的时间、负责人对上述数据的数字签名；
所述的该阶段的上一个阶段是指在实际生产加工、运输和销售各个动作中，本次对食品处理之前对该食品进行的处理；
所述的数字签名、序列化方法、数据摘要生成方法可使用任意对应算法实现。
本发明的优点和有益效果为：使用基因测序技术对产品进行物种或品种鉴定，并要求鉴定者签名，保证上链数据和对应实物的可靠性；使用区块链存储数据摘要，使用数据库存储原始数据，由于区块链中的数据难以篡改，即数据摘要难以篡改，根据哈希算法的特点，数据库中的原始数据难以被篡改，因此能够在保证数据处理速度的前提下保证记录数据不可篡改，提供验证所需数据的真实性；要求每个阶段负责人对该阶段收集的数据进行签名，能够在出现伪劣产品时根据存储的数据快速定责；使每一个阶段的收集数据中保存前一个阶段的数据摘要，形成树形结构，在回溯的时候能够大大降低需要处理的数据量，加快验证速度；使各个阶段的负责人提供基因测序鉴定结果以及鉴定者签名，允许消费者在不用进行基因测序的额外花费情况下得到正确可信的验证结果。
【附图说明】
图1是本发明方法流程图；
图2是本方法中每阶段存入数据库的结构的一种示意图；
图3是对应图2中的数据的存入区块链的数据可能的一种示意图；
图4是本方法验证过程流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图来更具体地介绍本发明中提出的基于区块链技术和基因测序技术的食品防伪方法。下面的示意性的实施例和附图仅用于帮助理解本发明中的方案与设计流程，并不对本发明造成不当的限定。
在本实施例中，以布里吉塔蓝莓为例，它经过种植、加工、运输、销售被消费者购买，在消费者购买蓝莓时，同时得到所购买的蓝莓对应的销售阶段所存储的指定数据的数据摘要。
如图1所示，为本发明中一份食品从种植到销售、最后由消费者验证的流程，步骤101描述了在各个阶段的数据收集步骤中需要收集的数据信息，步骤102描述了在各个阶段的数据存储步骤中需要存储的数据信息。如图2、图3所示，为本实施例中蓝莓从种植到销售中分别存入数据库和区块链的数据。
1、种植阶段
种植阶段数据收集：在种植阶段，收集种植地点、种植环境、负责人的信息，分别为A地X种植基地、疏松弱酸性沙壤土、负责人姓名P。在收获得到果实之后，从一批蓝莓中随机选取样本，送到基因测序机构进行基因测序，得到测序结果对应的品种布里吉塔，同时要求鉴定机构使用ECDSA签名算法对该结果进行数字签名，得到签名。随后获取该数据收集的时间2019年6月15日。对上述数据首先使用RLP序列化算法进行序列化，随后对序列化数据使用SHA-512哈希函数得到数据摘要Hash11，要求负责人使用自己的ECDSA私钥，使用ECDSA签名算法对该摘要信息进行签名，并将数字签名作为收集的数据的一部分。上述除摘要Hash11之外的所有数据为该阶段对应批次蓝莓的数据信息Data1。
可选地，本实施例只是以ECDSA签名算法与SHA-512哈希算法为例，实际使用中可使用任何安全的哈希函数和任何安全的签名算法。后续阶段提到的这些算法也是这样。
种植阶段数据存储：将在种植阶段收集得到的数据Data1使用RLP序列化方法进行序列化，使用SHA-512哈希函数获取序列化数据的数据摘要Hash1。将数据Data1存入蓝莓售卖厂家的自建数据库。将摘要Hash1存入以太坊或EOS。
可选的，本实施例指示以RLP序列化方法与SHA-512哈希算法为例，实际使用中可使用任何有效的序列化方法和任何安全的哈希函数。后续提到的RLP算法和SHA-512也只是一个例子。
可选的，存入数据库可以是私有数据库，本实施例只是以蓝莓种植售卖厂家的自建数据库为例。数据库只需要提供数据存储功能、查询返回功能。区块链可以任意良好运行的公链或者具备公信力的联盟链，本实施例只是以以太坊或EOS为例。后续提到的以太坊也只是一种可行的例子。
具体地，数据上传者为了上传数据摘要，首先发起一个交易，将数据摘要存入交易中。当交易被区块链中的共识节点处理之后，交易中携带的数据摘要就被存储到了区块链中。
如图2中种植阶段和图3中种植阶段所示，分别为本实施例中存入数据库和区块链的所有数据Data1和摘要Hash1。如图2、图3的Data1和Hash1所示。
2、加工阶段
加工阶段数据收集：在加工阶段，收集加工厂商、加工地点、加工方法、流水线负责人等信息，分别为厂商F、F厂商B地加工间、蓝莓分拣包装、负责人姓名Q，从区块链中读取本批次蓝莓在种植阶段的数据摘要Hash1。从每一批被加工的蓝莓中随机选取样本，送到基因测序机构进行基因测序，得到测序结果对应的品种布里吉塔，要求鉴定机构使用ECDSA算法对该结果进行数字签名。获取这些数据被收集到的时间2019年6月17日。对上述数据首先使用RLP序列化算法进行序列化，随后对序列化数据使用SHA-512哈希算法获得摘要Hash22，要求负责人Q使用ECDSA算法对数据摘要进行签名。上述除摘要Hash22之外的所有数据为加工阶段对应批次蓝莓的数据信息Data2。
具体地，由于在加工中的蓝莓可能是种植阶段中的一部分蓝莓，因此可能有多个批次的数据中，上一阶段的数据摘要相同。之后每个阶段都存在这样的特性。
加工阶段的数据存储：将在加工阶段收集得到的数据Data2使用RLP序列化方法进行序列化，使用SHA-512哈希函数获取序列化数据的摘要Hash2。将数据Data2存入厂商的自建数据库。将摘要Hash2通过交易存入以太坊。如图2、图3的Data2和Hash2所示。
3、运输阶段
运输阶段数据收集：在运输阶段，收集交通工具类型、车牌号或班次、出发时间和地点、转运时间和地点、到达时间和地点、负责人信息，分别为航空运输、航班D、出发时间2019年6月17日，出发地点为B地，无转运信息，到达时间为2019年6月18日，到达地点为S市，负责人R。从区块链中获取当前被运输的蓝莓在加工阶段的数据摘要Hash2，从本批次被运输的蓝莓中随机选取样本，送到基因测序机构进行基因测序，得到测序结果对应的品种信息布里吉塔，同时要求鉴定机构使用ECDSA签名函数对该结果进行数字签名。随后获取获得这些数据的时间2019年6月18日。对上述数据首先使用RLP序列化算法进行序列化，随后对序列化数据使用SHA-512哈希函数计算获得数据摘要Hash33，负责人R对获取的摘要Hash3进行签名。上述数据中除了Hash33之外，其他数据作为Data3。
运输阶段的数据存储：将在运输阶段收集得到的数据Data3使用RLP序列化方法进行序列化，使用SHA-512哈希函数获取序列化数据的数据摘要Hash3。将数据Data3存入厂商的自建数据库。将数据摘要Hash3存入以太坊。如图2、图3的Data3和Hash3所示。
4、销售阶段
销售阶段数据收集：在销售阶段，收集销售地点和时间，负责人信息。分别为S市M超市、2019年6月19日上架、负责人W。得到当前被销售的蓝莓在运输阶段的数据摘要Hash3。从本批次被销售的蓝莓中随机选取样本，送到基因测序机构进行快速基因测序，得到测序结果对应的品种信息布里吉塔，同时要求鉴定机构对该结果进行数字签名，随后获取这些数据的时间2019年6月19日。对上述数据首先使用RLP序列化算法进行序列化，随后对序列化数据使用SHA-512哈希函数计算得到数据摘要Hash44，要求负责人W对获取的数据摘要进行签名。除了Hash44之外，上述数据中的其他所有数据组成Data4。
销售阶段的数据存储：将在销售阶段收集得到的数据使用RLP序列化方法进行序列化，使用SHA-512哈希函数获取序列化数据的数据摘要。将结构化数据存入厂商自建数据库。将数据摘要存入以太坊。如图2、图3的Data4和Hash4所示。
如图4所示是防伪验证过程的流程图。
步骤103：防伪验证：消费者买到了一盒蓝莓，获得这盒蓝莓对应的数据摘要Hash4，根据数据摘要Hash4从数据库中获取销售阶段的原始数据Data4，使用负责人的ECDSA公钥运行ECDSA算法，验证负责人数字签名是否有效；验证原始数据中存储的运输阶段数据摘要Hash3是否与区块链中存储的运输阶段的数据摘要相同。如果都通过，验证其中的物种或品种鉴定结果，并使用鉴定者的ECDSA公钥验证鉴定者签名。如果验证全部通过，则根据摘要Hash3从数据库中获得运输阶段的原始数据Data3。对运输阶段的原始数据进行验证，使用负责人的ECDSA公钥运行ECDSA算法，验证负责人数字签名是否有效；使用鉴定者的ECDSA公钥运行ECDSA算法，验证物种品种鉴定和鉴定者的数字签名是否有效；原始数据中的存储的加工阶段的数据摘要Hash2是否与区块链中存储的加工阶段的数据摘要相同。如果都通过则根据Hash2从数据库中获得加工阶段的原始数据Data2。对加Data2行验证，分别使用负责人的ECDSA公钥运行ECDSA算法，验证负责人数字签名是否有效；使用鉴定者的ECDSA公钥验证鉴定者签名，验证品种鉴定是否有效；原始数据中的存储的种植阶段的数据摘要Hash1是否与区块链中存储的种植阶段的数据摘要相同。如果都通过则Hash1从数据库中获得种植阶段的原始数据Data1。最后，得到种植阶段的原始数据Data1，首先使用负责人的ECDSA公钥运行ECDSA算法，验证负责人数字签名是否有效，如果负责人签名有效，则使用鉴定者的ECDSA公钥运行ECDSA算法验证鉴定者签名，如果鉴定者签名有效，最后看声明的品种是否与售卖中声称的品种布里吉塔相同，如果相同，则验证通过。如果在该回溯进行中出现验证失败的情况，则对应阶段的负责人应当负责。
可选的，在本实施例中，蓝莓对应的数据摘要可通过印刷在盒子上或其他方法交给消费者，并提供给消费者数据库查询方式以及区块链数据查询方式，只需随售卖盒子提供查询网址或在厂商官网公布即可。
在本实施例中，假设阶段只有种植、加工、运输和销售。实际中可能是这几种阶段的排列组合。可选的，可能出现种植、运输、销售，或者种植、加工、加工、运输、加工、运输、销售等可能出现的阶段排序。只需要按照对应的阶段完成对应的数据收集和数据存储的步骤即可完成本方法提供的功能。
在本实施例中，选择蓝莓作为食品。实际中可能是各种可进行基因测序的生鲜食品或加工食品。可选的，比如名贵品类的牛肉、鱼肉，名贵品类的其他果蔬等。
以上实例详细描述了本方法的较佳具体实施实例，应当理解，上述任何具体操作不应对本发明构成不当的限制。
Claims (9)
1.一种基于区块链技术和基因测序技术的食品防伪方法，其步骤为：
1)数据收集：收集食品种植/养殖、生产加工、运输、销售整个过程中产生的指定数据，同时在每一个阶段对随机抽取的样本做基因测序，以鉴定物种或品种；
2)数据存储：将收集到的指定数据按照收集阶段组织成不同的数据结构，将结构化的数据序列化，使用哈希获取序列化数据的摘要；将指定数据存储到数据库中，若该阶段不是种植养殖阶段，则将上一阶段得到的数据摘要与指定数据一同存入数据库；将数据摘要通过交易存入区块链，数据的摘要作为原始数据被收集的对应阶段中对应食品的唯一身份编码；
3)防伪验证：通过食品的在销售阶段的身份编码从数据库中查寻对应阶段食品的指定数据，通过每一阶段中保存的上一阶段数据的数据摘要，不断追回验证直到种植/养殖阶段的指定数据，如果种植养殖阶段的指定数据中物种鉴定结果有效且数字签名有效，则防伪验证通过，否则防伪验证不通过，可确定责任方。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的种植/养殖阶段的指定数据包括，种植或养殖地点、环境、负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、数据收集完毕的时间、负责人对上述数据的数字签名。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的生产加工阶段的指定数据包括，加工厂商、加工地点、加工方法、流水线负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、该阶段上一个阶段的数据摘要、数据收集完毕的时间、负责人对上述数据的数字签名。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的运输阶段的指定数据包括，交通工具类型、车牌号或班次、出发时间和地点、转运时间和地点、到达时间和地点、负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、数据收集完毕的时间、该阶段上一个阶段的数据摘要、负责人对上述数据的数字签名。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的销售阶段指定数据包括，售卖地点和时间、负责人、物种或品种鉴定结果、鉴定者对鉴定结果的数字签名、该阶段上一个阶段的数据摘要、数据收集完毕的时间、负责人对上述数据的数字签名。
6.如权利要求3、4或5所述的方法，其特征在于，其中所述的该阶段上一个阶段是指在实际生产加工、运输和销售各个动作中，本次对食品处理之前对该食品进行的处理。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每次从数据库中取出的原始数据信息中的上一阶段的数据摘要都需要与区块链上存储的数据摘要进行比对。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在不断追回验证直到种植/养殖阶段的数据信息的过程中，对每一个阶段的原始数据中的数字签名进行验证，如果不是有效的，则该阶段对产品的操作可能存在不当行为。
9.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述的数字签名有效是指使用相同哈希算法对原始数据做哈希，得到与使用责任人的公钥验证签名相同的数据。
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| CN115272804A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-11-01 | 泉州海关综合技术服务中心 | 一种基于区块链和联邦学习的茶叶种类鉴别平台 |
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- 2020-07-14 CN CN202010677326.3A patent/CN111833077A/zh active Pending
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