CN111899033B - 基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统和方法。该系统包括数字身份信息构建系统包括物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块、联盟链管理模块。数字身份信息构建系统对接区块链平台，系统上各参与节点共同参与数字身份信息的建立和维护，以时间顺序不断增量式记录物品在生产、质检、流转、交易各个环节的具体信息，进而扩充物品数字身份信息，实现只可添加、不可篡改的操作。区块链平台上每一个节点信息共享，实现物品数字身份信息可溯源。本发明将高光谱快速、无损、多元化质量检测优势与区块链的可溯源优势结合，对物品质量信息的全周期溯源有重要意义。

Description

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统和方法

技术领域

本发明属于物品溯源领域，涉及区块链技术及高光谱技术应用，特别涉及一种基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统和方法。

背景技术

食品质量安全问题的出现和生产环节的数据造假、流通环节的信息封闭、管理失控等问题密不可分。随着区块链技术的发展，其在物品溯源上将扮演越来越重要的角色。区块链本身具有去中心化、不可篡改、不可抵赖的特性，其不依赖于某个组织或者个人，因此在溯源问题上可以充分发挥其优势。同时，由于区块链的分布式架构特性，任一节点的损坏，都不会对区块链整体数据造成影响，区块链仍然能够正常运行，所有信息公开记录在共享账本中，由多方参与维护共享账本。通过基于区块链的物品追溯系统，一旦出现物品质量问题，可以第一时间追溯到相关物品流通的各个环节，找到责任方。一方面给予消费者足够的信息知情权，另一方面也为相关政府部门监管市场提供有效手段。

随着人们消费水平逐渐提高，对于日常购买的物品的品质有了越来越高的追求。大多数传统的质量检测手段是基于破坏性的检测技术，费时又费力。随着图像技术和光谱技术的飞速发展，基于高光谱图像检测物品品质的方法得到了越来越广泛的应用。高光谱图像技术旨在获得目标物体在光谱范围里的连续、窄波段光谱图像立方体，从而同时得到目标物体的图像信息和光谱信息，并且物品的外部品质及内部品质在光谱维度上表现出一定的特性，基于此可以实现物品的快速、无损质量检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统和方法，通过物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块，联盟链管理模块实现对物品的全周期的数字身份建立。并将数字身份上传到区块链，实现数字身份信息的只可增加、不可篡改、不可抵赖，最终得到物品的完整的、确定的数字身份，可用于源头追溯、流转追踪。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，包括：

物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块以及联盟链管理模块；其中，

所述物品基础信息描述模块，用于对物品基础信息记录；

所述物品高光谱无损质量检测模块，用于对物品进行高光谱无损质量检测，获得物品质量信息；

所述物品流转信息记录模块，用于记录物品在各个流转节点的具体操作信息；

所述物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块对接区块链平台；对于当前物品，不同模块将所述对应的物品基础信息、物品质量信息、各个流转节点的具体操作信息上传至区块链，以增量形式完善当前物品的数字身份；

所述联盟链管理模块，用于对接入区块链平台的节点的权限进行管理以及进行物品数字身份信息的整合操作。

本发明进一步的改进在于，所述物品基础信息描述模块对当前物品生成防伪码；所述防伪码对于特定物品是唯一的且不变的；所述物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块、联盟链管理模通过所述防伪码识别特定物品，完成对特定物品的数字身份的信息更新或整合。

本发明进一步的改进在于，所述物品基础信息描述模块记录的基础信息包括物品的防伪码信息，种类信息，生产信息，加工信息，产地信息，批次批量信息，以及第一流转节点信息。

本发明进一步的改进在于，所述物品高光谱无损质量检测模块包括高光谱图像采集模块和高光谱数据分析模块；高光谱图像采集模块用于完成对物体的反射高光谱图像、透射高光谱图像和荧光高光谱图像的采集；所述高光谱图像采集模块将采集到的图像传递给所述高光谱数据分析模；所述高光谱数据分析模块对高光谱图像进行处理分析，用于获得物品质量信息；所述物品质量信息包物品外部质量信息和内部质量信息。

本发明进一步的改进在于，所述高光谱图像采集模块配有高光谱相机以及与其配合的宽波段照明灯和紫外灯；所述高光谱相机可采集的光谱图像波段范围覆盖可见光波段、近红外波段。

本发明进一步的改进在于，所述物品流转信息记录模块记录的信息包括流转节点身份信息、物品来源节点信息、入库时间、入库种类、入库数量、存储环境、出库时间、出库种类、出库数量、出库目标节点信息及车辆信息。

本发明进一步的改进在于，该系统对接有区块链平台。

本发明进一步的改进在于，所述联盟链管理模块负责区块链上节点权限管理及物品数字身份的信息整合，不参与物品数字身份的信息更新操作。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建方法，包括如下步骤：

利用区块链平台，建立包括若干物品生产节点、质检节点、流转节点、零售节点和监督机构的联盟链；

生产节点对当前物品生成唯一防伪码及基础信息，防伪码信息及基础信息由生产节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

质检节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息，并用生产节点公钥验证签名，验证成功后，对当前物品进行高光谱无损质量检测，将防伪码信息、物品质量信息用质检节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

流转节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息、物品质量信息、上一级流转信息，并分别用生产节点、质检节点、上一级流转节点公钥验证对应签名，验证成功后，将防伪码信息、当前流转信息用当前流转节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

零售节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息、物品质量信息、流转信息，并分别用生产节点、质检节点、流转节点公钥验证对应签名，验证成功后，将防伪码信息、零售信息用零售节点私钥签名后上传至联盟链中保存并将验证成功信息发送至联盟链管理模块；

联盟链管理模块收到零售节点验证消息后，对当前物品防伪码信息、基础信息、物品质量信息、流转信息聚合成当前物品的完整数字身份，将物品防伪码信息和完整数字身份上传至区块链中保存，用于各联盟链节点、购买者节点直接查询物品完整数字身份信息，实现物品信息的可溯源。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，其物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块分别基于特定物品的防伪码，对特定物品进行基础信息记录，物品质量信息记录，流转节点的具体操作信息记录，由联盟链管理模块对特定物品数字身份信息进行整合，形成特定物品的全周期、完整的数字身份；特定物品的数字身份上传至区块链，整个数字身份信息更新的过程中，只可增加、不可删除、不可篡改，保证了数字身份的可溯源性；物品高光谱无损质量检测模块对物品质量信息检测过程中，具有无损、快速、多元的优点。基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统构建的物品数字身份可用于物品源头追溯和流转追踪。

本发明提供的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建方法，各个节点通过联盟链管理模块接入区块链，并获得相应的权限，根据权限对物品数字身份信息进行更新或者查询；对于物品数字身份信息更新，每一节点需基于区块链非对称加密算法，验证之前节点的签名信息，保证了信息更新节点的身份真实；对于物品数字身份信息查询，每一节点可通过物品防伪码查询当前节点之前或之后的物品数字身份信息，保证了数字身份的可溯源、可追踪。

综上，高光谱图像技术用于物品质量检测具有显著优势，检测过程快速、无损的特点适用于当前的流水线检测要求，同时其检测信息全面，包括内部质量、外部质量检测，满足多元检测的需求。区块链技术对于信息的记录具有不可篡改、不可抵赖、可溯源的特性。本发明将高光谱快速、无损、多元化质量检测优势与区块链的可溯源优势结合，将物品高光谱质量检测信息融合物品基础描述信息以及流转信息，构成物品数字身份信息上传至区块链，对于物品质量信息的全周期溯源有重要意义。

附图说明

图1为基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统示意图。

图2为物品高光谱无损质量检测模块示意图。

图3为基于区块链和高光谱的物品数字身份构建方法示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行清楚、完整的说明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，所述物品数字身份构建系统包括物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块、联盟链管理模块；所述物品基础信息描述模块用于对物品基础信息记录；所述物品高光谱无损质量检测模块用于对物品进行高光谱无损质量检测，获得物品的质量信息；所述物品流转信息记录模块用于记录物品在各个流转节点如物流、分销、零售节点的具体操作信息；所述物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块对接区块链平台；所述联盟链管理模块用于对接入区块链节点的权限管理以及物品数字身份的信息整合操作；所述物品数字身份构建系统对接有区块链平台，确保物品数字身份信息的只可增加、不可删改、可溯源性。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统的一个实例中，物品基础信息描述模块记录的信息包括物品的防伪码信息，种类信息，生产信息，加工信息，产地信息，批次批量信息，第一流转节点信息。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统的一个实例中，所述物品高光谱无损质量检测模块包含高光谱图像采集模块和光谱数据分析模块。如图2所示，所述高光谱图像采集模块，包含高光谱相机1、宽波段照明灯2、紫外灯3，其中宽波段照明灯用于采集物品的反射高光谱图像、透射高光谱图像，紫外灯用于采集物品的荧光高光谱图像；所述高光谱相机波段范围覆盖可见光波段、近红外波段。所述光谱数据分析模块将所述高光谱图像采集模块采集到的高光谱图像进行处理，用于获取物品内部质量信息和外部质量信息。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，在一个实例中，如检测物品是水果时，所述外部质量信息包括水果的机械损伤、腐烂、冻伤、表面农药残留；所述内部质量信息包括水果的糖度、酸度、硬度、可溶性固形物含量、淀粉含量、水分、成熟度。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，在一个实例中，由于本发明应用于物品种类繁多，不同高光谱成像方式检测机理有所差异，能从不同的方面反应物品质量信息，故需要根据实际情况采集反射高光谱图像、透射高光谱图像、荧光高光谱图像的采集。对于质地较厚，光透过衰减严重或无法透过的物品，开反射源，采集反射高光谱图像；对于质地较薄，光透性良好或需要对内部品质检测的物品，开透射光源，采集透射高光谱图像；对于物品表面物质残留检测并且残留物有显著的荧光光谱特性时，开荧光光源，采集荧光高光谱图像；根据被检测物品的光谱特性，选择合适的检测波段；根据实际情况，可对一种物品采集多种高光谱图像信息，从而获得完整的内部质量信息和外部质量信息。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统的一个实例中，所述物品流转信息记录模块用于记录物品在各个流转节点如物流、分销、零售节点中的具体操作信息，所述具体操作信息包括流转节点身份信息、物品来源节点信息、入库时间、入库种类、入库数量、存储环境、出库时间、出库种类、出库数量、出库目标节点信息及车辆信息。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，在一个实施例中，所述联盟链管理模块负责联盟链上节点权限管理及物品数字身份的信息整合。所述联盟链节点权限管理包括赋予生产节点创建当前物品数字身份权，包括赋予生产节点、质检节点、流转节点信息查询权、信息更新权，包括赋予消费者节点信息查询权；所述物品数字身份的信息整合是将物品基础信息、物品质量信息、物品在流转接点的具体操作信息整合，形成当前物品完整的数字身份。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统的一个实施例中，所述系统对接有区块链平台；接入区块链的节点包括生产节点、质检节点、流转节点、零售节点、购买者节点。节点接入区块链并获取相应的权限。

基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，在一个实施例中，生产节点创建当前物品的数字身份信息，并基于物品基础信息描述模块生成当前创建物品的防伪码，防伪码具有唯一性，一旦生成不可修改；质检节点、流转节点、零售节点对该物品的数字身份信息的更新全部是基于物品的唯一的防伪码；生产节点、质检节点、流转节点、零售节点、购买者节点对物品数字身份信息的查询、溯源全部是基于物品的唯一的防伪码。

参照图3，本发明还提供一种基于区块链和高光谱的物品数字身份构建方法，所述物品数字身份构建包括:

S1：利用区块链平台，建立包括若干物品生产节点、质检节点、流转节点、零售节点和监督机构的联盟链；

S2：生产节点基于物品基础信息描述模块对当前物品生成唯一防伪码及基础信息，防伪码信息及基础信息由生产节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

S3：质检节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息，并用生产节点公钥验证签名，验证成功后，对当前物品进行高光谱无损质量检测，将防伪码信息、物品质量信息用质检节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

S4：流转节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息、物品质量信息、上一级流转信息，并分别用生产节点、质检节点、上一级流转节点公钥验证对应签名，验证成功后，将防伪码信息、当前流转信息用当前流转节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

S5：零售节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息、物品质量信息、流转信息，并分别用生产节点、质检节点、流转节点公钥验证对应签名，验证成功后，将防伪码信息、零售信息用零售节点私钥签名后上传至联盟链中保存并将验证成功信息发送至联盟链管理模块；

S6：联盟链管理模块收到零售节点验证消息后，对当前物品防伪码信息、基础信息、物品质量信息、流转信息聚合成当前物品的完整数字身份，将物品防伪码信息和完整数字身份上传至区块链中保存，用于各联盟链节点、购买者节点直接查询物品完整数字身份信息。实现物品信息的可溯源。

如上所述的基于区块链和高光谱检测的物品可溯源数字身份信息构建方法，每一个节点申请入链时须获得联盟链管理模块的授权，并基于非对称性加密算法，在申请节点本地生成一对公私钥，私钥由节点在本地保管，公钥公开。

如上所述的基于区块链和高光谱检测的物品可溯源数字身份信息构建方法通过分布式大数据存储平台结合区块链平台对物品数字身份信息管理，利用应用服务层支持物品数字身份信息的校验。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，其特征在于，该系统对接有区块链平台，包括：

物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块以及联盟链管理模块；其中，

所述物品基础信息描述模块，用于对物品基础信息记录；所述物品基础信息描述模块对当前物品生成防伪码；所述防伪码对于特定物品是唯一的且不变的；所述物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块、联盟链管理模通过所述防伪码识别特定物品，完成对特定物品的数字身份的信息更新或整合；

所述物品高光谱无损质量检测模块，用于对物品进行高光谱无损质量检测，获得物品质量信息；所述物品高光谱无损质量检测模块包括高光谱图像采集模块和高光谱数据分析模块；高光谱图像采集模块用于完成对物体的反射高光谱图像、透射高光谱图像和荧光高光谱图像的采集；所述高光谱图像采集模块将采集到的图像传递给所述高光谱数据分析模块；所述高光谱数据分析模块对高光谱图像进行处理分析，用于获得物品质量信息；所述物品质量信息包物品外部质量信息和内部质量信息；

所述物品流转信息记录模块，用于记录物品在各个流转节点的具体操作信息；所述物品流转信息记录模块记录的信息包括流转节点身份信息、物品来源节点信息、入库时间、入库种类、入库数量、存储环境、出库时间、出库种类、出库数量、出库目标节点信息及车辆信息；

所述物品基础信息描述模块、物品高光谱无损质量检测模块、物品流转信息记录模块对接区块链平台；对于当前物品，不同模块将对应的物品基础信息、物品质量信息、各个流转节点的具体操作信息上传至区块链，以增量形式完善当前物品的数字身份；

所述联盟链管理模块，用于对接入区块链平台的节点的权限进行管理以及进行物品数字身份信息的整合操作。

2.根据权利要求1所述的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，其特征在于，所述物品基础信息描述模块记录的基础信息包括物品的防伪码信息，种类信息，生产信息，加工信息，产地信息，批次批量信息，以及第一流转节点信息。

3.根据权利要求1所述的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，其特征在于，所述高光谱图像采集模块配有高光谱相机以及与其配合的宽波段照明灯和紫外灯；所述高光谱相机可采集的光谱图像波段范围覆盖可见光波段、近红外波段。

4.根据权利要求1所述的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，其特征在于，所述联盟链管理模块负责区块链上节点权限管理及物品数字身份的信息整合，不参与物品数字身份的信息更新操作。

5.基于区块链和高光谱的物品数字身份构建方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的基于区块链和高光谱的物品数字身份构建系统，包括如下步骤：

利用区块链平台，建立包括若干物品生产节点、质检节点、流转节点、零售节点和监督机构的联盟链；

生产节点对当前物品生成唯一防伪码及基础信息，防伪码信息及基础信息由生产节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

质检节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息，并用生产节点公钥验证签名，验证成功后，对当前物品进行高光谱无损质量检测，将防伪码信息、物品质量信息用质检节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

流转节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息、物品质量信息、上一级流转信息，并分别用生产节点、质检节点、上一级流转节点公钥验证对应签名，验证成功后，将防伪码信息、当前流转信息用当前流转节点私钥签名后上传至联盟链中保存；

零售节点根据物品防伪码验证是否包含基础信息、物品质量信息、流转信息，并分别用生产节点、质检节点、流转节点公钥验证对应签名，验证成功后，将防伪码信息、零售信息用零售节点私钥签名后上传至联盟链中保存并将验证成功信息发送至联盟链管理模块；

联盟链管理模块收到零售节点验证消息后，对当前物品防伪码信息、基础信息、物品质量信息、流转信息聚合成当前物品的完整数字身份，将物品防伪码信息和完整数字身份上传至区块链中保存，用于各联盟链节点、购买者节点直接查询物品完整数字身份信息，实现物品信息的可溯源。