CN112347194A - 一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，涉及区块链领域，利用区块链技术的公开透明、不可篡改和易于追溯等特征，解决钢铁供应链面临的缺乏信任、溯源难度大及信息共享效率低等问题。本发明以Hyperledger Farbric v2.2作为系统开发平台，设计了授权管理、信息录入、溯源转移和链上查询等功能模块，并根据功能需求设计能自动执行的智能合约，增加对敏感数据的处理环节。本发明中配置了原材料供应商、炼钢企业以及分销商3类参与主体，提供了监管部门与消费者的溯源接口。

Description

一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统。

背景技术

区块链作为新兴的分布式数据库技术，具有公开透明、不可篡改和易于追溯等特征，与供应链产品溯源具有良好的契合度。针对钢铁供应链面临的缺乏信任、溯源难度大及信息共享效率低等问题，运用区块链技术，设计基于区块链的钢铁供应链产品追溯系统。选用以Hyperledger Fabric 作为系统的开发平台，设计了授权管理、信息录入、溯源转移和链上查询等功能模块，根据功能需求设计了智能合约，增加了对敏感数据的处理环节。系统中配置了原材料供应商、炼钢企业以及分销商3个参与主体，提供了监管部门与消费者的溯源接口。区块链溯源系统与传统的溯源方式相比，产品数据的安全性和溯源效率等方面具有明显优势。

钢铁企业的供应链管理，涉及到供应链业务流程，管理组件、以及网络结果，整个供应链庞大而复杂。在钢铁制造业全产业链条中，并非只有参与钢铁冶炼的一家企业，特别是上游原料生产等环节，供应商的作用尤为明显。钢铁供应链的分层有原材料供应商、炼钢企业以及分销商。原材料供应商主要提供原材料等用品；炼钢企业利用原材料冶炼钢铁；分销商负责钢铁的销售。为了确保钢铁的质量与性能，对钢铁生产的供应链环节进行必要的质量监督和管控，有助于钢铁制造企业质量和水平的提升。传统的钢铁供应链上存在一些问题，具体有以下几个方面：（1）参与方信任问题。对于钢铁行业来说，供应链上下游企业众多，原材料的来源错综复杂，很难保证冶炼钢铁所用使用的原材料都是符合标准的。每个参与主体保存属于自己内部的生产数据，无法被外部人员查看，当发生安全事件，内部人员可通过修改内部数据的方式避免追责。核心企业很难掌握这些供应商的真实信息。针对以上所述的各种情况，钢铁供应链上的参与方之间存在信任问题。（2）产品溯源问题。当钢铁出现质量问题，钢铁制造集成化的状况下，很难快速的确定问题的根本来源，溯源需要花费很多的人力物力，往往耗时费力却效率极低。（3）信息共享效率问题。钢铁制造所需要的原材料可能来自不同的地区，因此供应链上信息的沟通会出现延迟现象。另外，不同供应链主体的数据分布式存储，数据透明度低、隐蔽性强，造成信息孤岛的现象普遍存在。对于消费者而言，获取产品信息的渠道十分有限，使得消费者对产品的安全性存有疑虑。基于上述情况，供应链上信息沟通的效率仍待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，包括：

数据层，包括两个存储系统，mysql数据库存储系统和区块链存储系统，将非敏感数据存储到mysql数据库中，敏感数据存储到区块链上，区块链是基于Hyperledger Fabric 构建的联盟链，包括3个Orderer节点和８个Peer节点，Orderer节点利用EtcdRaft共识机制对网络中的交易进行全局排序，然后按一定数量规则将交易打包成区块发送给背书节点，由背书节点验证合法性后，将其写入区块链账本，所有的交易流程采用SM2进行加密。该网络中具备３个通道，每个通道都维护独立的账本，供应链上各个参与方根据业务需求选择加入不同的通道中，保证隐私数据的隔离；

服务层，为应用层提供Rest API，同时利用Java SDK与区块链网络进行交互，将应用层逻辑操作映射到区块链网络中，服务层对区块链网络进行管理，成员管理功能对网络中的成员进行授权和验证，智能合约管理功能负责执行智能合约的安装、部署、更新和销毁，通道管理功能负责管理节点的加入和退出以及执行通道的创建和关闭，事件响应功能及时响应区块链网络中发生的事件然后反馈给应用层；

应用层，为多方用户提供操作功能页面，用户通过浏览器或手机APP可以执行用户注册、生产信息登记、资产交易及各类信息查询等操作，APP通过JavaSDK与区块链网络进行交互，进而访问安装在Peer节点上的智能合约，并操作账本中的数据，链码在Peer节点上的隔离沙盒中运行，通过调用ShimAPI实现操作逻辑，并使用gRPC协议与Peer节点交互。

上述方案中还包括授权管理模块，采用访问控制即管理员根据业务范围将供应链上的主体授予不同权限，消费者及监管员授予溯源查询权限，经销商授予转移钢铁所有权权限，生产商授予写入生产数据权限。

上述方案中还包括创建溯源码模块，智能合约中内嵌单调递增函数，管理员拥有调用智能合约的权限，生成全局唯一溯源码。

上述方案中还包括溯源转移模块，输入溯源码以及接受的区块地址后，点击调用智能合约，将钢铁的所有权转移给指定主体。

上述方案中所述敏感数据包括生产工艺、生产流程、技术资料；所述非敏感数据包括企业名称、产品名称、工商注册号。

上述方案中所述的智能合约首先用于构建供应链参与主体的结构体，通过构建原材料供应商结构体并加入状态码（state）实现代码复用。

上述方案中还包括信息录入模块，供应链上的各参与方进行交易信息录入，调用智能合约后保存到区块链上。

上述方案中所述参与方包括供应商、炼钢企业以及分销商这三类主体；所述交易信息包括溯源码、主体唯一识别码、主体工商注册号、材料型号、产品数据哈希值。

上述方案中所述的状态码，其中原材料供应商、钢铁冶炼企业、经销商的状态码分别为0、1、2。

上述方案中包括以下步骤：

步骤一：钢铁的生产流程十分复杂，涉及的参与主体数量多，仅供应商就存在自己的一级、二级甚至三级供应商；为了研究的方便，将钢铁供应链的流程简化为：原材料供应商—炼钢企业—分销商—终端客户；

步骤二：钢铁供应链溯源，首先需要各参与企业使用数据采集系统收集产品数据，并存储在数据库中，数据分类处理后上传区块链，由各方共同参与记账，经确认的数据永久保存在区块链上；

步骤三：企业的数据库对接监管部门的数据库进行备份；消费者根据查询接口提交溯源请求，系统返回溯源结果；

步骤四：区块链上如果存在恶意节点篡改生产数据，数据对应的哈希值将发生改变，对应区块的哈希值也将随之改变，导致区块不能衔接而不被其它节点接受。

附图说明

图1是本发明的基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统的技术架构图。

图2是本发明的区块链网络通道构建图。

图3是本发明的隐私数据处理方式图。

图4是本发明的应用层与底层的交互结构图。

具体实施方式

本发明针对钢铁供应链面临的缺乏信任、溯源难度大及信息共享效率低等问题，运用区块链技术，设计了基于区块链的钢铁供应链产品追溯系统，下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本系统包括数据层、服务层、应用层:

数据层，包括两个存储系统，mysql数据库存储系统和区块链存储系统，将非敏感数据存储到mysql数据库中，敏感数据存储到区块链上，区块链是基于Hyperledger Fabric 构建的联盟链，包括3个Orderer节点和８个Peer节点，Orderer节点利用EtcdRaft共识机制对网络中的交易进行全局排序，然后按BatchTimeout=2s、MaxMessageCount=200规则将交易打包成区块发送给背书节点，由背书节点验证合法性后，将其写入区块链账本，所有的交易流程采用SM2进行加密。如图2所示，区块链网络中具备３个通道，公共通道、私有通道１、私有通道２（图中分别用实线、虚线、点虚线表示），所有通道中的交易都由Orderer节点进行统一处理，通道是Orderer节点提供的基于发布订阅关系的一种通讯机制，将Orderer节点和各个 Peer节点按照一定的业务需求连接在一起，形成一个具有保密性的虚拟通讯链路，利用通道对交易的隔离，保护企业的敏感信息。每个通道都维护独立的账本，供应链上各个参与方根据业务需求选择加入不同的通道中，保证隐私数据的隔离，敏感数据是企业核心的生产工艺、生产流程、技术资料，作为最核心的机密，不可直接记录到区块链上，生产厂家更不会接受，因此必须对其做一定处理。非敏感数据包含企名称、产品名称、工商注册号等信息，非敏感数据可以直接记录到区块链上。如图3所示，敏感数据的处理，首先对数据进行哈希加密，将得到的哈希值记录到区块链上。这种处理方式保障敏感数据隐私性的同时确保供应链数据不被篡改。

服务层，为应用层提供Rest API，同时利用Java SDK与区块链网络进行交互，将应用层逻辑操作映射到区块链网络中，服务层对区块链网络进行管理，成员管理功能对网络中的成员进行授权和验证，智能合约管理功能负责执行智能合约的安装、部署、更新和销毁，通道管理功能负责管理节点的加入和退出以及执行通道的创建和关闭，事件响应功能及时响应区块链网络中发生的事件然后反馈给应用层；

应用层，为多方用户提供操作功能页面，用户通过浏览器或手机APP可以执行用户注册、生产信息登记、资产交易及各类信息查询等操作，如图4所示，APP通过JavaSDK与区块链网络进行交互，进而访问安装在Peer节点上的智能合约，并操作账本中的数据，链码在Peer节点上的隔离沙盒中运行，通过调用ShimAPI实现操作逻辑，并使用gRPC协议与Peer节点交互。供应链参与主体根据其所处位置的权限，进行信息录入以及产品所有权的转移操作，消费者和监管机构可以通过查询接口查看钢铁的转移记录以及钢铁生产的溯源信息。基于钢铁供应链溯源系统的的功能需求，前端页面设计了管理授权、创建钢铁溯源码、对公转账、溯源转移以及链上查询的界面接口。前端的各种操作会调用智能合约，将相关交易数据完整的记录到区块链上。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，还包括授权管理模块，采用访问控制即管理员根据业务范围将供应链上的主体授予不同权限，消费者及监管员授予溯源查询权限，经销商授予转移钢铁所有权权限，生产商授予写入生产数据权限。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，还包括创建溯源码模块，智能合约中内嵌单调递增函数，管理员拥有调用智能合约的权限，生成全局唯一溯源码。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，还包括溯源转移模块，输入溯源码以及接受的区块地址后，点击调用智能合约，将钢铁的所有权转移给指定主体。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，敏感数据包括生产工艺、生产流程、技术资料；所述非敏感数据包括企业名称、产品名称、工商注册号。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，智能合约首先用于构建供应链参与主体的结构体，通过构建原材料供应商结构体并加入状态码（state）实现代码复用。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，还包括信息录入模块，供应链上的各参与方进行交易信息录入，调用智能合约后保存到区块链上。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，供应链上的参与方参与方包括供应商、炼钢企业以及分销商这三类主体；所述交易信息包括溯源码、主体唯一识别码、主体工商注册号、材料型号、产品数据哈希值。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，原材料供应商、钢铁冶炼企业、经销商的状态码分别为0、1、2。

所述一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，包括以下步骤：

步骤一：钢铁的生产流程十分复杂，涉及的参与主体数量多，仅供应商就存在自己的一级、二级甚至三级供应商；为了研究的方便，将钢铁供应链的流程简化为：原材料供应商—炼钢企业—分销商—终端客户；

步骤二：钢铁供应链溯源，首先需要各参与企业使用数据采集系统收集产品数据，并存储在数据库中，数据分类处理后上传区块链，由各方共同参与记账，经确认的数据永久保存在区块链上；

步骤三：企业的数据库对接监管部门的数据库进行备份；消费者根据查询接口提交溯源请求，系统返回溯源结果；

步骤四：区块链上如果存在恶意节点篡改生产数据，数据对应的哈希值将发生改变，对应区块的哈希值也将随之改变，导致区块不能衔接而不被其它节点接受。

Claims (10)

1.一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，包括：

数据层，包括两个存储系统，mysql数据库存储系统和区块链存储系统，将非敏感数据存储到Mysql数据库中，敏感数据存储到区块链上，区块链是基于Hyperledger Fabric 构建的联盟链，包括3个Orderer节点和８个Peer节点，Orderer节点利用EtcdRaft共识机制对网络中的交易进行全局排序，将交易打包成区块发送给背书节点，由背书节点验证合法性后，将其写入区块链账本，所有的交易流程采用SM2进行加密，该区块链网络中构建多个通道，每个通道都维护独立的账本，供应链上各个参与方根据业务需求选择加入不同的通道中，保证隐私数据的隔离；

服务层，为应用层提供Rest API，利用Fabric Java SDK与区块链网络进行交互，将应用层逻辑操作映射到区块链网络中，服务层对区块链网络进行管理，成员管理功能对网络中的成员进行授权和验证，智能合约管理功能负责执行智能合约的安装、部署、更新和销毁，通道管理功能负责管理节点的加入和退出以及执行通道的创建和关闭，事件响应功能及时响应区块链网络中发生的事件然后反馈给应用层；

应用层，为多方用户提供操作功能页面，用户通过浏览器和手机APP可以执行用户注册、生产信息登记、资产交易及各类信息查询操作，APP通过Fabric JavaSDK与区块链网络进行交互，进而访问安装在Peer节点上的智能合约，并操作账本中的数据，链码在Peer节点上的隔离沙盒中运行，通过调用Shim API实现操作逻辑，并使用gRPC协议与Peer节点交互。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，还包括授权管理模块，采用访问控制即管理员根据业务范围将供应链上的主体授予不同权限，消费者及监管员授予溯源查询权限，经销商授予转移钢铁所有权权限，生产商授予写入生产数据权限。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，还包括创建溯源码模块，智能合约中内嵌单调递增函数，管理员拥有调用智能合约的权限，生成全局唯一溯源码。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，还包括溯源转移模块，输入溯源码以及接受的区块地址后，点击调用智能合约，将钢铁的所有权转移给指定主体。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，所述敏感数据包括生产工艺、生产流程、技术资料；所述非敏感数据包括企业名称、产品名称、工商注册号。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，所述的智能合约首先用于构建供应链参与主体的结构体，通过构建原材料供应商结构体并加入状态码实现代码复用。

7.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，还包括信息录入模块，供应链上的各参与方进行交易信息录入，调用智能合约后保存到区块链上。

8.根据权利要求7所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，所述参与方包括供应商、炼钢企业以及分销商这三类主体；所述交易信息包括溯源码、主体唯一识别码、主体工商注册号、材料型号、产品数据哈希值。

9.根据权利要求6所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，所述的状态码，其中原材料供应商、钢铁冶炼企业、经销商的状态码分别为0、1、2。

10.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的钢铁供应链产品溯源系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：钢铁的生产流程十分复杂，涉及的参与主体数量多，仅供应商就存在自己的一级、二级甚至三级供应商；为了研究的方便，将钢铁供应链的流程简化为：原材料供应商—炼钢企业—分销商—终端客户；

步骤二：钢铁供应链溯源，首先需要各参与企业使用数据采集系统收集产品数据，并存储在数据库中，数据分类处理后上传区块链，由各方共同参与记账，经确认的数据永久保存在区块链上；

步骤三：企业的数据库对接监管部门的数据库进行备份；消费者根据查询接口提交溯源请求，系统返回溯源结果；

步骤四：区块链上如果存在恶意节点篡改生产数据，数据对应的哈希值将发生改变，对应区块的哈希值也将随之改变，导致区块不能衔接而不被其它节点接受。

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