CN112418767B - 一种基于区块链和rfid的多环节物品追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法，选用联盟链作为区块链平台，通过RFID读写器、上位机，将多环节过程的处理信息实时自动录入区块链，各部门共同参与账本的维护；联盟链采用多通道的架构实现针对不同公司业务的粗粒度保护，在不同的通道内，通过设置访问控制列表实现细粒度隐私保护；通过基于Node‑Serialport的多环节RFID数据自动上链程序监听实现高效的物品处理信息实时自动去人工录入区块链；通过智能合约针对不同部门设置不同数据结构，满足各部门业务需求；通过智能合约对各个部门上传的数据进行校对，融合提取处理保证一物一码，智能合约分别向旅客和管理者提供数据访问和交互接口。

Description

一种基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法

技术领域

本发明属于区块链技术领域、数据安全领域、物流追踪领域等。

背景技术

据统计，目前全球通过航空和铁路每年运输73亿件行李，逐年增长的行李量给业务相关企业和员工包括登记、安检、装卸及行李分拣设备维护部门带来新的挑战。同时，旅客对行李保障服务提出也了更高的要求，旅客希望知道行李的确切处理时间和位置。目前在行李信息化方面现状和存在问题有：一、目前行李追踪普遍采用光学扫码，到达行李节点信息没有被采集，旅客在等候行李时无法获悉行李的预计到达时间，造成等候的焦虑，管理部门无法掌握到达行李的处理情况。二、关于行李的各个流程处理信息无法实现平台互联和管理，存在多个信息孤岛。三、目前的物流信息记录均录入在单一的数据库中，存在过于中心化导致信息易被篡改及信息泄露的问题。

解决上述问题的难度：

需要解决光学扫码不能实现全流程跟踪的问题，需要增加物品在各个环节的处理时间、处理人、当前位置、即将发往位置信息；解决传统系统中心化的存储方式可能被篡改以及被攻击的问题；考虑到庞大的行李处理量，单件物品的处理时间必须尽可能短；需要实现平台化的管理，增加信息的可扩展性，便于各部门和合作公司信息共享。

无线射频识技术别简称RFID，能够实现对载体的非接触的识别和数据信息交换。其具备方便快捷、识别速度快、数据容量大、使用寿命长、可重复利用的优点。相比较于光学扫码等模式，速度更快、效率更高。基于RFID技术的行李跟踪技术，是当前国际行李管理领域最先进的技术手段之一，但读取数据的精度，行李数据的共享和数据的安全性仍有待改善。

联盟链仅支持参与维护节点访问，联盟链参与节点需要通过授权才可加入网络并组成利益相关联盟，共同维护区块链运行。联盟链节点无需通过竞争的共识机制记账，因此该区块链的共识交易速度高于公有链。此外，其授权访问的特性能够降低数据公开程度，从而加强数据的隐私安全。

发明内容

为解决光学扫码不能实现获取流程信息，以及单一数据库过于中心化导致信息易被篡改及泄露的问题，本发明采用如下技术方案：一种基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法，所述基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法通过RFID读写设备对物品经过登记、分拣、安检、装车、到达各部门的处理信息实时自动录入到区块链进行存储；区块链平台选用联盟链的形式；采用多通道的架构实现针对不同公司业务进行物理隔离，实现粗粒度隐私保护，在通道内问控制列表(ACL)实现细粒度隐私保护。每个通道内部署对应的智能合约，实现分别面向用户和管理者的数据访问与数据交互接口。通过基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序实现高效的物品处理信息实时自动去人工录入区块链。基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法框架如图1所示。

进一步，所述实现基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法具体应包括：

步骤1：将部门作为节点，搭建多通道联盟链实现针对不同公司业务进行物理隔离实现粗粒度隐私保护，在通道内问控制列表(ACL)实现细粒度隐私保护。多通道结构指一个通道对应一个公司的一项业务，不同的通道对应同一公司的不同业务，或者不同公司的相同业务；一条通道对应一条联盟链，通道与通道之间完全物理隔离，从而提供粗粒度的隐私保护；通道内的节点指业务中涉及的各个业务部门，通道内的账本信息仅本通道成员可见，具体通过设置访问控制列表(ACL)实现细粒度隐私保护，如图2所示。

步骤2：建立各联盟链的智能合约，并将智能合约部署到各联盟链内的所有节点上。

步骤2.1：每条联盟链中，为各部门设立独立的数据结构，用于满足各部门业务需求；

步骤2.2：当待追踪物品按照业务流程进入当前节点时，当前节点产生该物品在当前节点的流程数据，其中，每一个待追踪物品对应一个RFID的ID号，每一个待追踪物品都具有物品的基本数据；每一个节点对应一个节点名称；

步骤2.3：当前节点发起上链请求，完成账本更新，其中，待上链数据是由键和值构成的键值对，其中，所述的键由物品的RFID的ID号，以及当前节点的名称组成；所述的值包括当前节点产生的流程数据，以及物品的基本数据；所述的账本更新具体为：首先根据物品的RFID的ID号，校对该ID对应的物品基本数据，与账本中前一环节的物品基本数据是否一致，若不一致则返回错误提示，要求重新上传数据；若校对通过，则将节点待上链数据存储入账本，完成账本更新；

步骤2.4：通过智能合约融合已进入账本的各节点数据，具体过程为：当前节点发起数据上链并更新账本后，从当前节点之前产生的流程数据中提取形成全流程信息，形成以RFIDID为键、包含全流程信息的键值对存入账本，从编程角度确保一物一码。

物品的完整数据分为两部分，一部分是流程数据，在步骤4时由基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序监听获得，另一部分是物品基本数据。流程数据包括当前位置、处理时间、处理用户、即将发往位置；其中，所述基本数据是根据智能合约中的数据结构设置，物品的基本数据包括所有者姓名、所有者手机号、目的地、出发日期、重量、类型。基本数据编码后存入RFID标签User区，TID、EPC以及用户区域的数据之间存在唯一对应关系，从物理角度确保一物一码。RFID贴片内部有四个区域，分别是User区、TID区、EPC区、保留区。TID区存储标签出厂时的唯一标签识别码，不可改。EPC区存储使用者自己定义的ID。

步骤3：通过基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序发起各节点数据的自动上链请求，根据智能合约确认各节点数据是否能够上链，并最终构建物品全流程信息；

在各个节点部署基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序。

首先获取节点对应的RS232串口路径；

然后创建一个串口对象SerialPort，并绑定事件监听；

接收节点UHF电子标签读写器发送的数据，并进行解码，截取其中物品的基本数据

获取节点UHF电子标签读写器地址码，判断读写器所处节点、操作人、即将发往环节，当前操作时间，形成流程数据。

将物品的基本数据与流程数据打包形成完整数据，向智能合约发起数据上链请求。

步骤4：用户和管理员调用智能合约对物品全流程信息进行数据访问和数据交互，完成对物品的追踪。

智能合约中的预留数据业务分为批量查询接口和单次查询接口，管理员与用户分别调用不同的接口，如图3所示。

作为用户，可以通过RFIDID、电话号码、姓名对物品信息进行查询，获得全流程处理信息，解决用户在等候物品时无法获悉物品状态的问题。

作为管理员，在通过RFIDID、电话号码、姓名进行精确检索的基础上，可以通过RFIDID、出发日期、目的地、操作时间进行批量检索，便于管理部门掌握物品的处理情况，同时可进行入链、删除等数据交互。

有益效果

利用目前行李追踪最先进的RFID(Radio Frequency Identification)技术，结合区块链的去中心化、去信任特点实现了不可纂改、分布式容错的全流程跟踪；数据由RFID读写器自动获取，由基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序自动处理发起上链请求，由智能合约自动校对后加入区块链账本，理论上一旦开始流转便不需要人工操作，可提高信息采集的准确性、便利性，为自动化作业提供有利条件，节约了人力成本。

本发明将登记、分拣、安检、装车、到达全流程处理信息自动录入区块链。通过将RFID与区块链进行结合，实现了物品全流程信息实时上链，在保证信息安全性的前提下实时更新流程数据，同时设置不同的智能合约接口，满足管理部门和旅客的数据交互和数据访问需求，提升了用户体验。

本发明通过联盟链授权访问的特性实现了面向多公司多部门的数据共享，不但解决了信息孤岛现象，还可以与现代商业模式实现并轨，有效解决信息不畅、不对称、不透明和信息技术应用水平低等问题，提高了信息化程度，促进了信息共享。

本发明通过联盟授权访问的特性降低数据公开程度，通过多通道机制令不同业务加入不同通道实现了数据的物理隔离，通过设置ACL实现了默认访问控制清单，加强了数据的信息安全；

本发明在满足实时性和安全性的基础上，利用基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序，可以实现单件物品处理信息最快50ms的上链速度，可以提高物流系统的运行效率。

附图说明

图1基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法框架图

图2基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法运行逻辑图

图3智能合约接口。

图4多通道联盟链网络启动示意图

图5某环节通过多环节自动上链程序请求上链。

图6通过RFIDID查询区块链数据获得物品实时处理信息。

具体实施方式

首先以登记、分拣、安检、装车、到达这个业务流程中每个业务部门为区块链节点，进入同一通道。不同业务的节点进入不同的通道。各个业务部门安装UHF电子标签读写器；而后设定ACL，并以该联盟链为基础，在同一通道内各节点上安装相同的智能合约并实例化，同时在各个节点安装UHF电子标签读写器。

之后进行物品完整数据的获取。物品的完整数据分为两部分，一部分是根据智能合约中的数据结构设置的物品的基本信息，另一部分是物品经过各节点处理时产生的流程信息。对基本信息(所有者姓名、所有者手机号、目的地、出发日期、重量、类型)进行编码，之后写入RFID标签的User区，由于RFID标签芯片上，每个芯片具备一个全球唯一编码(TID)，使得其几乎不可能被仿造。流程信息的获取以经过安检部门时为例，当贴着RFID标签的物品经过安检部门的读写器时，读写器获取编码后的数据并发送给安检环节的上位机，上位机不仅获取标签中存储的基本信息，还会通过基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序听获得将此时的处理时间、当前位置、处理人、即将发往位置。读写器此次访问行为也会被记录在日志中，便于追责。

此后基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序将基本数据和流程数据打包成完整数据并请求上链，如图5所示为上链成功。以上两步操作，保证了数据产生的可靠性以及数据操作的可靠性，数据以及关联操作在产生时即被上传到联盟链账本，从而保证了数据的不可篡改。

由基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序程序所进行的监听、解码、上链非常迅速，最快可以达到50ms，但实际应用中为避免读写器负荷过大以及考虑传送带速率等问题，一般将扫描速度控制在件/2s。

紧接着，智能合约进行数据上链、检查和融合。安检环节之前的环节为登记，智能合约将对登记、安检这两个节点上传的基本信息进行校对，如不一致报错。如校对通过，则写入账本。而后，智能合约对各节点上传流程信息进行融合，成为以RFIDID为键、以全流程信息和标签中的基本信息为值的键值对，并写入区块链账本。然后同步至该区块链的每个节点中，也就意味着每个部门都有一套完整的数据，增加了篡改数据的难度。五个业务流程每个流程的上链操作相同。

物品在各节点处理信息被实时上传区块链网络，此后，用户可以调用智能合约进行数据交互，实现了平台互联和管理。智能合约分别提供用户访问接口和管理部门批量处理接口。图6为通过RFIDID查询区块链数据获得物品实时处理信息。

Claims (2)

1.一种基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法，其特征在于，所述基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法通过RFID读写设备对物品经过登记、分拣、安检、装车、到达各部门的处理信息实时自动录入到区块链进行存储；区块链平台选用联盟链的形式；采用多通道的架构实现针对不同公司业务进行物理隔离，实现粗粒度隐私保护，通过访问控制列表ACL设置在通道内的访问权限，实现细粒度隐私保护，每个通道内部署对应的智能合约，实现分别面向用户和管理者的数据访问与数据交互接口；通过基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序实现高效的物品处理信息实时自动去人工录入区块链，本方法包括以下步骤：

步骤1：将部门作为节点，搭建多通道联盟链，实现针对不同公司业务的物理隔离，进而实现粗粒度隐私保护；在通道内访问控制列表ACL实现细粒度隐私保护；

步骤2：建立各联盟链的智能合约，并将智能合约部署到各联盟链内的所有节点上；

步骤3：通过基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序发起各节点数据的自动上链请求，根据智能合约确认各节点数据是否能够上链，并最终构建物品全流程信息；

步骤4：用户和管理员调用智能合约对物品全流程信息进行数据访问和数据交互，完成对物品的追踪；

步骤1中所述的多通道结构指一个通道对应一个公司的一项业务，不同的通道对应同一公司的不同业务，或者不同公司的相同业务；一条通道对应一条联盟链，通道与通道之间完全物理隔离，从而提供粗粒度的隐私保护；通道内的节点指业务中涉及的各个业务部门，通道内的账本信息仅本通道成员可见，具体通过设置访问控制列表实现细粒度隐私保护；

步骤2中所述的智能合约的建立过程如下：

步骤2.1：每条联盟链中，为各部门设立独立的数据结构，用于满足各部门业务需求；

步骤2.2：当待追踪物品按照业务流程进入当前节点时，当前节点产生该物品在当前节点的流程数据，其中，每一个待追踪物品对应一个RFID的ID号，每一个待追踪物品都具有物品的基本数据；每一个节点对应一个节点名称；

步骤2.3：当前节点发起上链请求时，判断数据是否能够上链，进而完成账本更新，其中，待上链数据是由键和值构成的键值对，其中，所述的键由物品的RFID的ID号，以及当前节点的名称组成；所述的值包括当前节点产生的流程数据，以及物品的基本数据；所述数据是否上链的判断方法具体为：首先根据物品的RFID的ID号，通过ACL判断当前节点是否有访问权限，如果无权，拒绝上链请求；如果有权，则校对该ID对应的物品基本数据与账本中前一环节的物品基本数据是否一致，若不一致则返回错误提示，要求重新上传数据；若校对通过，则将节点待上链数据存储入账本，完成账本更新；

步骤2.4：通过智能合约融合已进入账本的各节点数据，形成全流程信息并存入账本，所述的全流程信息指，以RFIDID为键、以完整业务流程中各个节点产生的流程数据和物品的基本数据为值的键值对，从编程角度确保一物一码；

所述流程数据由节点UHF电子标签读写器产生；所述的物品基本数据是根据智能合约中的数据结构准备的，编码后存入RFID标签用户区域，即User区，且RFID标签的标签识别码TID、电子产品代码EPC以及用户区域的数据之间存在唯一对应关系，从物理角度确保一物一码；

步骤2.2中节点产生的流程数据包括当前位置、处理时间、处理用户、即将发往位置；物品的基本数据包括所有者姓名、所有者手机号、目的地、出发日期、重量、类型；

所述基于Node-Serialport的多环节RFID数据自动上链程序建立在每条通道中的每个节点上，用于物品数据实时自动去人工录入区块链，具体过程如下：

步骤4.1获取节点对应的RS232串口路径；

步骤4.2创建一个串口对象SerialPort，并绑定事件监听；

步骤4.3接收节点UHF电子标签读写器发送的数据，并进行解码，截取其中物品的基本数据；

步骤4.4获取节点UHF电子标签读写器地址码，判断UHF读写器所处节点、操作人、即将发往环节，获取当前操作时间，形成当前节点的流程数据；

步骤4.5将物品的基本数据与流程数据打包形成完整数据，向智能合约发起数据上链请求。

2.如权利要求1所述的基于区块链和RFID的多环节物品追踪方法，其特征在于，所述步骤4中用户和管理员调用智能合约进行数据访问和数据交互包括：

步骤4.1：智能合约中的预留数据业务分为批量查询接口和单次查询接口，管理员与用户分别调用不同的接口；

步骤4.2：作为用户，通过RFIDID、或者物品基本数据中的电话号码、或者物品基本数据中的姓名对物品信息进行查询，获得全流程处理信息，解决用户在等候物品时无法获悉物品状态的问题；

步骤4.3：作为管理员，在通过RFIDID、电话号码、姓名进行精确检索的基础上，还通过RFIDID、出发日期、目的地、操作时间进行批量检索，用于管理部门掌握物品的处理情况，同时进行包括入链、删除的数据交互。