CN112435128B

CN112435128B - 一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统

Info

Publication number: CN112435128B
Application number: CN202110106870.7A
Authority: CN
Inventors: 黄发平
Original assignee: Jiangsu Henghong Supply Chain Management Co ltd
Current assignee: Jiangsu Henghong Supply Chain Management Co ltd
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2041-01-27
Also published as: CN112435128A

Abstract

本发明提供了一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，根据数据更新速率、并发量、数据模型、数据加密度、访问频率、层次关系六种数据特性，将溯源数据分为用户账户数据、交易数据、物联网数据，从而构建账户链、交易链以及物联网链三级区块链模型来存储和管理数据，并通过信息锚定模型保证各层级区块链之间数据的一致性。将具有相似特征的数据存储在同一条链中，保证区块链之间的数据交换控制在相对较低的水平，还有助于确保区块链中信息的一致性。

Description

一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统

技术领域

本发明涉及区块链领域，尤其涉及一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统。

背景技术

供应链中与每个实体相关的数据量巨大，这会影响产品可追溯性，效率和系统运行的效率，本发明提出了一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统。利用区块链数据共享、数据不可篡改且可追溯的特性，根据六种数据特性将供应链上的数据分为三个集合，采用三级区块链模型分别管理数据。将具有相似特征的数据存储在同一条链中，这样可以将链之间的数据交换控制在相对较低的水平，这有助于确保区块链中信息的一致性，通过双向验证确定区块链中的信息是否被篡改。

随着全球化竞争日趋激烈，不同产业的各类企业间存在着日益密切的买卖双方供需关系。由于供应链中的企业群体过于庞杂，传统供应链中多存在牛鞭效应、双重边际效应和品牌效应等问题，在保证服务质量的前提下，最大限度地实现信息共享，加强上游供应商和下游零售商之间的联系，提高企业间的运作效率，构建高效安全的供应链管理系统是国内外研究的重点。然而，当前的管理系统通常采用中心化的体系结构和传统的数据库来记录交易和组织间的数据共享，这就导致了在管理和交易等方面上的一些问题。首先，中心化的系统有一个单一的可信中心进行管理，缺乏高可靠性，并且面对庞杂的多层级供应商时，单一的中心机构会承担很大的存储和管理负担；其次，各企业使用并维护自己独立的数据库，供应链中存在严重的信息孤岛问题，信息在系统中流通困难，导致信息核对繁琐，数据交互存在障碍，进而影响整个供货计划；再次，各个企业之间信息不透明使得信息存在被篡改的风险，各企业间难以相互信任；最后，数据完全透明和隐私保护难以两全，一方面希望各方企业最大程度地上传数据到系统中以便于核心企业的全局管控，另一方面各方企业不想将自己的商业机密信息暴露出去。尽管目前有部分供应链凭条采用区块链技术作为底层平台，但是基本都是将所有信息都存储在一条区块链中，然而每时每刻供应链上产生着大量的数据，一条链最为存储已经成了性能瓶颈，无法满足大量用户的交互。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于：

根据数据更新速率、并发量、数据模型、数据加密度、访问频率、层次关系六种数据特性，将溯源数据分为用户账户数据、交易数据、物联网数据，构建三级区块链模型来存储和管理数据，通过信息锚定模型保证各层级区块链之间数据的一致性；

除了顶层的区块链之外，其余层级区块链创建链上信息的哈希索引，每生成一个区块时，哈希索引转移到高层的区块链中，将长文本文件存储在外部存储设备IPFS上，仅将长文本的哈希索引存储在区块链上；

基于椭圆曲线加密算法设计产品可追溯标签模型，保证平台与企业数据安全的进行产品数据交换；

对生产、交易、运输所有阶段的供应链参与者整合，供应商将物联网设备生成的产品信息上传到区块链中，消费者根据区块链上的交易记录验证产品真实性，监管部门验证产品与区块链数据之间的对应关系并及时审核交易流程，整个系统中进行访问权限控制；

三级区块链模型中各级区块链交互流程如下：三级区块链通过双向验证确定区块链中的信息是否被篡改，系统中发生交易时，交易链将产品ID和账户ID转移到账户链上，以确认产品和用户账户；交易完成后，交易链将交易ID提交到账户链，以更改用户账户的记录和余额；交易正在进行时，交易链将交易ID转移到物联网链，这有助于获取产品物流信息；成功交付产品后，交易状态会自动转换为完成。

上述方案中，所述三级区块链模型包括账户链，交易链和物联网链。

上述方案中，所述账户链存储用户的账户信息，账户数据强关联交易链和物联网链上的数据，通过信息锚定模型保证数据的一致性，账户链中的数据主要用于购买前参考和购买后进行产品验证。

上述方案中，所述交易链存储交易信息，本系统对交易链进行访问控制，交易链上的数据项只对进行过交易的实体和监管机构可见，该链中的交易状态需要实时更新。

上述方案中，物联网链存储来自物联网设备产生的信息，物联网链中的数据只有产品所有者可以访问它，物联网设备触发智能合约将物联网数据存储到区块链中，物联网链数据的更新速度，并发性和访问频率均高于其他数据链，物联网数据与其他链之间的关系较弱，遵循基于事务的数据模型。

上述方案中，所述账户信息指供应链上实体的账户信息，包括产品信息，交易信息，资金状态和权限。

上述方案中，所述交易信息包括交易基本信息，交易记录和执行记录；交易基本信息包括交易ID，产品ID，产品编号，发送方，接收方，运营商，数字合同证书，智能合约信息；交易记录是指交易的执行状态；所有有关调用智能合约的信息都存储在交易链中。

上述方案中，所述物联网设备产生的信息指的是产品的实时物流信息，包括产品配送信息，位置信息以及生产信息；配送信包括交易ID、订单ID、配送公司信息、配送人员、配送时间、接受者；位置信息包括GPS信息、备注信息；生产信息包括温度、湿度、原材料以及产地。

上述方案中，所述三级区块链模型中各级区块链交互流程如下：三级区块链通过双向验证确定区块链中的信息是否被篡改，系统中发生交易时，交易链将产品ID和账户ID转移到账户链上，以确认产品和用户账户；交易完成后，交易链将交易ID提交到账户链，以更改用户账户的记录和余额；交易正在进行时，交易链将交易ID转移到物联网链，这有助于获取产品物流信息；成功交付产品后，交易状态会自动转换为完成。

上述方案中，所述账户信息包括企业账户信息，消费者账户信息，监管者账户信息。

上述方案中，所述企业账户由供应链中产品或服务的提供者创建，企业账户信息包括：企业名称，注册号，注册地址，法定代表人，注册资本，业务范围，公司状态，业务类型，成立日期，注册权限，附属企业，交易次数，交易列表，产品清单，生产参数，质量检查报告。

上述方案中，所述消费者账户由消费者创建，记录客户的信息和余额，消费账户数据包括以下内容：用户名，收货地址，信用评分，购买数量，交易列表。

上述方案中，所述监管者账户由监管部门创建，监管者账户数据包括以下内容：机构信息，上级机构，下属机构，QIC列表。

上述方案中，所述QIC列表，只包含所有检查报告的序列号，详细报告已加密并存储在IPFS设备中。

上述方案中，所述信息锚定模型，其实现过程如下：

步骤1：将物流链中的订单ID、区块Hash、区块编号通过取Hash，生成唯一的标签Torder，定义如下：

Torder＝Hash(订单ID，区块Hash，区块编号)；

步骤2：定义标签Ttransaction，用于验证交易链中信息是否被篡改，定义如下：

Ttransaction＝Hash(Torder1,Torder2,Torder3,...)；

步骤3：为了避免对标签的恶意使用，将Ttransaction标签绑定到交易信息以生成锚定标签，

即Ttransaction与交易ID异或运算的结果取Hash，定义如下：

anchoringtag＝Hash(Ttransaction

交易ID)。

附图说明

图1是本发明的基于多层级区块链技术的供应链追溯架构图。

图2是本发明的基于多层级区块链技术的供应链追溯系统的底层数据流图。

图3是本发明的多链数据流模型图。

图4是本发明的信息锚定模型图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，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，本发明提出了一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，该系统支持供应链参与者之间的点对点交易。根据数据更新速率、并发量、数据模型、数据加密度、访问频率、层次关系六种数据特性，将溯源数据分为用户账户数据、交易数据、物联网数据，构建三级区块链模型来存储和管理数据，通过信息锚定模型保证各层级区块链之间数据的一致性。如图2所示，除了顶层的区块链之外，其余层级区块链创建链上信息的哈希索引，每生成一个区块时，哈希索引转移到高层的区块链中，将长文本文件存储在外部存储设备IPFS上，仅将长文本的哈希索引存储在区块链上。

基于椭圆曲线加密算法设计产品可追溯标签模型，保证平台与企业数据安全的进行产品数据交换。对生产、交易、运输所有阶段的供应链参与者进行整合，供应商将物联网设备生成的产品信息上传到区块链中，消费者根据区块链上的交易记录验证产品真实性，监管部门验证产品与区块链数据之间的对应关系并及时审核交易流程，整个系统中进行访问权限控制。所述三级区块链模型包括账户链，交易链和物联网链。

账户链存储用户拥有的数字资产的详细信息和余额。账户数据与供应链中发生的交易结果有关，与交易过程详细信息无关。账户数据强关联到交易链和物联网链上的数据，通过信息锚定模型保证数据的一致性。账户链中的数据主要用于获取购买前参考和购买后进行产品验证。用户通常要更加注意产品的实际交易和实物信息，因此访问频率较低。

账户链中的账户包括企业账户、消费者账户以及监管者账户。企业账户由供应链中产品或服务的提供者创建。企业账户数据包括：企业名称，认证信息(包括注册号，注册地址，法定代表人，注册资本，业务范围，公司状态，业务类型，成立日期，注册权限，附属企业)，交易次数，交易列表其包含TXID，该TXID是与交易链同步的，而TXID是指交易链中对应的事务记录)，产品清单(包括物联网设备收集的产品ID，产品名称，生产参数(例如温度，湿度，原材料，产地等)，质量检查报告。消费者账户由消费者创建，记录客户的信息和余额。消费账户数据包括以下内容：用户名，收货地址，信用评分，购买数量，包含TxID的交易列表。监管者账户由监管部门创建，监管者账户数据包括以下内容：机构信息，上级机构，下属机构，QIC列表(显示所有检查报告的序列号，详细报告已加密并存储在IPFS设备中)。

交易链，需要对交易链进行访问控制，交易链上的数据项只对发生交易的供应链上的实体和监管机构可见。该链中的交易状态需要实时更新，因此需要更新速度和并发性。交易链存储交易信息，交易记录，执行记录。交易信息包括交易ID，产品ID，产品编号，发送方，接收方，运营商，数字合同证书(对合同进行哈希处理并将原文件加密后存储在IPFS设备中)，智能合约信息。交易记录是指交易的执行状态。所有有关调用智能合约的信息都存储在链中。

物联网，物联网链中的数据只有产品所有者可以访问它。物联网设备触发智能合约将物联网数据存储到区块链中。物联网链数据的更新速度，并发性和访问频率均高于其他数据链。物联网数据与其他链之间的关系较弱，遵循基于事务的数据模型。物联网链主要记录产品的实时物流信息，包括产品配送信息、位置信息以及生产信息。配送信包括交易ID、订单ID、配送公司、配送人员、配送时间、接受者。位置信息包括：GPS信息、备注信息。生产信息包括：温度、湿度等。

系统中的各层级区块链交互流程如图3所述，发生交易时，交易链将产品ID、和账户ID转移到账户链上，以确认产品和用户账户。交易完成后，交易链将交易ID提交到账户链，以更改用户账户的记录和余额。交易正在进行时，交易链将交易ID转移到物联网链，这有助于获取产品物流信息。成功交付产品后，交易状态会自动转换为完成。

本系统中数字资产的交易涉及多条链上的信息。换句话说，数字资产的存储和交易发生在不同的链上。应保证交易的一致性，以避免同一笔数字资产多次交易。如图4所示，本系统提供了一种信息锚定模型以避免双重支出，最底层物联网链的每个区块中的订单ID与本区块的区块Hash、区块编号的值一起取Hash，生成唯一标签作为Torder(中间值)，将物联网链每两个区块所有计算出的Torder取Hash值生成唯一标签Ttransaction，作为交易链中区块体的元素，最后交易链中区块链体中的Ttransaction与交易ID做异或运算后取Hash，生成anchoring tag，作为账户链中区块体的元素。本地一致性描述了系统状态，即数字资产不能在主交易区块链中进行双重支出。全局一致性意味着数字资产不存在多链系统中的双重支出问题。在信息锚定模型中，每个链中的数据均具有特定值，并通过一致性验证算法实现本地和全局数据一致性。算法如下：

Torder＝Hash(订单ID，区块Hash，区块编号)；

Ttransaction＝Hash(Torder1,Torder2,Torder3,...)；

即Ttransaction与交易ID异或运算的结果取Hash，定义如下：

anchoring tag＝Hash(Ttransaction

交易ID)。

Claims

1.一种基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于，

根据数据更新速率、并发量、数据模型、数据加密度、访问频率、层次关系六种数据特性，将溯源数据分为用户账户数据、交易数据、物联网数据，构建三级区块链模型来存储和管理数据，所述三级区块链模型包括账户链，交易链和物联网链；所述账户链存储用户的账户信息，账户数据强关联交易链和物联网链上的数据，通过信息锚定模型保证数据的一致性，账户链中的数据用于购买前参考和购买后进行产品验证；所述交易链存储交易信息，本系统对交易链进行访问控制，交易链上的数据项只对进行过交易的实体和监管机构可见，该链中的交易状态需要实时更新；所述物联网链存储来自物联网设备产生的信息，物联网链中的数据只有产品所有者可以访问它，物联网设备触发智能合约将物联网数据存储到区块链中，物联网链数据的更新速度，并发性和访问频率均高于账户数据和交易数据，物联网数据与账户链和交易链之间的关系遵循基于事务的数据模型；所述信息锚定模型，其实现过程如下：

步骤1：将物流链中的订单ID、区块Hash、区块编号通过取Hash，生成唯一的标签T_order，定义如下：

T_order＝Hash(订单ID，区块Hash，区块编号)；

步骤2：定义标签T_transaction，用于验证交易链中信息是否被篡改，定义如下：

T_transaction＝Hash(T_order1,T_order2,T_order3,...)；

步骤3：为了避免对标签的恶意使用，将T_transaction标签绑定到交易信息以生成锚定标签，即T_transaction与交易ID异或运算的结果取Hash，定义如下：

账户链存储用户拥有的数字资产的详细信息和余额；账户数据与供应链中发生的交易结果有关，与交易过程详细信息无关；账户数据关联到交易链和物联网链上的数据，通过信息锚定模型保证数据的一致性；账户链中的数据主要用于获取购买前参考和购买后进行产品验证；

交易链存储交易信息，交易记录，执行记录；交易信息包括交易ID，产品ID，产品编号，发送方，接收方，运营商，数字合同证书智能合约信息；交易记录是指交易的执行状态；

账户链中的账户包括企业账户、消费者账户以及监管者账户；企业账户由交易链中产品或服务的提供者创建；企业账户数据包括：企业名称，认证信息，交易次数，交易列表其包含TXID，该TXID是与交易链同步的，而TXID是指交易链中对应的事务记录，产品清单，质量检查报告；消费者账户由消费者创建，记录客户的信息和余额；消费账户数据包括以下内容：用户名，收货地址，信用评分，购买数量，包含TxID的交易列表；监管者账户由监管部门创建，监管者账户数据包括以下内容：机构信息，上级机构，下属机构，QIC列表；

2.根据权利要求1所述的基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于，所述账户信息指供应链上实体的账户信息，包括产品信息，交易信息，资金状态和权限。

3.根据权利要求2所述的基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于，所述交易信息包括交易基本信息，交易记录和执行记录；交易基本信息包括交易ID，产品ID，产品编号，发送方，接收方，运营商，数字合同证书，智能合约信息；交易记录是指交易的执行状态；所有调用智能合约的信息都存储在交易链中。

4.根据权利要求3所述的基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于，所述物联网设备产生的信息指的是产品的实时物流信息，包括产品配送信息，位置信息以及生产信息；配送信包括交易ID、订单ID、配送公司信息、配送人员、配送时间、接受者；位置信息包括GPS信息、备注信息；生产信息包括温度、湿度、原材料以及产地。

5.根据权利要求1所述的基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于，所述企业账户由供应链中产品或服务的提供者创建，企业账户信息包括：企业名称，注册号，注册地址，法定代表人，注册资本，业务范围，公司状态，业务类型，成立日期，注册权限，附属企业，交易次数，交易列表，产品清单，生产参数，质量检查报告；所述消费者账户由消费者创建，记录客户的信息和余额，消费账户数据包括以下内容：用户名，收货地址，信用评分，购买数量，交易列表；所述监管者账户由监管部门创建，监管者账户数据包括以下内容：机构信息，上级机构，下属机构，QIC列表。

6.根据权利要求5所述的基于多层级区块链技术的供应链追溯系统，其特征在于，所述QIC列表，只包含所有检查报告的序列号，详细报告已加密并存储在IPFS设备中。