CN113506117A - 一种水产品区块链溯源优化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水产品区块链溯源优化系统及方法，所述方法包括：建立水产品溯源各环节的子链及主链；水产品各环节厂商在客户端节点进行注册，并分别授予对相应溯源环节子链上链和查询的权限；根据水产品相应的质量要求，使用传感器采集水产品各溯源环节数据；分析采集到的水产品各溯源环节数据，根据这些规范数据对智能合约进行编写，并通过智能合约管理服务器安装到相应的子链上；各环节厂商注册后通过智能合约对水产品溯源数据进行标准化的上链；以及用户通过调用智能合约查询任何溯源环节的溯源码就可以获取到所有的溯源信息。本发明水产品区块链溯源优化系统及方法溯源效率高。

Description

一种水产品区块链溯源优化系统及方法

技术领域

本发明涉及水产品溯源技术领域，具体地，涉及一种水产品区块链溯源优化系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对水产品食品安全问题也越来越关注，水产品的质量安全不仅关系到公众的健康，而且对农业发展、农民增收、农产品贸易和农业现代化建设都有重大影响，它已成为新时期我国农产品生产和供应中的一个重要问题。但是水产品安全问题在近些年来层出不穷，这些安全问题对水产品行业造成了严重的影响，暴露了目前水产品的食品安全还存在着监管不足、标准不一、难溯源等需解决的问题。

因此，加强水产品质量安全管理的关键是确保水产养殖业的可持续发展以及建立水产品质量可追溯系统的一个重要措施，确保水产品的质量和安全是非常重要的实现查询生产记录、生产流程和产品质量的可追溯性。传统的溯源体系通常是建立在上述食品安全管理体系之上的，溯源系统由某一管理部门或组织提出、维护和管理，同时下游企业必须按照标准要求输入溯源信息，这种中心化管理模式的缺点是：它要求管理组织具有绝对的可靠性，即管理者需要获得溯源系统的用户和参与者的信任，需要付出巨大的代价来保证数据的安全。

中国发明专利CN 111582887A公开了一种基于区块链的产品溯源管理系统及方法,所述管理系统包括标识码生成模块、区块链节点采集模块和监管模块，所述标识码生成模块用于为每个出货批次的待追溯产品生成区分不同类别的待追溯产品的不同批次的标识码，所述区块链节点采集模块用于厂商节点、批发商节点和销售商节点采集待追溯产品的相关信息，并将待追溯产品的相关信息上传到各自的区块链节点，所述监管模块根据区块链节点采集模块采集上传的待追溯产品的情况判断批发商、销售商是否存在对待追溯产品进行造假的行为。

然而，该现有专利方法的缺点在于：由于溯源数据上链时一般采用的是分开上链，导致了当前的区块链溯源系统查询每一个溯源环节数据都需要遍历一次区块链，造成查询信息时效率非常低。另外，由于供应链不同公司厂商并没有统一的行业标准，这导致不同供应链厂商的追溯信息往往标准和格式参差不齐，各阶段追溯编码也存在异构问题。

因此，需要提供一种水产品区块链溯源优化系统和方法，使得区块链查询效率得到较大的提升，并且使得整个水产品溯源流程实现了规范化监管和统一的质量标准。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种溯源效率高的水产品区块链溯源优化系统和方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种水产品区块链溯源优化系统，所述系统包括：

数据采集传感器：用于采集水产品多个环节溯源数据；

溯源信息数据库：用于将数据采集传感器采集来的水产品溯源数据按照不同环节分类存储到企业的数据库中；

智能合约管理服务器：负责构建、安装区块链上主节点的智能合约，管理智能合约的相关参数和返回数据类型；

上链管理处理器：用于调用各条子链的智能合约来进行溯源数据的上链；

查询管理处理器：用于调用主链的智能合约来进行水产品的溯源查询；

分布式协调服务器：用于维护共识节点领导者、跟随者和观察者三种状态之间的转换，监视共识节点的状态，保证共识节点的正常运行；

共识算法控制服务器：用于调用区块链网络的共识算法；

客户端节点：用于水产品各环节厂商的注册，显示查询的完整水产品溯源数据；

其中，所述数据采集传感器、溯源信息数据库、智能合约管理服务器、上链管理处理器、查询管理处理器、分布式协调服务器、共识算法控制服务器、客户端节点均与以太网络连接。

可选地，所述溯源信息数据库采用CouchDB作为数据库系统，CouchDB将数据存储成文档的形式，文档为JSON表示的一个或多个键值对，每个文档中都都有一个唯一的ID。

可选地，所述智能合约管理服务器采用go语言作为开发语言，对不同的子链和主链安装相应的智能合约。

可选地，所述分布式协调服务器采用zookeeper作为区块链的分布式服务框架。

可选地，所述共识算法控制服务器采用kafka作为共识算法。

进一步地，本发明还提供一种水产品区块链溯源优化方法，所述方法包括以下步骤：

建立水产品溯源各环节的子链及主链；

水产品各环节厂商在客户端节点进行注册，并分别授予对相应溯源环节子链上链和查询的权限；

根据水产品相应的质量要求，使用传感器采集水产品各溯源环节数据；

分析采集到的水产品各溯源环节数据，根据这些规范数据对智能合约进行编写，并通过智能合约管理服务器安装到相应的子链上；

各环节厂商注册后通过智能合约对水产品溯源数据进行标准化的上链；以及

用户通过调用智能合约查询任何溯源环节的溯源码就可以获取到所有的溯源信息。

可选地，所述建立水产品溯源各环节的子链及主链的步骤具体包括：

构造包含多个组织的区块链网络，每个组织中包含多个节点，每个组织对应不同的溯源环节，每个节点对应不同的参与者；

所述区块链网络包含多条链，由每个组织中公共节点共同组成的主链，由每个组织分别各自组成的子链；

所述主链用于存储标准化之后的批次号、各环节溯源码及交易ID。

可选地，所述分析采集到的水产品各溯源环节数据，根据这些规范数据对智能合约进行编写，并通过智能合约管理服务器安装到相应的子链上的步骤具体包括：

根据不同的溯源环节的数据类型编写相应的数据格式对象，子链的数据格式根据各自的公司标准设定，主链的数据格式为批次号、各环节溯源码和交易ID，并以键值对形式存储；

对不同溯源环节的数据上链编写相应的智能合约，智能合约根据水产品数据进行编写。

可选地，所述各环节厂商注册后通过智能合约对水产品溯源数据进行标准化的上链的步骤具体包括：

对于不同溯源环节的数据通过调用智能合约进行相应子链的上链；

当其他溯源环节数据上链时，通过批次号查找到相应的溯源数据对象，将主链对象数据的键值对进行更新。

可选地，所述用户通过调用智能合约查询任何溯源环节的溯源码就可以获取到所有的溯源信息的步骤具体包括：

主链查询：对于任何溯源环节的溯源码，输入到查询模块中，查询模块通过调用智能合约对主链进行顺序查询，获取到水产品各环节溯源码、交易ID以及批次号并返回；

子链查询：根据获取到的各环节交易ID，分别对各个环节的子链进行交易ID查询，获取到对应环节的溯源数据并返回，最后客户端对数据进行拼接形成完整的溯源信息。

与现有技术相比，本发明将区块链作为平台实现对水产品的溯源，使用多链存储的形式存储上链数据，通过主链存储溯源水产品的相关溯源码，将水产品数据按照溯源环节上链到相应的子链上，先查询主链的索引信息，再通过索引信息查询子链来实现溯源信息的快速查询。本发明改变了区块链溯源的单链结构，使用多链模型结合跨链技术开发相应的智能合约，上链阶段和查询阶段可以通过子链和主链并发执行，将主链和子链之间通过交易ID建立映射关系，使得区块链查询效率得到较大的提升，并且使得整个水产品溯源流程实现了规范化监管和统一的质量标准。

另外，本发明通过区块链对水产品育苗、养殖、加工、运输、销售全过程进行信息管理，实现了水产品全生命周期信息的快速识别和可追溯管理，保障了水产品的可溯源性，保证各环节企业信息存储的不可篡改性，方便消费者了解产品质量管理信息，放心消费。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的水产品区块链溯源优化系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的水产品区块链溯源优化方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

区块链从宏观的角度看可以说一个分布式共享数据库，区块链上存储的数据具有不可篡改、可溯源、公开透明、去中心化维护等特点，这些特点使得区块链可以应用在各个领域中。由于区块链技术存储数据的不可修改，使得食品安全的溯源有了高可信性，本发明提出了一种水产品区块链溯源优化系统及方法，根据水产品溯源的需求，引入区块链技术，综合利用多链技术、智能合约、跨链信息交互、分布式技术，完成水产品快速溯源查询。系统运行前，首先根据水产品食品安全国家标准，水产品各环节厂商采集水产品溯源数据，建立各环节子链及存储子链交易ID的主链，设计相应智能合约。系统运行初期，水产品各环节厂商先将采集到的水产品数据分别在子链中上链，再将返回的交易ID存储到主链中。系统运行时用户将需要查找的水产品批次号输入可视化界面的数据查询模块，数据查询模块通过调用主链的智能合约返回各环节信息在子链的交易ID，通过交易ID到子链中快速查找到各环节的溯源信息，客户端将各环节溯源信息拼接成完整的水产品溯源信息，并通过可视化界面显示出来。

具体地，图1为本发明实施例提供的一种水产品区块链溯源优化系统结构框图，如图1所示，所述系统用于采集放在采集区的水产品1的溯源数据，所述系统包括：

数据采集传感器2：用于采集水产品多个环节溯源数据；

溯源信息数据库3：用于将数据采集传感器2采集来的水产品溯源数据按照不同环节分类存储到企业的数据库中；

智能合约管理服务器4：负责构建、安装区块链上主节点的智能合约，管理智能合约的相关参数和返回数据类型；

上链管理处理器5：用于调用各条子链的智能合约来进行溯源数据的上链；

查询管理处理器6：用于调用主链的智能合约来进行水产品的溯源查询；

分布式协调服务器7：用于维护共识节点领导者、跟随者和观察者三种状态之间的转换，监视共识节点的状态，保证共识节点的正常运行；

共识算法控制服务器8：用于调用区块链网络的共识算法；

客户端节点9：用于水产品各环节厂商的注册，显示查询的完整水产品溯源数据；

所述数据采集传感器2、溯源信息数据库3、智能合约管理服务器4、上链管理处理器5、查询管理处理器6、分布式协调服务器7、共识算法控制服务器8、客户端节点9均与以太网络10连接。

在一个可选的实施例中，所述溯源信息数据库3采用CouchDB作为数据库系统，CouchDB采用JSON作为数据存储格式，查询语言为JavaScript的面向文档的NoSQL数据库。CouchDB将数据存储成文档的形式，文档为JSON表示的一个或多个键值对，每个文档中都都有一个唯一的ID。

在一个可选的实施例中，所述智能合约管理服务器4采用go语言作为开发语言，对不同的子链和主链安装相应的智能合约，独立运行在具有安全特性的受保护的Docker容器中，以gRPC协议与相应的peer节点进行通信，将数据存储到区块链中。

在一个可选的实施例中，所述分布式协调服务器7采用zookeeper作为区块链的分布式服务框架，zookeeper是一个分布式键值对存储库，通常用于存储元数据及集群机制的实现。zookeeper允许服务的客户端订阅变化并获得实时通知，zookeeper具有超强的故障容错能力。

在一个可选的实施例中，所述共识算法控制服务器8采用kafka作为共识算法，Kafa是一个分布式、具有水平伸缩能力、崩溃容错能力的日志系统。在区块链中可以有多个Kafka节点，使用zookeeper进行同步管理。

所述水产品区块链溯源优化系统具体操作过程如下：各供应链环节企业在客户端节点注册成为用户后，通过调用智能合约将本环节的溯源信息存储到相应的子链中，首先共识节点对上链的信息达成共识实现账本的更新，我们选用kafka服务作为共识机制，设置100个交易生成一个区块，然后排序节点对交易进行全局排序，我们选用Order节点作为排序节点，Order选择4个节点，分别代表水产品供应链的四个环节，在此期间分布式协调服务器保证全局视图的一致性，我们选用zookeeper作为分布式协调服务器，zookeeper选择3个节点，最后保存到溯源信息数据库3中，溯源信息数据库3选用CouchDB数据库，并且开启CouchDB数据库的富查询，富查询较普通查询功能更丰富，从而拓展了溯源查询的功能。

查询时查询某环节的溯源码即可查询到所有的溯源信息，智能合约将被安装在Peer节点中，作为客户端和区块链模块进行数据交互的媒介。每个企业环节、每个组织、每个节点都会安装溯源流程的全部智能合约，以便能对所有环节的信息进行查看。

当需要对区块链内数据进行读写时，客户端节点通过调用SDK从CA节点获取证书，注册成为组织成员，然后调用组织内Peer节点中安装的智能合约，进行数据的读写。当需要对区块链内数据进行查询时，客户端节点通过调用SDK从CA节点获取证书，注册成为组织成员，然后调用组织内Peer节点中安装的智能合约，进行数据的查询。

图2为本发明实施例提供的一种水产品区块链溯源优化方法的流程框图，如图2所示，所述方法包括以下步骤：

S1：建立水产品溯源各环节的子链及主链；

具体地，通过多链存储，对水产品养殖、加工、仓储、运输等溯源环节建立一条相应的子链，同时建立一条主链，来对溯源环节子链进行索引。

所述步骤S1具体包括：

构造包含多个组织的区块链网络，例如：Org1、Org2、Org3、Org4等，每个组织中包含多个节点，每个组织对应不同的溯源环节，每个节点对应不同的参与者；

所述区块链网络包含多条链：由Org1、Org2、Org3、Org4中公共节点共同组成的主链，以及由Org1、Org2、Org3、Org4分别各自组成的子链；

主链存储标准化之后的批次号、各环节溯源码及交易ID。

S2：水产品各环节厂商在客户端节点进行注册，并分别授予对相应溯源环节子链上链和查询的权限；

S3：根据水产品相应的质量要求，使用传感器采集水产品各溯源环节数据；

具体地，使用传感器采集包括水产品养殖、加工、仓储、运输等溯源环节数据。

S4：分析采集到的水产品各溯源环节数据，根据这些数据对智能合约进行编写，并通过智能合约管理服务器安装到相应的子链上；

具体地，所述步骤S4具体包括：

根据不同的溯源环节的数据类型编写相应的数据格式对象，子链的数据格式根据各自的公司标准设定，主链的数据格式为批次号、各环节溯源码和交易ID，并以键值对形式存储；

对不同溯源环节的数据上链编写相应的智能合约，智能合约根据水产品数据进行编写。

S5：各环节厂商注册后通过智能合约对水产品溯源数据进行标准化的上链；

具体地，所述步骤S5具体包括：

对于不同溯源环节的数据通过调用智能合约进行相应子链的上链；

当其他溯源环节数据上链时，通过批次号查找到相应的溯源数据对象，将主链对象数据的键值对进行更新。

S6：用户通过调用智能合约查询任何溯源环节的溯源码即可以获取到所有的溯源信息。

具体地，所述步骤S6具体包括：

主链查询：对于任何溯源环节的溯源码，输入到查询模块中，查询模块通过调用智能合约对主链进行顺序查询，获取到水产品各环节溯源码、交易ID以及批次号并返回；

子链查询：根据获取到的各环节交易ID，分别对各个环节的子链进行交易ID查询，获取到对应环节的溯源数据并返回，最后客户端对数据进行拼接形成完整的溯源信息。

与现有技术相比，本发明将区块链作为平台实现对水产品的溯源，使用多链存储的形式存储上链数据，通过主链存储溯源水产品的相关溯源码，将水产品数据按照溯源环节上链到相应的子链上，先查询主链的索引信息，再通过索引信息查询子链来实现溯源信息的快速查询。本发明改变了区块链溯源的单链结构，使用多链模型结合跨链技术开发相应的智能合约，上链阶段和查询阶段可以通过子链和主链并发执行，将主链和子链之间通过交易ID建立映射关系，使得区块链查询效率得到较大的提升，并且使得整个水产品溯源流程实现了规范化监管和统一的质量标准。

另外，本发明通过区块链对水产品育苗、养殖、加工、运输、销售全过程进行信息管理，实现了水产品全生命周期信息的快速识别和可追溯管理，保障了水产品的可溯源性，保证各环节企业信息存储的不可篡改性，方便消费者了解产品质量管理信息，放心消费。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种水产品区块链溯源优化系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集传感器：用于采集水产品多个环节溯源数据；

溯源信息数据库：用于将数据采集传感器采集来的水产品溯源数据按照不同环节分类存储到企业的数据库中；

智能合约管理服务器：负责构建、安装区块链上主节点的智能合约，管理智能合约的相关参数和返回数据类型；

上链管理处理器：用于调用各条子链的智能合约来进行溯源数据的上链；

查询管理处理器：用于调用主链的智能合约来进行水产品的溯源查询；

分布式协调服务器：用于维护共识节点领导者、跟随者和观察者三种状态之间的转换，监视共识节点的状态，保证共识节点的正常运行；

共识算法控制服务器：用于调用区块链网络的共识算法；

客户端节点：用于水产品各环节厂商的注册，显示查询的完整水产品溯源数据；

其中，所述数据采集传感器、溯源信息数据库、智能合约管理服务器、上链管理处理器、查询管理处理器、分布式协调服务器、共识算法控制服务器、客户端节点均与以太网络连接。

2.根据权利要求1所述的水产品区块链溯源优化系统，其特征在于：所述溯源信息数据库采用CouchDB作为数据库系统，CouchDB将数据存储成文档的形式，文档为JSON表示的一个或多个键值对，每个文档中都都有一个唯一的ID。

3.根据权利要求1所述的水产品区块链溯源优化系统，其特征在于：所述智能合约管理服务器采用go语言作为开发语言，对不同的子链和主链安装相应的智能合约。

4.根据权利要求1所述的水产品区块链溯源优化系统，其特征在于：所述分布式协调服务器采用zookeeper作为区块链的分布式服务框架。

5.根据权利要求1所述的水产品区块链溯源优化系统，其特征在于：所述共识算法控制服务器采用kafka作为共识算法。

6.一种水产品区块链溯源优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

建立水产品溯源各环节的子链及主链；

水产品各环节厂商在客户端节点进行注册，并分别授予对相应溯源环节子链上链和查询的权限；

根据水产品相应的质量要求，使用传感器采集水产品各溯源环节数据；

分析采集到的水产品各溯源环节数据，根据这些规范数据对智能合约进行编写，并通过智能合约管理服务器安装到相应的子链上；

各环节厂商注册后通过智能合约对水产品溯源数据进行标准化的上链；以及

用户通过调用智能合约查询任何溯源环节的溯源码就可以获取到所有的溯源信息。

7.根据权利要求6所述的水产品区块链溯源优化方法，其特征在于：所述建立水产品溯源各环节的子链及主链的步骤具体包括：

构造包含多个组织的区块链网络，每个组织中包含多个节点，每个组织对应不同的溯源环节，每个节点对应不同的参与者；

所述区块链网络包含多条链，由每个组织中公共节点共同组成的主链，由每个组织分别各自组成的子链；

所述主链用于存储标准化之后的批次号、各环节溯源码及交易ID。

8.根据权利要求6所述的水产品区块链溯源优化方法，其特征在于：所述分析采集到的水产品各溯源环节数据，根据这些规范数据对智能合约进行编写，并通过智能合约管理服务器安装到相应的子链上的步骤具体包括：

根据不同的溯源环节的数据类型编写相应的数据格式对象，子链的数据格式根据各自的公司标准设定，主链的数据格式为批次号、各环节溯源码和交易ID，并以键值对形式存储；

对不同溯源环节的数据上链编写相应的智能合约，智能合约根据水产品数据进行编写。

9.根据权利要求6所述的水产品区块链溯源优化方法，其特征在于：所述各环节厂商注册后通过智能合约对水产品溯源数据进行标准化的上链的步骤具体包括：

对于不同溯源环节的数据通过调用智能合约进行相应子链的上链；

当其他溯源环节数据上链时，通过批次号查找到相应的溯源数据对象，将主链对象数据的键值对进行更新。

10.根据权利要求6所述的水产品区块链溯源优化方法，其特征在于：所述用户通过调用智能合约查询任何溯源环节的溯源码就可以获取到所有的溯源信息的步骤具体包括：

主链查询：对于任何溯源环节的溯源码，输入到查询模块中，查询模块通过调用智能合约对主链进行顺序查询，获取到水产品各环节溯源码、交易ID以及批次号并返回；

子链查询：根据获取到的各环节交易ID，分别对各个环节的子链进行交易ID查询，获取到对应环节的溯源数据并返回，最后客户端对数据进行拼接形成完整的溯源信息。

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