CN113793157A - 一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于猪肉产品溯源防伪技术领域，涉及一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统。具体包括，基于联盟链技术，设计一种支持可根据业务动态扩展的分布式的数据存储架构；基于物联网技术，设计了一种散养猪全生命周期数据自动采集和追踪方案；设计了一种上链和下链“双轨”的数据存储机制，可支持大吞吐量交易的供应链溯源数据分布式存储和查询；设计了一种可追溯性智能合约，支持用户权限自动验证、信息智能逐级交互，实现牲畜肉禽类全生命周期的“一键式”溯源防伪。本发明可以实现对散养猪的全生命周期信息的自动采集、分布式存储和一键追溯防伪，从而打击假冒伪劣，提高消费者信任，保障消费者以及藏区企业、牧民的利益。

Description

一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统

技术领域

本发明属于猪肉产品溯源防伪技术领域，涉及区块链和物联网技术，具体而言，面向高附加值散养型肉猪品种的全生命周期信息的采集和管理，提出一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统。

背景技术

散养猪相对于普通的圈养猪，活动范围大、活动量高、食物大都从野生环境获取，因此散养猪肉以精瘦肉为主，肉质鲜美且营养价值丰富，具有非常高的产品附加值。特别是，随着全国冷链物流体系的建设与发展，具有地域品牌的散养猪，例如藏香猪、溜达猪、黑山猪等，已经走上了中国千家万户的餐桌。但是，在具体销售中，由于产品售价高(例如藏香猪，根据品级不同，一斤售价在60-180元之间)、销量好，有一些不良商家利用普通品种猪肉冒充散养猪，牟取高昂的不法利润，欺骗了消费者，同时也会损害散养猪口碑、给散养猪养殖企业和养殖牧民带来巨大的利益损失。因此，亟需建立一个可以采集和管理散养猪的全生命周期信息的溯源防伪系统。

当前，常用的猪肉产业链溯源依靠二维码、条形码等可标识图码和RFID标签这两类载体存储溯源信息。前者很容易被非法复制，而后者成本较高且有被非法跟踪的风险。此外，在溯源的模式上，现有的溯源系统也都基于中心化的架构，并且为了确保信息安全，产业链中各参与方之间相互隔离，信息和数据的共享困难。

联盟链作为区块链系统中的一种，为解决这些问题提供了新思路。联盟链由多个组织或企业参与组成。每个组织或企业都控制着一个或多个节点，他们一起共享数据。继承了区块链数据加密、数据链式钩稽、多副本存储和分布式共识机制等技术，联盟链可以实现不可篡改的分布式信息存储，公开透明的信息共享，以及可信的防伪溯源。同时，联盟链可以平衡去中心化和效率之间的关系，既可以支持供应链环境下大量的交易吞吐量，又在一定程度上保证较好的一致性。此外，结合物联网技术，可以实现对散养猪产销供应链的全程监控，并实现信息自动采集和上传，防止上链数据的造假。

现有的文献和专利材料中，关于猪肉的基于区块链的溯源和方法，都是从食品安全、猪肉产品供应安全角度来设计和开发的，无法满足散养猪溯源中对于打击假冒伪劣的防伪需求。而现有的溯源防伪系统和方法，通常是针对工业品、艺术品、医药品等价值较高的产品，尚未有关于牲畜家禽类产品的溯源防伪方面的专利和文献。此外，现有的系统和方法溯源对象都是普通圈养的养殖猪，它们的生长周期短、食源简单、活动区域较小，信息采集简单易行。对于散养猪这一类采用非人工喂养的散养模式，且生长周期长、附加值高的猪肉产品来说，尚未有相关的专利或文献考虑其溯源防伪的系统和方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对散养猪这一类采用非人工喂养的散养模式，且生长周期长、附加值高的猪肉产业链进行溯源防伪。针对这一问题，本发明提供一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统，实现对散养猪的全生命周期信息的自动采集、分布式存储和一键追溯防伪。为了实现该系统，本发明的主要发明内容包括以下四个方面。

第一，本发明设计了一种基于物联网的散养猪全生命周期数据自动采集和追踪方案，该方案利用虹膜识别设备、摄像头、温湿度传感器、GPS传感器等物联网数据采集装置实现全生命周期数据自动采集，同时设计了“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码→运单号→订单号”的全生命周期数据追踪。针对猪的散养特性，本发明使用虹膜识别设备、摄像头和GPS传感装置来自动采集散养猪的虹膜数据、视频活动数据以及猪舍的地理信息数据，建立散养猪养殖追踪的证据链，其中利用环境监测传感器检测养殖场的污染指数，确定散养猪野外食物的健康属性。同时针对屠宰流水线上“从生猪到猪肉”的追踪难点，改造了屠宰流程，采用四分体工艺实现“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码”的流水线作业，保障现有屠宰流水线的运行效率。

第二，本发明设计了一种基于联盟链的分布式数据存储架构，该联盟链由多个可以根据业务动态生成的通道构成，即以电子商务企业和生产企业为核心，将一项业务映射为一个通道，将这项业务参与企业、业务关系及相关交易数据映射为通道中的共识节点，链码和相应的账本，从而实现养殖、屠宰以及物流配送企业可以根据业务弹性加入区块链中。此外，联盟链中的每个通道都包括具有政府官方背景的检验检疫机构、备案中心和认证机构。通过上述参与方共同维护一个分布式的数据库，可保障数据的不可篡改性，实现产业链数据安全、透明、共享。

第三，本发明设计了一种上链和下链“双轨”的数据存储机制，可支持大吞吐量交易数据的分布式存储和查询。该机制中，对于所需存储空间较小的数据，例如表单数据等，可以直接通过数据库上传至区块链，即上链数据。对于所需存储空间较大、不适宜在区块链中存储的数据，例如视频数据和图片数据，本发明将其在网络中的映射关系存储到区块链中，而将数据本身存储在线下的节点数据库中。此外，为了进一步保证线下数据的安全性和可靠性，本发明设计了一个冗余数据库，该冗余数据库部署在非相邻节点之上，相应的数据备份在非相邻节点的主数据库中，且在冗余数据库中的数据只能添加无法修改，以此来实现数据的防篡改。

第四，本发明设计一种可追溯性智能合约，可以自动地验证用户权限、智能地进行逐级信息交互，实现散养猪产业链中的追溯防伪。具体而言，系统中不同节点通过区块链系统输入所要查询的信息和信息的类型，调用智能合约来查询数据。智能合约收到请求后，会调用下级信息查询模块，根据查询类型进行信息检索。首先，智能合约将验证当前用户的权限。如果权限验证成功，智能合约将调用相应的查询模块，根据查询类型查询信息。如果目标信息满足要求，查询系统会增加查询次数，创建与当前信息对应的查询表。并将记录查询用户和查询时间，返回查询的详细信息。显示的信息根据当前用户的权限确定。如果目标信息不满足要求，会给予用户相应的提示。同样如果权限验证没有成功，也会返回相应的提示结果。通过设计可追溯性智能合约，扩大了产业链中可追溯防伪的范围，既可以确保关键追溯防伪信息的完整性，又可利用多重可追溯性来进行溯源信息的验证，实现散养猪这类牲畜肉禽的溯源防伪。

基于上述发明内容，本发明最终可以实现一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统，系统包括基础设施、联盟链服务、功能服务、参与方交互四个层次。各个层次的主要使用的技术和实现的功能如下：基础设施层主要是基于物联网设施对产业链各个环节的信息进行采集；联盟链服务层将从基础设施层采集得来的数据上传至联盟链；功能服务层包含为实现“事中”和“事后”防伪溯源的目标所要实现的功能；而参与方交互层根据业务需求开发接口，实现最终的“人-机”交互。基于上述系统的模块描述，本发明技术方案的具体步骤如下：

(1)基础设施层：基于物联网的供应链各环节数据采集

基础设施层是整个系统的基础，用于对整个产业链上的各个环节的数据进行自动采集。基础设施层采用发明内容一中基于物联网的数据自动采集和追踪方案，利用虹膜识别设备、摄像头、温湿度传感器、GPS传感器等物联网数据采集装置实现全生命周期数据自动采集，同时设计了“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码→运单号→订单号”的全生命周期数据追踪。

步骤1.1：前端养殖数据采集

这一阶段可以用作溯源信息的数据包括基地养殖数据、防疫检疫数据及屠宰数据。

基地养殖数据包括散养猪的野外觅食时长、觅食区域、室内喂养情况(包括对喂养时间、时长以及饲料配比情况的记录)、猪舍监控以及养殖基地的环境检测数据。本发明使用虹膜识别设备，对散养猪进行个体的识别，生成散养猪养殖环节的唯一标识：所有与散养猪相关的数据都需要与虹膜识别设备识别获得的虹膜编码进行绑定，以实现对散养猪个体的识别和追踪。在散养猪的野外猪舍配备摄像头、虹膜识别设备、温湿度传感器和GPS传感器，收集猪舍监控数据，以建立散养猪养殖追溯的证据链。

防疫检疫数据包括所有新生猪的兽药疫苗注射，在屠宰之前的疫情检测以及出现疾病时的治疗情况的相关数据，需要及时采集和记录，以供动物卫生监督部门进行定期检查以及后期溯源。该环节收集得到的防疫检疫数据要与散养猪虹膜编码的绑定。

屠宰数据包括宰杀前后的猪肉标识数据，宰杀的地点和时间，屠宰场的环境数据，宰杀证明数据，宰割后猪肉产品数据以及宰割后的检疫数据。生猪进入这一阶段后通过验收、宰杀和胴体分割这三个环节变为可供出售的猪肉。为了保证屠宰前的个体标识可以与宰割后的猪肉一一对应，在屠宰前屠宰管理系统将使用虹膜识别设备识别散养猪在养殖环节的唯一标识——虹膜编码，在此基础上生成对应的屠宰唯一标识——屠宰套环码，进一步的在屠宰完成后生成猪肉产品的产品标识码，实现“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码”的流水线作业。同时该环节收集得到的屠宰数据都要注意实现与对应产品标识码的绑定。

步骤1.2：流通环节的数据采集

流通环节需要采集的数据包括猪肉产品的物流数据和运送过程中的环境数据。猪肉屠宰加工完成后经由物流配送至消费者手中，在该环节会生成物流配送过程中的唯一标识码——运单号，为了实现物流数据的可追溯，本发明将屠宰环节得到的产品标识码与运单号进行一一对应。而由于猪肉产品的生鲜特性，猪肉产品的物流运输需要进行冷链运送，因此需要对物流配送过程中的环境数据进行监控。收集得到的环境数据与运单号进行绑定，进而与产品标识码进行对应。

步骤1.3：后端销售的数据采集

消费者在后端购买产品之后，生成唯一可标识的订单号。基于现有的电商物流体系，订单号可以实现与运单号的一一对应，因此可以建立“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码→运单号→订单号”的全生命周期数据追踪，完成数据闭环，实现散养猪产业链的全程监控与溯源。

(2)联盟链服务层

联盟链服务层是整个系统的核心，是实现数据存储、共享和后续质量追溯的核心模块。联盟链服务层采用发明内容二中的基于联盟链的分布式数据存储架构，将业务参与企业、业务关系及相关交易数据映射为通道中的共识节点，链码和相应的账本，从而实现养殖、屠宰以及物流配送企业可以根据业务弹性加入区块链中。在数据分布式存储过程中，联盟链服务层采用发明内容三中的上链和下链“双轨”的数据存储机制，将所需存储空间较大的数据存储到数据库服务器中(下链存储)，仅在区块链网络(上链存储)中存储所需空间较小的数据，用以支持供应链环境下大吞吐量交易数据存储和查询场景。

步骤2.1：采集数据的输入

在基础设施层中收集了供应链环节下产生的初始化数据，根据上传的主体的不同可以分为两类：通过传感器物联网设备直接上传的数据和授权节点在人工辅助下上传的数据。通过传感器物联网设备直接上传的数据包括：前端养殖环节采集的养殖基地环境和位置数据、流通过程采集的环境和位置变化数据；授权节点在人工辅助下上传的数据包括：前端养殖过程产生的散养猪标识数据、喂养数据、防疫检疫数据以及屠宰数据，流通环节产生的散养猪和散养猪产品周转数据，后端销售过程产生的订单数据等。初始化数据作为联盟链服务层的输入数据，以供数据完成向联盟链网络的上传。

步骤2.2：输入数据的处理

在基础设施层收集的数据，无法直接上传至区块链网络之中，需要对这些数据进行一定的处理，具体包括：数据分析、数据删除、数据过滤以及数据分类。数据分析是根据产业链的业务需求对数据进行分析处理，例如对于在人工辅助下上传的数据真实性存疑的难题，对上传的数据进行交叉对比，确保上链数据没有被篡改，另外对于收集得到的环境检测数据，通过数据分析计算出养殖场的污染指数，进而确定散养猪野外食物的健康属性；数据删除的对象有两种，一种是对人工上传的出现明显偏差的数据进行删除，另一种是对整个产业链中产生的冗余数据进行删除；数据过滤是对不同数据的类型进行过滤，确保指定类型的数据上链；数据分类是对基础设施层收集得到的数据进行分类，这里的分类不同于初始化数据中的类别，强调根据数据的存储类型进行分类，典型的存储类型包括视频数据、图像数据以及表单数据。

步骤2.3：数据的上链与下链

利用上链和下链“双轨”的数据存储机制，将所需存储空间较大的数据存储到数据库服务器中(下链存储)，仅在区块链网络中存储所需空间较小的数据。另外，为了进一步保证线下数据的安全性和可靠性，本发明设计了一种冗余数据库，在区块链网络的非相邻节点建立冗余数据库，将所需空间较大的数据备份至非相邻节点的主数据库中，且在冗余数据库中的数据只能添加无法修改，以防止数据的篡改。

具体的数据分布式存储形式，本发明利用HyperledgerFabric开发联盟链模式的区块链溯源系统，同一个核心企业和不同的物流及销售伙伴企业可以组成不同的产销联盟，同一个联盟在区块链系统中被映射为一个通道，通道中每个企业(供应链参与方)都具有相应的共识节点，链码和相应的账本，实现分布式数据存储。此外，联盟链中的每个通道都包括具有政府官方背景的检验检疫机构、备案中心和认证机构。产销联盟和通道可以根据实际运营情况动态地生成。数据上传完成后，形成一个可供联盟链各参与方查询的账本，联盟链上的成员也可以在账本上部署链码，以实现业务逻辑。

(3)功能服务层

功能服务层基于发明内容第四中的可追溯性智能合约，对系统节点进行授权和管理，对分布式数据库进行管理整合，为后续散养猪的溯源防伪的查询功能提供支持。

系统节点授权和管理功能包括：节点证书和授权管理，此功能为联盟链的各个参与方颁发证书，用来确保联盟参与方的合法性；多重可追溯性验证，此功能基于节点认证根据智能合约，自动地验证用户权限、智能地进行逐级信息交互，确保关键溯源防伪信息的完整性，实现散养猪产业链中的追溯防伪。

分布式数据库管理整合功能包括：静态信息管理，是指散养猪产销供应链中产生的静态信息的管理，静态信息是指那些一经产生就不会发生改变的信息；动态信息管理，与静态信息管理相对应，对供应链中产生的各类动态信息进行管理，比如各类意外情况的出现，相关的信息就可以录入到动态信息管理中；溯源防伪码生成，溯源防伪码是散养猪产品上可用于查询溯源防伪信息的二维码，与系统中的标识码一一对应；溯源防伪信息检索，每个产品都标定一个唯一标识码，可以在系统中输入该标识码，调用智能合约来查询该产品的溯源防伪信息。

(4)参与方交互层

参与方交互层用来为供应链中各成员(系统用户)提供信息共享和查询的接口，系统用户可以通过UI界面对账本中的数据进行添加、查询并进行一些基本的数据分析工作。系统用户的交互权限通过功能服务层中系统节点授权和管理功能界定，可以基于发明内容四中的智能合约实现数据的查询和(或)添加。

本发明中系统用户分为三类：消费者用户、供应链用户(包括养殖方、屠宰方、物流方、销售方等)、以及监督背书用户(包括检验检疫机构、备案中心和认证机构等)。根据用户类型的不同，系统根据其具体业务需求提供不同的接口：面向消费者用户，本发明系统提供查询接口，根据其订单基于智能合约授权其查看购买的猪肉产品当前的状态信息和溯源信息，实现“事中”和事后溯源；面向供应链用户，本发明系统提供查询和添加两类接口，基于智能合约授权其查询和添加其业务相关的供应链数据，这里在数据添加接口中设置缓存机制，即，添加的数据先存入可以撤回的缓存中，需经二次确认再写入区块链中；面向监督背书用户，本发明系统提供查询接口，基于智能合约授权其查看其业务相关的整个供应链业务数据。

本发明的效果和益处：

本发明提供一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统，实现对散养猪的全生命周期信息的自动采集、分布式存储和一键追溯防伪，从而打击假冒伪劣，提高消费者信任，保障消费者以及藏区企业、牧民的利益。具体而言，本发明中各项内容的效果和益处如下：

(1)本发明基于联盟链技术，设计了一种支持基于业务动态扩展的分布式的数据存储架构，实现了以电子商务企业和生产企业为核心、养殖、屠宰以及物流配送企业可以根据业务弹性加入，且具有政府机构背书的可动态扩展的散养猪供应链溯源联盟，保障数据的不可篡改性，实现产业链数据安全、透明、共享。

(2)本发明通过使用物联网技术，设计了一种散养猪全生命周期数据自动采集和追踪方案，特别是针对散养牲畜和最终产品的标识难题，分别使用了虹膜识别技术以及改进了屠宰流程，可以为实现此类散养牲畜从生长、宰割加工到流通的全生命周期的信息采集和追踪提供技术手段。

(3)本发明设计了一种上链和下链“双轨”的数据存储机制，改进了现有区块链的数据存储模式，这一机制不仅可以保证数据的不可篡改，又能够解决了因散养猪产业链中数据量庞大、数据类型多样导致的区块链存储容量不足、吞吐效率低的问题，可以使区块链能够应用在诸如供应链溯源这类大吞吐量交易数据存储和查询场景。

(4)本发明设计了一种可追溯性智能合约，支持用户权限自动验证、信息智能逐级交互，可以为消费者提供“事中”和“事后”溯源的途径，扩大了供应链中可追溯防伪的范围，既可以确保关键追溯防伪信息的完整性，又可利用这种多重可追溯性来进行溯源信息的验证，从而实现散养猪这类牲畜肉禽的溯源防伪。

附图说明

图1是散养猪溯源防伪系统的联盟链架构示意图。

图2是散养猪溯源防伪系统的整体架构示意图。

图3是联盟链组织关系示意图。

图4是智能合约的执行过程示意图。

图5是猪肉产品和生猪个体之间的编码对应示意图。

图6是重新改造后的屠宰流程示意图。

图7是“产业链-数据链-区块链”的数据共享模式示意图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明实施例基于实际的案例——藏香猪，藏香猪是一种生长在西藏高原地区的古老畜种资源，作为散养猪的一种，其肉质鲜美、无腥不腻且具有丰富的营养价值，产品附加值极高。案例中藏香猪溯源防伪系统的联盟链架构如图1所示。本发明中的溯源系统以电子商务企业和生产企业为核心，采用联盟链的区块链架构，实现藏香猪供应链溯源防伪。除了核心企业以外，本发明的溯源系统中还包括具有政府官方背景的检验检疫机构、备案中心和认证机构，以及可根据业务弹性加入联盟的养殖、屠宰以及物流配送企业。

如图2所示，本发明的基于联盟链物联网的散养猪溯源系统由基础设施，联盟链服务，功能服务和参与方交互构成。自底向上，各层次的功能及实现内容包括：

(1)基础设施层。

主要功能：用于收集藏香猪产业链上产生的各类数据。

实现内容：本发明在该层次配置的设备为数据采集装置、数据可视化交互装置以及数据库服务器。数据采集装置收集得到的数据通过可视化装置与工作人员进行交互，同时得到的数据会上传至数据库服务器中。数据采集装置包括虹膜识别设备、摄像头、温湿度传感器和称重传感器等。

(2)联盟链服务层

主要功能：将在基础设施层中获得的数据进行处理之后，上传至区块链网络当中。

实现内容：该层次基于HyperledgerFabric开发联盟链模式的区块链溯源系统，具体的联盟链组织关系如图3所示。图中描述了两个藏香猪产销联盟(同一个核心企业和不同的物流及销售伙伴企业可以组成不同的产销联盟)的组织方式。实际中产销联盟可以基于运营情况动态地组成，在联盟链系统中被映射为动态生成的通道(图3中的灰色椭圆部分)，同时每个企业(供应链参与方)都具有相应的共识节点P，链码C和相应的账本L，它们共同组成了联盟链系统。

(3)功能服务层

主要功能：节点证书和授权管理；溯源信息检索；溯源码生成；多重可追溯性；静态信息管理；动态信息管理。

实现内容：通过Go语言编写实现各项智能合约，智能合约中定义了本发明中要实现的各项功能，需要通过访问智能合约来对区块链中的数据进行查询和增加。如图4展示了智能合约的执行过程。

(4)参与方交互层

主要功能：用来帮助供应链上各成员进行信息交互。

实现内容：产业链参与各方可以通过终端进行信息的查询和录入，二维码作为最终产品的唯一标识，承载了藏香猪产品在整条产业链上的主要信息。

以下基于藏香猪的全生命周期过程，对本发明的具体实施方式进行详细说明。案例中供应链的参与方包括：藏香猪养殖企业，藏香猪屠宰企业，物流企业，电子商务企业，检验检疫机构以及消费者。

步骤1：藏香猪的生长

步骤1.1：藏香猪的出生——物种保全

藏香猪出生后即需要对其进行建档标识，本发明使用虹膜信息采集设备收集新生猪的虹膜信息，生成唯一编码，用作该猪在养殖过程中的唯一标识。为了实现物种保全，需要在区块链中记录其父母血缘信息。

具体而言，在数据库方面(下链数据)，该步骤建立和维护的数据库包含种猪信息表和个体猪信息表。种猪信息表记录所有种猪的基本信息；个体猪信息表除了要记录所有新生猪的基本信息之外，还要与种猪信息表中的种猪形成多对一的映射关系，在记录中标识出其父代的唯一编码，实现物种保全的功能。在区块链方面(上链数据)，根据收集得到的新生猪数据，在对数据进行基本的处理之后，按照“键值对”的格式对新生猪的物种保全信息及基本信息进行上传，数据上传的来源即是数据库中收集得到的数据。在这一环节，数据库的维护与信息上传的主体是藏香猪的养殖企业。

步骤1.2：藏香猪的成长——养殖溯源

养殖环节对藏香猪的养殖主要分为散养和圈养两个类别。藏香猪的养殖阶段大部分是散养的，而圈养阶段一般是针对需要进行特殊照顾的藏香猪设置的，如需要注射疫苗、驱虫以及去势(“阉割”)的藏香猪。

在散养阶段，养殖人员会为藏香猪提前设置好猪舍，作为藏香猪休憩的住所。在每个猪舍配置摄像头和GPS传感装置，来收集藏香猪的虹膜数据、视频活动数据以及猪舍的地理信息数据。以此来建立藏香猪养殖追踪的证据链。由于藏香猪的散养属性，现有技术难以实现对藏香猪的野外捕食情况进行实时监控。为了解决该问题，本发明收集养殖场的环境信息，对收集得来的数据进行分析，通过计算得出养殖场的污染指数，进而确定野外植物的健康属性。在圈养阶段，需要记录的信息分为：藏香猪的饲料喂养信息，疫苗注射信息，去势(“阉割”)信息，患病及医治信息。

为此，生产方需要进行的工作包括：在数据库方面(下链数据)，按照散养和圈养进行阶段区分。在散养阶段，需要建立维护的信息表包含散养信息表、猪舍视频信息表、猪脸虹膜信息表、猪舍位置信息表以及环境信息表。其中散养信息表对藏香猪的放养日期以及收回日期进行记录。在圈养阶段，需要建立维护的信息表包含饲料喂养信息表、疫苗注射信息表、去势信息表以及患病信息表等。在区块链方面(上链数据)，在散养和圈养阶段收集得到的信息，同样按照“键值对”的形式上传到区块链网络中。但是对于在这一阶段中存在的图像数据和视频数据，由于区块链的存储限制问题，无法将这类占据空间较大的数据类型直接存储至区块链中。因此本发明将视频数据以及图像数据存储在线下的数据库中，将线下数据库中的视频和图像的URI地址上传到区块链中，同样确保区块链上的成员能够正常访问到相关的数据。同时为了防止视频和图像数据的篡改，我们在养殖企业的非相邻节点上部署了冗余数据库进行数据的存储。在这一环节，数据上传和操作的主体是养殖企业。

步骤2：藏香猪的宰割加工

步骤2.1：从生产端到加工端的物流配送——流通溯源

藏香猪在养殖基地生长一年左右，就需要被运送到猪肉屠宰场进行屠宰。因此，养殖方需要对藏香猪离开养殖场的时间进行记录，将相关信息录入到藏香猪的个体信息表中，并在区块链系统中上传相关信息。

在从养殖场运送至宰割场的物流过程当中，单次的物流过程包含一批次的藏香猪。在运送过程中需要对藏香猪所处环境对应的信息进行记录，所以需要建立批次与藏香猪的一对多的对应关系，同时记录批次信息以及物流信息。配置温度传感器和湿度传感器，对运送过程环境的温度和湿度数据进行记录并上传至数据库服务器中。在区块链层面，需要由对应的物流企业上传上述物流过程所产生的数据，以确保藏香猪溯源过程的闭环性质。

步骤2.2：藏香猪的宰割——屠宰溯源

步骤2.2.1：宰前管理

按照屠宰的业务流程，需要对藏香猪进行宰前管理。宰前管理的工作包括：验收、宰前静养、停食、查圈、饮水、付宰以及宰前淋浴。在验收阶段，屠宰企业使用虹膜识别装置读取藏香猪的虹膜信息，并记录藏香猪进入屠宰场的时间，相关的信息会记录到验收信息表中，并上传至区块链。付宰流程是对藏香猪进行全面检查，签发《屠宰证明》，屠宰场根据该证明进行屠宰。因此对于该流程而言，需要将《屠宰证明》存储到数据库中，并进行上链操作，以确保屠宰流程的合规。完成了对藏香猪的宰前管理，下一步就需要对藏香猪进行宰割处理。

步骤2.2.2：宰割处理

对于大型屠宰场来说，生猪的屠宰加工具有一条完整的操作流水线，加工后的猪肉产品会进行集中处置管理，难以实现从猪肉产品到生猪个体的追溯，因此本发明对屠宰场现有的业务流程进行改造，使其能够适应本溯源系统的需求。

猪肉产品与生猪个体之间为多对一的关系，藏香猪个体对应于唯一可识别的虹膜编码，因此猪肉产品需要在虹膜编码的基础之上，外加上识别码，进而形成猪肉产品的编码。如图5展示了猪肉产品和生猪个体之间的编码对应关系。

为了不降低现有屠宰流水线的运行效率，同时保证溯源的有效性，本发明使用四分体的工艺对生猪进行分割，即，以藏香猪的前后蹄为单位进行分割。在上述说明的基础之上，本发明设计的重新改造后的屠宰流程如图6所示。其中，套环码是指以四分体作为单位的猪肉产品标识码，套在藏香猪的四个猪蹄上。同时，虹膜识别生成的套环码需要上传至联盟链中。将猪肉分割后，对猪肉进行称重，称重结果上传至联盟链中，以供消费者和产业链其他参与方验证。同时，由检验检疫机构对猪肉进行检疫，检疫结果同样上传至联盟链中。注意此时的数据必须由检验检疫机构进行上传。此后，将切割好的猪肉进行包装，在包装袋上附着产品的标识二维码，同时产品标识码与套环码相一致，消费者可以通过扫描包装袋上的二维码来查询产品的溯源信息。完成上述流程后，便可以对得到的猪肉产品进行物流配送。

步骤3：藏香猪的物流配送——流通溯源

物流服务商作为联盟成员，同样需要更改传统的信息处理流程进行业务需求匹配。在传统的物流配送中，物流配送信息的上传和查看依靠的是唯一可识别的运单号。本发明基于已有的物流配送体系，建立运单号和产品标识码之间的一对多的映射关系。

在区块链层面，物流服务商将以产品标识码为键，运单号为值的信息上传至区块链。同时上传的信息还包括运送车辆的信息，以及运送责任人的相关信息，确保责任追究的可行性。与运单号相关联的周转信息也会和产品标识码关联起来，上传至区块链。除了物流服务商上传的基本物流信息之外，本发明结合藏香猪产品需要低温保鲜的特性，在物流服务商提供的冷链运输基础之上，配置温度传感器，将温度传感器收集得到的数据实时上传到物流商的数据库服务器中。

步骤4：消费者的溯源信息查询

消费者在收到藏香猪产品之后，可以扫描产品包装上附着的二维码(产品标识码)，查询当前产品对应的溯源信息。溯源信息包含藏香猪产品出生、成长、屠宰、加工、配送全生命周期的信息，本发明借助联盟链和物联网技术，将原本非透明的产业链通过“产业链-数据链-区块链”的数据共享模式(如图7)，以一种完全透明的方式展示给消费者，真正实现藏香猪的溯源防伪。

Claims (1)

1.一种基于联盟链和物联网的散养猪溯源防伪系统，其特征在于，所述的散养猪溯源防伪系统包括基础设施、联盟链服务、功能服务和参与方交互四个层次，各个层次的具体步骤如下：

(1)基础设施层：基于物联网的供应链各环节数据采集

基础设施层采用基于物联网的数据自动采集和追踪方案，利用包括虹膜识别设备、摄像头、温湿度传感器、GPS传感器的物联网数据采集装置实现全生命周期数据自动采集，同时设计了“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码→运单号→订单号”的全生命周期数据追踪；

步骤1.1：前端养殖数据采集

本阶段用作溯源信息的数据包括基地养殖数据、防疫检疫数据及屠宰数据；

基地养殖数据包括散养猪的野外觅食时长、觅食区域、室内喂养情况、猪舍监控以及养殖基地的环境检测数据，其中，室内喂养情况包括对喂养时间、时长以及饲料配比情况的记录；使用虹膜识别设备，对散养猪进行个体的识别，生成散养猪养殖环节的唯一标识：所有与散养猪相关的数据都与虹膜识别设备识别获得的虹膜编码进行绑定，以实现对散养猪个体的识别和追踪；在散养猪的野外猪舍配备摄像头、虹膜识别设备、温湿度传感器和GPS传感器，收集猪舍监控数据，以建立散养猪养殖追溯的证据链；

防疫检疫数据包括所有新生猪的兽药疫苗注射，在屠宰之前的疫情检测以及出现疾病时的治疗情况的相关数据，需要及时采集和记录，以供动物卫生监督部门进行定期检查以及后期溯源；防疫检疫数据与散养猪虹膜编码绑定；

屠宰数据包括宰杀前后的猪肉标识数据、宰杀的地点和时间、屠宰场的环境数据、宰杀证明数据、宰割后猪肉产品数据以及宰割后的检疫数据；为保证屠宰前的个体标识可以与宰割后的猪肉一一对应，在屠宰前屠宰管理系统将使用虹膜识别设备识别散养猪在养殖环节的唯一标识虹膜编码，生成对应的屠宰唯一标识屠宰套环码，进一步的在屠宰完成后生成猪肉产品的产品标识码，实现“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码”的流水线作业；同时屠宰数据与对应产品标识码绑定；

步骤1.2：流通环节的数据采集

流通环节需要采集的数据包括猪肉产品的物流数据和运送过程中的环境数据；猪肉屠宰加工完成后经由物流配送至消费者手中，生成物流配送过程中的唯一标识码运单号，为了实现物流数据的可追溯，将屠宰环节得到的产品标识码与运单号进行一一对应；且需要对物流配送过程中的环境数据进行监控；收集得到的环境数据与运单号进行绑定，进而与产品标识码进行对应；

步骤1.3：后端销售的数据采集

消费者在后端购买产品之后，生成唯一可标识的订单号；基于现有的电商物流体系，订单号可以实现与运单号的一一对应，因此可以建立“虹膜编码→屠宰套环码→产品标识码→运单号→订单号”的全生命周期数据追踪，完成数据闭环，实现散养猪产业链的全程监控与溯源；

(2)联盟链服务层

步骤2.1：采集数据的输入

在基础设施层中收集了供应链环节下产生的初始化数据，根据上传的主体的不同可以分为两类：通过传感器物联网设备直接上传的数据和授权节点在人工辅助下上传的数据；通过传感器物联网设备直接上传的数据包括：前端养殖环节采集的养殖基地环境和位置数据、流通过程采集的环境和位置变化数据；授权节点在人工辅助下上传的数据包括：前端养殖过程产生的散养猪标识数据、喂养情况数据、防疫检疫数据以及屠宰数据，流通环节产生的散养猪和散养猪产品周转数据，后端销售过程产生的订单数据；初始化数据作为联盟链服务层的输入数据，以供数据完成向联盟链网络的上传；

步骤2.2：输入数据的处理

对基础设施层收集的数据进行处理，包括：数据分析、数据删除、数据过滤以及数据分类；数据分析是根据产业链的业务需求对数据进行分析处理；数据删除的对象有两种，一种是对人工上传的出现明显偏差的数据进行删除，另一种是对整个产业链中产生的冗余数据进行删除；数据过滤是对不同数据的类型进行过滤，确保指定类型的数据上链；数据分类是对基础设施层收集得到的数据根据存储类型进行分类，存储类型包括视频数据、图像数据以及表单数据；步骤2.3：数据的上链与下链

利用上链和下链“双轨”的数据存储机制，将所需存储空间大的数据存储到数据库服务器中，仅在区块链网络中存储所需空间小的数据；在区块链网络的非相邻节点建立冗余数据库，将所需空间大的数据备份至非相邻节点的主数据库中，且在冗余数据库中的数据只能添加无法修改，以防止数据的篡改；具体如下：

利用HyperledgerFabric开发联盟链模式的区块链溯源系统，同一个核心企业和不同的物流及销售伙伴企业可以组成不同的产销联盟，同一个联盟在区块链系统中被映射为一个通道，通道中每个企业都具有相应的共识节点、链码和相应的账本，实现分布式数据存储；此外，联盟链中的每个通道都包括具有政府官方背景的检验检疫机构、备案中心和认证机构；产销联盟和通道可以根据实际运营情况动态地生成；数据上传完成后，形成一个可供联盟链各参与方查询的账本，联盟链上的成员也可以在账本上部署链码，以实现业务逻辑；

(3)功能服务层

功能服务层设计一种可追溯性智能合约，对系统节点进行授权和管理，对分布式数据库进行管理整合，为后续散养猪的溯源防伪的查询功能提供支持；具体如下：

智能合约工作流程包括：系统中不同节点通过区块链系统输入所要查询的信息和信息的类型，调用智能合约来查询数据；智能合约收到请求后，会调用下级信息查询模块，根据查询类型进行信息检索；首先，智能合约将验证当前用户的权限；如果权限验证成功，智能合约将调用相应的查询模块，根据查询类型查询信息；如果目标信息满足要求，查询系统会增加查询次数，创建与当前信息对应的查询表；并将记录查询用户和查询时间，返回查询的详细信息；显示的信息根据当前用户的权限确定；如果目标信息不满足要求，会给予用户相应的提示；同样如果权限验证没有成功，也会返回相应的提示结果

系统节点授权和管理功能包括：节点证书和授权管理，为联盟链的各个参与方颁发证书，用来确保联盟参与方的合法性；多重可追溯性验证，基于节点认证根据智能合约，自动地验证用户权限、智能地进行逐级信息交互，确保关键溯源防伪信息的完整性，实现散养猪产业链中的追溯防伪；

分布式数据库管理整合功能包括：静态信息管理，是指散养猪产销供应链中产生的静态信息的管理，静态信息是指一经产生就不会发生改变的信息；动态信息管理，与静态信息管理相对应，对供应链中产生的各类动态信息进行管理；溯源防伪码生成，溯源防伪码是散养猪产品上可用于查询溯源防伪信息的二维码，与系统中的标识码一一对应；溯源防伪信息检索，每个产品都标定一个唯一标识码，可以在系统中输入该标识码，调用智能合约来查询该产品的溯源防伪信息；

(4)参与方交互层

参与方交互层用来为供应链中各成员即系统用户提供信息共享和查询的接口，系统用户可以通过UI界面对账本中的数据进行添加、查询并进行数据分析工作；系统用户的交互权限通过功能服务层中系统节点授权和管理功能界定，实现数据的查询添加；

系统用户分为三类：消费者用户、供应链用户以及监督背书用户；其中，供应链用户包括养殖方、屠宰方、物流方和销售方，监督背书用户包括检验检疫机构、备案中心和认证机构；

根据系统用户类型的不同，系统根据系统用户具体业务需求提供不同的接口：面向消费者用户，系统提供查询接口，根据其订单基于智能合约授权其查看购买的猪肉产品当前的状态信息和溯源信息，实现“事中”和事后溯源；面向供应链用户，系统提供查询和添加两类接口，基于智能合约授权用户查询和添加业务相关的供应链数据，在数据添加接口中设置缓存机制，即，添加的数据先存入可以撤回的缓存中，需经二次确认再写入区块链中；面向监督背书用户，系统提供查询接口，基于智能合约授权其查看其业务相关的整个供应链业务数据。

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