CN115082087A - 基于区块链和大数据的食品安全溯源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，包括信息采集模块、存储加密模块和溯源查询模块，所述信息采集模块用于采集溯源过程中的食品信息，所述存储加密模块用于对数据库中的信息进行加密存储，所述溯源查询模块用于对溯源查询过程进行权限管理和可视化界面展示，所述存储加密模块和溯源查询模块均与信息采集模块电连接，信息采集模块包括追溯数据库模块、专属编码生成单元、环境信息获取模块和交易信息采集模块，存储加密模块包括部门构建单元和数据加密模块，溯源查询模块包括用户管理模块、信息查询模块和溯源信息展示模块，所述信息查询模块与用户管理模块电连接，本发明，具有真实性高和实用性强的特点。

Description

基于区块链和大数据的食品安全溯源系统

技术领域

本发明涉及食品溯源技术领域，具体为基于区块链和大数据的食品安全溯源系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展，食品的安全直接关系人民的生活幸福以及社会的稳定发展，当发生食品安全问题时，可以通过食品的溯源信息，快速的确定食品问题环节，找到责任主体，对问题食品进行及时处理，避免更大的食品安全事故发生，保障人们的财产以及身体健康。

然而目前绝大多数溯源系统是由个体企业监管，溯源系统多是中心化的，数据易被篡改、伪造、删除，数据的真实性较低，并且食品的交易环节较多，中心化的溯源系统难以实现对多源数据进行整合，容易导致溯源信息的完整性不够。因此，设计真实性高和实用性强的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，包括信息采集模块、存储加密模块和溯源查询模块，所述信息采集模块用于采集溯源过程中的食品信息，所述存储加密模块用于对数据库中的信息进行加密存储，所述溯源查询模块用于对溯源查询过程进行权限管理和可视化界面展示，所述存储加密模块和溯源查询模块均与信息采集模块电连接。

根据上述技术方案，所述信息采集模块包括追溯数据库模块、专属编码生成单元、环境信息获取模块和交易信息采集模块，所述追溯数据库模块用于存储食品信息，所述专属编码生成单元用于为每个产品生成专属编码，所述环境信息获取模块用于获取食品种植和制作过程中的环境信息，所述交易信息采集模块用于采集食品在交易过程中产生的信息，所述交易信息采集模块与专属编码生成单元电连接。

根据上述技术方案，所述存储加密模块包括部门构建单元和数据加密模块，所述部门构建单元用于在区块链对溯源过程中的各部门进行构建，所述数据加密模块用于对溯源过程中产生的数据信息进行加密存储。

根据上述技术方案，所述溯源查询模块包括用户管理模块、信息查询模块和溯源信息展示模块，所述用户管理模块用于对各用户权限进行管理，所述信息查询模块用于对食品安全进行溯源查询，所述溯源信息展示模块用于对查询结果进行可视化界面展示，所述信息查询模块与用户管理模块电连接。

根据上述技术方案，所述信息采集模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤S1：建立追溯数据库，将食品从种植制作到运输销售过程中产生的信息存储至数据库中，将每个单体食品的溯源信息以行列方式存储，构建相应的数据表，对存储的食品溯源数据格式进行设定；

步骤S2：将QR Code作为溯源编码载体，对每个产品以自身条形码编码、采集时间和区别标签为组合生成专属溯源编码；

步骤S3：大数据调用农户实时监测的种植环境信息，并将溯源的环境信息滤波处理后发送至数据库服务器进行实时展示；

步骤S4：工作人员首先通过扫描食品的自身条形码获取食品基本信息，再通过溯源编码对产品在交易环节产生的信息进行采集，并存储至数据库中。

根据上述技术方案，所述步骤S2具体为：对于单个产品通过信息采集模块获取的产品自身条形码编码、采集时间和区别标签，组成专属编码；对于封箱产品，在拆封后个体产品继续进行一码一物操作，实现每个产品生成专属编码，随后对拆封的单体产品进行信息的继承，即拆封个体产品继承封箱产品的原始信息以及所有的交易信息，保证个体信息的完整性。

根据上述技术方案，所述存储加密模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤A1：进行区块链开发，对食品安全溯源过程中的部门进行构建，并对各部门权限进行划分，每个部门拥有独立账本，每个账本记录该部门所有交易数据信息；

步骤A2：将采集的数据通过随机周期更新密钥的模式对溯源数据进行时间分段加密，将加密后的溯源信息存储于数据库服务器，将周期性随机生成的密钥进行上链存储。

根据上述技术方案，所述步骤A1具体为：对每个部门提供一套密钥更新模块，并且采用密钥更新模块的方式对采集信息进行加解密，生成随机初始化向量来代替“前一个密文块”，并将生成的随机密钥、随机初始化向量以及密钥更新时间进行上链存储，对随机密钥及初始化向量进行通周期更新，周期时间由监管部门自行设置。

根据上述技术方案，所述溯源查询模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤B1：工作人员根据个人真实信息在系统中注册独立的各人账号，当用户进行交易信息采集时，会将个人信息进行同步采集、上传以及存储，并对溯源各部门进行权限划分，赋予监管部门增加、修改、删除、查询所有部门信息的权限，赋予其他部门增加和查询自身部门信息的权限；

步骤B2：各部门对商品的溯源信息进行查询时，需要对加密信息进行解密；

步骤B3：将查询的数据结果格式转换后进行界面展示。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置有信息采集模块、存储加密模块和溯源查询模块，对溯源过程中的食品信息进行采集，并对数据进行加密处理，利用区块链去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同维护的特性保证数据安全，避免溯源信息被非法获取、篡改、删除或伪造，提高溯源信息的真实性和安全性，有效的提高了食品的安全质量，还能在发生食品安全问题时，可以为监管部门提供可靠的依据，找到责任主体，最后通过权限设置和页面可视化展示，实现对食品在各部门之间进行交易行为的监管，确保食品的安全。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的系统模块组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供技术方案：基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，包括信息采集模块、存储加密模块和溯源查询模块，信息采集模块用于采集溯源过程中的食品信息，存储加密模块用于对数据库中的信息进行加密存储，溯源查询模块用于对溯源查询过程进行权限管理和可视化界面展示，存储加密模块和溯源查询模块均与信息采集模块电连接。

信息采集模块包括追溯数据库模块、专属编码生成单元、环境信息获取模块和交易信息采集模块，追溯数据库模块用于存储食品信息，专属编码生成单元用于为每个产品生成专属编码，环境信息获取模块用于获取食品种植和制作过程中的环境信息，交易信息采集模块用于采集食品在交易过程中产生的信息，交易信息采集模块与专属编码生成单元电连接。

存储加密模块包括部门构建单元和数据加密模块，部门构建单元用于在区块链对溯源过程中的各部门进行构建，利用区块链去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同维护的特性保证数据安全，数据加密模块用于对溯源过程中产生的数据信息进行加密存储，避免溯源信息被非法获取、篡改、删除或伪造，提高溯源信息的真实性和安全性，有效的提高了食品的安全质量，还能在发生食品安全问题时，可以为监管部门提供可靠的依据，找到责任主体。

溯源查询模块包括用户管理模块、信息查询模块和溯源信息展示模块，用户管理模块用于对各用户权限进行管理，信息查询模块用于对食品安全进行溯源查询，溯源信息展示模块用于对查询结果进行可视化界面展示，信息查询模块与用户管理模块电连接。

信息采集模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤S1：建立追溯数据库，将食品从种植制作到运输销售过程中产生的信息存储至数据库中，将每个单体食品的溯源信息以行列方式存储，便于数据的增加与查询，构建相应的数据表，对存储的食品溯源数据格式进行设定，可以有效地保证数据的稳定性，利用其结构化的查询指令可以更加方便、快捷地对食品溯源数据进行增加、删除、修改、更新等多种操作，可以更好地保证溯源信息的安全性、稳定性；

步骤S2：将QR Code作为溯源编码载体，对每个产品以自身条形码编码、采集时间和区别标签为组合生成专属溯源编码，实现对产品进行一码一物操作，相较于RFID技术，QRCode作为食品的溯源编码载体所需投入极大减少，此外相较于条形码，QR Code技术具有一定纠错能力，受环境影响小，小部分的破损不影响被扫码识别，此外相较于条形码，QR Code的存储量更大，食品溯源编码必须是唯一特定，便于对该溯源食品进行精准定位，通过该溯源编码可以对单体食品溯源信息进行精准追溯及查询监管；

步骤S3：大数据调用农户实时监测的种植环境信息，并将溯源的环境信息滤波处理后发送至数据库服务器进行实时展示，去除无效数据信息，通过对食品环境溯源信息的实时监控，保证食品环境的安全与适宜，避免食品培育、仓储、运输等环节发生食品安全问题；

步骤S4：工作人员首先通过扫描食品的自身条形码获取食品基本信息，再通过溯源编码对产品在交易环节产生的信息进行采集，并存储至数据库中，交易信息包括仓储信息、运输信息、检测信息、加工信息和销售信息，当食品在第一次交易时无专属编码，及获取食品的原始条形码与原始信息，同时获取食品的交易时间以及区别标志位，为食品生成专属溯源码，保证食品在全链条信息溯源流程中个体唯一，当进行出库操作中食品需要进行拆箱时，对食品进行继承操作，保证拆箱食品继承拆箱前的溯源信息，以此保证拆箱后食品溯源信息的完整性。

步骤S2具体为：对于单个产品通过信息采集模块获取的产品自身条形码编码、采集时间和区别标签，区别标签目的是避免产品在采集时所用时间低于1s或批次采集，导致多个产品拥有相同编码，同时避免专属编码过长，区别标签由两个数据位组成，限制1s采集产品个数或输入数量少于100，当1s内入库多个产品或输入产品数量进行批次采集时，两个数据位进行从0自加1区分，实现一码一物，组成专属编码；对于封箱产品，在拆封后个体产品继续进行一码一物操作，实现每个产品生成专属编码，随后对拆封的单体产品进行信息的继承，即拆封个体产品继承封箱产品的原始信息以及所有的交易信息，保证个体信息的完整性。

存储加密模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤A1：进行区块链开发，对食品安全溯源过程中的部门进行构建，并对各部门权限进行划分，主要包括监管部门、仓储部门、物流部门和检测部门，每个部门拥有独立账本，每个账本记录该部门所有交易数据信息，交易数据信息主要包括密钥、初始化向量以及密钥更新时间；

步骤A2：将采集的数据通过随机周期更新密钥的模式对溯源数据进行时间分段加密，将加密后的溯源信息存储于数据库服务器，将周期性随机生成的密钥进行上链存储，AES加密算法是基于置换和代替，置换的目的为重新排列明文数据，而代替是利用一个单元数据替换另一个单元数据。

步骤A1具体为：对每个部门提供一套密钥更新模块，并且采用密钥更新模块的方式对采集信息进行加解密，具体加密过程为：B＝E(K,A)，A为明文数据，K为密钥，E是加密函数，B为加密后的密文数据，解密过程为：A＝D(K,B)，K为解密密钥和加密密钥相同，D是解密函数，A为解密后的明文数据，生成随机初始化向量来代替“前一个密文块”，并将生成的随机密钥、随机初始化向量以及密钥更新时间进行上链存储，对随机密钥及初始化向量进行通周期更新，周期时间由监管部门自行设置，即在第1个时间周期内所采集的每个食品信息的加密密钥相同，直到第2个周期开始，密钥和初始化向量开始更新，有效的减缓了密钥频繁上链的压力，也保证了溯源信息的安全。

溯源查询模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤B1：工作人员根据个人真实信息在系统中注册独立的各人账号，当用户进行交易信息采集时，会将个人信息进行同步采集、上传以及存储，避免不法分子在使用溯源系统进行虚假信息上报，保证溯源环节信息的完整性以及视频交易过程中信息采集的真实性，并对溯源各部门进行权限划分，赋予监管部门增加、修改、删除、查询所有部门信息的权限，赋予其他部门增加和查询自身部门信息的权限，避免各个环节工作人员误操作或非法操作，即虚假上传其他环节信息，有效的防止信息的泄漏和虚假性，保证信息的真实性；

步骤B2：各部门对商品的溯源信息进行查询时，需要对加密信息进行解密，各部门通过扫描获取产品的专属编码值，利用编码值查询获取数据库中对应的产品交易信息以及交易信息对应的时间戳，利用时间戳获取区块链上对应时间的加密秘钥和初始化向量，并对对应周期内所加密的采集信息进行解密，实现对信息的查询操作；

步骤B3：将查询的数据结果格式转换后进行界面展示，由于数据结构的不同，在与可视化界面进行连接时，需要特定的数据格式，因此需要进行格式转换，保证数据可以实时进行界面展示，实现对食品在各部门之间进行交易行为的监管，确保食品的安全。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，包括信息采集模块、存储加密模块和溯源查询模块，其特征在于：所述信息采集模块用于采集溯源过程中的食品信息，所述存储加密模块用于对数据库中的信息进行加密存储，所述溯源查询模块用于对溯源查询过程进行权限管理和可视化界面展示，所述存储加密模块和溯源查询模块均与信息采集模块电连接。

2.根据权利要求1所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述信息采集模块包括追溯数据库模块、专属编码生成单元、环境信息获取模块和交易信息采集模块，所述追溯数据库模块用于存储食品信息，所述专属编码生成单元用于为每个产品生成专属编码，所述环境信息获取模块用于获取食品种植和制作过程中的环境信息，所述交易信息采集模块用于采集食品在交易过程中产生的信息，所述交易信息采集模块与专属编码生成单元电连接。

3.根据权利要求2所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述存储加密模块包括部门构建单元和数据加密模块，所述部门构建单元用于在区块链对溯源过程中的各部门进行构建，所述数据加密模块用于对溯源过程中产生的数据信息进行加密存储。

4.根据权利要求3所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述溯源查询模块包括用户管理模块、信息查询模块和溯源信息展示模块，所述用户管理模块用于对各用户权限进行管理，所述信息查询模块用于对食品安全进行溯源查询，所述溯源信息展示模块用于对查询结果进行可视化界面展示，所述信息查询模块与用户管理模块电连接。

5.根据权利要求4所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述信息采集模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤S1：建立追溯数据库，将食品从种植制作到运输销售过程中产生的信息存储至数据库中，将每个单体食品的溯源信息以行列方式存储，构建相应的数据表，对存储的食品溯源数据格式进行设定；

步骤S2：将QR Code作为溯源编码载体，对每个产品以自身条形码编码、采集时间和区别标签为组合生成专属溯源编码；

步骤S3：大数据调用农户实时监测的种植环境信息，并将溯源的环境信息滤波处理后发送至数据库服务器进行实时展示；

步骤S4：工作人员首先通过扫描食品的自身条形码获取食品基本信息，再通过溯源编码对产品在交易环节产生的信息进行采集，并存储至数据库中。

6.根据权利要求5所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述步骤S2具体为：对于单个产品通过信息采集模块获取的产品自身条形码编码、采集时间和区别标签，组成专属编码；对于封箱产品，在拆封后个体产品继续进行一码一物操作，实现每个产品生成专属编码，随后对拆封的单体产品进行信息的继承，即拆封个体产品继承封箱产品的原始信息以及所有的交易信息，保证个体信息的完整性。

7.根据权利要求6所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述存储加密模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤A1：进行区块链开发，对食品安全溯源过程中的部门进行构建，并对各部门权限进行划分，每个部门拥有独立账本，每个账本记录该部门所有交易数据信息；

步骤A2：将采集的数据通过随机周期更新密钥的模式对溯源数据进行时间分段加密，将加密后的溯源信息存储于数据库服务器，将周期性随机生成的密钥进行上链存储。

8.根据权利要求7所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述步骤A1具体为：对每个部门提供一套密钥更新模块，并且采用密钥更新模块的方式对采集信息进行加解密，生成随机初始化向量来代替“前一个密文块”，并将生成的随机密钥、随机初始化向量以及密钥更新时间进行上链存储，对随机密钥及初始化向量进行通周期更新，周期时间由监管部门自行设置。

9.根据权利要求8所述的基于区块链和大数据的食品安全溯源系统，其特征在于：所述溯源查询模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤B1：工作人员根据个人真实信息在系统中注册独立的各人账号，当用户进行交易信息采集时，会将个人信息进行同步采集、上传以及存储，并对溯源各部门进行权限划分，赋予监管部门增加、修改、删除、查询所有部门信息的权限，赋予其他部门增加和查询自身部门信息的权限；

步骤B2：各部门对商品的溯源信息进行查询时，需要对加密信息进行解密；

步骤B3：将查询的数据结果格式转换后进行界面展示。

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