CN116308418A - 基于区块链技术的珍珠可信溯源方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其包括以下步骤：S1、采集溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；S2、客户端将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；S3、将一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；S4、将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，达到溯源识别的目的。本发明通过结合智能珍珠纹理识别算法与珍珠身份码，提取相关溯源数据与区块链平台数据库中信息匹配，最终达到溯源识别的目的。

Description

基于区块链技术的珍珠可信溯源方法及装置

技术领域

本发明涉及珍珠识别技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于区块链技术的珍珠可信溯源方法及装置。

背景技术

珍珠被世人誉为生物成因的“宝石皇后”，是消费者首选世界名贵品。珍珠养殖发展至今已遍及欧美和亚洲，亚洲出产天然海水的国家有中国、伊朗、沙特、斯里兰卡、缅甸、斐济、菲律宾等，大洋洲有澳大利亚，美洲有委内瑞拉、墨西哥、巴拿马等国家。出产天然淡水珍珠的国家有欧洲的苏格兰、威尼斯、爱尔兰、法国、德国、俄罗斯等；美洲有美国的密西西比河；亚洲有伊朗的北部河流区域、中国的黑龙江、淮河、长江中下游的清江、汉水一带以及太湖地区，也出产天然淡水珍珠。当前的珍珠产业已由传统单一的生产型，逐步过渡到现在的养殖、加工一体化的产业经营。但近年来珍珠产业面临的形势日益严峻。主要体现在以假乱真，以次充好现象时有发生，尤其是近年来国内市场上出现了大量经染色处理的海水珍珠和淡水珍珠产品，仅从外观特征上很难将它们与天然有色珍珠区分开来。商家信誉严重受损，导致养殖锐减，冲击了珍珠产业的发展空间。

为实现珍珠产业的可持续发展，首先是要解决加工贸易中存在的珍珠溯源与鉴定问题。溯源防伪也是珍珠养殖、采摘、加工、贸易非常重要的技术手段，它是保障珍珠品牌的唯一方法。只有杜绝假冒伪劣，珍珠产业才能求得发展。当前溯源防伪主要有以下途径：1.用显微镜观察外表组织结构及测量珠层厚度；2.贴标签和加密封袋包装；3.火焰烧烤。上述技术十分落后，具体存在以下问题：1.不具有唯一性，不能追溯到珍珠本体；2.海水珍珠和淡水珍珠以及东珠、西珠、南珠不能完全区分；3.天然与人工着色无法区分。对于防伪国内有学者和本领域的科技工作者提出在珠核内嵌ID芯片，有的提出采用无毒无害特殊液体，但是至今未见有实际应用，即便有也是可以篡改。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于区块链技术的珍珠可信溯源方法及装置，其利用内部组织构型与颜色不同制作的可溯源珠核养殖所得的溯源珍珠，构建原始数据库，基于区块链技术进行待检测珍珠的溯源信息与原始数据库的对比，达到珍珠溯源识别，本发明提供的可信溯源方法成本低廉、易于实施，降低珍珠溯源的成本开销，利用区块链的技术确保产品信息的有效性、可靠性，进而确保珍珠识别溯源的准确性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其包括以下步骤：

S1、采集溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息；

S2、客户端将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；

S3、将一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；

S4、将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

其中，溯源珍珠为基于内部组织构型与颜色不同制作的可溯源珠核养殖所得；

溯源珍珠与待检测珍珠的溯源信息，均至少包括珍珠的身份ID编码、珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理坐标信息及珍珠的内部颜色。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，步骤S1中，溯源珍珠的基本信息包括：

人工赋予信息，其为溯源珍珠养殖过程中人工记录信息，所述人工赋予信息包括产地、工匠人名及称谓、珍珠的类型、珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠有或无内部纹理、珍珠内部的颜色、珍珠的圆度、珍珠表面的光洁度、珍珠表面的瑕疵、珍珠的重量；

机器赋予信息，其包括检测机器给予溯源珍珠的身份ID编码，以及溯源珍珠在检测机器检测过程中获取的检测信息，检测信息包括珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色、珠核的尺寸大小、珍珠的重量、珍珠的珠层厚度、珠层占整颗珍珠的比值、珍珠的光作用下的折光率、珍珠的出厂日期；溯源珍珠的身份ID编码，以及溯源珍珠的检测信息中的至少珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色，构成溯源珍珠的溯源信息。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，溯源珍珠的基本信息和待检测珍珠的图片均采用共识算法上传至区块链平台。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，原始数据库包括缓冲数据层和查询数据层，步骤S4具体为：

S41、基于图片提取待检测珍珠的溯源信息，在缓冲数据层遍历，若缓冲数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息匹配的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；否则，进入S42；

S42、在查询数据层遍历，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，同时将待检测珍珠的基本信息同步至缓冲数据层内，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

S43、将判定结果反馈至客户端。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，在S41和S42中，均是首选将待检测珍珠的身份ID编码与对应数据层内的基本信息进行一次比对，然后将待检测珍珠的珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息和珍珠的内部颜色，与对应数据层内的基本信息进行二次比对；

S41和S42中均是当一次比对匹配成功后进行二次比对，且均在一次比对和二次比对匹配成功时，判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；

S41中一次比对或二次比对匹配不成功时，进入S42；

S42中一次比对匹配或二次比对匹配不成功时，判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠，进入S43。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，判定结果为待检测珍珠为原始数据库中的珍珠时，从原始数据库内提取待检测珍珠的基本信息，并将待检测珍珠的基本信息与判定结果同时反馈至客户端。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，溯源珠核植入母贝中培养形成珍珠，将珍珠放入包装盒内，并将该珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码设于包装盒上，包装盒上设有可调光光源；

步骤S2中在进行拍照时，将待检测珍珠置于光源发射光覆盖范围内，并与包装盒上的阵列式数字编码进行同框拍照，先在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源开启条件下进行二次同框拍照，得到记录有待检测珍珠的两张图片；

步骤S3中，区块链平台通过扫描一次同框拍照的图片获取待检测珍珠的身份ID编码、珍珠外径、珍珠的外部颜色，通过扫描一次同框拍照的图片获取待检测珍珠的内部纹理坐标信息和珍珠的内部颜色。

优选的是，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，所述身份ID编码为阵列式二进制数字代码。

本发明提供一种基于区块链技术的珍珠可信溯源装置，用于实现上述的珍珠可信溯源方法，可信溯源装置包括：

数据库构建模块，其用于采集以溯源珠核养殖的溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息；

客户端，其将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；

数据采集模块，其用于获取一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片，并上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；

查询模块，其用于将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠。

本发明公开一种珍珠包装装置，其用于珍珠溯源识别方法，所述包装装置包括：

包装盒，其内容纳有珍珠，珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码设于包装盒上；所述包装盒的尺寸为85x80x50～160x150x50mm；

光源组件，其设于包装盒上，光源组件包括可见光光源、用于控制光源开闭的电源开关，以及调节光源亮度的调光电路；

语音组件，其设于包装盒上，语音组件用于播放珍珠文化宣传语。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提出一种成本低廉、易于实施的珍珠溯源方法，其涉及的对象为于内部组织构型与颜色不同制作的可溯源珠核养殖所得溯源珍珠，用于识别待检测珍珠是否为上述溯源珍珠，可防止其他商家仿造售卖溯源珍珠；本发明在进行珍珠识别溯源时，仅需要客户端对待检测的珍珠进行两次拍照即可，实现了珍珠的无损识别溯源，且识别操作方便快捷，可行性较强；本发明为了确保溯源珍珠的基本信息以及待检测珍珠的溯源信息的不可篡改性，将溯源珍珠的基本信息、采集的待检测珍珠的图片均上传至区块链平台，通过区块链技术对上传信息进行层层把关，确保上传信息的不可篡改性，进而保证珍珠识别溯源的准确性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的包装盒的结构示意图；

图2为本发明的数据上链传输流程图；

图3为本发明低时延、高吞吐量共识算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其包括以下步骤：

S1、采集溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息；

S2、客户端将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下采用相机架设在包装盒上进行一次同框拍照，然后在包装盒自带的光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；客户端拍照的相机可为带有摄像头的手机，采用客户端直接进行一次同框拍照和二次同框拍照；

S3、将一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；

S4、将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

其中，溯源珍珠为基于内部组织构型与颜色不同制作的可溯源珠核养殖所得；

溯源珍珠与待检测珍珠的溯源信息，均至少包括珍珠的身份ID编码、珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理坐标信息及珍珠的内部颜色。

本发明提出一种成本低廉、易于实施的珍珠溯源方法，其涉及的对象为于内部组织构型与颜色不同制作的可溯源珠核养殖所得溯源珍珠，用于识别待检测珍珠是否为上述溯源珍珠，可防止其他商家仿造售卖溯源珍珠；本发明在进行珍珠识别溯源时，仅需要客户端对待检测的珍珠进行两次拍照即可，实现了珍珠的无损识别溯源，且识别操作方便快捷，可行性较强；本发明为了确保溯源珍珠的基本信息以及待检测珍珠的溯源信息的不可篡改性，将溯源珍珠的基本信息、采集的待检测珍珠的图片均上传至区块链平台，通过区块链技术对上传信息进行层层把关，确保上传信息的不可篡改性，进而保证珍珠识别溯源的准确性。

本发明提供的珍珠可信溯源方法，具体为：

S1、参考申请号为2022103657965的发明专利，其公开了一种可溯源高免疫珠核制备方法，制作可溯源珠核，利用可溯源珠核养殖得到溯源珍珠，采集溯源珍珠的基本信息，上传至区块链平台，构建原始数据库，即溯源珍珠作为数据库构建的数据采集来源；每一粒珠核(每个种类的珍珠对应设置一个珠核经过养殖获得对应的溯源珍珠)中的离子组织构型均不同，赋予每一颗插核养殖得到的溯源珍珠具有唯一的身份信息，如同人眼睛的“虹膜”，利用该珍珠唯一的身份信息，作为生产珍珠的防伪溯源标签，即溯源珍珠的溯源信息是其他商家不可仿冒的，实现对生产珍珠的真伪识别；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息，其至少包括溯源珍珠的身份ID编码、溯源珍珠的外径、溯源珍珠的外表颜色、溯源珍珠的内部纹理坐标信息及溯源珍珠的内部颜色；基本信息由专用智能检测仪器测量(例如，一种珍珠类型与珠层厚度的无损识别装置zl201920198328.7和珍珠溯源识别方法及装置,申请专利号zl202210367119.7)；

S2、溯源提出者(生产珍珠的中间商或是生产珍珠的消费者等)将待检测珍珠与其对应的身份ID编码(每颗生产珍珠在养殖结束后养殖生产方给生产珍珠发放的唯一身份编码就是此处的身份ID编码，其如同人们的身份证号码，由不同数字组成)对应的阵列式数字编码(将身份ID编码通过阵列式数字编码的形式赋在生产珍珠的包装盒上)在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照，上述两次拍照可通过手机自带的摄像头进行拍照完成；

S3、溯源提出者事先在区块链平台注册，获取登录账号，通过账号登录区块链平台后(用户审核：对于珍珠养殖、加工、物流、销售等环节，需要维护产品信息，并将各环节特定信息写入区块中。对各企业生产者或销售商用户在第一次使用区块链溯源系统时，需要输入用户姓名、用户名、密码、身份证、手机号等信息，进行注册和登记，这些信息需要通过区块链上所有节点的验证和共识，达成共识后，系统生成用户的区块链地址)，将上述两次拍照待检测珍珠的图片上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息，其至少包括待检测珍珠的身份ID编码、待检测珍珠的外径、待检测珍珠的外表颜色、待检测珍珠的内部纹理坐标信息及待检测珍珠的内部颜色；

S4、将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库里存储的基本信息进行比对，看原始数据库中是否存在某一个基本信息，其包括的溯源信息恰好与待检测珍珠的溯源信息一致，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠(待检测珍珠为目标生产珍珠，即该待检测珍珠出自本养殖厂)，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库的珍珠(待检测珍珠不是出自本养殖厂，为其他商家的假冒本养殖厂的产品)。

进一步，在另一个实施方式中，步骤S1中，溯源珍珠的基本信息包括：

人工赋予信息，其为溯源珍珠养殖过程中人工记录信息，所述人工赋予信息包括产地、工匠人名及称谓、珍珠的类型、珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠有或无内部纹理、珍珠内部的颜色、珍珠的圆度、珍珠表面的光洁度、珍珠表面的瑕疵、珍珠的重量；

机器赋予信息，其包括检测机器给予溯源珍珠的身份ID编码，以及溯源珍珠在检测机器检测过程中获取的检测信息，检测信息包括珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色、珠核的尺寸大小、珍珠的重量、珍珠的珠层厚度、珠层占整颗珍珠的比值、珍珠的光作用下的折光率、珍珠的出厂日期；溯源珍珠的身份ID编码，以及溯源珍珠的检测信息中的至少珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色，构成溯源珍珠的溯源信息。

上述技术方案中，本发明公开了基本信息的详细内容，基本信息的来源包括人工赋予信息(在养殖过程中，将溯源珍珠的相关信息记录，登记成册，就好比档案信息)以及机器赋予信息(珍珠在出厂售卖之前，需要经过机器质检，将珍珠放于机器上，给予珍珠一个独有的、唯一的身份ID编码，然后在机器质检检测过程中形成检测信息)，将珍珠的人工赋予信息、身份ID编码以及检测信息进行结合，把握珍珠的各层信息，便于后续的识别溯源的准确性，增大外商仿造假冒本养殖厂珍珠的难度。

区块链平台上的基本信息由养殖厂质量管理部门进行登记，在珍珠的养殖过程中，记录珍珠的产地(产地名称、地址等信息)、工匠人名及称谓(对应技术人员姓名和职位)、珍珠类型(如海水养殖珍珠、淡水养殖珍珠)、珍珠的外径(外径尺寸大小)、珍珠的外表颜色、珍珠有或无内部纹理(珍珠是否有内部纹理)、珍珠内部的颜色、珍珠的圆度、珍珠表面的光洁度、珍珠表面的瑕疵以及珍珠的重量等，形成珍珠的人工赋予信息；

珍珠养殖完成后，需要经过机器进行质量检测，将珍珠放于检测机器上，在进行质量检测之前，机器给予溯源珍珠一个唯一的身份ID编码，然后启动检测机器对珍珠进行质量检测，能够过去得到珍珠的检测信息，其至少包括珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息(其是在珍珠的人工赋予信息的珍珠有或无内部纹理的基础上，进一步细化珍珠的内部纹理特征信息)、珍珠内部的颜色、珠核的尺寸大小、珍珠的重量、珍珠的珠层厚度、珠层占整颗珍珠的比值、珍珠的光作用下的折光率以及检测完成后，机器在生产检测报告单的过程中自动生成珍珠的出厂日期，出厂日期记录在检测报告单上，检测报告单上至少包括上述珍珠的检测信息形成机器赋予信息；

每个经过本养殖厂养殖获得珍珠在出厂时都需要被采集基本信息(人工赋予信息、机器赋予信息)，从机器赋予信息中挑选珍珠的身份ID编码，以及珍珠的检测信息中的至少珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色，构成珍珠的溯源信息，每个从本养殖厂销售出去的珍珠的基本信息都进行了采集、登记，并上传至区块链平台构建原始数据库。

进一步，在另一个实施方式中，溯源珍珠的基本信息和待检测珍珠的图片均采用共识算法上传至区块链平台。

原始数据库的形成过程(基本信息上链)：

(1)养殖环节：该环节主要节点为养殖场或企业，节点需要将珍珠的成长环境及成长信息录入并上传到区块链平台中，创建初始区块，在此过程中系统调用智能合约实现对节点的认证和信息上链，并通过数据分片的方式实现信息的分布式存储。当产品随着产业链流动进入下一个环节即加工环节时，当前节点会向下一个节点发送交易请求，双方利用密钥对区块进行验证，并根据内嵌在区块链中的智能合约进行交易过程，在全员审核通过后完成交易。在交易过程中，监管部门作为链中的节点有权对产品信息进行访问及审查，审查合格后以私钥方式签名来认证环节合符规范。

(2)加工环节：作为消费者最关心的环节，在收到来自于上一个环节的产品后，需要写入加工信息。其中，检验合格信息需要有监管部门参与检验并通过数字签名对产品的合格与否来进行认证，与珍珠产品信息(珍珠外部和内核的信息以及珠层厚度、厚度占整个珍珠体积的比例等核心特征参数)，标注产地、工匠信息及加工成饰品的信息，一同写入区块中，便于消费者进行产品的溯源查询。

(3)物流环节：该节点为物流公司，在更新产品信息时需要提供物流信息，运输中每个包装上应包含产品的标识，以便于当前节点与下一个节点的对接管理。

(4)销售环节：该节点为珍珠销售店等企业。产品经过物流环节的运输后，会发往不同地区的销售企业，所以区块中的产品信息须添加当前节点的企业信息；

信息上传时，通过共识机制及智能合约，对企业生产者或销售商所提交的信息进行上链操作，上链成功后会将数据保存在区块链平台原始数据库中，当产品在上述环节中转移过程中，节点之间通过共识算法进行区块的广播和数据的同步，使得链中的其他节点也可以实现自身区块信息的更新和对该环节区块的访问。

为了确保产品信息同步的高效性和准确性，降低溯源系统的通信开销，本发明提出一种基于备选投票机制的低时延高吞吐量区块链共识算法，确保数据不可篡改和不可伪造地分布式传到区块链平台。

如图2所示，信息在上传时，也是通过共识机制及智能合约，对消费者所提交的待检测珍珠的图片信息进行上链操作。

如图3所示，共识算法操作流程如下：

a)主节点选举成功，视图编号初始化，v₁的值增加1；

b)客户端向主节点P发送请求；(请求阶段)；

c)主节点进行广播预备提案消息；(预准备阶段)；消息包头结构体定义为：<<

PRE-PREPARE,v,n,d>,m>，其中PRE-PREPARE为消息名称，v表示视图号，d代表m进行Hash运算后的结果，n为消息编号，m为客户端发送的消息。

d)副本节点对接收到主节点广播预备提案消息进行验证，将收到的准备消息和自己日志中的准备消息进行比较，主要比较n、v、m，如果超过(f+1)个则消息是正确的。若验证失败，则丢弃消息重新进行共识，转到b)；

e)若提案消息验证通过则继续判断主节点是否拜占庭错误，若错误则进入视图切换流程，转到a)，否则进入准备阶段；

f)副本节点进入到准备阶段，广播准备消息，消息包头结构体定义为：<<PREPARE,v,n,d>,i>，其中i为节点编号。当某节点i收到超过2f+1个不同共识节点的准备消息并验证通过(准备消息验证过程与预备提案消息验证过程类似)，则继续判断主节点是否拜占庭错误，若错误则进入视图切换流程，转到a)，否则回复共识达成信息给客户端；

g)若准备消息验证不通过，则直接丢弃消息重新共识，转到b)；

h)客户端在收到了f+1个回复信息后，认为系统达成了共识，共识结束；

本申请中区块链平台、溯源信息原始数据库与传统的溯源系统不同，本系统的管理者不具有篡改溯源数据机会，确保溯源数据的公信力不被污染。同时结合系统特有低时延高吞吐量区块链共识算法，具有如下特点：

1)算法首先可以保证在视图切换完成后，将共识节点所处的视图编号v初始化为0，这样就能够保证即使出现视图切换，所有共识节点所处的视图编号和收到广播的消息顺序一致，其次可保证新的主节点为候补集合中节点所信任的非作恶节点，作恶的概率非常小。所以在这双重保障下，算法可以优化掉确认阶段的共识过程，共识过程由三阶段共识变成了两阶段，在达成共识的基础上缩短了共识所需的时延与通信次数，极大的降低了系统的网络开销；

2)所有的节点分为两个节点集合，一个是共识节点集合，集合功能为参加区块链中的共识过程。另一个是候补节点集合，若共识集合中出现主节点i拜占庭错误时，会使用候补集合中选举的信任节点进行替换，这样可以避免进行主节点的更换时出现多余网络通信的现象，还能使节点可以动态的增删。同时也避免了拜占庭错误节点i被第二次或多次的重复选为主节点，导致视图不断的切换和系统的共识性能极具波动的下降的情况；

3)当出现视图切换时，候补集合会将选好的信任节点替换到共识结合，同时共识集合的拜占庭错误节点也会替换到候补集合，如此替换下去，将会减少共识集合中的拜占庭节点数量。这样能够有效降低系统共识过程中的视图切换的概率，减小共识开销，保持系统的高效运行；

算法中当主节点发生拜占庭错误时，考虑到主节点选取的随机性和恶意节点的不可重复性，算法定义主节点P计算公式为：

P＝(h+v_l)modR₂

其中h表示一个区块高度，v_l用于视图切换时主节点的选取，v_l的初始值与首次共识的视图编号数值相等，且每当视图成功切换一次，v_l都相应的增加1，表示视图已切换。其中的R₂表示候补集合，候补集合中包括了从共识集合中出现拜占庭错误的替换节点和区块链系统中新加入的节点，在算法中，定义R₂节点数量为：R₂＝f，其中f表示共识集合中最多的拜占庭错误节点数目。此公式结合投票选举的机制避免了拜占庭节点重复当选为主节点的现象，同时公式的随机性能够更好的使算法支持节点的动态性；

通过主节点P计算公式获得下一个候选节点，参与选举的候选节点，向其他所有节点发出参与投票选举的消息，其他节点如果同意，则会选举该节点作为获选人，如果不同意，则可以反对，同时也能投票给本身节点，如果一个参选节点同意票选的数量大于或者等于R₂/2+1个，则选举成功，节点当选为新一轮共识的主节点。否则若票数不够，则选举失败，节点返回候补集合中，此时v_l值增加1，通过公式重新选出参与选举的节点；

进一步，在另一个实施方式中，原始数据库包括缓冲数据层和查询数据层，步骤S4具体为：

S41、基于图片提取待检测珍珠的溯源信息，在缓冲数据层遍历，若缓冲数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息匹配的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；否则，进入S42；

S42、在查询数据层遍历，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，同时将待检测珍珠的基本信息同步至缓冲数据层内，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

S43、将判定结果反馈至客户端。

本发明为了提高珍珠识别溯源的效率，将原始数据库设置成两层结构，即缓冲数据层和查询数据层，所有的溯源珍珠的基本信息通过上链操作后都存储在查询数据层，将已经出现过查询记录的基本信息同步至缓冲数据层内，便于下一次相同信息的查询比对，提高识别效率。

当用户(可以是购买珍珠的消费者或是中间销售商等)需要对珍珠的真伪(是否是本养殖厂生产养殖出来的产品)进行溯源识别时，信息比对过程，具体包括：在首次识别溯源时(此时缓冲数据层还没有数据)，提出待检测珍珠的查询请求(上传该珍珠的两次拍照图片)，区块链平台基于两次拍照信息提取该待检测珍珠的溯源信息，然后携带着该溯源信息访问查询数据层，将该溯源信息与查询数据层内的存储的基本信息进行一一比对，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠(本养殖厂出品)，同时将待检测珍珠的基本信息同步至缓冲数据层内，方便下一次相同信息的查找；否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

在后续的待检测珍珠(除首次查询对应待检测珍珠外的其他待检测珍珠)识别溯源过程中，将待检测珍珠的两次拍照的图片上传至区块链平台，区块链平台基于两次拍照信息提取该待检测珍珠的溯源信息，首先携带着该溯源信息访问缓冲数据层，将该溯源信息与缓冲数据层内的存储的基本信息进行一一比对，在缓冲数据层遍历，若缓冲数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息匹配的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，即得溯源结果，无需进一步再去访问数据量较大的查询数据层；若缓冲数据层中不存在与待检测珍珠的溯源信息匹配的基本信息，则进一步访问查询数据层，在查询数据层遍历，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，同时将待检测珍珠的基本信息同步至缓冲数据层内，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

将最终的溯源识别的判定结果反馈至客户端，用户及时获取待检测珍珠的真伪。

进一步，在另一个实施方式中，在S41和S42中，均是首选将待检测珍珠的身份ID编码与对应数据层内的基本信息进行一次比对，然后将待检测珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息和珍珠的内部颜色，与对应数据层内的基本信息进行二次比对；

S41和S42中均是当一次比对匹配成功后进行二次比对，且均在一次比对和二次比对匹配成功时，判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；

S41中一次比对或二次比对匹配不成功时，进入S42；

S42中一次比对匹配或二次比对匹配不成功时，判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠，进入S43。

本发明进一步公开了数据层内信息比对的详细过程，在每个数据层进行遍历，信息比对时，依次选择身份ID编码、珍珠的属性特征信息(此处将珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息和珍珠的内部颜色层为珍珠的属性特征信息，便于描述)，作为信息比对对象，通过增加比对层次，缩小每次比对的信息数据大小，提高比对效率，进而提高查询效率。

步骤S4具体为：

S41、基于图片提取待检测珍珠的溯源信息，首选将待检测珍珠的身份ID编码与缓冲数据层内的基本信息进行一次比对，在缓冲数据层遍历，若缓冲数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息中的身份ID编码匹配的基本信息(缓冲数据层中有一个基本信息包含的身份ID编码与该待检测珍珠的身份ID编码信息匹配)，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，结束信息比对，进入S43；否则进一步将待检测珍珠的属性特征信息(珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息和珍珠的内部颜色)，与缓冲数据层内的基本信息进行二次比对，在缓冲数据层遍历，若缓冲数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息中的属性特征信息匹配的基本信息(缓冲数据层中有一个基本信息包含的属性特征信息与该待检测珍珠的属性特征信息匹配)，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，结束信息比对，进入S43；否则进入S42；

S42、首选将待检测珍珠的身份ID编码与查询数据层内的基本信息进行一次比对，在查询数据层遍历，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息中的身份ID编码匹配的基本信息(查询数据层中有一个基本信息包含的身份ID编码与该待检测珍珠的身份ID编码信息匹配)，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，结束信息比对，进入S43；否则进一步将待检测珍珠的属性特征信息(珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息和珍珠的内部颜色)，与查询数据层内的基本信息进行二次比对，在查询数据层遍历，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息中的属性特征信息匹配的基本信息(查询数据层中有一个基本信息包含的属性特征信息与该待检测珍珠的属性特征信息匹配)，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠(该珍珠为冒牌赝品)，进入S43；

S43、将判定结果反馈至客户端。

进一步，在另一个实施方式中，判定结果为待检测珍珠为原始数据库中的珍珠时，从原始数据库内提取待检测珍珠的基本信息，并将待检测珍珠的基本信息与判定结果同时反馈至客户端。

在向客户端反馈判定结果时，如果判断结果为待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，区块链平台在反馈结果的同时，区块链平台从缓冲数据层或查询数据层提取(如信息已经同步备份至缓冲数据层，则从缓冲数据层中提取，否则从查询数据层提取)该待检测珍珠的所有的基本信息，并将该待检测珍珠的所有的基本信息随判定结果一起反馈至客户端，便于消费者全面掌握待检测信息的更多的相关信息。

进一步，在另一个实施方式中，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，溯源珠核植入母贝中培养形成珍珠，将珍珠放入包装盒内，并将该珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码设于包装盒上，包装盒上设有可调光光源，光源为可见光源，具体可选用白光源，给珍珠的二次拍照提供背景光，以便拍摄清晰的图片；

步骤S2中在进行拍照时，将待检测珍珠置于光源发射光覆盖范围内，并与包装盒上的阵列式数字编码进行同框拍照，先在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源开启条件下进行二次同框拍照，得到记录有待检测珍珠的两张图片；

步骤S3中，区块链平台通过扫描一次同框拍照的图片获取待检测珍珠的身份ID编码、珍珠外径、珍珠的外部颜色，通过扫描一次同框拍照的图片获取待检测珍珠的内部纹理坐标信息和珍珠的内部颜色。

本发明将珍珠防伪溯源与珍珠插核养殖相结合，在珍珠养殖阶段，以置入珠母贝的珠核制作材料作为珍珠防伪标识，同时结合插核材料无损检测方法，对珍珠“养殖—成品—交易”全生命周期的无损追溯，即通过专用智能检测仪器将珍珠外部的纹理、颜色、大小和内核组织构型的电子信息以及珠层厚度、厚度占整个珍珠体积的比例等核心特征参数提取出来，结合标注产地及相关管理信息，包括加工成饰品的信息。所有信息按照时间顺序相连接的组合方式形成一种链式数据结构。

进一步，在另一种实施方式中，所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，所述身份ID编码为阵列式二进制数字代码。身份ID编码，如同人的身份证号码，由不同数字组成。

本发明还提供一种基于区块链技术的珍珠可信溯源装置，用于实现权利要求1的珍珠可信溯源方法，可信溯源装置包括：

数据库构建模块，其用于采集以溯源珠核养殖的溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息；

客户端，其将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；

数据采集模块，其用于获取一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片，并上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；

查询模块，其用于将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠。

基于区块链的数据采集模块中设置有存储层，其采用传统的数据分片存储，主要包括创建数据分片、加密每个分片、为每个分片生成哈希、复制分片、分发分片和记录事务交易六个步骤：

1.创建数据分片。存储系统将数据分成更小的段，这个过程称为分片。分片涉及到将数据分解为可管理的块，这些块可以分布在多个节点上。

2.每个分片都进行加密。然后，存储系统对本地系统上的每个数据分片进行加密。

3.为每个分片生成一个哈希值。区块链存储系统根据分片的数据或加密密钥生成一个唯一的哈希值——一个加密的固定长度输出字符串。哈希值被添加到分类账和分片元数据中，以将事务链接到存储的分片。

4.复制每个分片。存储系统复制每个分片，这样就有足够的冗余副本来确保可用性和性能，并防止发生性能下降和数据丢失的情况。

5.分发复制的分片。P2P网络将复制的分片分布到分散地理上的存储节点，可以是区域的，也可以是全局的。

6.把交易记录到分类账上。存储系统记录区块链分类账中的所有事务；

通过此过程能够快速的将产品信息分布式存储到区块链的每个节点中，提高信息存储的效率。

查询模块遵循优化后的查询模型，具体的查询模块包括查询层和用户层，查询层主要包括数据监听、数据解析、数据地址和数据安全四个模块，数据监听模块用于监听区块中的数据，数据解析模块用于区块中数据的解析。数据地址模块用于映射查询数据所对应的区块地址。数据安全模块对查询数据进行安全检测，保证数据真实性；当用户进行首次查询时，会通过数据地址模块找到该区块，利用数据监听模块和数据解析模块解析该数据，并通过数据安全模块验证数据真实性，通过验证后，该数据导入到用户层新增的数据缓存中，当用户发起查询请求后，系统会首先访问用户层中的缓存数据中进行查询，从而提高查询效率。

当用户发起查询请求后，系统会首先访问用户层中的缓存数据中进行查询，当查询到相关数据后返回查询的结果，若在数据缓存中未找到，则访问查询层进行查询，同时运行数据同步模块，将在查询层查找的数据同步到用户层中，方便下一次相同信息的查找；另外，当该信息在区块中修改成功后，数据同步功能会将修改后的信息同步到用户层的数据缓存中，避免了查询到错误信息现象的发生。该优化查询模型利用数据缓存来保证查询的高效性，具有更快的查询速度；

区块链平台与传统的区块链系统不同，为了提高溯源查询的效率，在系统的用户层增加了数据缓存和数据同步模块，在查询层增加了数据监听和数据解析模块，存储层和数据层采用了传统的数据分片和Merkle树来存储产品信息，系统的数据层采用典型结构，将产品信息存储在Merkle树中，树中每一个子节点都是一个产品信息的哈希值，并且自下向上，两两成对，再次将两个节点的哈希值进行哈希组合成新的哈希值，并且重复此过程直到形成根哈希，作为该区块的唯一标识，其特点是可以快速的验证某些信息是否存在于区块链中，提高了数据查询的效率。

本发明还提供一种珍珠包装装置，其用于珍珠溯源识别方法，如图1所示，所述包装装置包括：

包装盒1，其内容纳有珍珠，珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码2设于包装盒上；所述包装盒的尺寸为85x80x50～160x150x50mm；主要用于保护珍珠饰品免遭疫损伤和印刷珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码；珍珠3容纳于包装盒内；

光源组件，其设于包装盒上，光源组件包括可见光光源、用于控制光源开闭的电源开关，以及调节光源亮度的调光电路；可见光源可选择白光源，给珍珠的二次拍照提供背景光，以便拍摄清晰的图片，能够清楚的提取珍珠的内部纹理信息(内部纹理有与无，或是内部纹理坐标信息)，设置控制光源开闭的电源开关，通过控制电源开关实现对光源的开闭，通过调光电路调节光源的亮度，根据拍摄场景的光线，将光源的亮度调至合适大小，以便获取更加清晰的照片；

语音组件，其设于包装盒上，语音组件用于播放珍珠文化宣传语。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息；

S2、客户端将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；

S3、将一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；

S4、将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

其中，溯源珍珠为基于内部组织构型与颜色不同制作的可溯源珠核养殖所得；

溯源珍珠与待检测珍珠的溯源信息，均至少包括珍珠的身份ID编码、珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理坐标信息及珍珠的内部颜色。

2.如权利要求1所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，步骤S1中，溯源珍珠的基本信息包括：

人工赋予信息，其为溯源珍珠养殖过程中人工记录信息，所述人工赋予信息包括产地、工匠人名及称谓、珍珠的类型、珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠有或无内部纹理、珍珠内部的颜色、珍珠的圆度、珍珠表面的光洁度、珍珠表面的瑕疵、珍珠的重量；

机器赋予信息，其包括检测机器给予溯源珍珠的身份ID编码，以及溯源珍珠在检测机器检测过程中获取的检测信息，检测信息包括珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色、珠核的尺寸大小、珍珠的重量、珍珠的珠层厚度、珠层占整颗珍珠的比值、珍珠的光作用下的折光率、珍珠的出厂日期；溯源珍珠的身份ID编码，以及溯源珍珠的检测信息中的至少珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息、珍珠内部的颜色，构成溯源珍珠的溯源信息。

3.如权利要求1所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，溯源珍珠的基本信息和待检测珍珠的图片均采用共识算法上传至区块链平台。

4.如权利要求2所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，原始数据库包括缓冲数据层和查询数据层，步骤S4具体为：

S41、基于图片提取待检测珍珠的溯源信息，在缓冲数据层遍历，若缓冲数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息匹配的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；否则，进入S42；

S42、在查询数据层遍历，若查询数据层存在与该待检测珍珠的溯源信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，同时将待检测珍珠的基本信息同步至缓冲数据层内，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠；

S43、将判定结果反馈至客户端。

5.如权利要求4所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，在S41和S42中，均是首选将待检测珍珠的身份ID编码与对应数据层内的基本信息进行一次比对，然后将待检测珍珠的珍珠的外径、珍珠的外表颜色、珍珠的内部纹理的坐标信息和珍珠的内部颜色，与对应数据层内的基本信息进行二次比对；

S41和S42中均是当一次比对匹配成功后进行二次比对，且均在一次比对和二次比对匹配成功时，判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，进入S43；

S41中一次比对或二次比对匹配不成功时，进入S42；

S42中一次比对匹配或二次比对匹配不成功时，判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠，进入S43。

6.如权利要求4所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，判定结果为待检测珍珠为原始数据库中的珍珠时，从原始数据库内提取待检测珍珠的基本信息，并将待检测珍珠的基本信息与判定结果同时反馈至客户端。

7.如权利要求1所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，溯源珠核植入母贝中培养形成珍珠，将珍珠放入包装盒内，并将该珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码设于包装盒上，包装盒上设有可调光光源；

步骤S2中在进行拍照时，将待检测珍珠置于光源发射光覆盖范围内，并与包装盒上的阵列式数字编码进行同框拍照，先在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源开启条件下进行二次同框拍照，得到记录有待检测珍珠的两张图片；

步骤S3中，区块链平台通过扫描一次同框拍照的图片获取待检测珍珠的身份ID编码、珍珠外径、珍珠的外部颜色，通过扫描一次同框拍照的图片获取待检测珍珠的内部纹理坐标信息和珍珠的内部颜色。

8.如权利要求1所述的基于区块链技术的珍珠可信溯源方法，其特征在于，所述身份ID编码为阵列式二进制数字代码。

9.基于区块链技术的珍珠可信溯源装置，用于实现权利要求1的珍珠可信溯源方法，其特征在于，可信溯源装置包括：

数据库构建模块，其用于采集以溯源珠核养殖的溯源珍珠的基本信息，将基本信息上传至区块链平台并构建原始数据库；基本信息至少包括溯源珍珠的溯源信息；

客户端，其将待检测珍珠与其身份ID编码对应的阵列式数字编码在自然光下进行一次同框拍照，然后在光源照射下将待检测珍珠与其阵列式数字编码在自然光下进行二次同框拍照；

数据采集模块，其用于获取一次同框拍照和二次同框拍照的两张图片，并上传至区块链平台，区块链平台从两张图片中提取待检测珍珠的溯源信息；

查询模块，其用于将待检测珍珠的溯源信息与原始数据库进行比对，若原始数据库中存在与待检测珍珠的溯源信息一致的基本信息，则判定待检测珍珠为原始数据库中的珍珠，否则判定待检测珍珠不属于原始数据库中的珍珠。

10.珍珠包装装置，其用于珍珠溯源识别方法，其特征在于，所述包装装置包括：

包装盒，其内容纳有珍珠，珍珠的身份ID编码对应的阵列式数字编码设于包装盒上；所述包装盒的尺寸为85x80x50～160x150x50mm；

光源组件，其设于包装盒上，光源组件包括可见光光源、用于控制光源开闭的电源开关，以及调节光源亮度的调光电路；

语音组件，其设于包装盒上，语音组件用于播放珍珠文化宣传语。

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