CN116362772B - 一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，包括数据获取模块、区块打包模块、区块链验证和存储模块、数据共享模块、查询模块、权限管理模块、数据分析模块，数据获取模块收集并记录商品溯源相关数据，区块打包模块将收集到的数据进行区块打包处理，生成区块链，区块链验证和存储模块验证和存储生成的区块链，数据共享模块实现数据的共建共享，查询模块用于查询商品溯源信息，权限管理模块对数据进行权限管理和访问控制，数据分析模块对溯源数据进行分析和挖掘。本发明的有益效果：实现数据的全程记录、数据的去中心化存储和不可篡改性、易于数据的权限管理和访问控制以及数据的分析和挖掘，具有广泛的应用前景和市场价值。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术与数据挖掘领域，具体地说，涉及一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统。
背景技术
本发明是一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，随着全球贸易的不断增加和商品安全问题的日益突出，消费者对商品溯源的需求越来越高，而传统的商品溯源方式存在诸多问题，如数据易被篡改、难以追溯、效率低，因此，基于区块链的分布式溯源系统应运而生。
区块链是一种分布式数据库，具有去中心化、不可篡改、透明性特点，能够有效解决传统溯源方式存在的问题，基于区块链的分布式溯源系统能够实现商品生产、流通和销售环节的全程记录和追溯，保障商品的安全和可靠性，增强消费者的信任和满意度，因此，基于区块链的分布式溯源系统已经成为当前商品溯源领域的热门研究方向。
然而，基于区块链的分布式溯源系统在实际应用中还存在一些问题，如数据收集和共享、数据隐私和安全、数据分析和应用方面的问题，首先，商品溯源涉及到多个环节和多个参与方，数据的收集和共享存在一定的难度，其次，涉及到个人信息和商业机密敏感信息的处理和保护，需要采取严格的数据隐私和安全措施，最后，收集到的溯源数据需要进行分析和挖掘，以便提取其中的有用信息和规律，并为消费者提供更加精准的服务和支持。本发明对于促进商品安全和保障消费者权益具有重要意义，通过基于区块链的分布式溯源系统，能够实现商品生产、流通和销售环节的全程记录和追溯，及时发现和处理商品安全问题，提高消费者的信任和满意度，同时，通过数据分析模块的分析和挖掘，能够为企业提供更加精准的生产和销售策略，提高市场竞争力和品牌价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，提供了一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，包括数据获取模块、区块打包模块、区块链验证和存储模块、数据共享模块、查询模块、权限管理模块、数据分析模块，数据获取模块收集并记录商品溯源相关数据，区块打包模块将收集到的数据进行区块打包处理，生成区块链，区块链验证和存储模块验证和存储生成的区块链，数据共享模块实现数据的共建共享，查询模块用于查询商品溯源信息，权限管理模块对数据进行权限管理和访问控制，数据分析模块对溯源数据进行分析和挖掘。
进一步的，数据获取模块从各种渠道获取产品的溯源数据并记录，数据获取模块通过传感器、互联网、RFID数据来源需要选择不同的技术手段进行采集，其中，传感器采集环境参数、物理参数信息，并将采集环境参数和物理参数信息转换为数字信号进行存储和传输，实现对产品的监测和管理，通过互联网获取到各种产品的相关信息，RFID技术将标签信息读取并传输到系统中，从而实现对产品的跟踪和管理。
进一步的，打包区块之前，区块打包模块先对数据进行验证和整合，在验证数据时，需要对数据的合法性和真实性进行检验，使用加密和数字签名技术确保数据没有被篡改或伪造，确保数据的安全性和可信度，在整合数据时，需要将不同来源的数据进行汇总和整合，形成完整的溯源信息，对产品全程监管，在打包区块时，将验证和整合后的数据打包成一个区块，并添加到区块链中，区块包含一个区块头和多个交易记录，区块头包含区块的哈希值、时间戳、难度值信息，交易记录包含数据的哈希值和交易签名信息。
进一步的，区块链验证和存储模块验证新的区块数据是否合法，在验证新的区块数据时，需要对其进行多方面的检查，包括：区块的哈希值是否合法、时间戳是否在合理范围内、交易记录是否合法，其中，最关键的是验证区块的哈希值是否正确，如果一个区块的哈希值被篡改，那么将会影响到整个区块链的连续性和完整性,在存储新的区块数据时，需要将区块的哈希值添加到区块链的末尾，并更新区块链的状态。
进一步的，数据共享模块实现溯源数据的共享和查询，数据共享模块提供查询接口和查询方式，实现数据的权限控制和数据的隐私保护，确保信息不会被泄露。
进一步的，查询模块包括用户界面和后端查询引擎两部分，用户界面是用户与查询模块交互的接口，包括查询表单、查询结果展示组件，后端查询引擎则是实现具体查询功能的核心，包括查询解析器、查询优化器和查询执行器组件，查询模块需要支持多种查询方式和多种查询维度，本发明提供的系统需按时间、按地点、按产品多种维度进行查询，查询模块需要采用合适的索引和查询算法提高查询效率和响应速度。
进一步的，权限管理模块包括用户管理、角色管理和权限管理三个方面，用户管理负责用户的注册、认证和授权操作，包括用户身份验证、密码管理、账户锁定功能，角色管理负责定义用户的角色和权限，包括角色授权、权限管理，权限管理负责实现用户对数据的访问控制，包括数据权限控制、功能权限控制功能。
进一步的，数据分析模块对收集到的溯源数据进行分析和挖掘，提取其中的有用信息，为后续的溯源查询和溯源追溯提供支持，包括数据预处理、数据挖掘和数据可视化三个阶段，数据预处理阶段负责对收集到的数据进行清洗、去重、标准化操作，以便后续的数据挖掘，数据挖掘阶段负责对预处理后的数据进行分析和挖掘，提取其中的信息以便后续的数据可视化和决策支持，数据可视化阶段负责将分析结果以图表、报表形式呈现出来，为后续的溯源查询和溯源追溯提供支持。
进一步的，数据挖掘阶段负责对预处理后的数据进行分析和挖掘，提取其中的信息，具体采用改进的A2C算法，定义动作集合为，状态集合为/>，时隙集合为/>，动作和状态分布在/>时隙中，存在/>，/>，/>其中，/>为第1个时隙的动作，/>为第2个时隙的动作，/>为第/>个时隙的动作，/>为第1个时隙的状态，/>为第2个时隙的状态，/>为第/>个时隙的状态，记策略网络为/>，价值网络为/>，折扣回报为/>，策略为/>时动作价值函数为/>，策略为/>时状态价值函数为/>，其中，/>为策略网络参数，/>为价值网络参数，动作/>，状态/>，其中，折扣回报/>具体为：，其中，/>为/>时刻的奖励，/>为/>时刻的奖励，/>为时刻的奖励，且存在/>，其中，/>为第/>时刻的奖励，/>为第/>时刻的奖励，/>为与/>互相独立的/>时刻的奖励，/>为与/>互相独立的时刻的奖励，/>时刻奖励依概率分布，故/>与/>并不一定相等且不相关，/>为折扣率，对于策略为/>时动作价值函数，记/>，其中，表示对/>时刻的状态集合/>和/>时刻的动作集合/>取数学期望，上式更新后，得到/>，对于策略为/>时状态价值函数，记，其中，/>表示对/>时刻的动作集合/>取数学期望，将更新后的策略为/>时动作价值函数带入状态价值函数，更新为：/>，其中，表示对t+1时刻的状态集合/>和t时刻的动作集合/>取数学期望。
进一步的，探索最优的策略网络参数和价值网络参数/>，记观测组为，记策略网络梯度为：/>，由于动作价值函数在A2C网络中不易于计算，本发明利用动作价值函数的期望做近似，将策略网络梯度更新为/>，/>的梯度记为：/>=/>，更新后的/>为：，更新后的/>为：其中，/>为超参数，/>与/>之间互不相关，为了得到最优的/>与/>，构建如下约束函数： 其中，/>表示求函数的一阶导，通过数学规划与约束条件得到最优的/>与/>，带入A2C网络中，对数据进行分析和挖掘。
本发明的有益效果:本发明提出了一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，采用了区块链技术来实现数据的去中心化存储和不可篡改性，有效提高了数据的可信度和可靠性，区块链技术是一种分布式账本技术，其去中心化的特点使得数据不易被篡改和伪造，在商品溯源领域中可以有效提高消费者对商品安全的信任度和保障消费者的权益，在传统的商品溯源系统中，数据往往由生产、流通、销售各个环节分别存储，数据之间难以共享，而在本发明的分布式溯源系统中，各参与方可以通过数据共享模块实现数据的共享和交流，使得数据更加全面、准确，提高了整个溯源系统的效率，通过权限管理模块，可以对溯源数据进行权限管理和访问控制，能够对溯源数据进行分析和挖掘，提取其中的有用信息和规律，采用A2C深度学习网络，A2C网络参数本身属于黑箱问题，当策略网络和价值网络交织在一起，计算量庞大且复杂，本发明创新之处在于，利用动作价值函数的期望做近似，以解决由于动作价值函数在A2C网络中不易于计算的问题，且为了得到最优的与，利用通过数学规划与约束条件技术，对策略网络参数和价值网络参数进行约束，使其在有界的数域中进行有向的搜索，即利用梯度上升和梯度下降法规定参数的探寻方向，以此获得最优的/>与/>，本发明提出的基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，能够有效解决传统商品溯源方式存在的问题，并为商品安全和消费者权益保障提供有力支持。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
结合以下实例对本发明作进一步描述。
参见图1，本发明旨在提供一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，提供了一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，包括数据获取模块、区块打包模块、区块链验证和存储模块、数据共享模块、查询模块、权限管理模块、数据分析模块，数据获取模块收集并记录商品溯源相关数据，区块打包模块将收集到的数据进行区块打包处理，生成区块链，区块链验证和存储模块验证和存储生成的区块链，数据共享模块实现数据的共建共享，查询模块用于查询商品溯源信息，权限管理模块对数据进行权限管理和访问控制，数据分析模块对溯源数据进行分析和挖掘。
具体的，数据获取模块从各种渠道获取产品的溯源数据并记录，数据获取模块通过传感器、互联网、RFID数据来源需要选择不同的技术手段进行采集，其中，传感器采集环境参数、物理参数信息，并将采集环境参数和物理参数信息转换为数字信号进行存储和传输，实现对产品的监测和管理，通过互联网获取到各种产品的相关信息，RFID技术将标签信息读取并传输到系统中，从而实现对产品的跟踪和管理。
具体的，打包区块之前，区块打包模块先对数据进行验证和整合，在验证数据时，需要对数据的合法性和真实性进行检验，使用加密和数字签名技术确保数据没有被篡改或伪造，确保数据的安全性和可信度，在整合数据时，需要将不同来源的数据进行汇总和整合，形成完整的溯源信息，对产品全程监管，在打包区块时，将验证和整合后的数据打包成一个区块，并添加到区块链中，区块包含一个区块头和多个交易记录，区块头包含区块的哈希值、时间戳、难度值信息，交易记录包含数据的哈希值和交易签名信息，区块链是一个不可篡改的分布式数据库，每个节点都保存了整个区块链的副本，保证了数据的安全性和可靠性。
具体的，区块链验证和存储模块验证新的区块数据是否合法，在验证新的区块数据时，需要对其进行多方面的检查，包括：区块的哈希值是否合法、时间戳是否在合理范围内、交易记录是否合法，其中，最关键的是验证区块的哈希值是否正确，因为区块链中的每个区块都包含上一个区块的哈希值，如果一个区块的哈希值被篡改，那么将会影响到整个区块链的连续性和完整性,在存储新的区块数据时，需要将区块的哈希值添加到区块链的末尾，并更新区块链的状态，区块链是一个分布式数据库，每个节点都保存了整个区块链的副本，因此需要进行数据同步和共识机制的设计，以确保整个系统的一致性和可靠性。
具体的，数据共享模块实现溯源数据的共享和查询，在分布式溯源系统中，每个参与者都可以上传和共享自己的溯源数据，溯源数据将被存储到区块链中，并通过数据共享模块实现共享和查询，数据共享模块提供查询接口和查询方式，实现数据的权限控制和数据的隐私保护，确保信息不会被泄露。
具体的，查询模块包括用户界面和后端查询引擎两部分，用户界面是用户与查询模块交互的接口，包括查询表单、查询结果展示组件，后端查询引擎则是实现具体查询功能的核心，包括查询解析器、查询优化器和查询执行器组件，查询模块需要支持多种查询方式和多种查询维度，本发明提供的系统需按时间、按地点、按产品多种维度进行查询，查询模块需要采用合适的索引和查询算法提高查询效率和响应速度。
具体的，权限管理模块包括用户管理、角色管理和权限管理三个方面，用户管理负责用户的注册、认证和授权操作，包括用户身份验证、密码管理、账户锁定功能，角色管理负责定义用户的角色和权限，包括角色授权、权限管理，权限管理负责实现用户对数据的访问控制，包括数据权限控制、功能权限控制功能。
具体的，数据分析模块对收集到的溯源数据进行分析和挖掘，提取其中的有用信息，为后续的溯源查询和溯源追溯提供支持，包括数据预处理、数据挖掘和数据可视化三个阶段，数据预处理阶段负责对收集到的数据进行清洗、去重、标准化操作，以便后续的数据挖掘，数据挖掘阶段负责对预处理后的数据进行分析和挖掘，提取其中的信息以便后续的数据可视化和决策支持，数据可视化阶段负责将分析结果以图表、报表形式呈现出来，为后续的溯源查询和溯源追溯提供支持。
优选的，数据挖掘阶段负责对预处理后的数据进行分析和挖掘，提取其中的信息，具体采用改进的A2C算法，定义动作集合为，状态集合为/>，时隙集合为/>，动作和状态分布在/>时隙中，存在/>，/>，/>其中，/>为第1个时隙的动作，/>为第2个时隙的动作，/>为第/>个时隙的动作，/>为第1个时隙的状态，/>为第2个时隙的状态，/>为第/>个时隙的状态，记策略网络为/>，价值网络为/>，折扣回报为，策略为/>时动作价值函数为/>，策略为/>时状态价值函数为/>，其中，/>为策略网络参数，/>为价值网络参数，动作/>，状态/>，其中，折扣回报/>具体为：，其中，/>为/>时刻的奖励，/>为/>时刻的奖励，/>为时刻的奖励，且存在/>，其中，/>为第/>时刻的奖励，/>为第/>时刻的奖励，/>为与/>互相独立的/>时刻的奖励，/>为与/>互相独立的时刻的奖励，/>时刻奖励依概率分布，故/>与/>并不一定相等且不相关，/>为折扣率，对于策略为/>时动作价值函数，记/>，其中，表示对/>时刻的状态集合/>和/>时刻的动作集合/>取数学期望，上式更新后，得到/>，对于策略为/>时状态价值函数，记，其中，/>表示对/>时刻的动作集合/>取数学期望，将更新后的策略为/>时动作价值函数带入状态价值函数，更新为：/>，其中，表示对t+1时刻的状态集合/>和t时刻的动作集合/>取数学期望。
优选的，探索最优的策略网络参数和价值网络参数/>，记观测组为，记策略网络梯度/>为：/>，由于动作价值函数在A2C网络中不易于计算，本发明利用动作价值函数的期望做近似，将策略网络梯度更新为/>，/>的梯度记为：/>=/>，更新后的/>为：，更新后的/>为：其中，/>为超参数，/>与/>之间互不相关，为了得到最优的/>与/>，构建如下约束函数： 其中，/>表示求函数的一阶导，通过数学规划与约束条件得到最优的/>与/>，带入A2C网络中，对数据进行分析和挖掘。
本实施例的有益效果:本发明提出了一种基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，采用了区块链技术来实现数据的去中心化存储和不可篡改性，有效提高了数据的可信度和可靠性，区块链技术是一种分布式账本技术，其去中心化的特点使得数据不易被篡改和伪造，在商品溯源领域中可以有效提高消费者对商品安全的信任度和保障消费者的权益，在传统的商品溯源系统中，数据往往由生产、流通、销售各个环节分别存储，数据之间难以共享，而在本发明的分布式溯源系统中，各参与方可以通过数据共享模块实现数据的共享和交流，使得数据更加全面、准确，提高了整个溯源系统的效率，通过权限管理模块，可以对溯源数据进行权限管理和访问控制，能够对溯源数据进行分析和挖掘，提取其中的有用信息和规律，采用A2C深度学习网络，A2C网络参数本身属于黑箱问题，当策略网络和价值网络交织在一起，计算量庞大且复杂，本发明创新之处在于，利用动作价值函数的期望做近似，以解决由于动作价值函数在A2C网络中不易于计算的问题，且为了得到最优的与/>，利用通过数学规划与约束条件技术，对策略网络参数和价值网络参数进行约束，使其在有界的数域中进行有向的搜索，即利用梯度上升和梯度下降法规定参数的探寻方向，以此获得最优的/>与/>，本发明提出的基于区块链的溯源处理方法及区块链分布式溯源系统，能够有效解决传统商品溯源方式存在的问题，并为商品安全和消费者权益保障提供有力支持。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，包括数据获取模块、区块打包模块、区块链验证和存储模块、数据共享模块、查询模块、权限管理模块和数据分析模块；数据获取模块收集并记录商品溯源相关数据，区块打包模块将收集到的数据进行区块打包处理，生成区块链，区块链验证和存储模块验证和存储生成的区块链，数据共享模块实现数据的共建共享，查询模块用于查询商品溯源信息，权限管理模块对数据进行权限管理和访问控制，数据分析模块对溯源数据进行分析和挖掘；
所述数据分析模块对收集到的溯源数据进行分析和挖掘，提取其中的有用信息，为后续的溯源查询和溯源追溯提供支持，包括数据预处理、数据挖掘和数据可视化三个阶段，数据预处理阶段负责对收集到的数据进行清洗、去重、标准化操作，以便后续的数据挖掘，数据挖掘阶段负责对预处理后的数据进行分析和挖掘，提取其中的信息以便后续的数据可视化和决策支持，数据可视化阶段负责将分析结果以图表、报表形式呈现出来，为后续的溯源查询和溯源追溯提供支持；
数据挖掘阶段负责对预处理后的数据进行分析和挖掘，提取其中的信息，具体采用改进的A2C算法，定义动作集合为A，状态集合为S，时隙集合为T，动作和状态分布在T时隙中，存在A＝{a1,a2,…,at}，S＝{s1,s2,…,st}，t∈T，其中，a1为第1个时隙的动作，a2为第2个时隙的动作，at为第t个时隙的动作，s1为第1个时隙的状态，s2为第2个时隙的状态，st为第t个时隙的状态，记策略网络为π(a|s；θ)，价值网络为V(s；w)，折扣回报为Ut，策略为π时动作价值函数为Qπ(st,at)，策略为π时状态价值函数为Vπ(st)，其中，θ为策略网络参数，w为价值网络参数，动作a∈A，状态s∈S，其中，折扣回报Ut具体为：Ut＝Rt+γRt+1+γ2Rt+2+…，其中，Rt为t时刻的奖励，Rt+1为t+1时刻的奖励，Rt+2为t+2时刻的奖励，且存在R＝{R1,R2,…Rt,Rt+1,Rt+2,…,rt,rt+1…}，其中，R1为第1时刻的奖励，R2为第2时刻的奖励，rt为与Rt互相独立的t时刻的奖励，rt+1为与Rt+1互相独立的t+1时刻的奖励，t时刻奖励依概率分布，故Rt与rt并不一定相等且不相关，γ为折扣率，对于策略为π时动作价值函数，记 其中，/>表示对t+1时刻的状态集合St+1和t+1时刻的动作集合At+1取数学期望，上式更新后，得到/>对于策略为π时状态价值函数，记/>其中，/>表示对t时刻的动作集合At取数学期望，将更新后的策略为π时动作价值函数带入状态价值函数，更新为：/>其中，/>表示对t+1时刻的状态集合St+1和t时刻的动作集合At取数学期望；
探索最优的策略网络参数θ和价值网络参数w，记观测组为(st,at,rt,st+1)，记策略网络梯度为：利用动作价值函数的期望做近似，将策略网络梯度更新为/> (rt+γv(st+1；w)-v(st；w))的梯度记为：/> 更新后的θ为： 更新后的w为：其中，α，β为超参数，α与β之间互不相关，为了得到最优的α与β，构建如下约束函数：
其中，[]`表示求函数的一阶导，通过数学规划与约束条件得到最优的α与β，带入A2C网络中，对数据进行分析和挖掘。
2.根据权利要求1所述一种基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，所述数据获取模块从各种渠道获取产品的溯源数据并记录，数据获取模块通过传感器、互联网、RFID数据来源选择不同的技术手段进行采集，其中，传感器采集环境参数、物理参数信息，并将采集环境参数和物理参数信息转换为数字信号进行存储和传输，实现对产品的监测和管理，通过互联网获取到各种产品的相关信息，RFID技术将标签信息读取并传输到系统中，从而实现对产品的跟踪和管理。
3.根据权利要求1所述一种基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，所述区块打包模块在打包区块之前，区块打包模块先对数据进行验证和整合，在验证数据时，对数据的合法性和真实性进行检验，使用加密和数字签名技术确保数据没有被篡改或伪造，确保数据的安全性和可信度，在整合数据时，将不同来源的数据进行汇总和整合，形成完整的溯源信息，对产品全程监管，在打包区块时，将验证和整合后的数据打包成一个区块，并添加到区块链中，区块包含一个区块头和多个交易记录，区块头包含区块的哈希值、时间戳、难度值信息，交易记录包含数据的哈希值和交易签名信息。
4.根据权利要求1所述基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，所述区块链验证和存储模块验证新的区块数据是否合法，在验证新的区块数据时，对其进行多方面的检查，包括：区块的哈希值是否合法、时间戳是否在合理范围内、交易记录是否合法；在存储新的区块数据时，将区块的哈希值添加到区块链的末尾，并更新区块链的状态。
5.根据权利要求1所述基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，所述数据共享模块实现溯源数据的共享和查询，数据共享模块提供查询接口和查询方式，实现数据的权限控制和数据的隐私保护。
6.根据权利要求1所述基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，所述查询模块包括用户界面和后端查询引擎两部分，用户界面是用户与查询模块交互的接口，包括查询表单、查询结果展示组件，后端查询引擎则是实现具体查询功能的核心，包括查询解析器、查询优化器和查询执行器组件，查询模块支持多种查询方式和多种查询维度，所述溯源系统按时间、按地点、按产品多种维度进行查询，查询模块采用合适的索引和查询算法提高查询效率和响应速度。
7.根据权利要求1所述基于区块链分布式的溯源系统，其特征在于，所述权限管理模块包括用户管理、角色管理和权限管理三个方面，用户管理负责用户的注册、认证和授权操作，包括用户身份验证、密码管理、账户锁定功能，角色管理负责定义用户的角色和权限，包括角色授权、权限管理，权限管理负责实现用户对数据的访问控制，包括数据权限控制、功能权限控制功能。
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