CN116385026A - 一种基于互联网信息的溯源防伪系统 - Google Patents

一种基于互联网信息的溯源防伪系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，针对粮食产业供应链的流程，在Hyperledger Fabric平台基础上设计系统方案，包括系统整体架构、双存储架构、溯源码防伪架构以及智能合约等；通过Web端将数据进行上链存储并在本地MySQL数据库备份，为小程序预留API接口；应用改进RSA算法生成密钥对并将私钥存储在区块链上，使用公钥对溯源ID进行加密成密文并生成二维码，消费者使用小程序对密文进行解密时从区块链获取私钥在后台解密获取溯源ID实现溯源查询；用区块链与本地存储的数据库进行哈希校验以确保粮食数据的正确性；基于区块链的粮食防伪溯源系统，能够提高粮食追溯信息的透明度和安全性，同时能够保障粮食质量安全。

Description

一种基于互联网信息的溯源防伪系统
技术领域
本发明涉及互联网信息技术领域，尤其涉及一种基于互联网信息的溯源防伪系统。
背景技术
在商品的出厂和销售过程中，离不开防伪设计，尤其是优质名牌产品或者食品，消费者要求可靠的溯源和防伪的保障。在物联网时代，消费者还进一步要求对商品尤其是食品的生产运输等相关信息拥有知情权。现有技术中在商品的防伪包装设计上，不仅在产品外盒上有商标、各种文字以及防伪标签，在产品本身也往往设计有各种标识。例如市场上售卖的鸡蛋，除了包装盒上有生产商、产品商标等信息，每一个鸡蛋上都带有包括商标和生产厂商名称的喷码。由于有机散养方式下的鸡蛋与普通笼养鸡蛋相比，外形类似却具有较高的售价，现有技术中的防伪手段很难防止不法商贩冒用防伪外包装和商品喷码，用普通笼养鸡蛋冒充高附加值的有机散养蛋，以次充好、以假乱真。
目前，粮食安全问题影响着国民的身体健康，传统的二维码防伪溯源技术将数据存储在企业或机构的中心数据库进行管理，中心化严重且数据的真实性难以保证。在溯源体系中使用未加密的二维码时获取溯源信息存在数据被篡改的可能。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于互联网信息的溯源防伪系统，包括：
数据储存模块，包括数据存储和数据校验交换子模块，各组织节点将添加信息上传至互联网信息处理模块和本地数据库中，同时存储数据哈希摘要和RSA私钥。
数据处理模块，使用改进RSA算法生成的公钥将生成的溯源ID加密为密文后生成二维码。消费者扫描二维码将密文解密后获得溯源ID进行查询，当溯源ID与一个完整供应链区块的溯源ID相对应并进行哈希校验成功后，将数据返回在前端，完成正确性验证。
互联网信息模块，用于各参与方的区块链浏览器中显示区块高度，所参与组织节点，数据哈希以及交易ID、时间戳等，确保互联网信息模块数据的准确性。
用户识别模块，提供溯源二维码供消费者扫描二维码从系统获取该产品密文，对其解密获取溯源ID，加密后的二维码通过扫码工具扫描会获得随机码，使用具有解密功能的小程序对其进行扫码，对二维码解码得到密文内容及初次扫码时间。
在一个实施例中，各组织节点包括农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点，农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点将各自的节点参数信息传输至经链码校验后将数据在链上公开，各组织和节点对数据形成共识后存入互联网信息处理模块。
在一个实施例中，农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点上传的节点参数信息包括种植环境参数信息、质量检测原料合格证书发放信息、加工任务量信息和销售地址信息，其中销售地址信息进行比对成功后上传。
在一个实施例中，互联网信息模块还包括基础层、核心层和应用层；基础层为Fabric网络架构的基本组成部分，实现P2P网络并保证分布式存储的一致性；核心层包括成员服务、账本交易和存储、节点排序、链码运行以及信息上传各方达成的共识；应用层为应用程序提供接口对区块链网络进行调用，实现数据的录入查询以及状态监控。
在一个实施例中，数据处理模块还包括溯源ID生成工具，溯源ID生成工具采用雪花算法作为ID生成工具，包括时间差、workerID以及序列数；其中时间差是生成ID的系统时间与基础时间的总时间差；workerID是区分不同的机器以及应用的唯一ID；序列数是在每毫秒下的序列数，由参数SeqBitLength设定。
在一个实施例中，还包括管理端，管理端包括质量监管部门连接端口和粮食质量溯源平台连接端口，数据储存模块还包括哈希对比子模块，本地数据库包括关系型数据库和No SQL数据库。
在一个实施例中，还包括智能合约，包括系统链码和用户链码，将链码编译成应用程序运行在docker中，其中系统链码用于实现底层系统功能，用户链码根据用户的不同需求实现相应功能，通过gprc与peer节点进行交互；将互联网信息模块底层部分与业务需求部分进行互通，以实现数据上链的要求以及溯源查询；智能合约部署在每一个组织节点上，使每个节点都保存一个完整的备份数据。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，针对粮食产业供应链的流程，在Hyperledger Fabric平台基础上设计系统方案，包括系统整体架构、双存储架构、溯源码防伪架构以及智能合约等；通过Web端将数据进行上链存储并在本地MySQL数据库备份，为小程序预留API接口；应用改进RSA算法生成密钥对并将私钥存储在区块链上，使用公钥对溯源ID进行加密成密文并生成二维码，消费者使用小程序对密文进行解密时从区块链获取私钥在后台解密获取溯源ID实现溯源查询；用区块链与本地存储的数据库进行哈希校验以确保粮食数据的正确性；基于区块链的粮食防伪溯源系统，能够提高粮食追溯信息的透明度和安全性，同时能够保障粮食质量安全。
附图说明
图1为本发明的溯源系统工作原理图。
图2为本发明的RSA算法流程图。
图3为本发明的系统结构图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、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，而不是全部的施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特的方位、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。此外，语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理的最广范围相一致。
请参阅图1-3，本发明的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，包括：
数据储存模块，包括数据存储和数据校验交换子模块，各组织节点将添加信息上传至互联网信息处理模块和本地数据库中，同时存储数据哈希摘要和RSA私钥。
数据处理模块，使用改进RSA算法生成的公钥将生成的溯源ID加密为密文后生成二维码。消费者扫描二维码将密文解密后获得溯源ID进行查询，当溯源ID与一个完整供应链区块的溯源ID相对应并进行哈希校验成功后，将数据返回在前端，完成正确性验证。
在本实施例中，传统的RSA二素数算法，选取的大素数导致计算量增加，为降低计算量选取多素数小因子，会降低安全性。为兼顾密钥生成速率以及安全性，选择大小大致相同的三素数生成密钥。增加素数因子降低大数运算量并用新的模值N代替n生成密钥，攻击者分解新的模值N，无法获得原始的素数因子，通过隐藏模值的方法提高密钥的安全性。密钥生成算法如图1所示。改进RS A算法模值替换步骤如下。
步骤1选取3个大小大致相同的较小的素数因子p、q、r，使用Rabin-Miller素数检测。计算素数乘积n＝pqr，并求φ(n)。其中φ(n)＝(p-1)(q-1)(r-1)。
步骤2由p、q、r通过最大公约数计算新的N值代替n，GCD(N，n)＝1，n-max＜N＜n。其中，GCD为最大公约数符号，表示由该符号通过n求得N，max为三者最大值。
步骤3选择整数e，求得GCD[e，φ(n)]＝1，且1＜e＜φ(n)。
步骤4通过取模运算由demodφ(n)＝1求d，可得公钥(e，N)和私钥(d，N)。其中，mod为取模运算符，d可以通过费马小定理减少运算得到。
步骤5明文M加密，表达式为C＝MemodN。
步骤6密文C解密，表达式为M＝CdmodN。
进一步的，RSA算法的应用是基于大整数的模幂运算，大数幂取模运算是提高算法加解密运算效率的关键。在计算ab(modc)＝M(即已知a、b、c求得M，如步骤5和步骤6，是用来求明文密文所用，在求明文和密文不同使代表不同，若求密文，则A代表明文c，B代表步骤4取模运算得到的D，C代表新的N值。)时，使用蒙哥马利幂模法通过移位快速幂取模，将b表示为二进制br-1，br-2，…，blb0，即b＝b0+2b1+…+2r-1br-1。
M＝[ab0(a2)b1…(a2r-1)br-1]modc，令A0＝a，Ai＝(Ai-1)2(modc)，i＝1，2，…，r-1，可以得到：
Figure BDA0004172821620000051
将模幂运算转换为模乘，可以减少运算，提高运算效率。
互联网信息模块，用于各参与方的区块链浏览器中显示区块高度，所参与组织节点，数据哈希以及交易ID、时间戳等，确保互联网信息模块数据的准确性。
用户识别模块，提供溯源二维码供消费者扫描二维码从系统获取该产品密文，对其解密获取溯源ID，加密后的二维码通过扫码工具扫描会获得随机码，使用具有解密功能的小程序对其进行扫码，对二维码解码得到密文内容及初次扫码时间。
在本实施例中，消费者扫描二维码从系统获取该产品密文，对其解密获取溯源ID，加密后的二维码，使用微信、QQ等扫码工具会获得bb4c25156262lccb00e0ffdb336c5e3b的随机码，使用具有解密功能的小程序对其进行扫码，对二维码解码得到密文内容及初次扫码时间等，如图9所示。将密文解密获取溯源码，使用改进RSA对溯源ID进行加解密，在Python3.8下生成大素数并使用Miller-Rabin算法判定，使生成的模数在不同长度的密钥下基本一致，通过密钥生成算法，通过模数以及指数生成指定长度的密钥对。将其应用在小程序端的防伪模块，使用密钥对对溯源码进行加解密以获取溯源ID，使用蒙哥马利模幂法优化实现快速取模对加解密速率优化。
在一个实施例中，各组织节点包括农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点，农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点将各自的节点参数信息传输至经链码校验后将数据在链上公开，各组织和节点对数据形成共识后存入互联网信息处理模块。
在一个实施例中，农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点上传的节点参数信息包括种植环境参数信息、质量检测原料合格证书发放信息、加工任务量信息和销售地址信息，其中销售地址信息进行比对成功后上传；优选的，参与方上传信息经链码校验后将数据在链上公开，各组织和节点对数据形成共识后存入数据区块。以农户为例，前端添加农作物信息通过node中间件将信息上链，其中包括作物生长情况，生长环境等信息；
在本实施例中，互联网信息模块还包括浏览器组件，显示当前区块主体，例如，区块号为26的数据哈希为880943c5cc531935f3c97cb1fbac432baf
672be6b1d627652026e81fle16416c，前一区块哈希为7c46b3334826d445d46b45912b3444e80e888ce3a3cbeaaa6c0e08539ffb9af9，其中交易ID为3df8ae998dd63140d485e3485dfc6e2a4e5c4bfde01ead9ec9df1 1a3ec055ac5，区块所在通道为tracechannel，溯源ID在小程序端获得进行溯源查询。
将该区块JSON格式的数据展开会得到该区块体业务数据信息，记录了数据哈希、签名、交易ID、时间戳等；只有具有权限的节点组织能查看相关的数据信息。
在一个实施例中，互联网信息模块还包括基础层、核心层和应用层；基础层为Fabric网络架构的基本组成部分，实现P2P网络并保证分布式存储的一致性；核心层包括成员服务、账本交易和存储、节点排序、链码运行以及信息上传各方达成的共识；应用层为应用程序提供接口对区块链网络进行调用，实现数据的录入查询以及状态监控。
在一个实施例中，数据处理模块还包括溯源ID生成工具，溯源ID生成工具采用雪花算法作为ID生成工具，包括时间差、workerID以及序列数；其中时间差是生成ID的系统时间与基础时间的总时间差；workerID是区分不同的机器以及应用的唯一ID；序列数是在每毫秒下的序列数，由参数SeqBitLength设定；雪花算法是Twitter开源的一种ID生成的分布式算法。核心在于使用一个64位的长整型数字作为全局唯一ID，并在ID中引入了时间戳的格式，因此在分布式系统中广泛应用。将农户作物种植过程中添加的ID作为全局ID，在整个系统供应链流程的各个环节中，将各组织节点构成分布式服务生成过程环节的ID，直到供应链流程末端生成溯源ID。采用优化后的雪花算法作为ID生成工具。由时间差、workerID以及序列数三部分组成。其中时间差是生成ID的系统时间与基础时间的总时间差。workerID是区分不同的机器以及应用的唯一ID。序列数是在每毫秒下的序列数，由参数SeqBitLength设定。①优化后的雪花算法能够随着时间单调递增(但不必定连续)：②速度更快，是传统雪花算法的3～5倍；③支持时间回拨处理，能适应生成临界时间的唯一ID；④不依赖外部缓存和数据库。
在一个实施例中，还包括管理端，管理端包括质量监管部门连接端口和粮食质量溯源平台连接端口，数据储存模块还包括哈希对比子模块，本地数据库包括关系型数据库和No SQL数据库。
在一个实施例中，还包括智能合约，包括系统链码和用户链码，将链码编译成应用程序运行在docker中，其中系统链码用于实现底层系统功能，用户链码根据用户的不同需求实现相应功能，通过gprc与peer节点进行交互；将互联网信息模块底层部分与业务需求部分进行互通，以实现数据上链的要求以及溯源查询；智能合约部署在每一个组织节点上，使每个节点都保存一个完整的备份数据；智能合约通过go语言编写，其中Init()方法用于将系统初始化，Invoke()方法用于对数组内的元素调用以及数据访问。通过溯源ID查询作物的智能合约，根据传入参数类型不同执行不同的方法，调用fabric底层接口实现查询功能。
以下为本系统的一个实现流程，本系统的实现流程并不局限于此；
Web端与区块链网络通过Node.js作为中间件连接，参与方可通过录入信息上传，数据信息经智能合约链码确认执行后实现流程交互。Web端使用若依前后端分离版框架作为(B/S)结构，主要技术包括springboot、mybatis、vue、E1ement UI。底层架构和工具还使用了JavaScript、Java、Mybatis、Maven、FastDFS等。前后端交互使用redis作为数据缓存器，MySQL8作为各级组织权限以及备份数据存储工具。管理端为各参与方组织添加用户信息并为其赋予密钥，参与方使用颁发证书后的账户进入相应的信息录入界面，调用后端API接口按照智能合约链码实现数据上链的功能；用户识别模块使用小程序获取溯源ID后通过路由功能实现区块链数据的获取。大米供应链各参与方的信息录入以及信息存储以及查询。消费者在小程序端经区块链网络获取私钥解密获得明文十进制溯源ID。溯源ID逆向查询链上与本地数据库存储的信息时同时向查验节点服务器查询是否预存有该溯源ID，如果有，则读出溯源ID所对应的数据信息，然后查验节点服务器基于该溯源码通过不可逆加密算法计算出的哈希值，将该哈希值发送至区块链节点服务器询问，被询问的区块链节点服务器判断该哈希值与本地存储的哈希值是否相同进行数据校验，若相同，数据未被篡改。将数据返回前端以验证数据内容的正确性。
本发明的优势在于：
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，包括：
数据储存模块，包括数据存储和数据校验交换子模块，各组织节点将添加信息上传至互联网信息处理模块和本地数据库中，同时存储数据哈希摘要和RSA私钥。
数据处理模块，使用改进RSA算法生成的公钥将生成的溯源ID加密为密文后生成二维码。消费者扫描二维码将密文解密后获得溯源ID进行查询，当溯源ID与一个完整供应链区块的溯源ID相对应并进行哈希校验成功后，将数据返回在前端，完成正确性验证。
互联网信息模块，用于各参与方的区块链浏览器中显示区块高度，所参与组织节点，数据哈希以及交易ID、时间戳等，确保互联网信息模块数据的准确性。
用户识别模块，提供溯源二维码供消费者扫描二维码从系统获取该产品密文，对其解密获取溯源ID，加密后的二维码通过扫码工具扫描会获得随机码，使用具有解密功能的小程序对其进行扫码，对二维码解码得到密文内容及初次扫码时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，各组织节点包括农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点，农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点将各自的节点参数信息传输至经链码校验后将数据在链上公开，各组织和节点对数据形成共识后存入互联网信息处理模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，农户节点、原料厂商节点、加工厂商节点和销售节点上传的节点参数信息包括种植环境参数信息、质量检测原料合格证书发放信息、加工任务量信息和销售地址信息，其中销售地址信息进行比对成功后上传。
4.根据权利要求1所述的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，互联网信息模块还包括基础层、核心层和应用层；基础层为Fabric网络架构的基本组成部分，实现P2P网络并保证分布式存储的一致性；核心层包括成员服务、账本交易和存储、节点排序、链码运行以及信息上传各方达成的共识；应用层为应用程序提供接口对区块链网络进行调用，实现数据的录入查询以及状态监控。
5.根据权利要求1所述的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，数据处理模块还包括溯源ID生成工具，溯源ID生成工具采用雪花算法作为ID生成工具，包括时间差、workerID以及序列数；其中时间差是生成ID的系统时间与基础时间的总时间差；workerID是区分不同的机器以及应用的唯一ID；序列数是在每毫秒下的序列数，由参数SeqBitLength设定。
6.根据权利要求1所述的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，还包括管理端，管理端包括质量监管部门连接端口和粮食质量溯源平台连接端口，数据储存模块还包括哈希对比子模块，本地数据库包括关系型数据库和No SQL数据库。
7.根据权利要求1所述的一种基于互联网信息的溯源防伪系统，其特征在于，还包括智能合约，包括系统链码和用户链码，将链码编译成应用程序运行在docker中，其中系统链码用于实现底层系统功能，用户链码根据用户的不同需求实现相应功能，通过gprc与peer节点进行交互；将互联网信息模块底层部分与业务需求部分进行互通，以实现数据上链的要求以及溯源查询；智能合约部署在每一个组织节点上，使每个节点都保存一个完整的备份数据。
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