CN116662291A - 基于区块链和ipfs的建筑材料供应链数据管理系统及方法 - Google Patents

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张国栋
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Abstract

本发明涉及一种基于区块链和IPFS(InterPlanetary File System，星际文件系统)的建筑材料供应链数据管理系统及方法，本发明利用区块链和IPFS技术，设计并实现出了一种聚合多源异构数据的建筑材料供应链协同管理平台。线下采集建筑材料供应链中的多源异构数据上传到云平台接口，通过IPFS技术存储文件，在区块链上记录IPFS文件索引地址，各方通过协同管理平台进行业务流操作，以此实验建筑材料供应链协同管理。与现有技术相比，本发明具有等安全性高、时效性好、可追溯性强等优点。

Description

基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统及方法
技术领域
本发明涉及建筑材料供应链管理技术领域，尤其是涉及一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统及方法。
背景技术
工程材料的质量对建筑的安全性至关重要，但是传统工程材料供应链的各个环节相互割裂，无法做到信息的实时共享和溯源管理，导致对材料质量的监管难度大、效率低。此外，工程材料的质量信息往往存储在供应链某一参与方的数据库中，材料信息容易被篡改。同时，在存储多源异构数据时，传统的存储方法数据安全性较低，在实现上也较为困难繁琐，
目前针对工程材料供应链质量管理的研究，大多没有考虑从信息流管理的角度进行工程材料供应链质量管理。为了解决这个不足，一些研究尝试利用RFID(RadioFrequency Identification，无线射频识别)、GIS(Geographic Information System，地理信息系统)等信息技术提高工程材料供应链的信息管理能力。例如，Kim S等提出了一种基于RFID的预拌混凝土物流管理策略及信息系统，可以提高混凝土搅拌车物流管理的效率。但是，这些研究主要关注如何获取与工程材料质量相关的信息，而没有考虑信息的可追溯性和透明度，以及不同参与方之间信息的交互。因此，参与方之间信息的自动交互以及质量信息的可追溯性和透明性研究，是目前工程材料供应链质量管理中存在的研究不足。
同时，如何存储大量的多源异构数据也是亟需解决的问题，建筑材料供应链数据包含图像、音频、视频等非结构化数据，与传统的利用数据库的结构化数据有较大区别。目前，大多数存储多元异构数据的方式仅是存储数据的文件路径，数据易被篡改与丢失。
区块链技术与IPFS技术能够很好地满足供应链信息管理的要求。相关学者认为区块链技术能够大大减少人为因素和故意虚假信息的影响造成的损失，消除人员流动中参与者之间的信任问题，IPFS能满足多元异构数据存储的需求。但是研究区块链技术与IPFS技术在工程材料供应链质量管理中应用的文献还很少，并且主要采用定性的方式论述相关技术应用的可行性，缺乏可操作性的方法。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统及方法，实现对工程材料供应链全过程质量信息的智慧监管。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，包括用户端、智能合约模块、区块链、文件分片模块及数据查询与存储模块；
所述用户端执行的操作包括：提供建筑材料供应链文件、与所述IPFS节点进行交互、与所述智能合约模块进行交互及与所述文件分片模块进行交互；
所述智能合约用于记录建筑材料供应链领域的相关业务逻辑与合规性校验；
所述文件分片模块用于将输入文件进行分片处理，并随机选择密钥对所述文件分片进行加密，得到加密文件分片；
所述数据查询与存储模块包括IPFS节点及数据库，用于储存所述加密文件分片；
所述区块链用于储存所述加密文件分片及各个环节的交易信息。
进一步地，所述用户端与所述IPFS节点进行交互包括：
用户端提供建筑材料供应链文件，将建筑材料供应链文件写入IPFS节点；
用户端接收IPFS节点返回的文件哈希值。
进一步地，所述用户端与所述文件分片模块进行交互包括：
用户端将IPFS节点返回的文件哈希值提供给文件分片模块，以对建筑材料供应链文件进行分片。
进一步地，所述用户端与所述智能合约模块进行交互包括：
用户端调用智能合约模块查询公钥；
当用户通过所述数据查询与存储模块查询数据时，会调用智能合约代码将相关数据以交易的方式写入区块链中。
进一步地，所述用户端供建筑材料供应链中的上下游各方操作，建筑材料供应链中的各方信息都存储在IPFS节点中，并且建筑材料供应链中的各方都维护一个或多个IPFS节点作为数据存储节点。
进一步地，所述IPFS节点用于提供数据查询与存储服务，采用IPFS节点进行数据存储包括以下步骤：
S101、接受数据；
S102、对接受的数据进行合规性校验，若校验通过，则执行步骤S103，否则要求用户重新上传数据；
S103、将通过合规性校验的数据进行打包，并生成数据指纹；
S104、将打包完毕的数据上传至IPFS节点中，同时IPFS节点广播此份数据，接收到广播的节点在其节点本地保存一份冗余数据，并以S103中生成的数据指纹作为数据索引；
S105、数据上传至IPFS节点后，系统调用链码将所述数据指纹与相关业务记录写入到区块链中。
进一步地，步骤S101中，由IPFS节点的数据采集层采集数据，通过IPFS数据接口传输到系统中，用运行IPFS节点的服务器对数据进行接收。
进一步地，所述IPFS节点用于提供数据查询与存储服务，采用IPFS节点进行数据查询包括以下步骤：
S201、用户根据数据指纹查找相关的数据；
S202、根据用户输入的指定查询条件，调用部署的链码，查询相关记录是否存在，若存在则执行步骤S203，否则结束查询；
S203、在链码中读取步骤S103中生成的数据指纹，同时与IPFS服务节点建立连接，等待读取、查询操作；
S204、将所述数据指纹发送给IPFS节点进行查询，IPFS节点返回相应的返回值；
S205、根据所述返回值下载相关数据文件，并为用户反馈相关的返回结果。
一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理方法，应用如上所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统实现，参与方包括总包单位、监理单位及建设单位，数据管理方法包括以下步骤：
S301、在施工完毕后，总包单位自检合格后，调用链码将相关业务信息通过超级账本提交至区块链中，并在所述相关业务信息的尾部添加总包单位的关键信息；
S302、监理单位审查相关的总包单位信息，调用相关链码判断总包单位链码上传的信息是否合规，若合规，给出审查通过意见，否则给出返修意见；
S303、通过超级账本将所述监理单位的审查意见提交至区块链中；
S304、建设单位调用链码进行审查，若审查通过，则给出审查通过意见，否则给出打回意见；
S305、通过超级账本将所述建设单位的审查意见提交至区块链中。
进一步地，所述超级账本包括提案背书、排序打包及验证更新操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、针对建筑材料供应链信息的多元化，本发明利用IPFS技术作为多元异构数据存储的机制，满足了音视频、图像等非结构化数据传输上链的现实需求，能够有效防止数据被篡改与丢失。
2、针对信息的实时共享，本发明设定每一笔完成的业务都会实时上链，实时可查询，时效性好。
3、本发明通过利用区块链技术，建筑材料供应链各方皆运行数个区块链节点与IPFS节点，数据保存在节点本地，任何一方无法单独对数据进行修改，安全性高。
4、本发明通过将建筑材料供应链相关数据长期保存在各方数据节点中，同时有各个组织节点皆有冗余备份，使信息可追溯追责。
5、本发明设定每一笔业务交易都通过链上代码完成，信息的合规性规范通过事先校验并编码进链上代码中，实现上链信息的合规性检查。
附图说明
图1为本发明实施例中的IPFS数据存储与查询架构图；
图2为本发明实施例中的IPFS数据存储与查询流程图；
图3为本发明实施例中的供应链溯源流程图；
图4为本发明实施例中的业务系统GUI界面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统及方法，可以实现对工程材料供应链全过程质量信息的智慧监管，包括：(1)信息的多元化；(2)信息实时共享；(3)信息无法篡改；(4)信息可追溯追责；(5)信息合规性检查。
如图1所示，为本发明实施例的IPFS(InterPlanetary File System，星际文件系统)数据存储与查询架构图，对于本发明提出的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，参与系统运行的层次包括智能合约模块、区块链、文件分片模块及数据查询与存储模块等结构。
本实施例中，数据查询与存储模块包括IPFS节点及数据库。
其中，IPFS节点是数据存储的载体，在本发明中，建筑材料供应链中的各方信息都存储在IPFS节点中，并且各方都维护一个或多个IPFS节点作为数据存储节点，作为本发明的核心模块，IPFS节点能够起到数据备份、数据共享、数据防篡改等作用。
图1中所示的用户端在本实施例中特指建筑材料供应链中的上下游各方，各方都能向IPFS节点发起数据存储请求与查询请求，能够实时共享相关的建筑材料供应链数据。具体内容包括：调用智能合约以查询公钥，与IPFS节点进行交互，将建筑材料供应链文件写入IPFS节点、接收IPFS节点返回的文件哈希值，将IPFS节点返回的文件哈希值提供给文件分片模块，以对建筑材料供应链文件进行分片等操作。
智能合约是在本系统中主要用于连接用户、IPFS与区块链的中间件，智能合约中记录着当前建筑材料供应链领域的相关业务逻辑与合规性校验。当用户通过IPFS存储查询数据时，同时也会调用智能合约代码将相关数据以交易的方式写入区块链中。
本实施例中，文件分片是指：在用户将相关建筑材料供应链数据存储到区块链中时，不是以传统的上传整个文件的形式完成的，而是将文件进行分片处理，每个文件进行分片之后，会随机选择密钥对文件分片进行加密，得到加密文件分片，存储在IPFS节点或数据库中，保障数据安全，再写入区块链中。即对应建筑材料供应链的数据存储操作。
如图2所示，为本发明具体实施案例的IPFS数据存储与查询流程图，包括以下步骤：
步骤1：首先由用户选择进行数据存储或数据查询。在数据存储过程中，将数据采集层采集到的数据通过本系统的IPFS数据接口传输到系统中，用运行IPFS节点的服务器对数据进行接收，等待执行下一步操作；在数据查询过程中，用户可自行登录系统中根据文件指纹查找相关的数据。
步骤2-1：在数据存储阶段，本系统接收到用户上传的多源异构数据之后将会进行合规性校验。校验规则事先编码在系统中，如果校验通过，转入下一步，如果校验不通过，将会要求用户重新上传数据。
步骤2-2：在数据查询阶段，用户输入指定的查询条件，调用部署的链码，查询相关记录是否存在，若存在则进入下一步，若相关记录不存在，则结束查询。
步骤3-1：在数据存储阶段，系统将已经通过校验的数据读取，将其打包，并生成满足IPFS规范的相关数据指纹。每一份数据被暂存在服务器中，等待上传至IPFS节点中。
步骤3-2：在数据查询阶段，系统在链码中读取在步骤3-1中得到的数据指纹，同时与IPFS服务节点建立连接，等待读取、查询操作。
步骤4-1：在数据存储阶段，系统将打包完毕的数据上传至IPFS节点中，IPFS节点将会广播此份数据，接收到此广播的节点将会在其节点本地保存一份冗余数据，同样以3-1中生成的数据指纹作为数据索引。
步骤4-2：在数据查询阶段，系统读取到数据指纹后，将指纹发送给IPFS节点进行查询，IPFS节点返回给系统相应的返回值。
步骤5-1：在数据存储阶段，数据上传至IPFS后，系统将会调用链码将是数据指纹与相关业务记录写入到区块链中。
步骤5-2：在数据查询阶段，根据返回值下载相关的数据文件，并且反馈给用户相关的返回结果。
对于本发明提出的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理方法，基于上述系统实现，参与方包括总包单位、监理单位及建设单位，各方协同相关职能工作。如图3所示，数据管理方法包括以下步骤：：
步骤1：在施工完毕、总包单位自检合格后，调用链码将相关信息依次通过提案背书、排序打包和验证更新等步骤提交至区块链中，并在相关信息的尾部添加总包单位的关键信息。
步骤2-1：监理单位审查相关的总包单位信息，调用相关链码判断总包单位链码上传的信息是否合规，若合规，给出审查通过的意见，并做记录。执行下一步，如果不合规，将相关不合规信息记录。
步骤2-2：监理单位在给出相关审核信息之后，将审核信息同样通过提案背书、排序打包与验证更新的步骤写入到区块链中，交由下一单位进行审查。
步骤3-1：建设单位调用链码进行审查，审查规则事先编码在链码中，如果审查通过给出通过的意见，如果审查不通过，做记录，并执行下一步。
步骤3-2：建设单位将审查意见与相关的审查资料通过提案背书、排序打包和验证更新等步骤提交至区块链中。
如图4所示，为本实施例构建的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统界面示意图，该界面设计了订单、收货、浇筑等表单，可供用户上传不同阶段的订单信息。
综上所述，本发明利用IPFS技术作为多元异构数据存储的机制，满足了音视频、图像等非结构化数据传输上链的现实需求，能够有效防止数据被篡改与丢失；结合区块链技术，建筑材料供应链各方皆运行数个区块链节点与IPFS节点，数据保存在节点本地，任何一方无法单独对数据进行修改，安全性高。同时，本发明设定每一笔完成的业务都会实时上链，实时可查询，在一种具体实施方式中，可辅以邮件通知与二维码分享，使信息使得各方可实时共享。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，包括用户端、智能合约模块、区块链、文件分片模块及数据查询与存储模块；
所述用户端执行的操作包括：提供建筑材料供应链文件、与所述IPFS节点进行交互、与所述智能合约模块进行交互及与所述文件分片模块进行交互；
所述智能合约用于记录建筑材料供应链领域的相关业务逻辑与合规性校验；
所述文件分片模块用于将输入文件进行分片处理，并随机选择密钥对所述文件分片进行加密，得到加密文件分片；
所述数据查询与存储模块包括IPFS节点及数据库，用于储存所述加密文件分片；
所述区块链用于储存所述加密文件分片及各个环节的交易信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，所述用户端与所述IPFS节点进行交互包括：
用户端提供建筑材料供应链文件，将建筑材料供应链文件写入IPFS节点；
用户端接收IPFS节点返回的文件哈希值。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，所述用户端与所述文件分片模块进行交互包括：
用户端将IPFS节点返回的文件哈希值提供给文件分片模块，以对建筑材料供应链文件进行分片。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，所述用户端与所述智能合约模块进行交互包括：
用户端调用智能合约模块查询公钥；
当用户通过所述数据查询与存储模块查询数据时，会调用智能合约代码将相关数据以交易的方式写入区块链中。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，所述用户端供建筑材料供应链中的上下游各方操作，建筑材料供应链中的各方信息都存储在IPFS节点中，并且建筑材料供应链中的各方都维护一个或多个IPFS节点作为数据存储节点。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，所述IPFS节点用于提供数据查询与存储服务，采用IPFS节点进行数据存储包括以下步骤：
S101、接受数据；
S102、对接受的数据进行合规性校验，若校验通过，则执行步骤S103，否则要求用户重新上传数据；
S103、将通过合规性校验的数据进行打包，并生成数据指纹；
S104、将打包完毕的数据上传至IPFS节点中，同时IPFS节点广播此份数据，接收到广播的节点在其节点本地保存一份冗余数据，并以S103中生成的数据指纹作为数据索引；
S105、数据上传至IPFS节点后，系统调用链码将所述数据指纹与相关业务记录写入到区块链中。
7.根据权利要求6所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，步骤S101中，由IPFS节点的数据采集层采集数据，通过IPFS数据接口传输到系统中，用运行IPFS节点的服务器对数据进行接收。
8.根据权利要求6所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统，其特征在于，所述IPFS节点用于提供数据查询与存储服务，采用IPFS节点进行数据查询包括以下步骤：
S201、用户根据数据指纹查找相关的数据；
S202、根据用户输入的指定查询条件，调用部署的链码，查询相关记录是否存在，若存在则执行步骤S203，否则结束查询；、
S203、在链码中读取步骤S103中生成的数据指纹，同时与IPFS服务节点建立连接，等待读取、查询操作；
S204、将所述数据指纹发送给IPFS节点进行查询，IPFS节点返回相应的返回值；
S205、根据所述返回值下载相关数据文件，并为用户反馈相关的返回结果。
9.一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理方法，其特征在于，应用如权利要求1-8任一所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理系统实现，参与方包括总包单位、监理单位及建设单位，数据管理方法包括以下步骤：
S301、在施工完毕后，总包单位自检合格后，调用链码将相关业务信息通过超级账本提交至区块链中，并在所述相关业务信息的尾部添加总包单位的关键信息；
S302、监理单位审查相关的总包单位信息，调用相关链码判断总包单位链码上传的信息是否合规，若合规，给出审查通过意见，否则给出返修意见；
S303、通过超级账本将所述监理单位的审查意见提交至区块链中；
S304、建设单位调用链码进行审查，若审查通过，则给出审查通过意见，否则给出打回意见；
S305、通过超级账本将所述建设单位的审查意见提交至区块链中。
10.根据权利要求9所述的一种基于区块链和IPFS的建筑材料供应链数据管理方法，其特征在于，所述超级账本包括提案背书、排序打包及验证更新操作。
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