CN117195298A - 一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置，包括：通过DPOS共识选出受托人节点集群，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者；云端获取冷链产品流通数据，并进行数据清洗、加密和上链操作；监管节点获取监管权限，并进行数据溯源及溯源信息验证操作。采用基于BFT改进共识来执行溯源共识操作，通过使用DPOS共识和基于BFT改进共识的混合共识机制，有效解决了传统区块链在冷链溯源领域中的性能和安全性问题。与现有技术相比，本发明兼顾了高吞吐性、去中心化和高容错性的优势，通过本发明，可以实现对冷链产品流通数据的可追溯性和质量验证，提升冷链行业的管理水平和信任度。

Description

一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别是涉及一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置。

背景技术

近年来，随着全球贸易的不断扩大和食品安全问题的日益凸显，冷链物流管理和产品溯源成为了重要的关注领域。冷链产品，如食品、药品和化妆品等，需要在整个供应链中保持适宜的温度和湿度，以确保其质量和安全性。然而，由于供应链的复杂性和信息不对称的问题，冷链产品的追踪和追溯过程面临着许多挑战。

目前，传统的冷链产品追溯方法主要依赖于中心化的管理系统，这种方法容易出现信息篡改、数据不透明和风险共担等问题。此外，由于数据存储在单一实体中，数据的可信度和可靠性存在一定的风险。因此，需要一种安全、可靠、去中心化的方法来解决冷链产品的追溯问题。

区块链作为一种分布式账本技术，提供了一种去中心化的解决方案，可以确保数据的不可篡改性和可追溯性。然而，目前存在的大多数区块链共识算法在冷链产品溯源领域的应用还面临着一些挑战。例如，传统的共识算法可能会导致高延迟和低吞吐量的问题，无法满足实时追溯的需求。此外，一些共识算法可能存在安全性和效率方面的缺陷。

因此，需要一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置，以克服现有技术的限制。这种混合共识方法将结合多种共识算法，以平衡安全性、效率和可扩展性的要求，实现冷链产品的高效追溯。通过引入区块链技术和混合共识算法，我们可以确保冷链产品的数据安全、透明度和可追溯性，为消费者提供更可靠的产品信息，并促进冷链物流管理的优化与升级。

发明内容

发明目的：针对背景技术中指出的问题，本发明公开一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置，以解决传统冷链产品追溯方法存在的诸多问题。

技术方案：本发明提供了一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法，包括如下步骤：

步骤1：采用DPOS共识，从冷链产品利益相关方节点中选出受托人节点集群，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者；

步骤2：云端获取冷链产品流通数据，并进行数据清洗、加密和上链操作；

步骤3：监管节点获取监管权限，并进行数据溯源及溯源信息验证操作，监管节点集群采用基于BFT改进共识，执行溯源共识操作；所述BFT改进共识包括：

步骤3.1：客户端向主节点发起共识请求；

步骤3.2：主节点收到客户端共识请求；

步骤3.3：客户端向参与共识的节点发布预准备信息{PRE-PREPARE,n,l,s,D,d}；n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，s为决策区块序号，D为消息内容，d为消息内容摘要；

步骤3.4：判断参与共识的节点是否接收预准备信息，如果是，跳转步骤3.5，如果否，跳转步骤3.6；

步骤3.5：决策审查节点向参与共识的节点发送签名共享信息{SIGN-SHARE,i,n,l,s,D,d}；i为节点编号，n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，s为决策区块序号，D为消息内容，d为消息内容摘要，跳转步骤3.8；

步骤3.6：本轮共识结束，跳转步骤3.7；

步骤3.7：集群节点数量减额，重新调整故障节点和备份节点数量以满足n＝3f+2b+1；n为集群节点总数，f为假设的故障节点数，b为备份节点数，跳转步骤3.1；

步骤3.8：判断决策审查节点是否收到2f+b+1个节点的签名共享信息，如果是，跳转步骤3.9，如果否，跳转步骤3.10；

步骤3.9：决策审查节点合并签名共享信息，向决策区块写入决策通过证明信息{DECISION-PASSED,i,n,l,d,val(2f+b+1)}，并将其广播给参与共识的节点；val(2f+b+1)为2f+b+1阈值签名操作输出值，跳转步骤3.11；

步骤3.10：本轮共识结束；

步骤3.11：参与共识的节点赞同决策块中的请求，并向秘书节点提交签名状态信息；

步骤3.12：判断秘书节点是否收到f+b+1个节点的签名状态信息，如果是，跳转步骤3.13，如果否，跳转步骤3.14；

步骤3.13：秘书节点合并签名状态信息，向决策区块写入决策实施通过证明信息{IMPLEMENT,i,n,l,d,val(2f+c+1),val(f+c+1)}，并将其广播给参与共识的节点；val(2f+b+1)为2f+b+1阈值签名操作输出值，val(f+b+1)为f+b+1阈值签名操作输出值，跳转步骤3.15；

步骤3.14：本轮共识结束；

步骤3.15：节点间共识实施完毕，并将决策实施通过证明信息发送给客户端节点；

步骤3.16：本轮共识结束。

进一步地，所述步骤1具体操作为：

步骤1.1：区块链系统发起参与受托人节点竞选的登记；

步骤1.2：区块链系统确定初始候选人列表，列表中包含有意参与竞选，成为受托人的节点；

步骤1.3：区块链系统发起候选人资格评选，将通过资格评选的候选人加入最终候选人列表；

步骤1.4：根据持币者的持币数量，为每个持币者分配投票权重；

步骤1.5：区块链系统进入选举流程，持币者投票给他们认为值得信任的候选人节点；

步骤1.6：区块链系统进入投票计数过程，根据每个候选人节点获得的投票权重进行计数；

步骤1.7：根据选举结果，选择得票最高的21个节点作为受托人节点，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者集合；

步骤1.8：本轮受托人节点选举结束，区块链系统进入选举激励阶段，奖励利益相关方节点在本轮DPOS共识中的积极行为，惩罚利益相关方节点在本轮DPOS共识中的恶意行为。

进一步地，所述步骤2具体操作为：

步骤2.1：将云端获取的冷链产品相关数据进行数据清洗；

步骤2.2：将完成数据清洗的冷链产品数据存入云端存储区；

步骤2.3：将云端存储区数据进行SHA256加密；

步骤2.4：将进行SHA256加密后的冷链数据发送至实行DPOS共识的冷链产品利益相关方节点群，由冷链产品利益相关方节点通过DPOS共识进行上链操作。

进一步地，所述步骤3具体操作为：

步骤4.1：监管节点集群获取监管权限；

步骤4.2：调取冷链产品溯源信息，并将溯源信息发送至所有监管节点；

步骤4.3：监管节点集群采用基于BFT改进共识，执行溯源共识操作；

步骤4.4：判断监管节点是否达成共识，如果是，跳转步骤4.5，如果否，跳转步骤4.8；

步骤4.5：生成冷链产品质量合格证明信息，并将质量合格证明信息明文写入云端；

步骤4.6：将冷链产品质量合格证明信息进行SHA256加密，并将加密后的密文存入区块链系统中；

步骤4.7：广播产品质量合格信息，跳转步骤4.11；

步骤4.8：生成冷链产品质量不合格证明信息，并将质量不合格证明信息明文写入云端；

步骤4.9：将冷链产品质量不合格证明信息进行SHA256加密，并将加密后的密文存入区块链系统中；

步骤4.10：广播产品质量不合格信息；

步骤4.11：结束。

本发明还公开一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据上述基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法的步骤。

有益效果：

1、本发明通过采用DPOS共识机制，从冷链产品利益相关方节点中选出受托人节点集群，实现了参与者的投票和决策过程的民主化和去中心化。这有助于优化行业生态和合作关系，增加参与者之间的互信和合作。通过奖励积极行为和惩罚恶意行为，能够促进行业参与者遵循规则和诚信经营，推动整个冷链行业的健康发展。

2、本发明结合云端存储和数据处理技术，实现了冷链产品数据的清洗、加密和上链操作。这样可以实现冷链行业的数字化转型，提升数据处理和管理的效率。同时，通过区块链技术的应用，使得冷链数据具备不可篡改和可追溯的特性，为行业参与者提供了更加透明和可信的数据环境。

3、本发明引入监管节点和基于BFT改进共识的溯源共识机制，有效提升了监管的能力和效果。监管节点能够获取监管权限，实施对冷链产品的数据溯源和信息验证，从而加强对冷链行业的监管和管理。有助于防止冷链产品的伪造、篡改和不合规行为，维护市场秩序和消费者权益。

4、本发明使用DPOS共识和基于BFT改进共识的混合共识机制，基于BFT的改进共识采用了多节点共同验证机制，降低了DPOS共识中潜在的寡头垄断风险和恶意节点作恶风险、防止DPOS共识中潜在的数据分叉情况的发生，从而确保数据的一致性和准确性，提高系统的整体安全性和可靠性。

5、本发明通过采用基于区块链的溯源方法和混合共识机制，该专利能够实现对冷链产品的全程追溯，确保产品质量和安全性。通过溯源信息的可信度和不可篡改性，消费者可以更加信任冷链产品的来源、生产环境和运输过程，从而提高消费者对产品质量的满意度。

附图说明

图1为本发明一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法整体流程图；

图2为采用DPOS共识从冷链产品利益相关方节点中选出受托人节点集群流程图；

图3为监管节点获取监管权限，并进行数据溯源及溯源信息验证操作；

图4为本发明一种基于改进的BFT共识节点间消息传送流程示意图；

图5为本发明一种基于改进的BFT共识流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本发明公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

本发明公开了一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法及装置，基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法参见图1，具体包括如下步骤：

步骤1：采用DPOS共识，从冷链产品利益相关方节点中选出受托人节点集群，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者。采用DPOS共识从冷链产品利益相关方节点中选出受托人节点集群参见图1，具体包括如下步骤：

步骤1.1：区块链系统发起参与受托人节点竞选的登记。

步骤1.2：区块链系统确定初始候选人列表，列表中包含有意参与竞选，成为受托人的节点。

步骤1.3：区块链系统发起候选人资格评选，将通过资格评选的候选人加入最终候选人列表。

步骤1.4：根据持币者的持币数量，为每个持币者分配投票权重。

步骤1.5：区块链系统进入选举流程，持币者可以投票给他们认为值得信任的候选人节点。

步骤1.6：区块链系统进入投票计数过程，根据每个候选人节点获得的投票权重进行计数。

步骤1.7：根据选举结果，选择得票最高的21个节点作为受托人节点，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者集合。

步骤1.8：本轮受托人节点选举结束，区块链系统进入选举激励阶段，奖励利益相关方节点在本轮DPOS共识中的积极行为，惩罚利益相关方节点在本轮DPOS共识中的恶意行为。

步骤2：云端获取冷链产品流通数据，并进行数据清洗、加密和上链操作。

步骤2.1：将云端获取的冷链产品相关数据进行数据清洗。

步骤2.2：将完成数据清洗的冷链产品数据存入云端存储区。

步骤2.3：将云端存储区数据进行SHA256加密。

步骤2.4：将进行SHA256加密后的冷链数据发送至实行DPOS共识的冷链产品利益相关方节点群，由冷链产品利益相关方节点通过DPOS共识进行上链操作。

步骤3：监管节点获取监管权限，并进行数据溯源及溯源信息验证操作，参见图3。

步骤3.1：监管节点集群获取监管权限。

步骤3.2：调取冷链产品溯源信息，并将溯源信息发送至所有监管节点。

步骤3.3：监管节点集群采用基于BFT改进共识，执行溯源共识操作，参见图4和图5：

步骤3.3.1：客户端向主节点发起共识请求。

步骤3.3.2：主节点收到客户端共识请求。

步骤3.3.3：客户端向参与共识的节点发布预准备信息{PRE-PREPARE,n,l,s,D,d}。所述n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，s为决策区块序号，D为消息内容，d为消息内容摘要。

步骤3.3.4：判断参与共识的节点是否接收预准备信息，如果是，跳转步骤3.3.5，如果否，跳转步骤3.3.6。

步骤3.3.5：决策审查节点向参与共识的节点发送签名共享信息{SIGN-SHARE,i,n,l,s,D,d}。所述i为节点编号，n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，s为决策区块序号，D为消息内容，d为消息内容摘要。跳转步骤3.3.8。

步骤3.3.6：本轮共识结束，跳转步骤3.3.7。

步骤3.3.7：集群节点数量减额，重新调整故障节点和备份节点数量以满足n＝3f+2b+1。所述n为集群节点总数，f为假设的故障节点数，b为备份节点数。跳转步骤3.3.1。

步骤3.3.8：判断决策审查节点是否收到2f+b+1个节点的签名共享信息。所述f为假设的故障节点数，b为备份节点数。如果是，跳转步骤3.3.9，如果否，跳转步骤3.3.10。

步骤3.3.9：决策审查节点合并签名共享信息，向决策区块写入决策通过证明信息{DECISION-RASSED,i,n,l,d,val(2f+b+1)}，并将其广播给参与共识的节点。所述i为节点编号，n为集群节点数，l为默克尔树证明操作序号，d为消息内容摘要，val(2f+b+1)为2f+b+1阈值签名操作输出值。跳转步骤3.3.11。

步骤3.3.10：本轮共识结束。

步骤3.3.11：参与共识的节点赞同决策块中的请求，并向秘书节点提交签名状态信息。

步骤3.3.12：判断秘书节点是否收到f+b+1个节点的签名状态信息。所述f为假设的故障节点数，b为备份节点数。如果是，跳转步骤3.3.13，如果否，跳转步骤3.3.14。

步骤3.3.13：秘书节点合并签名状态信息，向决策区块写入决策实施通过证明信息{IMPLEMENT,i,n,l,d,val(2f+c+1),val(f+c+1)}，并将其广播给参与共识的节点。所述i为节点编号，n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，d为消息内容摘要，val(2f+b+1)为2f+b+1阈值签名操作输出值，val(f+b+1)为f+b+1阈值签名操作输出值，跳转步骤3.3.15。

步骤3.3.14：本轮共识结束。

步骤3.3.15：节点间共识实施完毕，并将决策实施通过证明信息发送给客户端节点。

步骤3.3.16：本轮共识结束。

步骤3.4：判断监管节点是否达成共识，如果是，跳转步骤3.5，如果否，跳转步骤3.8。

步骤3.5：生成冷链产品质量合格证明信息，并将质量合格证明信息明文写入云端。

步骤3.6：将冷链产品质量合格证明信息进行SHA256加密，并将加密后的密文存入区块链系统中。

步骤3.7：广播产品质量合格信息，跳转步骤3.11。

步骤3.8：生成冷链产品质量不合格证明信息，并将质量不合格证明信息明文写入云端。

步骤3.9：将冷链产品质量不合格证明信息进行SHA256加密，并将加密后的密文存入区块链系统中。

步骤3.10：广播产品质量不合格信息。

步骤3.11：结束。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此技术的人能够了解本发明的内容据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变换或装饰，都应涵盖在本发明的保护范围之类。

Claims (5)

1.一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采用DPOS共识，从冷链产品利益相关方节点中选出受托人节点集群，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者；

步骤2：云端获取冷链产品流通数据，并进行数据清洗、加密和上链操作；

步骤3：监管节点获取监管权限，并进行数据溯源及溯源信息验证操作，监管节点集群采用基于BFT改进共识，执行溯源共识操作；所述BFT改进共识包括：

步骤3.1：客户端向主节点发起共识请求；

步骤3.2：主节点收到客户端共识请求；

步骤3.3：客户端向参与共识的节点发布预准备信息{PRE-PREPARE，n，l，s，D，d}；n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，s为决策区块序号，D为消息内容，d为消息内容摘要；

步骤3.4：判断参与共识的节点是否接收预准备信息，如果是，跳转步骤3.5，如果否，跳转步骤3.6；

步骤3.5：决策审查节点向参与共识的节点发送签名共享信息{SIGN-SHARE，i，n，l，s，D，d}；i为节点编号，n为集群节点总数，l为默克尔树证明操作序号，s为决策区块序号，D为消息内容，d为消息内容摘要，跳转步骤3.8；

步骤3.6：本轮共识结束，跳转步骤3.7；

步骤3.7：集群节点数量减额，重新调整故障节点和备份节点数量以满足n＝3f+2b+1；n为集群节点总数，f为假设的故障节点数，b为备份节点数，跳转步骤3.1；

步骤3.8：判断决策审查节点是否收到2f+b+1个节点的签名共享信息，如果是，跳转步骤3.9，如果否，跳转步骤3.10；

步骤3.9：决策审查节点合并签名共享信息，向决策区块写入决策通过证明信息{DECISION-PASSED，i，n，l，d，val(2f+b+1)}，并将其广播给参与共识的节点；val(2f+b+1)为2f+b+1阈值签名操作输出值，跳转步骤3.11；

步骤3.10：本轮共识结束；

步骤3.11：参与共识的节点赞同决策块中的请求，并向秘书节点提交签名状态信息；

步骤3.12：判断秘书节点是否收到f+b+1个节点的签名状态信息，如果是，跳转步骤3.13，如果否，跳转步骤3.14；

步骤3.13：秘书节点合并签名状态信息，向决策区块写入决策实施通过证明信息{IMPLEMENT，i，n，l，d，val(2f+c+1)，val(f+c+1)}，并将其广播给参与共识的节点；val(2f+b+1)为2f+b+1阈值签名操作输出值，val(f+b+1)为f+b+1阈值签名操作输出值，跳转步骤3.15；

步骤3.14：本轮共识结束；

步骤3.15：节点间共识实施完毕，并将决策实施通过证明信息发送给客户端节点；

步骤3.16：本轮共识结束。

2.根据权利要求1所述的基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法，其特征在于，所述步骤1具体操作为：

步骤1.1：区块链系统发起参与受托人节点竞选的登记；

步骤1.2：区块链系统确定初始候选人列表，列表中包含有意参与竞选，成为受托人的节点；

步骤1.3：区块链系统发起候选人资格评选，将通过资格评选的候选人加入最终候选人列表；

步骤1.4：根据持币者的持币数量，为每个持币者分配投票权重；

步骤1.5：区块链系统进入选举流程，持币者投票给他们认为值得信任的候选人节点；

步骤1.6：区块链系统进入投票计数过程，根据每个候选人节点获得的投票权重进行计数；

步骤1.7：根据选举结果，选择得票最高的21个节点作为受托人节点，作为冷链产品数据上传云端和上链的决策者集合；

步骤1.8：本轮受托人节点选举结束，区块链系统进入选举激励阶段，奖励利益相关方节点在本轮DPOS共识中的积极行为，惩罚利益相关方节点在本轮DPOS共识中的恶意行为。

3.根据权利要求1所述的基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法，其特征在于，所述步骤2具体操作为：

步骤2.1：将云端获取的冷链产品相关数据进行数据清洗；

步骤2.2：将完成数据清洗的冷链产品数据存入云端存储区；

步骤2.3：将云端存储区数据进行SHA256加密；

步骤2.4：将进行SHA256加密后的冷链数据发送至实行DPOS共识的冷链产品利益相关方节点群，由冷链产品利益相关方节点通过DPOS共识进行上链操作。

4.根据权利要求1所述的基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法，其特征在于，所述步骤3具体操作为：

步骤4.1：监管节点集群获取监管权限；

步骤4.2：调取冷链产品溯源信息，并将溯源信息发送至所有监管节点；

步骤4.3：监管节点集群采用基于BFT改进共识，执行溯源共识操作；

步骤4.4：判断监管节点是否达成共识，如果是，跳转步骤4.5，如果否，跳转步骤4.8；

步骤4.5：生成冷链产品质量合格证明信息，并将质量合格证明信息明文写入云端；

步骤4.6：将冷链产品质量合格证明信息进行SHA256加密，并将加密后的密文存入区块链系统中；

步骤4.7：广播产品质量合格信息，跳转步骤4.11；

步骤4.8：生成冷链产品质量不合格证明信息，并将质量不合格证明信息明文写入云端；

步骤4.9：将冷链产品质量不合格证明信息进行SHA256加密，并将加密后的密文存入区块链系统中；

步骤4.10：广播产品质量不合格信息；

步骤4.11：结束。

5.一种基于区块链混合共识的冷链产品溯源装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1～4任一项所述的基于区块链混合共识的冷链产品溯源方法的步骤。