一种基于区块链溯源的农产品电商平台及实现方法与流程

本发明属于区块链技术领域、计算机网络通信领域、手机app软件开发领域等，系统技术应用于农业领域、农产品溯源领域以及食品安全领域。

背景技术：

自2016年勒索病毒事件爆发以来，“比特币”不断成为全球关注焦点。其底层技术“区块链”技术迅速走红，其去中心化、去信任、数据不可篡改的运行机制得到全球研究者的认可。

区块链(blockchain)是一种基于去中心化结构的数据库解决方案，这种技术方案由多个节点共同参与完成集体维护。区块链系统中参与维护的节点利用数据加密算法将系统内的交易信息数据打包并纪录到一个数据区块内，数据打包的同时这个区块会生成其唯一的区块密钥，这个密钥用于下个区块进行校验。基于区块链的数据库技术方案能够实现对系统中的数据流进行公开透明的记录、传输并进行不可篡改的存储，进而保障了其最后的结果一定是可信的。

随着研究的不断深入，区块链技术在数字货币、虚拟货币、资金信贷管理等金融领域都得到了普及，成功案例不胜枚举。实际上，区块链技术的应用场景并非仅限于金融和经济行业，其独特的技术特点和可靠的信任体系能够应用于更加丰富的产业中。

农产品是人们日常消费的生活必需品，食品安全关系到人们身体健康及生命安全，为了减少食品安全问题的发生，同时也保护特色农产品的名誉，农产品的溯源具有很强的必要性。区块链为农产品的溯源系统提供了可靠的解决方案，通过将生产信息存储至区块链系统中并将溯源数据对客户公开，能够为商户和消费者建立一条信任通道，从而实现真实可靠的农产品溯源。

技术实现要素：

本发明设计并实现了一种基于区块链溯源的农产品电商平台。整个系统如图1所示，由后台管理系统、区块链后台系统、生产过程录入系统以及溯源查询系统这四个系统组成。

这四个系统分为三个层级，生产过程录入系统为系统的前端采集层，后台管理系统和区块链后台系统为数据服务层，溯源查询系统为数据应用层。整个系统架构的核心是数据服务层，区块链系统和后台管理系统相交互，区块链进行数据的存储，后台管理系统实现电商平台的整体运行。生产过程录入系统一方面与后台管理系统对接，根据电商平台中的商户的基本商品信息采集相应的数据，另一方面与区块链后台系统相交互，将接入设备采集的各类农业溯源数据上传到区块链中进行存储。溯源查询系统通过小程序等支持用户直接参与的方式，通过检索后台管理系统数据库中与商品所映射的区块链地址，从区块链中获取该商品的全部溯源采集的信息数据显示在ui界面上。

整个溯源系统能够很好的融合电商平台和农户，并与区块链相结合，建立产品可溯源的开放式农产品平台。

本发明为农产品的溯源提供了可靠的解决方案。每个农产品都会根其种类和特性拥有一个唯一的二维码身份标识，这个二维码身份标识使用32位md5加密算法生成。商户能够通过生产过程录入系统对拥有身份标识的农产品进行生产过程数据入链，每次上传至区块链成功都会返回世界唯一的一个64位区块链hash地址。消费者在电商平台购买农产品后能够通过扫描农产品的二维码从区块链中获取农产品的生产流程，从而实现了真实、可靠的农产品溯源。

1)后台管理系统

后台管理系统由后台中心数据库构成，后台系统的整体架构如图2所示。

后台管理系统由数据库和前端页面组成，通过一种b/s架构实现。主要的功能是对接整合各类接入信息。电商平台由后台管理的数据库直接进行维护，电商平台的参与者有：农产品商户、消费者用户、物流配送等。农产品商户以销售者的身份加入电商平台，上传商品种类、价格等信息至后台管理系统，通过数据库建立映射关系。消费者以购买者的身份从电商平台中购买商品，在登录商城后也在后台管理数据库中具备了自己的信息。每个订单中都具备了产品商品信息、消费者信息、农户信息，当订单开始配送后，物流配送信息也将记录在订单信息当中，通过数据库主键映射的方式能够跟踪订单的配送详细信息。

电商平台为农户提供了商用销售平台，农户能够在平台上建立自己的店铺并根据自己农产品生产情况在商城中创建商品。另一方面，电商平台面向消费者用户开放，消费者能够通过多种方法注册访问到电商平台网址进行农产品的选购下单。

后台管理系统的核心数据库信息是直接与商城进行对接的，核心数据库信息包括农户注册到电商平台之后的商户信息、产品信息、销售订单信息、物流信息、服务信息等，这部分核心数据库信息内容及其后台逻辑保证了商城系统的顺利运行。另一部分属于商城维护所需要的数据内容，这部分主要是用于对电商平台的维护。例如防止恶意攻击、筛查商户合法性等，通过商城管理员和开发人员的维护保证商城系统的安全和可靠性。

此外，后台系统的数据接口将把商城内的产品信息、订单信息、物流信息等需要商户进行打包、发货操作所需的数据下传给商户app，商户能够使用手机直接进行打包和发货操作。

2)区块链后台系统

区块链后台系统通过以太坊进行实现，区块链后台与用户和商户相结合进行工作，其基本的系统架构如图3所示。区块链后台系统由区块链底层节点与区块链数据接口共同组成。区块链本身是一种分布式账本，具备去中心化、开放共识、数据不可篡改的主要优势特点。区块链是一种由多个节点共同进行维护的分布式账本技术，其主要所存储的数据形式是账户之间的交易数据，每个节点对账户所发起的交易进行确认，交易确认成功之后将被打包到新的区块中从而使整个区块链系统的结构更新，每个节点只能在最新的区块链结构下对交易进行确认，因此也保证了每个节点都拥有整个区块链交易信息总和的备份。区块链后台系统中，区块链底层节点负责数据写入区块链的共识以及整个区块链数据存储账本的整体维护。数据接口主要负责接收app录入系统的数据上传，并将数据进行格式上的转化交给区块链节点，区块链节点将数据进行后期的操作，将数据存储至区块链账本当中并与后台数据库建立数据查询的映射。区块链数据接口也负责溯源数据的查询。图3中所示为区块链后台系统与其他子系统的连接交互关系。溯源信息查询的请求发送至区块链系统之后，数据接口根据后台管理所存储的查询路径从区块链中查找相应的溯源数据发送给溯源查询系统。

区块链后台系统主要用于存储溯源信息。基本工作流程如图4所示。系统的核心是基于以太坊搭建的私有区块链，各个商户以节点的身份加入到链中并保持挖矿，每个商户节点的农产品生产采摘和打包过程的数据通过生产过程录入系统实现进行上传。节点获取到上传的数据之后会自动发起一笔私有链上的“交易”，随着节点的挖矿，上传“交易”数据信息将被打包到区块中，从而实现了生产过程数据的上链。

生产过程数据上链之后会返回一个唯一的区块链地址，用户通过这个地址能够查询到当前id的产品的生产过程数据。将区块链作为可靠透明的分布式数据仓库来使用。区块链后台系统高稳定性和可靠性以及不可篡改性的特点能够很好地为消费者用户提供一个准确的农产品溯源查询系统。

区块链技术本身是一种基于分布式账本的数据存储解决方案，而随着研究的不断深入，区块链完全可以应用在更多场景下。此外，以太坊是一种图灵完备的区块链系统。其中，智能合约这种条件达成即自动运行的脚本系统能够协助以太坊区块链实现更多功能。未来随着区块链架构的不断优化以及智能农业的发展，生产过程传感器节点将也能够实现智能入链，溯源过程及数据将会更加完善。

3)生产过程录入系统

生产过程录入系统主要用于将产品的生产过程的信息数据上传至区块链中，此外还能够通过商家app实现产品的打包和发货。

生产过程数据的录入主要分为两类，一类是生产环境数据，例如环境温度湿度、施肥灌溉情况等。此外就是产品的基本信息数据，例如产品名称、种类、采摘日期等等。生产环境数据可以通过传感器自动上传入链，而产品的基本信息将通过手机app实现扫码自动上传入链。

目前实现了的商家用户app的软件架构如图5所示，既可用于产品信息底层数据的采集与上传，同时兼顾了产品的打包和发货功能。商户app能够自动获取商城后台系统所存储的商品信息数据和订单数据，商户可以直接根据实际情况进行打包和发货，打包发货全程仅需要通过扫码和拍照的操作即可实现数据的自动上传，大量减轻了商户的工作量。

4)农产品溯源查询系统

农产品溯源查询系统是一个面向消费者用户的农产品生产信息溯源平台。整个系统中的每个单位数量的农产品都是有唯一的一个商品二维码标签。商户对产品的信息数据进行入链上传的时候就需要对这些二维码标签进行扫描上传，而当物流公司将商品送到消费者手中之后，消费者也需要扫描相同的二维码进行溯源信息查询。

溯源查询系统的基本运行架构如图6所示。溯源查询系统由一个web前端框架实现，一方面前端需要与区块链后台系统进行数据交互，另一方面需要根据需要将数据以合适的方式展示给用户。此外，本系统中实现的查询系统与微信小程序和公众号进行对接，能够在用户进行扫码溯源查询的时候进入到微信小程序进行显示。

用户查询溯源信息的二维码标签本身是一个网址，网址内容本身是一个http请求地址，地址中包含了产品的32位md5加密标签；当用户的手机终端执行了http网址之后，后台首先会根据md5加密标签从数据库中查询到该产品的区块链地址；然后查询网页web前端根据所获得的区块链地址向区块链溯源查询接口发送http请求；区块链后台系统会根据唯一的区块链地址查询该产品的相应生产信息并返回给查询界面web前端，前端界面根据相应的ui需求进行设计和数据展示，从而实现了消费者用户的产品溯源查询。

附图说明

图1为整个溯源系统的架构图。

图2为后台管理系统架构与运行流程图。

图3为区块链后台系统的架构运行图。

图4为区块链后台接口系统的运行逻辑。

图5为商户溯源app的软件运行逻辑图。

图6为溯源查询系统的架构运行图。

图7为后台管理界面截图。

图8为商户在电商平台添加商品生产流程纪录的截图。

图9为商户手机app登录商户截图。

图10为商户手机app进行产品的扫码，并自动上传生产信息纪录的截图。

图11为商户手机app进行发货的截图。

图12位消费者用户收到物流信息并进行溯源的界面。

图13位消费者用户收到物流信息并进行溯源的界面。

具体实施方式

下面结合附图1-13并运行实际的案例对本发明做进一步说明，并通过系统实际运行情况检验实际溯源效果。

步骤1：卖家在电商平台网站上进行商户注册，在网站上定制自己的店铺，之后进入店铺中会显示图7店铺后台管理页面；

步骤2：卖家建立店铺成功之后根据实际农场的情况添加自己的商品，添加商品后需要根据实际的需要选择生产流程所需纪录的信息数据以及合适打包流程，具体操作情况如图8所示。

步骤3：商品添加完成之后，商户需要为农场内的农产品添加标签，其中，在目前已经实现上线的系统中，标签是以二维码的形式粘贴在产品上的，这里有的产品适合单个贴标签，有些产品由于其形状和特征不适合每个都贴标签，需要在打包过程中给运输的包装贴标签，这时生产信息会以整个包装为单位进行记录；

步骤4：在收到消费者的订单之后，商户将开始对农产品进行采摘，采摘过程需要商户使用手机app登录，如图9所示；

步骤5：整体采摘过程也属于生产信息录入过程，商户需要首先进行扫码，入图10所示，当产品扫码确认成功之后会自动跳转至拍照页面，再拍照完成之后，所有的产品录入数据包括经纬度坐标、产品标号、时间等都会自动上传至区块链中；

步骤6：当数据上传到区块链的后台系统之后，区块链后台系统将收到上传的数据之后，默认账户会对另一个账户发起一笔交易，上传的数据将会将会存在交易内容的data字段中，此外，整个区块链系统的默认节点启动的同时都会保持自动挖矿，因此这笔存储数据的交易将会第一时间被处理，区块链后台系统执行截图如图11所示；

步骤7：当消费者用户下单成功之后，后台管理系统会收到订单情况，此时后台核心数据库将增加订单的详情，同时商户手机app也能够获得订单内容，商户在收到订单之后可以执行打包操作，并根据订单情况联系物流公司进行发货，发货页面如图12所示，物流订单编号二维码可以通过发货页面扫码进行获取和录入。

步骤8：发货完成之后，物流公司开始配送，当配送完成之后，用户需要在商城界面确认收货，此时消费者用户可以通过扫描产品上的二维码标签查看溯源详情，图13所示即为扫码完成之后的内容。

本系统中现阶段溯源查询系统与微信公众号和小程序进行对接，扫码的同时会进入溯源查询小程序。

图13显示的是页面的上半部分，包含了产品的md5加密id编码以及区块链地址，下面是在采摘打包时纪录的照片，用户可以将收到的产品和照片中的产品进行比对。

通过各个子系统的集成以及一系列顺利的操作和对接，本发明能够保证为消费者用户提供一个公开透明的农产品溯源系统，为农户和消费者打造一条信任的通道。