一种基于区块链技术的地理标志产品溯源的位置证明方法与流程

1.本发明属于地理信息安全的技术研究领域，具体的说是涉及一种基于区块链技术的地理标志产品溯源的位置证明方法。


背景技术：

2.目前，地标产品已经成为带动地方经济发展的标杆，为当地生产者带来了巨大的经济效益，对农民增收、企业增效具有重要的促进作用。但是，随着地理标志产品价值的不断提升，采用传统的管理方法，缺乏必要的防伪技术保护和支撑手段，假冒伪劣产品给正牌地理标志产品带来了较大的冲击，消费者无从辨别真假。在此背景下，基于位置的防伪追溯成为当前地理标志产品保护技术研究的热点。但目前技术存在共性问题：位置信息的采集手段比较单一。地理标志产品的位置信息录入，仅采用gps定位信息采集的方式，很难实现地标产品的全程溯源。例如，地标产品的生产过程，由于通常在视野开阔的处室外，可采用gps定位技术，但对于地标产品的加工、销售等环节通常在室内环境完成，无法使用gps定位技术进行位置信息采集。因此，地理标志产品溯源应实现生产、加工、运输、销售的全流程覆盖。
3.受地理标志产品的利益驱使，非法的商户会采用定位信息干扰等多种技术手段，对地理标志产品的位置信息进行虚假标注。因此，需要研究对于地理标志产品的位置信息进行基于第三方的证明方法。目前国内外学者提出的位置证明方法是目前一种流行的方式。
4.现有位置证明系统大致可分为两种：依赖于基础设施与独立于基础设施。但两种系统都采用中心式的系统架构，位置证明信息的存储、验证都需要在单点可信服务器上完成。存在以下弊端：(1)系统需要专用的大功率中央服务器用于服务大量用户，一旦服务过载，整个系统就会瘫痪。(2)中央服务器是信息安全的焦点，更容易成为恶意攻击的对象。(3)位置证明信息完全由中央服务器管理，中心服务器必须完全信任，很难实现有效的审核认证机制。因此，需要设计基于完全分布架构的可信位置证明方法。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种研究融合多种定位技术的基于位置证明区块链的地理标志产品溯源方法，实现地理标志产品位置信息采集的全覆盖和高精度，保证地理标志产品溯源信息更具有完整性。
6.为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.本发明是一种基于区块链技术的地理标志产品溯源的位置证明方法与系统。该方法包含4个阶段，阶段1：区块链网络构建，包括基于联盟链构建区块链网络结构，并通过生成节点证书、创建创世区块、设定共识算法实现网络初始化。阶段2：位置证明生成，包括请求节点向见证节点发送位置证明请求，见证节点检验来自请求节点的位置证明请求，请求节点反馈信息给见证节点，见证节点为请求节点生成位置证明。阶段3：位置信息验证及上
链，包括见证节点将位置证明信息返回给请求节点并广播至区块链系统，验证节点对位置证明进行验证，验证节点对位置证明信息上链。阶段4：地理标志产品的生产、加工、运输、销售全流程区块链管理，包括位置信息的全覆盖和高精度采集，生产、加工、运输、销售过程中的位置证明生成与上链，位置证明信息的查询与溯源。
8.本发明的有益效果是：
9.(1)本发明溯源信息更具有完整性：传统的地理标志产品采集位置信息存在局部区域缺失的问题，通过位置定位系统的切换、位置定位信息的融合，实现地理标志产品位置信息采集的全覆盖和高精度，保证地理标志产品溯源信息更具有完整性。
10.(2)本发明溯源信息更具有可信性：针对传统中心式系统架构存在单点信任等问题，本发明提出地理标志产品位置证明“上链”管理方法，实现公开透明的审查和防篡改机制，保证地理标志产品溯源信息具有可信性。
11.综上所述，与现有方法相比本发明具有地理标志产品溯源信息更完整、可信性更高的优势。
附图说明
12.图1是本发明区块链网络架构图。
13.图2是本发明区块链节点的交互流程图。
14.图3是本发明验证节点对位置证明信息上链示意图。
15.图4是本发明地理标志产品位置信息的组合定位示意图。
16.图5是本发明基于位置证明的区块链进行地理标志产品的全流程的管理的示意图。
17.图6是本发明地理标志产品的溯源取证图。
具体实施方式
18.以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。
19.本发明是一种基于区块链技术的地理标志产品溯源的位置证明方法，包括：
20.1、区块链网络构建，包括基于联盟链构建区块链网络结构，并通过生成节点证书、创建创世区块、设定共识算法实现网络初始化。
21.2、位置证明生成，包括请求节点向见证节点发送位置证明请求，见证节点检验来自请求节点的位置证明请求，请求节点反馈信息给见证节点，见证节点为请求节点生成位置证明。
22.3、位置证明验证及上链，包括见证节点将位置证明信息返回给请求节点并广播至区块链系统，验证节点对位置证明进行验证，验证节点对位置证明信息上链。
23.4、地理标志产品的生产、加工、运输、销售全流程区块链管理，包括位置信息的全覆盖和高精度采集，生产、加工、运输、销售过程中的位置证明生成与上链，位置证明信息的查询与溯源。
24.下面将结合实施例和附图，具体的介绍本发明。
25.本发明是一种基于区块链技术的地理标志产品溯源的位置证明方法，包括：
26.阶段1区块链网络构建，具体步骤为：
27.步骤1-1：定义网络结构。
28.区块链根据其成员加入方式的不同分为公有链、联盟链、私有链三种。联盟链是部分去中心化的区块链，可以进行查阅和交易，验证交易由联盟内部决定。地理标志产品溯源系统通常采用会员制的管理方式，因此本发明选择联盟链网络架构。
29.本发明的基于联盟链的区块链网络结构如图1所示，网络中包含4类节点：请求节点、见证节点、验证节点和记账节点，其中请求节点是发出地理位置证明请求的节点，图1中的请求者a为请求节点；见证节点是为请求节点提供地理位置证明的节点，即图1中的图1中的见证者b1、b2；验证节点是授权评估和验证请求节点位置证明的节点，记账节点负责向全网提供记账服务的节点，一般不单设，基于共识算法从网络中的验证节点中选取，客户是地理标志产品溯源系统的消费者，也可以是监管人员。请求节点、见证节点、验证节点之间采用近场通信如蓝牙、wifi等方式进行数据交互，请求节点、见证节点、验证节点的数据上链、区块链更新以及客户的查询溯源采用互联网进行数据通信。
30.步骤1-2：网络初始化。
31.区块链网络结构需要初始化才能进行运行，本发明的初始化步骤包括：为每个节点生成公/私钥对以及节点证书，定义配置文件并生成创世区块，设定基于pos(股权证明)的共识算法。
32.阶段2位置证明生成
33.位置证明的生成过程包括：请求节点向见证节点发送位置证明的请求，见证节点检验来自请求节点的位置证明的请求，请求节点反馈信息给见证节点，见证节点为请求节点生成位置证明，见证节点发送位置证明给请求节点并在区块链网络上进行广播。4类节点之间的交互及上链的流程如图2所示。
34.具体步骤包括：
35.步骤2-1：请求节点向见证节点发送位置证明请求。
36.请求节点p生成请求消息m1，并使用近场通信技术将其广播给其周围的见证节点w。请求消息m1定义为：
37.m1＝{idp,eindex,signp(stp)}，stp＝(locp,timep)
38.其中，idp是指请求节点p的id，即公钥；eindex是地理标志产品序列号；signp(stp)是p对其时空数据的私钥签名；stp是p的时空数据；locp是p发出请求时所在的空间位置；timep是p发出请求时的时间戳。
39.步骤2-2：见证节点检验来自请求节点的位置证明请求。
40.见证节点w在接收到消息m1后，利用m1中的公钥idp对signp(stp)进行解密得到stp＝(locp,timep)，检查时空数据(locp,timep)与见证节点w当前的时空数据(locw,timew)是否匹配。也即两者之间的差值是否在指定的阈值范围之内，公式定义为：
41.(locw-locp)≤maxr,(timew-timep)≤maxt
42.其中，locw是见证节点w的空间位置数据；maxr是空间阈值参数；timew是见证节点收到消息m1时刻的时间数据；maxt是时间阈值参数。
43.如果满足条件，见证节点w发送响应消息m2给请求节点p。响应消息m2定义为：
44.m2＝{pl,signw(pl)},pl＝{m1,locw,timew,idw}
45.其中，pl为位置证明信息；signw(pl)是见证节点w对位置证明信息pl的私钥签名；locw是见证节点w的空间位置数据；timew是见证节点收到消息m1时刻的时间数据；idw是见证节点w的id，即见证节点w的公钥。
46.步骤2-3：请求节点反馈信息给见证节点。
47.请求节点p接收到响应消息m2时，立即使用自己的私钥对m2签名并生成反馈消息m3，将其发送给见证节点w。消息m3定义为：
48.m3＝{m2,signp(m2)}
49.其中，signp(m2)是请求节点p对响应消息m2的私钥签名。
50.步骤2-4：见证节点为请求节点生成位置证明
51.见证节点w接收到反馈消息m3后，检查是否在预定义的时间内接收到消息m3，即见证节点w接收到消息m3时刻的时间数据与其接收到消息m1时刻的时间数据的差值，是否在指定的阈值范围之内。公式定义为：
52.(timew1-timew)≤maxt
53.其中，timew1是见证节点w接收到反馈消息m3时刻的时间数据；timew是见证节点w收到消息m1时刻的时间数据；maxt是设定的timew1和timew之间的时间阈值参数。
54.如果满足条件,见证节点w将创建一个交易tx。交易tx定义为：
55.tx＝{m3,signw(m3)}
56.其中，signw(m3)是见证节点w利用其私钥对反馈消息m3的签名。
57.阶段3位置证明验证及上链
58.为实现地理标志产品在流转过程中生成位置证明历史记录的防篡改、可审核的公开透明管理，需要进行位置证明记录的“上链”。具体步骤包括：
59.步骤3-1：见证节点将位置证明信息返回给请求节点并广播至区块链系统。
60.见证节点w将交易tx返回给请求节点p，并通过互联网数据通信将交易tx广播至区块链系统。
61.步骤3-2：验证节点对位置证明进行验证。
62.区块链系统使用pos(股权证明)共识算法，选择其中一个验证节点对位置证明请求节点p和见证节点w的数字签名进行验证。
63.具体过程包括：
64.1)对tx＝{m3,signw(m3)}的检验，验证节点v使用见证节点w的公钥idw对signw(m3)进行解密，并将解密后的m3与交易消息tx中包含的m3进行比对，检验是否一致。
65.2)对m3＝{m2,signp(m2)}的检验，验证节点v使用请求节点p的公钥idp对signp(m2)进行解密，并将解密后的m2与反馈消息m3中包含的m2进行比对，检验是否一致。
66.3)对m2＝{pl,signw(pl)}的检验，验证节点v使用见证节点w的公钥idw对signw(pl)进行解密，并将解密后的pl与响应消息m2中包含的pl进行比对，检验是否一致。
67.步骤3-3：验证节点对位置证明信息上链。
68.如果验证通过，验证节点v作为记账节点，将交易tx打包到当前区块。待交易数量达到区块设定的阈值时，将当前区块加入到区块链中，如图3所示。同时在区块链网络中广播验证节点v本地存储区块链的当前状态，其他节点收到广播后更新其本地存储，从而保证
全网区块链状态的一致。
69.阶段4地理标志产品的生产、加工、运输、销售全流程区块链管理。
70.该阶段步骤包括：位置信息的全覆盖和高精度采集，生产地、加工地、运输过程、销售地的位置证明的生成与上链，以及位置证明信息的查询与溯源。
71.具体步骤包括：
72.步骤4-1：位置信息的全覆盖和高精度采集
73.在地理标志产品的“生产”、“加工”、“运输”、“销售”等业务流程中，地理标志产品既可能位于具有开阔视野和广域空间范围的室外，也可能处于地下、室内的仓库、配送中心、零售店等区域。卫星定位系统、通信基站定位系统适合于室外地理标志产品位置信息的获取，而室内空间区域则需要使用基于传感器设备的定位技术。
74.因此，需要地理标志产品的电子标签与室外定位系统以及室内传感定位系统的快速切换，并通过位置定位信息的融合实现定位精度的增强，如图4所示。
75.其中，智能手机接收室内外定位系统的无线电信号并进行位置信息解算；系统切换与数据融合系统包括定位网关切换设备和数据融合服务器；定位网关切换设备依据设定的阈值规则进行定位方式的选择以及位置信息融合请求的发送和位置信息融合结果的转发；数据融合服务器基于加权平均算法进行位置信息的融合和精度增强；室外定位系统的无线电信号发射设备包括全球定位系统卫星和移动通信基站；室内定位系统的无线电信号发射设备包括wifi基站。具体流程包括：
76.步骤4-1-1：智能手机进行无线电信号采集。无线电信号信息包括：gnss信号、移动通信基站信号以及wifi基站信号。接下来，智能手机将采集的信号发送给定位网关切换设备。
77.步骤4-1-2：定位网关切换设备进行定位系统切换。定位网关切换设备对接收的无线电信息进行分析，基于阈值规则进行定位系统切换，具体公式为：
[0078][0079]
其中，如果定位网关切换设备检查智能手机发送的信息只包括gnss卫星信号(也即，signal
gnss
＝true)，则选择室外定位，设定posi_mode＝11。如果只包括移动通信基站信号(也即，signal
base_station
＝true)，则选择室外定位，设定posi_mode＝12。如果只包括wifi基站信号，则选择室内定位，设定posi_mode＝20。否则，选择混合定位，设定posi_mode＝30。接下来，将定位网关选择的定位模式发送给智能手机。
[0080]
步骤4-1-3：智能手机进行位置解算。智能手机依据接收的定位模式分别进行位置解算。如果posi_mode＝11，且卫星数量不少于4颗时，进行位置信息解算，位置信息的几何精度因子达到用户设定的阈值时，则将定位信息设定为loc＝loc
gnss
。
[0081]
同理，如果posi_mode＝12，且移动通信基站数量不少于4个时，进行位置信息解算，且位置信息的几何精度因子达到用户设定的阈值时，将定位信息设定为loc＝loc
base
。
[0082]
如果posi_mode＝20，且wifi基站数量不少于4个时，进行位置信息解算，且位置信
息的几何精度因子达到用户设定的阈值，则将定位信息设定为loc＝loc
wifi
。
[0083]
如果posi_mode＝30，首先，智能手机对单独的信号信息进行解算，分别得到gnss卫星、移动通信基站、wifi基站的位置解算位置：loc
gnss
、loc
base
、loc
wifi
。然后，智能手机将loc
gnss
、loc
base
、loc
wifi
发送给数据融合服务器，进一步执行位置信息的融合。步骤4-1-4：数据融合服务器进行位置信息的融合。数据融合服务器依据接收的loc
gnss
、loc
base
、loc
wifi
，通过加权平均算法进行位置信息的融合和精度增强，计算公式为：loc＝αloc
gnss
+βloc
base
+γloc
wifi
，α+β+γ＝1、0≤α≤1、0≤β≤1、0≤γ≤1
[0084]
其中，loc是融合后的位置，α、β、γ分别是loc
gnss
、loc
base
、loc
wifi
的权重。接下来，数据融合服务器将loc发送给定位网关切换设备。
[0085]
步骤4-1-5：智能手机将位置信息写入电子标签。定位网关切换设备将单独定位或混合定位的结果发送给智能手机，智能手机扫描电子标签并写入位置信息loc。
[0086]
步骤4-2：产、加工、运输、销售过程中的位置证明生成与上链。
[0087]
基于位置证明的区块链进行地理标志产品的生产、加工、运输、销售全流程的管理，基本流程如图5所示。
[0088]
具体流程包括：
[0089]
1)地理标志产品生产地的位置证明的生成与验证，如图5(1)所示。其中，包括请求节点p1，见证节点w11、w12以及验证节点v1。请求节点p1为智能手机。由于地理标志产品生产通常在具有开阔视野和广域空间范围的室外，请求节点p1的定位信息基于卫星和移动通信基站融合获取。
[0090]
见证节点w11和w12选择为移动通信基站设施。验证节点v1使用专用的电脑服务器。请求节点p1在确认其位置证明上链后，基于地理标志产品序列号eindex生成二维码电子标签，并将其粘贴在地理标志产品之上。
[0091]
2)地理标志产品加工地的位置证明的生成与验证，如图5(2)所示。其中，包括请求节点p2，见证节点w21、w22，以及验证节点v2。请求节点也为智能手机。由于地理标志产品加工通常在地下、室内的仓库或工厂，请求节点的定位信息切换为使用基于wifi的室内传感定位系统获取。
[0092]
在对地理标志产品加工前，请求节点扫描地理标志产品的二维码电子标签获得序列号eindex，并将其包含在请求节点发送的位置证明请求中。见证节点w21设备为智能手机，其与请求节点p2的近场通信采用蓝牙通信协议。见证节点w22是wifi基站，其与请求节点p2的近场通信采用wifi通信协议。验证节点v2也使用专用的电脑服务器。
[0093]
3)地理标志产品运输过程的位置证明的生成与验证，如图5(3)所示。其中，包括请求节点p3，见证节点w31、w32、w33，以及验证节点v3。请求节点p3也为智能手机。地理标志产品运输主要发生在道路网络以及物流站点，对于前者其定位信息使用卫星和移动通信基站融合获取，而对于后者则通过基于wifi基站的室内传感定位系统获取。
[0094]
在对地理标志产品运输前，请求节点p3扫描地理标志产品的二维码电子标签获得序列号eindex，并将其包含在请求节点p3发送的位置证明请求中。见证节点w31设备为智能手机，其与请求节点p3的近场通信采用蓝牙通信协议。w32是wifi基站，其与请求节点p3的近场通信采用wifi通信协议。w33是移动通信基站，其与请求节点p3的近场通信采用无线移动通信协议。w31、w32用于物流站点的位置证明见证，而w33用于道路网络上的位置证明见
证。验证节点v3也使用专用的电脑服务器。
[0095]
4)地理标志产品地的位置证明的生成与验证，如图5(4)所示。其中，包括请求节点p4，见证节点w41、w42、，以及验证节点v4。请求节点p4也为智能手机。地理标志产品销售主要发生在商场、超市、零售店等室内环境，因此其定位信息通过基于wifi基站的室内传感定位系统获取。
[0096]
地理标志产品运输在进入销售前，请求节点p4扫描地理标志产品的二维码电子标签获得序列号eindex，并将其包含在请求节点p4发送的位置证明请求中。见证节点w41设备为智能手机，其与请求节点p4的近场通信采用蓝牙通信协议。w42是wifi基站，其与请求节点p4的近场通信采用wifi通信协议。验证节点v4选择也使用专用的电脑服务器。
[0097]
步骤4-3：位置证明信息的查询与溯源。
[0098]
消费者、市场监管人员，使用智能手机设备扫描地理标志产品上的二维码电子标签得到序列号eindex。然后，查询区块链网络中所有区块，得到包含序列号eindex的所有位置证明记录，并按照时间顺序进行排列。依据消费者、市场监管人员的权限设置，可执行地理标志产品的原产地溯源取证或全流程溯源取证，如图6所示，其中，消费者执行原产地溯源取证，溯源查询地理标志产品在原产地位置证明请求者pl1发送请求时的位置信息以及对位置证明请求见证者w11和w12发送响应时的位置信息。市场监管人员执行全流程溯源取证，溯源查询分别得到地理标志产品位置证明请求者pl1、pl2、pl3、pl4时发送请求时的位置信息，以及对应的位置证明请求见证者(w11、w12)、(w21、w22)、(w31、w32、w33)(w41和w42)发送响应时的位置信息。
[0099]
与现有方法相比，本发明具有地理标志产品溯源信息更完整、可信性更高的优势。
[0100]
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。