一种基于区块链的生鲜冷链物流溯源系统

1.本发明涉及一种基于区块链的生鲜冷链物流溯源系统。


背景技术：

2.传统冷链物流追溯系统存在数据集中存储可靠性低、易篡改，难以进行责任界定等问题，导致消费者权益无法保障，主要存在以下问题：
3.(1)易篡改。正是因为供应链企业各自为政，使得数据掌控权在自己手中，随时可以按照公司的业务需求实现新的业务功能，此时数据掌握在企业中，企业随时可以更改数据；多方企业联盟时，总会有一个公信企业作为主数据库，此时该企业拥有联盟企业的所有数据及其权限，使得联盟企业数据有被其他企业篡改的风险。
4.(2)难共享。由于生鲜冷链企业众多，且各企业之间各自为政，企业之间的数据差距较大，难以找到一个契机将自己是数据公开给其他企业。
5.(3)难溯源。供应链企业各自为政，缺乏统一标准，其信息的真实度只能依靠企业自身管理，生鲜产品信息又经过多层传递，当生鲜食品出现问题时，难以追查源头，使得生鲜食品溯源问题进一步增加。
6.目前的生鲜冷链追溯技术主要依据：包装、合格证、条形码或射频识别技术(rfid)中的信息来实现记录查询，记录的内容中包含了产品的生产厂家(地址、联系方式)、品名、生产批次、生产日期等等信息。传统溯源方法有许多不足之处，首先传统溯源法是中心化存储方式，在这种模式下，谁作为中心维护这个账本变成了问题的关键。无论是源头企业保存，还是渠道商保存，由于其自身都是流转链条上的利益相关方，当账本信息对其不利时，这类企业很可能选择篡改账本或者谎称账本信息由于技术原因而丢失，这会使得溯源流程失效。其次传统溯源采用的是信息孤岛模式，信息孤岛模式下，市场的各个参与者自我维护一份账本，这样的账本俗称台账，电子化后又被冠上进销存系统的名字。不论是实体台账还是电子化的进销存系统，拥有者都可以随心所欲地进行篡改或集中事后编造。第三，生鲜产品生产流转过程几乎处于封闭状态，由于信息的流通性低，断链行为时常发生，影响食品安全和市场良性发展格局。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对目前溯源系统的不足，提供一种基于区块链的生鲜冷链物流溯源系统，利用区块链技术解决传统溯源系统存在的数据存储中心化易篡改问题，保证生鲜食品数据的可靠性。结合区块链技术和链码功能加入生鲜食品的流通信息和使用信息，实现对生鲜食品的全过程监督，重点解决生鲜冷链的追溯难点。
8.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于区块链的生鲜冷链物流溯源系统，以超级账本fabric为开发平台，生鲜冷链食品为溯源对象，对生鲜冷链食品包括生产、物流运输及零售使用的过程进行数据记录追踪；通过证书认证的用户账号可实现产品信息在网页的查询，得到生鲜冷链食品包括生产信息、物流信息及使用信息在内的全部溯源信
息；所述溯源系统包括：
9.生产模块，对生鲜冷链食品生产过程中产生的信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为包括生产商名称、生产商编号、生产商地址、产品编号、生产日期、产品名称、追溯编号的信息进行录入和查询；
10.物流运输模块，对产品在物流运输转移过程中的信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为包括生产商编号、运输日期、承运司机、运输车牌号、操作员、操作员编号的信息进行录入和查询；
11.流通模块，对产品的存储信息和流通信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为包括店铺名称、销售时间、销售人员、追溯编号、运输车牌号的信息进行录入和查询；
12.销售模块，对产品的销售信息进行管理，包括信息录入和查询功能；具体为包括生鲜市场基本信息、入库时间、销售人员、追溯编号的信息录入和查询；
13.监管部门模块，对基础信息进行登记、查询及验证，各环节节点若因失误造成录入信息有误，可填写信息变更申请并提交监管部门模块，监管部门模块提供信息变更服务，且对具有危害身体健康的食品监管部门拥有食品召回功能；
14.消费者模块，拥有生鲜冷链食品信息全流程溯源查询功能，购买生鲜冷链食品时，消费者可按照产品上的溯源码在溯源系统上查询信息，进而挑选自己中意的产品购买；若购买的生鲜冷链食品发现有质量问题，反映相关问题，监管部门模块在收到投诉信息后将及时进行处理，对相关责任人按流程进行追查。
15.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
16.(1)数据防篡改：传统的追溯系统由核心企业负责数据的管理，当出现问题时，企业方为了维护各自利益，存在私下篡改数据的可能。区块链本质上是一个分布式账本，基于共识机制形成完整的数据结构。它是按时间顺序排序的链式结构，后一个区块包含前一个区块的时间戳。当数据发生篡改，区块头的哈希值随之发生变化，最终导致信息对应不上，所以区块链数据一旦上链就不易被篡改，从而保证在生鲜食品流通过程中的信息真实可信。
17.(2)参与方身份认证：hyperledger fabric自带fabric ca工具，参与者通过注册、登记、申请获取认证证书。hyperledger fabric是一个许可制的平台，参与者需要进行身份识别并得到访问许可才可以访问fabric，这一点减少了恶意节点的数量。参与方在交易过程中通过签名确认信息，从而保证交易的合法性和真实性。
18.(3)数据可溯源：生鲜冷链物流追溯的意义在于冷链食品经过许多复杂交易环节后，消费者仍然可以准确快速地查询出每个环节的信息。区块链的特殊数据结构可以保留交易各个环节的信息，链上的信息按照时间顺序排序。一旦发生产品质量问题，就可以追溯生产地到市场的所有流程、检测每个环节，从而解决可追溯问题。
19.(4)数据共享：区块链是去中心化的，网络中的节点平等的发送和接收消息共同维护账本。每个节点都有一个账本，任何一方出现问题都不影响进程。同时区块链系统公开透明，可以通过公开的接口查询区块链数据记录。因此，生鲜食品溯源链上的参与方可以信息互通，解决信息孤岛问题。
20.本系统解决如何保障生鲜冷链重要环节可追溯，且不可人为篡改。本发明能满足冷链产品生产、物流、销售全过程可溯源,杜绝人为干预,利用技术手段提升溯源系统的公
信力，满足生鲜产品流通环节可跟踪,为冷链食品企业、政府监管部门、用户提供一个一体化、防篡改、自动执行合约的一套区块链溯源平台。
21.通过区块链技术可以建立不同业务主体间的可信共享机制，各业务环节可快速低成本的接入区块链网络，在业务执行的同时自动向区块链共享账本提供本环节业务记录，共同维护统一的冷链溯源数据，实现生鲜冷链产品流转的自动记录和实时追溯；通过生鲜冷链物流溯源系统的实现，可以为公众和政府监管机构提供生鲜产品安全溯源服务，消费者可以通过浏览器输入产品唯一溯源码，了解所购产品真实的生产、物流、销售过程。
附图说明
22.图1为本发明系统业务流程。
23.图2为本发明系统架构模型。
24.图3为本发明系统功能模块图。
25.图4为本发明链码工作原理。
具体实施方式
26.下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
27.本发明一种基于区块链的生鲜冷链物流溯源系统，以超级账本fabric为开发平台，生鲜冷链食品为溯源对象，对生鲜冷链食品包括生产、物流运输及零售使用的过程进行数据记录追踪；通过证书认证的用户账号可实现产品信息在网页的查询，得到生鲜冷链食品包括生产信息、物流信息及使用信息在内的全部溯源信息；所述溯源系统包括：
28.生产模块，对生鲜冷链食品生产过程中产生的信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为包括生产商名称、生产商编号、生产商地址、产品编号、生产日期、产品名称、追溯编号的信息进行录入和查询；
29.物流运输模块，对产品在物流运输转移过程中的信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为包括生产商编号、运输日期、承运司机、运输车牌号、操作员、操作员编号的信息进行录入和查询；
30.流通模块，对产品的存储信息和流通信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为包括店铺名称、销售时间、销售人员、追溯编号、运输车牌号的信息进行录入和查询；
31.销售模块，对产品的销售信息进行管理，包括信息录入和查询功能；具体为包括生鲜市场基本信息、入库时间、销售人员、追溯编号的信息录入和查询；
32.监管部门模块，对基础信息进行登记、查询及验证，各环节节点若因失误造成录入信息有误，可填写信息变更申请并提交监管部门模块，监管部门模块提供信息变更服务，且对具有危害身体健康的食品监管部门拥有食品召回功能；
33.消费者模块，拥有生鲜冷链食品信息全流程溯源查询功能，购买生鲜冷链食品时，消费者可按照产品上的溯源码在溯源系统上查询信息，进而挑选自己中意的产品购买；若购买的生鲜冷链食品发现有质量问题，反映相关问题，监管部门模块在收到投诉信息后将及时进行处理，对相关责任人按流程进行追查。
34.以下为本发明具体实现过程。
35.1、系统溯源流程分析
36.系统业务流程主要包括生产环节、物流环节、流通环节、销售环节四个部分，每个环节对应于区块链一个节点，每个环节独立进行数据上传，并且通过共识机制同步到其他节点上，用户通过客户端查询，实现生鲜冷链全方位溯源。图1所展现的是系统业务流程。
37.fabric环境部署及链码开发：根据系统的功能需求部署fabric环境，系统环境配置有4个组织，分别对应生产商、物流商、经销商和超市四个现实场景，且4个组织的节点加入同一个通道，每个组织的节点上安装不同的链码以实现不同组织对生鲜食品不同操作功能的需求。
38.生鲜食品信息上传：生鲜食品在生产地被生产和包装，出厂时包装上会有唯一的产品溯源码。在产品流通到生产地、物流商、经销商和超市四个组织时，根据各组织节点上安装链码的功能，以生鲜食品溯源码为键，在终端或客户端用各个组织内经过认证的用户账号分别将生鲜食品的生产信息、物流信息、流通信息及使用信息上传到fabric区块链。
39.溯源信息查询：消费者在购买生鲜食品后，使用经过组织4认证的用户账号登录生鲜冷链物流溯源平台，输入产品溯源码，即可跳转至产品溯源信息显示界面，得到生鲜食品从生产到使用各个阶段的溯源信息，此过程仍通过链码4实现。通过追溯系统，可以向消费者展示有关冷链产品的详细信息，从而增强消费者对食品安全的信任。当冷链食品发生质量安全事故时，执法部门可以追溯问题环节，确定事故主要责任在哪里。
40.2、系统架构设计
41.本文生鲜冷链物流区块链追溯系统架构主要分为四层，即数据层、核心层、网络层、应用层。具体架构设计如图2所示。生鲜冷链上的所有事务实时在联盟链网络中向所有参与节点广播共享,实现信息的透明和高效传播，各节点用户可根据需要通过区块链对事务信息进行实时查询，将原来几天才能完成的从消费者到生产商的全程冷链追溯缩短到几秒钟。
42.数据层：区块链驱动的生鲜冷链监控追溯系统中，所有参与者都拥有完整副本，元数据由冷链参与者发送到区块中，但只有经过所有者许可才能被其他人访问。元数据上传到区块链上，被打包成区块进行加密同时盖上一个时间戳，区块按顺序连接形成区块链，时间戳证明了特定时刻一定存在特定数据。仅在链上所有参与者都同意时才能更改或添加区块，所以从技术上讲，只要数据规模够大，区块链上可以完全避免恶意欺骗或操纵数据。
43.核心层：智能合约是对区块链底层协议平台中账本进行操作的，是一段代码，它处理网络成员所同意的业务逻辑。区块链编程过程中需要将生鲜产品将采购管理、库存控制和供应能力分析等嵌入智能合约中，各业务主体的数据传输、择优性、智能预警性和信息查询追溯服务智能化，并且通过api接口可与私有数据库进行数据传输。
44.网络层：运用含有rfid技术、gps技术、云储存等在内的智能物联网核心技术对冷链食品实施数字化管理,可实现各个节点的信息追溯；智能化收集冷链食品生产、加工、消费状态等食品冷链物流追溯关键信息,防止人为因素干扰从源头将真实的信息数据传输上区块链,保证冷链食品的可靠性和相关性以增强信息收集和运用效率。网络层通过开放式的网络接口,将所采集冷链食品生产加工、运输贮藏等信息推送至上一层,实现不同主体间的信息共享。
45.应用层：主要为冷链食品相关企业和最终消费者等多方参与主体提供食品信息查询、物流信息可追溯的服务,可实现区域追溯平台相互联通,并与国家级平台实现联通,提
供公开透明的信息查询服务,精准定位“问题食品”,对于消费者而言,可通过冷链食品溯源码实时查询所需冷链食品的关键信息,进而加强冷链食品的甄别能力,保障消费者的合法权益。
46.3、系统功能模块设计
47.溯源系统的设计主要就是为了实现各个环节信息的可追溯功能，按照各环节的各自需求设计满足要求的业务功能模块。溯源系统的业务功能模块设计如图3所示，主要分为六大模块，即生产模块、物流运输模块、流通模块、销售模块、监管部门模块、消费者模块。每个模块都具备相应的业务功能，下面对各模块进行简要阐述。
48.生产模块主要是对生鲜产品生产过程中产生的信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为生产商名称、生产商编号、生产商地址、产品编号、生产日期、产品名称、追溯编号等信息进行录入。
49.物流运输模块主要是对产品在运输转移过程中的信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为生产商编号、运输日期、承运司机、运输车牌号、操作员、操作员编号等信息进行录入。
50.流通模块主要是对产品的存储信息和流通信息进行管理，包括信息录入和查询功能，具体为店铺名称、销售时间、销售人员、追溯编号、车牌号等信息进行录入。
51.销售模块，对产品的销售信息进行管理，包括信息录入和查询功能；具体为生鲜市场基本信息、入库时间、销售人员、追溯编号等信息录入和查询。
52.监管部门模块主要是对基础信息进行登记、查询及验证，各环节节点若因失误造成录入信息有误，可填写信息变更申请并提交监管部门，监管部门提供信息变更服务，且对具有危害身体健康的食品监管部门拥有食品召回功能。
53.消费者模块主要是拥有生鲜产品信息全流程溯源查询功能，购买产品时，消费者可以按照产品上的溯源码在溯源系统上查询信息，进而挑选自己中意的产品购买。若购买的生鲜产品发现有质量问题，反映相关问题，监管部门在收到投诉信息后将及时进行处理，对相关责任人按流程进行追查。
54.4、智能合约设计
55.网络中的组织通过协商确定背书策略并编写智能合约进行部署，通过背书策略指明区块链网络中哪些组织必须对一个既定智能合约所生成的交易进行签名，以此来宣布该交易有效。这些组织参与者通过调用链码中的智能合约来生成被记录到账本上的交易。智能合约属于触发式脚本，参与组织相互协商确定触发条件。当达到要求，即满足触发条件时，将进行自动化操作。极大的简化了工作流程，提高工作效率，并且减少人工操作的失误。各个参与节点结合自身实际需求，通过与区块链中的链码进行交互完成溯源数据上、下链功能。如图4所示为链码工作原理示意图。
56.基于区块链的生鲜冷链物流追溯系统的智能合约模块封装的是生鲜食品数据存储和查询的链码。一段完整的链码包含链码代码和链码管理命令两部分。链码代码是功能业务的承载体，负责具体的业务逻辑与身份认证。链码管理命令负责链码的部署，安装，调用等工作，命令中包含操作对象的数据信息。通过整体分析，运用在生鲜冷链物流系统上的链码其中代码层中的信息管理是为了与同一通道中的其他节点上的链码进行通信，并与客户端传来的命令进行交互，使链码中提供的节点地址被发现并通知。功能实现是根据系统
功能需求编写代码实现生鲜食品信息的上传及查询。管理命令层包含每一个操作对象的数据信息，链码名和通道名是此次操作命令需要指定的链码和通道。身份证明是指验证此次操作的用户身份，保证发起此次命令的用户是经过组织证书认证的。关键溯源信息则包括生鲜产品从生产到使用的所有上传到区块链上的信息，或者是查询所需要提交的生鲜食品溯源码。鲜冷链交易中信息上传和信息查询智能合约伪代码如表1和表2所示。
57.表1信息上传流程伪代码
[0058][0059]
表2信息查询伪代码
[0060][0061]
追溯方案利用链码调用实现交易过程，包括定义数据结构和调用各参与主体数据等内容，生鲜食品数据发布时，调用函数名称和参数是一个json结构的字段对象。根据链码，可查询生鲜食品相关信息，链码文件命名为foodstruct.go。
[0062]
定义数据结构。生鲜冷链物流数据结构包括生产信息、物流信息、流通信息、消费信息几部分主要内容，定义各组织提供数据的接口字段，使其成为在程序上可查询的结构体，每件生鲜产品拥有唯一的溯源码，根据溯源码，即可查询所有的信息。生鲜冷链物流数据在链码中的结构如下：
[0063]
[0064][0065]
合约初始化及调用。定义好数据接口后，通过init命令对链码进行初始化，实现init化方法，实例化账本。然后实现invoke方法获取对应函数名称、参数调用对应函数。
[0066][0067]
发布数据信息。通过add命令发布生鲜冷链相关数据，共识节点验证通过后存储在索引节点中以便检索。
[0068]
查询数据信息。数据查询通过产品唯一溯源码进行查询，通过get命令返回该历史
数据。
[0069]
本发明具有如下特点：
[0070]
1、信息溯源
[0071]
区块链技术通过分布式存储功能,使得每个区块之间依靠时间连接,因此可以按照时间顺序追溯到所需的信息数据,在区块链上清晰记录着冷链食品销售信息以及整条供应链运作环节信息,有利于消费者和监管机构及时追踪冷链食品的问题环节,可正向追踪、逆向溯源“问题食品”相关信息,精准定位责任主体。
[0072]
2、数据共享，防篡改
[0073]
区块链有一种“记账方法”,它通过不同节点之间通过网络进行信息同步与传播,使得数据被网络中参与到的用户同步,这样一来每一个节点都拥有着独立的“账本”,每次的修改都会被所有节点所记录。因为每个节点都是独立工作的,而且要使得不同节点中最终存储的数据内容一致的,如果更改是符合要求的就会记录到各个节点中,否则就不承认这一纪录。这样就使得信息公开透明,去中心化,不可随意修改,长久保存。
[0074]
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。