农产品区块链信息可信评估差异化共享模型设计与实现

针对现有的农产品区块链溯源系统中，数据差异化共享与追溯效率不高，难以保障上链数据可信性的问题。该研究通过分析农产品供应链各环节业务逻辑与数据组成，设计了农产品区块链信息可信评估差异化共享模型。提出了农产品区块链信息可信评估差异化共享架构，构建了农产品信息存储优化模块，基于区块链技术建立企业链、溯源链，将数据按隐私性分账本存储于企业链，全供应链公开数据存入星际文件系统（InterPlanetary File System，IPFS）后，返回的数据哈希值存储于溯源链，通过企业链账本维护策略实现了供应链数据的高效性共享与追溯；设计了基于层次分析法的企业信誉度评估机制，根据企业和消费者对链上数据可信度的评估结果对数据发布节点进行信誉积分奖惩，提升链上数据可信性；并通过智能合约实现了数据格式和内容的链前监管。基于Hyperledger Fabric平台研发农产品区块链信息可信评估差异化共享系统，在某茶叶供应链上进行应用与测试。测试结果表明，此模型与现有数据差异化共享模型相比，数据存储时间缩短16.7%，隐私数据查询时间缩短10.01%，公开数据查询时间缩短38.3%。该研究提出的方法能够实现农产品供应链数据差异化共享，提供高效可信溯源服务，为农产品可信溯源系统的设计提供参考。     

融合HACCP体系的农产品区块链追溯系统精准上链机制改进

利用区块链技术实现可信追溯已成为追溯技术发展的重要趋势，区块链技术核心是解决上链以后信息不能篡改，而如何确定哪些信息上链并进行上链前信息验证是目前区块链应用亟待解决的问题。该研究以果品为例，融合危害分析与关键控制点体系（Hazard Analysis And Critical Control Point，HACCP）和区块链技术，改进农产品区块链追溯系统的上链机制并设计实现系统。通过对果品供应链进行危害分析挖掘其关键信息作为上链信息，并提取五个关键控制点（CCP1生产、CCP2加工、CCP3仓储、CCP4物流、CCP5销售）；在确定关键信息的基础上，对上链信息进行限值判定，在阈值范围内进行上链；构建数据异常和质量安全预警模型，对关键控制点处上链后的信息实时监控，智能反馈；从而构建"上链前关键信息挖掘-上链中信息事实判定-上链后信息智能反馈"的上链机制改进方法；围绕改进后的上链机制，编写阈值判定、数据上链以及数据智能反馈3种合约实现改进后的上链机制，并基于Fabric环境完成系统的设计和开发。将改进后的系统应用于北京市某果品企业，结果发现改进后的追溯系统平均吞吐量350交易量/s（Transactions per Second，TPS），每秒内可完成40条关键交易数据并发上链，相较于原有追溯系统提高14.85%，满足追溯系统的需求。此外，在3个月的现场监测中，共预警通知13次风险，企业根据预警级别作出相应的应急措施，可有效减少企业损失和和保障产品的质量安全。研究结果对于优化区块链追溯系统、提升关键环节追溯可信度具有重要意义。     

杂粮供应链区块链多链追溯监管模型设计

针对杂粮产品供应链链条长、主体多、区块链追溯过程数据无法差异化共享、链上数据难以实时监管等难题,通过分析杂粮供应链环节业务流程与监管特性,提出了基于区块链多链架构的杂粮追溯模型,并在此基础上建立多链数据存储架构,设计了基于监管授权组网建链的网络准入机制,并通过智能合约实现数据的链前监管与追溯节点的链上管控。为验证模型有效性,基于Hyperledger Fabric设计并实现区块链追溯系统,对山西忻州杂粮应用案例进行分析。在安全方面,企业组网授权扩散性测试密文平均改变率为82.53%,相关性测试密文平均改变率为82.39%,具备较高的安全性与混淆性。在效率方面,消费者查询公开追溯数据平均时间为0.415 s,监管部门调用跨链接口查询企业敏感追溯数据平均时间为0.871 s。结果表明,该研究设计并实现的面向监管的杂粮多链追溯系统在满足消费者追溯需求的基础上,能够实现追溯数据账本与链间交易记录的实时管控,为农产品区块链追溯监管系统研究提供借鉴与参考。     

基于区块链中继技术的集群式农产品供应链溯源模型

集群式农产品供应链具有链条长且多、生产分散、信息多源异构、网链结构复杂等特点。面向集群式农产品供应链区块链溯源的需求,多链式区块链比单链式区块链更具有优势。但多个区块链相互独立使得不同链上的数据相互隔离,导致不同联盟在多链式区块链网络中数据断裂,无法构成完整的溯源链条,该研究提出一种基于区块链中继技术的集群式农产品供应链溯源模型,打通联盟间的信息孤岛,实现整个供应链的信息贯通。分析集群式农产品供应链的业务构成,利用区块链中继技术打通供应链上下游区块链,构造集群式农产品供应链的中继多链拓扑结构和溯源模型;应用链借助中继链和跨链路由实现跨链交互,并通过Hyperledger Fabric背书策略检验跨链交易的有效性。最后,以集群式猕猴桃供应链为例,设计和实现了该模型的原型系统,并进行了功能、性能和扩展性的测试与分析。结果表明：在功能方面,该模型可以保证跨链溯源信息的完整性、可信性和有效性,能够有效解决多链式区块链溯源中的信息断链问题;在性能方面,系统数据写入的吞吐量最高为561.8（事务数/s,transactions/s）,高于单链式区块链的118.1 transactions/s;数据写入时延均值为1.49 s,优于单链式区块链的数据写入时延均值5.92 s;在扩展性方面,系统中链的数量能够按照业务需求动态增加,灵活应对集群式供应链变化。该模型能实现集群式农产品供应链溯源,研究结果对区块链溯源网络的扩大和实现行业性的统一布局、协同发展有一定意义。     

基于区块链的农产品追溯系统信息存储模型与查询方法

针对区块链追溯系统信息数据存储负载过大、查询效率低等问题,该文以果蔬菜类农产品为例,基于Hyperledger Fabric设计了一种区块链农产品追溯信息存储模型和查询方法。提出"数据库+区块链"的链上链下追溯信息双存储设计,本地数据库存储追溯明文数据,区块链上存储追溯数据加密后的哈希值,并在此基础上建立了外联数据库索引的查询方法。通过该方法与基于key键遍历查询和批次号字段查询的2种传统区块链数据查询方法进行对比测试,结果表明当区块链追溯记录总量达到11×10~4条,批次追溯记录条数为400时,该方法查询效率分别提高了70.56%和88.66%,有效解决了区块链链式结构中数据查询效率低的问题,保证了数据隐私安全,提高了追溯信息的可靠性与时效性。     

信息技术在农产品产地质量安全监管工作中的作用及对策探讨

本文简要介绍了信息技术在产地环境监测、投人品监管、生产过程控制及产销链追溯预警等农产品产地质量安全监管工作中的作用，探讨提出了推进信息技术在农产品产地质量安全监管中的应用对策建议。     

集群式农产品供应链区块链密文策略可验多部门监管方案

集群式农产品供应链区块链上的数据逐渐采用加密存储模式，给跨企业、跨生产环节的监管带来挑战。为了适应集群式环境下的监管、减小监管带来的隐私泄露风险，该研究基于CP-ABE提出了集群式农产品供应链区块链密文策略可验多部门监管方案。明确划分监管部门的监管权限，根据链上数据的监管策略，企业用户基于CP-ABE加密数据，在保证数据隐私的同时实现数据对相关监管者的公开；设计基于CP-ABE的密文访问树验证方案，结合智能合约与监管策略，在数据上链前验证CP-ABE的访问树，以确保数据对指定监管者的公开。基于Hyperledger Fabric构建了测试原型系统，测试结果表明，监管策略中监管者数量每增加10个，系统上链时间延长约500ms，吞吐量约为438事务数/s(transactions/s)；安全性分析表明，系统具有较高的安全性。该方案实现了区块链密文条件下多部门的细粒度监管，减小了发生在监管端的隐私泄露风险，能够应对集群式农产品供应链区块链加密存储带来的监管挑战。     

基于区块链技术的粮油食品溯源研究进展及展望

粮油食品供应链周期长、结构复杂、利益相关者众多，维护供应链的安全具有挑战性。近年来，特别是在粮食购销领域，存在"以陈顶新"、"转圈粮"、压级压价等现象，已严重威胁到粮食安全。追溯系统是一个能够对产品实施正向、反向和非定向跟踪的产品管理系统，可以连接粮油食品供应链的各个环节，监控原料采集、加工、储运、分销与销售过程，对粮食质量安全有重要保障。传统的追溯体系面临数据中心化、信息不透明、数据容易伪造、极易形成信息孤岛等问题。区块链作为继网络之后的下一代颠覆性技术，具备去中心化、分布式存储、匿名性、数据公开透明、内容不易篡改等新特点，为粮油食品供应链中的产品可追溯性问题带来新的解决方案。该文首先介绍近年来区块链智能合约、共识机制等关键技术的发展和应用，其次，阐述区块链技术应用到粮油食品溯源等领域的研究进展；最后，探讨当前粮油食品区块链溯源在存储、跨域与跨链、系统互操作性和可移植性等方面所面临的挑战，对区块链技术在粮油食品溯源领域中提高存储性能、跨域跨链、可扩展性等方面进行展望，为区块链技术在粮油食品中的创新应用提供参考。     

世界主要农业发达地区农产品追溯体系发展现状

确保安全和提升品质是现阶段世界范围内农产品的两大主题。基于现代信息科技及物联网技术的农产品追溯机制主要涉及两方面功用,一方面通过将供应链的相关信息透明化,最大程度降低生产者和消费者之间的信息不对称;另一方面通过在农产品供应链上下游实现追踪和溯源两大功能,推进农产品安全责任制,迎合了人们对农产品安全和品质的需求,引起了世界范围内的广泛重视,纷纷予以推动和实施。该文从追溯法律与法规、标准与规范、推动与实施3个层面阐述了欧美、日韩及台湾等世界主要农业发达地区农产品追溯体系的推进和最新发展情况,在列举典型追溯系统实例的基础上对比分析并总结了各自发展的特点,指出综合与精简是农产品追溯体系的发展方向,最后从机构、立法、标准、实施、验证等多个角度对中国农产品追溯体系的进一步发展、推广与深化提出建议,以期真正发挥追溯体系效用、守护国人健康。     

支持分布环境的农产品协同追溯平台构建

农产品追溯系统的深入研究与应用,迫切需要提升统一追溯和协同分析能力。该研究以现有不同品类农产品的追溯系统为基础,包含数据整合、模型分析、应用提供3个层面,设计了农产品协同追溯平台框架;构建了包括企业资质、质量检测、产品追溯、消费者反馈4个因素及14个因子的企业信誉评价指标体系,建立了评价模型,可实现基于追溯数据的信誉评价;研究了多源异构数据集成技术和分层动态追溯技术。以天津市为例,以Microsoft Visual Studio 2010软件作为系统设计和开发工具,开发了放心农产品一体化追溯平台,为消费者提供追溯服务,为职能部门提供分析决策。从并发访问能力和追溯效果两方面进行分析,当并发用户数达到40时,单个事务的平均响应时间达到19 s,接近较好用户体验的临界点;与目前已有的追溯系统相比,平台具有多品类追溯、追溯信息多样性、追溯互动性强等特点。研究结果可为提高追溯信息集成度、增强追溯结果分析能力提供参考。     

基于CSBFT区块链的农作物全产业链信息溯源平台设计

为提高农产品溯源信息的完整性、安全性及可信性,该文从农产品产业链角度出发,设计并实现基于区块链的农作物全产业链信息溯源平台。通过研究和分析农作物全产业链中从农资购买到粮食销售的信息流程,设计溯源平台的架构和功能模块。提出一种改进的区块链共识算法:基于信誉监督机制共识算法CSBFT(credit-supervisor byzantine fault tolerance),用以提高联盟链场景下共识机制的安全性和效率;设计并编写智能合约,自动化保存关键上链信息,并生成相应的溯源码供消费者查询。与传统食品追溯系统相比,采用区块链的农作物全产业链信息溯源平台具有去中心化及信息完整性、安全性、真实性和可靠性更高的优点;与现有基于区块链的食品溯源平台相比,CSBFT算法使得本平台在信息上链时具有更高的安全性和更小的时延。     

具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案

针对现有区块链物联网体系主要采用链上存储摘要链下保留原始数据的存储方式中链上无法直接获得真实数据的问题，提出了一种具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案。首先，边缘服务器将收集的同一批数据聚合到同一批事务中；其次，设计离群值可处理的自适应有损压缩方法，在满足用户保真度要求的前提下降低数据冗余；最后，压缩数据上链，实现区块链上物联网数据的高价值密度存储。与现有方案相比，该方案能提高链上存储真实物联网数据的效率。试验结果表明，在使用自适应压缩方法压缩数据时，针对不同的数据集会自适应选取k值，在满足用户重建精度的前提下，获得良好压缩效果，减少链上存储空间，提高了数据价值密度；相对于风速之类频率较高的数据，温湿度、二氧化碳等变化频率较低的数据可以获得较高的压缩比；当假设正常数据压缩比为10:1时，该方案可节省约85%的链上存储空间，相应的价值密度提高了约85%。该研究可为农产品溯源过程中的物联网数据高效存储提供解决方案，为实现分布式农业物联网数据压缩存储提供技术支持。     

5T智慧农场管理系统构建与应用探索

为了解决农作物生产管理、信息组织、感知、传输、处理技术分散等问题，该研究在创新5T（大5T：种期、苗期、秧期、籽期和产品期；小5T：熟收、田场、干燥、收仓和仓储）精准时效农业生产管理方法和标准的基础上，提出了基于农作物生长时效通道和存续时效区块的智慧农场基元模型、管理架构和5T管理系统架构；根据智慧农场的系统架构以动态物联码为抓手，融合物联网、智能感知、大数据和智能终端等技术，开发了水稻5T智慧农场管理系统；依托吉林大米产业联盟，围绕优质水稻籽期进行了系统的初步应用，发现了收获管理不当造成的7.16%隐性损失。基于5T管理的智慧农场系统在农作物生产管理上取得了显著增效、减损和提质的效果，5T智慧农场管理系统的精细管理与精准决策方法可将智能控制与无人农机装备紧密连接，为最终真正实现智能化的自主无人农场提供参考。     

数字果树及其技术体系研究进展

果树是重要的农林植物。在万物智联时代,利用数字化、智能化、网络化技术建立数字果树技术体系,实现对果树生命、生产和生态复杂系统的高效感知、认知和智慧管控,对于果业实现数字化转型具有重要意义。该研究在数字植物技术范畴下,系统论述了数字果树的概念和内涵,提出了数字果树技术体系框架。重点在果树表型信息获取、环境数据获取、三维模型计算、数字育种、果树大数据和虚拟现实技术等方面综述了数字果树研究进展。从产业应用角度,综述了数字果树技术在树形管理、生长监测、种植管理、农技培训、品牌营销等方面应用效果和挑战。最后,展望了数字果树发展趋势、研究热点和技术突破方向,以期为数字果树的进一步发展提供思路与借鉴。     

家畜和畜产品可追溯系统研究进展

阐述了构建家畜和畜产品可追溯系统对于食品安全和国际贸易的重要性和必要性，介绍家畜和畜产品可追溯系统的构成和特点，比较不同类型的畜体标识方法，归纳可追溯系统所涉及的信息网络等技术，回顾发达国家和地区可追溯制度建设和可追溯系统的实施情况，指出制约可追溯系统应用的主要问题。以及介绍中国进行可追溯系统试点研究的进展，提出家畜标识制作的新工艺与新方法，指出可追溯系统的发展方向和趋势，为建立适合中国国情的家畜和畜产品可追溯系统提供参考。