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。     

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。     

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。     

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。     

新一代信息技术对农产品追溯系统智能化影响的综述

从为应对疯牛病问题至今,追溯系统作为农产品及食品质量安全保障的有效手段引入已有近30a,如何降低追溯断链化、增强追溯可信度、提升质量预警力,已成为追溯系统研究的热点,也是应用中亟待解决的问题。该文基于国内外相关文献,瞄准热点问题,综述了新一代信息技术对农产品追溯系统智能化的影响。首先,提出了追溯系统从1.0到3.0的发展历程,总结了追溯系统1.0以信息记录为主、2.0以数据整合为主、3.0以智能决策为主的核心特征;其次,描述了以物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等为核心的新一代信息技术之间在信息感知、数据处理、高效计算、智能分析、加密防伪等方面各有侧重又相互关联的内在关系,分析了大数据、人工智能及区块链的发展趋势;最后,从人工智能技术降低追溯过程断链程度、大数据技术提升质量安全预警能力、区块链技术增强全程追溯可信度等3个方面,综述了相关研究,结合发展趋势提出了深入研究的方向,即人工智能从供应链内部及供应链之间提升追溯粒度,大数据从微观、中观及宏观层面实现预测与优化,区块链从追溯区块结构优化、隐私保护及共识算法等方面增强追溯可信度。该文为把握农产品追溯系统发展趋势、研究热点、应用瓶颈提供有益参考。     

基于XML的蔬菜溯源信息描述语言构建及在数据交换中的应用

可追溯体系作为控制农产品质量安全的有效方法日益受到世界各国重视,供应链各环节与溯源中心间的异构数据交换是建立以政府监管为中心的农产品溯源系统急需解决的问题。XML（eXtensible Markup Language,可扩展标记语言）是先进的网络语言标准和网络信息共享的重要工具,采用可扩展标记可描述各种数据结构。该文在分析供应链数据流基础上,总结蔬菜溯源数据模型;以实现数据无缝交换为目标,基于XML构建了VTML（Markup Language for VegetableTraceability,蔬菜溯源信息描述语言）,并设计了VTML Schema;应用VTML于蔬菜溯源系统数据交换。结果表明,采用ADO.NET开发数据交换接口,以VTML语言为基础的数据交换模式,通过VTML文档和关系型数据库数据间的映射,屏蔽了数据源间的差异。应用VTML是实现蔬菜溯源数据交换的有效手段。     

基于嵌入式Linux技术的农产品流通追溯系统设计与实现

农产品流通环节是实现农产品质量追溯系统的关键环节,为改进传统方式如索证、索票等在建立农产品流通追溯系统时存在的操作不足,该文以农产品可信流通控制技术为基础,采用“硬控制”的设计思路,以自主研发的多功能嵌入式农产品流通专用设备为控制工具,以上位机农产品流通追溯系统为业务支撑,建立了基于Linux嵌入式技术的农产品流通阶段质量追溯系统。多功能流通专用设备集RFID（radio frequency identification）身份识别、二维条码打印、无线数据上传于一体,实现了产品准入、市场抽检和市场追溯,并通过网络、POS（point of sales）机实现了公众查询追溯服务,建立了可操作的农产品流通追溯系统模型,具有良好的推广应用前景。     

基于农产品供应链的质量安全可追溯系统

为加强农产品质量安全管理,保证消费者身体健康,从农产品供应链的角度出发,提出基于农产品供应链的质量安全可追溯系统的设计方案。在危害分析和关键控制点(hazard analysis and critical control point,HACCP)管理体系的指导下,利用二维码技术、数据库技术、网络信息技术进行系统的构建和开发,实现了农产品在整个供应链上从种植、采收、加工到销售的全程跟踪和溯源,有效地加强了对农产品质量安全的监管,保证消费者最终知情权。目前,该系统在江苏江阴地区实际测试效果良好,验证了方案的可行性和有效性。     

生鲜农产品供应链近场通信智能数据采集终端系统设计与开发

为了解决生鲜农产品供应链信息传递不连续、不完整、不真实等问题,防止农产品给人民生活健康带来威胁,该研究开发了基于近场通信技术的数据采集终端。该文分析了生鲜农产品供应链数据采集设备及工作环境的特点,开发一种基于近场通信技术(near field communication)、北斗系统(bei dou system)及全球移动通信系统(global system for mobile communications)集成技术的生鲜农产品供应链数据采集终端。该终端包含4个模块:NFC模块、系统CPU模块、北斗模块和GSM模块及电路系统。终端在写入数据时,同时将北斗加密数据通过NFC芯片PN532写入NFC标签,并通过GSM模块以短信的方式传递给后台数据库,利用RS232将数据信息传入节点企业平台,实现生鲜农产品数据信息的三重备份。该采集终端借助物联网及无线传感网的技术优势,实现生鲜农产品供应链各环节数据的自动智能采集并进行加密,满足企业在生产过程中不断变化环境下的数据采集及存储需求,该终端在极端环境下读取速度虽然降低了10%~25%,但存储率依然为100%,满足生鲜农产品供应链数据采集的需要,能够实现节点企业间信息连续度,为实现生鲜农产品可追溯提供参考。     

基于地理位置解析的种子溯源双向动态交互模型及实现

为更好解决农作物种子溯源问题,帮助生产企业统计分析经营状况,实现交互式营销,该文利用种子电子代码,通过分开录入售前阶段各级分销信息,分层写入地理代码集合,在用户验证最小包装单元时动态解析用户位置信息,逐层匹配地理代码集合,构建了种子溯源双向动态交互模型。用户通过该模型获得溯源信息时可选择互动交流,企业可采集用户行为数据,推送营销信息,实现了溯源结果对企业、用户双向推送。通过对小麦品种华成3366销售和反馈2组数据进行相关性分析,其拟合优度为0.997 8,说明企业通过扫码次数的反馈能较好地促进销售,有效防止窜货发生。该模型分层独立的流通信息,保证了溯源的可靠性;双向交互性有效地帮助企业指导生产实际,也为监管部门提供了可靠的管理手段。     

基于RFID和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台开发

为实现对水产品流通过程的全程追溯,该文以供应链为视角,以罗非鱼为具体研究对象,立足消费者、企业和政府监管部门等三方,本着可跟踪、可追溯、可召回等基本目标,设计并开发了基于射频识别（radio frequency identification,RFID）和产品电子代码（electronic product code,EPC）物联网的,包含养殖管理系统、加工管理系统、配送管理系统、销售管理系统、查询监管系统5个子系统的水产品供应链可追溯平台,并着重对平台的对象名称服务（object name service,ONS）和EPC信息服务（electronic product code information service,EPCIS）进行了详细的设计与实现,利用该平台可以实现水产品从养殖、加工、配送到销售的全程跟踪与追溯。该研究可为水产品供应链可追溯系统模型与软件的开发提供参考。