面向追溯主体的果蔬全供应链区块链多链模型研究

面向全供应链环节建立的农产品区块链溯源系统,追溯链中存储面向多个追溯主体的追溯数据,由于各主体追溯数据的差异化,跨供应链环节的数据难以实现共享和访问控制,敏感数据无法差异化保护和验证,风险数据不能针对性监管。因此,面向不同追溯主体的追溯数据并不适合由同一条区块链账本存储。通过分析果蔬全供应链各追溯主体的需求,建立了面向追溯主体的区块链多链追溯架构,利用溯源链实现消费者的溯源需求,通过共享链实现上下游企业间的数据流转,基于隐私链实现企业隐私数据的安全保护与授权共享,利用监管链实现监管部门对所有环节风险数据的管控。本文基于Hyperledger Fabric设计面向追溯主体的果蔬供应链区块链模型并实现了主体链果蔬溯源系统,测试结果表明,溯源链中追溯数据平均查询时间为38.86 ms,获取共享链中已验证的共享数据平均耗时806.80 ms,获取隐私链中已验证的隐私数据平均耗时910.35 ms,获取监管链中已验证的监管数据平均耗时675.90 ms。面向追溯主体建链的追溯系统在满足消费者需求的基础上,实现了供应链各环节追溯数据的数据共享与控制访问,解决了异构数据的存储保护和验证问题,满足了风...     

基于智能合约的果蔬区块链溯源数据存储方法研究

随着区块链农产品溯源技术的发展,果蔬产品质量安全得到保障。由于我国果蔬产品溯源跨度大、追溯周期长、涉及面广,并且区块链网络数据账本由全网节点共同记账备份,海量溯源数据存储压力大,同时所有数据透明共享,造成供应链溯源数据无法全部上链,引起产品数据上下游溯源企业共享不及时、追溯数据安全性难以得到保障、监管部门无法实时监管全部溯源数据,出现农产品质量安全问题时,责任无法定位、产品难以找到问题源头。基于上述问题,设计基于区块链多链架构的果蔬产品溯源框架,设计溯源数据存储模型,并通过智能合约实现溯源数据分类链上加密存储、链间授权访问、基于授权凭证解密查询,保证果蔬全供应链溯源隐私数据密文上链,减缓区块链存储压力、实现上下游溯源企业隐私数据无孤岛授权共享。基于联盟链Hyperledger Fabric通道技术实现多链溯源系统,经过扩散性测试,由对称加密与椭圆曲线混合加密的“链上加密存证、链间基于授权凭证共享、链上解密查询”智能合约方案,隐私数据密文变化率达95%以上,密钥密文变化率达94%以上,具备较高的安全性和混淆性;经过性能测试,所设计并实现的多链架构溯源系统公开溯源数据查询平均时延为56.9ms,基于授权凭证的隐私溯源数据平均解密查询时延为62.87ms,处理企业节点发起数据上链请求的平均时延为2.16s,能够满足果蔬产品追溯实际的应用需求。     

面向小麦区块链追溯系统的分级监管模型设计与实现

针对现有的农产品溯源系统中数据监管存在的监管单一、权限集中,以及监管过程中隐私泄露等问题,通过研究小麦制粉行业全业务流程特性,设计并构建了面向小麦区块链追溯系统的分级监管模型。该模型以联盟链Hyperledger Fabric为基础构建多链架构,提出了基于密文策略属性加密(CP-ABE)技术的加密隐私密钥传输方法,通过一对多的加密属性设计多个数据监管部门,并在密文中嵌入访问结构实现权限管控。通过理论分析,所提出的分级监管模型能够在满足消费者追溯需求的基础上,实现企业隐私保护、分级授权管控、全流程穿透式实时监管的功能。在安全方面,该模型在控制策略保持不变的情况下,改变需加密密钥的任意一位,生成密文平均变化率为95.5%;在保持密钥不变的前提下,通过改变企业授权访问策略,引起解密私钥平均变化率为75.5%,具有较高的混淆性和安全性。在效率方面,所设计的分级监管模型公开溯源数据平均查询时延为6.67 ms,隐私数据平均解密查询时延为34.45 ms,数据监管平均查询时延为37.78 ms。     

基于区块链的红茶质量安全追溯系统开发及应用

为解决传统追溯过程中存在的数据安全性低、可信度低、供应链信息断链等问题。以红茶为研究对象,通过分析红茶生产、加工、储运、销售过程,研究信息采集、数据共享、隐私保护、产品溯源等质量安全追溯关键技术,构建基于区块链的红茶质量安全追溯系统。追溯数据上链时延为1.15 s,公开溯源数据查询时间为58.72 ms,隐私溯源数据查询时间为61.60 ms,能够满足红茶追溯过程数据上链存证、扫码溯源、供应链上下游共享需求。系统在广东省英德市红茶生产、加工企业进行应用示范,实现了各环节、各企业主体溯源信息的数据共享互通,确保了溯源数据真实性和安全性。     

基于属性访问控制模型的果蔬跨链追溯系统设计与实现

针对现有果蔬农产品供应链中存在的上下游区块链间追溯数据差异化、细粒度共享困难以及数据隐私保护等问题,通过分析果蔬农产品供应链各环节业务流程,在果蔬农产品质量安全追溯场景下,提出了一种支持异构多链的基于属性的果蔬跨链追溯访问控制模型。该模型利用基于中继链的跨链技术将跨链信息标准化从而实现异构多链之间的跨链通信,并结合果蔬跨链追溯需求,采用基于ABAC(Attribute-based access control)的访问控制模型实现对数据资源灵活、细粒度访问控制。为验证模型有效性,利用BitXHub中继链技术在Hyperledger Fabric和Ethereum构成的异构链中实现跨链数据访问,在跨链合约中实现基于属性的访问控制流程,构建出果蔬追溯跨链访问控制模型的原型系统。系统测试结果表明,中继链处理跨链交易的发送率平均最高值分别约为600笔/s和400笔/s,策略判定时间不会随着策略数目的增加而有较大波动,基本稳定在2 000 ms左右,能够满足果蔬供应链在异构区块链之间跨链数据差异化、细粒度共享的需求,也保证了数据共享过程中的数据隐私性。     

基于区块链和边缘计算的水稻原产地溯源方法研究

地理位置与环境因素的不同导致水稻品质存在差异,优质原产地的稻米质优味美,对消费者更有吸引力,因此研究水稻原产地溯源,建立水稻原产地可信溯源系统具有重要意义。传统物联网区块链溯源系统将溯源数据上传至中心化的服务器,再由服务器上传至区块链;这无法很好地利用边缘节点中的资源,还使其易受数据伪造或数据丢失等安全风险的影响。设计了一套基于区块链和边缘计算的水稻原产地溯源模型,依托嵌入式设备的边缘计算能力,对传感器数据实时数据融合并在嵌入式设备上部署区块链。此外,设计边缘计算场景下区块链网络的存储扩展方法和边缘计算工作流程。最后,经过测试分析,查询公开溯源数据的平均时间为45.84 ms,查询隐私溯源数据的平均时间为50.92 ms,边缘节点加密上链的平均时间为1.27 s,边缘多链存储容量消耗为传统单链的18%,能够满足水稻原产地溯源实际的应用需求。     

基于区块链的河豚供应链可信溯源优化研究

针对河豚供应链环节复杂、监管要求高以及溯源系统信息传递繁杂、数据查询效率低的问题,以提高河豚溯源查询效率和安全性为目的,建立了基于区块链技术的河豚供应链溯源优化模型,并搭建相应系统。首先,对河豚供应链业务供应链信息进行分析,整理并提取供应链各业务环节溯源码信息和产品信息;然后,基于区块链技术建立河豚供应链可信溯源优化模型架构,设计多链的存储模式和快速查询流程并制定相应的智能合约;最后,基于Hyperledger Fabric实现了一种河豚供应链信息溯源系统,并使用Caliper性能测试工具测试。结果表明,在数据记录条数大于1000条后,本文模型查询效率高于传统单链模型,在10000条数据记录上链后,本文模型较传统单链模型查询效率提高约92.9%。以江苏省某河豚企业为例,实现河豚供应链信息安全传递和快速溯源。所提出的模型可以应用到河豚行业从而提高溯源效率和安全性,为河豚行业提供一个防篡改、查询效率高的模型。     

区块链驱动的稻米供应链信息监管模型研究

针对稻米供应链业务主体复杂、信息流转冗长、数据利用率低、监管覆盖性差等问题,构建了区块链驱动的稻米供应链信息监管模型,并进行系统化实现。首先,对稻米供应链信息流转特性进行分析,梳理并提炼供应链各业务环节主体及关键信息;然后,以区块链驱动构建稻米供应链信息监管模型,设计隐私数据分级加密存储模式和定制化业务逻辑监管智能合约;最后,基于Hyperledger Fabric开源框架,构建并实现稻米供应链信息监管原型系统,并以湖南省常德市某粮油企业为例,进行了应用案例实证分析。结果表明,构建的稻米供应链信息监管模型及原型系统能够解决稻米供应链数据隐私加密、安全存储及权限管理等问题,实现供应链信息互联互通和有效监管。本研究可为粮油质量安全监管提供一种可行的应用方法。     

基于多链存储优化的水产品交易匹配模型研究

区块链技术应用到水产品线上交易架构中可以使交易双方隐私信息得到基本保障,然而,目前区块链水产品线上交易模型和系统存在海量数据存储负载大、维护成本高、数据查询效率低等问题。为进一步缓解以上问题,在梳理和分析水产品交易流程基础上,根据水产品交易业务技术需求,提出了基于多链存储优化的水产品交易匹配模型。该模型在智能合约中通过贪心算法实现了效率较高的多属性水产品线上交易匹配过程,通过区块链多通道技术构建了水产品交易多链架构,实现了用户交易信息分布式存储,提高了交易信息查询效率,同时,采用区块链与本地数据库双模式存储技术,缓解了区块链网络中各个节点海量数据存储的负载。基于Hyperledger Fabric平台实现了基于多链存储优化的水产品交易原型系统。该原型系统测试结果表明,临界值900s平均最多可以完成1296笔交易,说明系统在处理千条交易数据量时可以正常运行,满足水产品线上交易平台日常实际交易业务需求,同时在链上存储1600条合同信息时查询1条用户合同信息平均时间为4.018s,多链存储结构提高了链上数据查询速度。     

面向预制食品溯源的隐私数据加密共享方法研究

随着区块链技术在食品溯源领域的发展,预制食品的质量安全得到了有效保障。然而,预制食品上下游生产加工环节众多的产业特点,使溯源变得困难。在溯源的同时安全共享食谱、秘方等隐私数据,使供应链更好地协同生产则十分重要。为解决上述问题,提出了一种面向预制食品溯源的门限代理重加密(Threshold proxy re-encryption)隐私数据共享的方法,设计了一条预制食品溯源区块链和追溯生产批号关联相关溯源数据,确保数据的真实可信。使用门限代理重加密,预制食品生产商通过门限代理重加密将研发的食谱加密为初加密密文,同时在本地生成重加密密钥,将初加密密文与重加密密钥上传至预制食品溯源区块链中;第三方半诚实服务商将从区块链上获取的重加密材料进行重加密生成重加密密文,将重加密密文上传至区块链;监管部门等数据访问者则使用自身私钥将从区块链上获取的重加密密文进行重加密解密,实现隐私数据在溯源区块链上的安全共享。该方法基于Hyperledger Fabric,搭建了一个预制食品溯源区块链原型系统进行测试。测试结果表明,所提出的面向预制食品溯源的隐私数据加密共享方法在隐私数据共享方面与常用的数据加密共享方法相比计算开销较低。数据上链、公开数据查询、隐私数据查询的平均时延分别为1.4738、63.9、59.9ms,系统性能良好。实验结果表明,提出的方法达到了供应链隐私数据安全共享的目的,确保了商业机密和知识产权的安全共享,对预制食品行业发展和食品安全提升具有参考价值。     

区块链增强果蔬质量追溯可信度方法研究与系统实现

质量追溯相关数据通过物联网感知设备采集后添加到区块链,在数据存储环节可以解决数据易被篡改问题从而增强数据可信度.数据直接存储在区块链中会造成系统吞吐量小、响应时间长,利用"数据库+区块链"的双存储设计虽然能大大提高响应速度,但是针对果蔬质量追溯系统,其响应速度依然不能满足要求.基于哈希加密算法的不可逆性、区块链数据结构...     

基于残差块与注意力机制的果蔬自动识别方法

针对果蔬识别中识别效率低、成本高等问题,本文提出了基于残差块和注意力机制的果蔬识别模型,并成功部署于果蔬智能识别设备。果蔬自动识别装置由Raspberry Pi、STM32F103ZET6、摄像头、称量传感器、处理器、显示屏、微型打印机、扎口机以及电源等部分组成。中央控制器与显示屏进行交互实时显示各种参数,通过摄像头与称量传感器采集待测物体图像与待测物体质量,由部署于Raspberry Pi的果蔬自动识别模型对果蔬进行精准识别,同时协同单片机STM32F103ZET6将果蔬相关信息打印并控制扎口机进行封口打包。本文以YOLO v5网络为基础,通过增加残差块与注意力机制构建果蔬自动识别模型RB+CBAM-YOLO v5。以自制的数据集训练网络,将6种网络进行对比试验,并选择最优网络进行设备端检测试验。试验结果表明,RB+CBAM-YOLO v5的精确率、召回率与mAP0.5分别为83.55%、96.08%、96.20%,较YOLO v5提升4.47、1.10、0.90个百分点。将RB+CBAM-YOLO v5模型部署于嵌入式设备Raspberry Pi中,设备可实现精准识别、自动称量、打印凭条以及快速打包等功能,可满足果蔬识别以及无人售卖装置的需求。     

果蔬活组织冰点测试系统设计与实验

果蔬活组织冰点温度的测量对于研究果蔬组织低温冷害和冻害机理以及冷冻加工过程具有重要意义。针对传统方法测定果蔬汁液的冰点温度与活组织的冰点温度有很大差异以及通过直接将热电偶或热电阻插入果蔬组织进行测试,受果蔬本身形状尺寸影响较大,难以有效指导生产实际的问题,设计了一种基于传热学一维半无限大平板非稳态导热原理,利用半导体制冷技术进行果蔬活组织冰点测试的系统和方法。实验结果证明该系统用来测试果蔬活组织冰点既方便又可靠,同时设备简单、测试时间短、样品需要量少、环境的热扰动影响小,具有良好的应用前景。     

基于区块链的粮油食品全供应链信息安全管理原型系统

粮油食品供应链具有全生命周期长、环节复杂、危害物种类多、信息多源异构等特点。基于区块链技术构建了一种新型的粮油食品供应链信息安全管理模型,研究并提出适用于粮油食品供应链的双模数据存储机制和管理供应链信息的智能合约,以保证信息存储和传输的安全可靠。在此基础上,基于Hyperledger Fabric设计了一种粮油食品全供应链信息安全管理原型系统,该系统能够实现粮油食品全供应链信息采集、查询、监控、追溯等功能,并通过具体的应用案例进行了验证和分析。     

果蔬品质劣变传感检测与监测技术研究进展

果蔬在采后贮藏和运输过程中极易发生品质劣变,食用价值降低且造成巨大的经济损失。为保障果蔬品质,减少产后劣变导致的资源浪费,本文综述了果蔬品质劣变传感检测与监测技术最新研究现状,分析了各类检测技术的原理、特点及优缺点。其中,机器视觉可检测果蔬外部品质和表面缺陷,电子鼻可监测果蔬的劣变气味,近红外光谱可检测果蔬内部品质和隐性缺陷,高光谱成像能实现可视化检测果蔬内外品质、监测劣变过程,拉曼光谱可检测果蔬腐败菌及其代谢产物,多技术联用和多信息融合能综合评价果蔬劣变。以各种传感器为感知节点构建物联网监测系统,进而实现果蔬品质劣变信息的智能化实时监测,为解决果蔬加工过程中品质劣变控制技术难题提供参考,对降低果蔬产后的经济损失,推进果蔬产业可持续发展具有重要意义。     

果蔬包装机智控系统的设计与研究——基于嵌入式ARM

果蔬产业在我国农产品中占据着重要的市场地位,对我国经济发展起着积极的促进作用。随着我国经济的发展,出于对健康的考虑,人们对果蔬产品的质量、新鲜程度和食用安全的要求也在提高,逐渐开始看重果蔬类产品的外形包装。为了实现果蔬产品的快速包装及减少果蔬产品因与机械直接接触引起的二次污染,设计和研发可以独立自主包装果蔬的机械设备显得尤为重要。为此,基于嵌入式ARM中的AT91SAM9263处理器,设计了果蔬包装机的智控系统,其集机械电子、智能测试和光电传感等多种学科于一体,具有自动化程度高、精度优、稳定性强及可靠性高等特点,能较大程度地提高包装质量,且可以完成对不同种类产品的包装,提高了包装作业的效率,为果农降低了经济成本。     

面向猕猴桃质量溯源的联盟链跨组织链上合同交易机制

针对区块链猕猴桃溯源未考虑产业链由不同组织构成而导致溯源数据不连续的问题,结合生产实践中合同交易的过程,提出了一种面向猕猴桃质量溯源的联盟链跨组织链上合同交易机制。通过两次链上的关联确认,将现实交易中双方签字确认合同条款的过程转移到联盟链上,实现跨组织的不可否认交易。选择联盟链搭建猕猴桃全产业链溯源系统的区块链网络,借助智能合约技术将猕猴桃生产过程信息价值化;采用散列值上链减轻链上压力;通过组织间交易合同的合同编号关联溯源数据、责任人和责任企业。基于Hyperledger Fabric猕猴桃全产业链溯源系统的测试分析表明,用户每上链一条数据平均用时约102 ms,在增加链上合同交易机制的条件下系统进行一次完整溯源的时间延长了约7.11 ms。研究保证了多组织溯源的数据连续性与可追溯性,对提升农产品质量安全具有重要意义。