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。     

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。     

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。     

基于区块链的水稻供应链溯源信息保护模型研究

针对水稻供应链在使用区块链技术追溯过程中数据共享时隐私数据容易泄露的问题,在分析水稻供应链业务流程和信息分类的基础上,建立了以区块链节点授权保护方法为核心的水稻供应链信息保护模型。在供应链溯源隐私数据上传区块链网络前,利用密码分组链接模式(Ciper block chaining,CBC)对其进行对称加密,采用椭圆曲线算法(Elliptic curve cryptography,ECC)对密钥加密后写入区块链网络中,区块链网络中存储隐私数据加密后的密文,授权节点利用私钥查看区块链上溯源隐私数据,实现在区块链网络中共享隐私数据。在此基础上对方法的安全性能进行了分析,加密算法的扩散性测试密文改变率平均值为0.838。最后,基于Hyperledger Fabric平台设计实现了水稻全供应链信息溯源系统,并通过具体应用案例进行了验证分析。结果表明,本文提出的节点授权法对需要保护的隐私数据进行了节点间的差异化,兼顾了企业隐私数据需要加密保护和供应链溯源数据需要公开监管两方面的问题,解决了水稻供应链生产、加工、流通等多节点之间的数据共享问题,为水稻供应链区块链溯源研究提供了借鉴和参考。     

面向猕猴桃产业链的联盟链隐私交易方案

针对猕猴桃产业联盟链交易中金额与身份的双重隐私保护问题，提出一种基于⁺HomElG零知识证明(⁺HomElG zero knowledge proof,⁺HomElG-ZKProof)和SM2的猕猴桃产业联盟链隐私交易方案。首先，转账方利用⁺HomElG加密交易金额后将其发送给接收方，接收方基于SM2签名确认交易后发送给转账方；其次，转账方基于⁺HomElG-ZKProof对交易金额相关密文生成零知识证明证据，基于SM2可链接环签名对交易金额相关密文和交易双方身份分别生成环签名，与接收方SM2签名一起经系统层Raft共识打包上链；然后，由监管节点验证SM2签名、两次环签名及链接性后确认交易双方身份，用户节点间在应用层使用PBFT共识验证交易金额相关密文、环签名及交易金额相关零知识证明证据后确认交易的有效性；最后，由监管节点将有效交易区块编号经系统层Raft共识上链并更新账户余额。分析表明，该文方案具有抗篡改攻击、抗公钥替换攻击、抗假冒攻击以及匿名性，安全性较高；测试结果表明，该...     

基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型研究

在冷链行业集群式发展的背景下,为解决在三文鱼冷链多链协同过程中由于监管数据持续性与碎片化所带来的跨链签名数据传输且真实性验证效率缓慢的问题,设计了基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型,该模型包括基于聚合签名算法的数据验证与冷链模式监管的方法,该方法在提升跨链监管数据真实性验证效率的同时保证了三文鱼冷链监管的细粒度与完整性。最后,基于以太坊平台实现了三文鱼冷链多链协同监管模型的原型系统。经系统性能测试,在监管性能方面,多链架构监管性能相较于单链架构平均提高17.98%,且随着区块链交易增多,多链架构监管性能优势将更加明显;在真实性验证效率方面,根据验证时间曲线的趋势线斜率分析,传统验证算法的斜率为57.448,而聚合签名算法的斜率为0.553。这表明随着签名数量的增加,聚合签名算法在验证效率方面具有明显的优势;在通信消耗方面,传统签名算法所需要的签名通信量在理论极限值下最多可达到4875B,而聚合签名算法所需的签名通信量即使在未压缩的情况下也一直保持在96B。测试结果表明,在三文鱼冷链场景中,聚合签名与验证的方法在数据批量传输批量验证的条件下具有良好的效率优势,为可信冷链监管、集群式冷链发展提供借鉴与参考。     

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。     

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...     

基于分布式流式计算的生猪养殖视频监测分析系统

基于分布式流式计算框架,提出了节点资源调度器算法,构建了可插拔的分布式流式实时计算模型,研究开发了生猪养殖视频监测分析系统。系统实现了规模化生猪养殖视频流数据采集、任务调度、实时计算、可插拔式扩展和结果展示的功能。在由1个主节点和3个从节点构成的集群下,采用改进混合高斯模型的背景更新方式,实现集群下多摄像头多目标的实时检测。平均处理速度比传统混合高斯模型提高了29.00%,平均检测率为79.00%,平均误检率比传统混合高斯模型降低了70.96%。测试结果表明,可插拔分布式流式实时计算模型具有较好的可扩展性,视频流处理算法速度和实时性得到了提升,具有较高的检测率和较低的误检率。     

基于翘尾特征的奶牛产犊预报设备设计与试验

针对奶牛产犊过程中自动化监测和预报设备缺乏的问题,设计了基于翘尾特征的奶牛产犊预报设备。设备包括记录待产奶牛尾部加速度数据采集节点,数据上传无线组网和云端数据存储平台,并开发了基于机器学习模型的产犊预报算法,实现了奶牛产犊的自动预报。尾部数据采集节点采用STM32L151CBT6A单片机控制ICM42605传感器实现加速度数据采集,在完成数据整理与本地存储后,通过LoRa网络将数据上传至网关。网关通过WiFi网络,按照MQTT协议将数据传输至腾讯云物联网开发平台,并将数据同步存储在腾讯云数据库中。在算法开发试验中,本文基于25头奶牛产犊前的尾部加速度数据,开发了基于Man-Kendall趋势检验和基于集成学习思想的多SVM产犊预报模型,完成算法性能验证后,将开发好的模型部署在腾讯云服务器。验证试验表明：牛尾节点测量的加速度信号与振动传感器校准仪设定的输出信号相关性良好(r=0.938,P<0.01),节点监测模块可连续工作24 d,无线传输网络最大丢包率为1.3%,满足应用需求。设备进行部署后,完成了11头奶牛产犊过程的监测,结果表明设备对9头牛(81.82%)在产前12 h内成...     

基于智能合约和数字签名的马铃薯种薯防窜溯源研究

随着区块链技术在农产品溯源领域研究的不断发展,农产品的质量安全得到有效保障。由于我国马铃薯种薯生产过程复杂、实物形态差异化明显、每个环节的生产周期长、品种繁多等原因,所有生产环节的溯源数据共享难度大,容易发生种薯品种、等级等窜货问题,种薯生产溯源无法得到切实保障,生产基地及相关监管部门无法得到全部有效溯源数据,当发生窜货问题以及最终消费者进行种薯生产溯源时,责任环节定位不明确,难以准确找到责任生产环节及相关责任人等问题源头。基于上述问题,提出了基于智能合约和数字签名的马铃薯种薯防窜溯源模型,利用区块链技术不可篡改、数据透明、数据共享等特点,通过智能合约进行种薯生产全环节溯源数据的上链存储,实现种薯生产全环节溯源数据的高度共享,并将智能合约与数字签名相结合,利用公私钥对验证和智能合约高度自治的区块链网络生态环境,解决生产过程中易发生的生产窜货问题。基于Hyperledger Fabric设计面向种薯生产基地的防窜溯源模型,相关测试结果表明,该模型可以实现种薯生产溯源、防窜、窜货报警信息上链与查询等功能。种薯生产溯源数据的平均上链时间为2 566 ms,平均查询时间为95 ms,报警触发与...     

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...     

通信系统在动物识别中的应用研究——基于ARM和GPRS

设计了基于ARM和GPRS的无线数据通信系统。以S3C2410为核心,MC55为数据传输模块,实现了动物识别中动物代码的无线传输。研究结果表明:该系统的传输速率为21.5kbps,读取数据稳定可靠,适用于动物养殖场中动物身份数据的无线传输。     

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。     

基于多链的果蔬全程全息信息管理模型构建与系统化实现

果蔬全供应链既具有业务环节繁杂、数据多源异构、利益角色众多等通用食品供应链特征,又具有风险演变趋势复杂、时效性要求强、存在突发新发风险等特性。为有效解决传统果蔬供应链监管方案存在的监管覆盖面不足、溯源效应周期长、各主体间协同效应差等问题,构建了基于区块链多链的果蔬全程全息信息管理模型,并进行了系统化验收。首先,在果蔬全程全息信息解析的基础上,构建基于多链的果蔬全程全息信息管理模型。然后,提出一种基于区块综合索引指数的果蔬信息快速检索方法,并设计了基于公证链的果蔬信息跨链安全交互机制。其次,基于长安链开源区块链平台设计并开发了果蔬全程全息信息管理原型系统。最后,进行了实验验证和系统案例应用分析。结果表明,本系统公开数据上链平均耗时为589.03ms,隐私数据上链平均耗时为708.59ms,公开数据查询平均耗时为26.87ms,隐私数据查询平均耗时为30.67ms。本文设计的基于多链的果蔬全程全息信息管理模型及系统在满足不同需求用户对于不同权限信息的上链和查询需求的同时,实现了对果蔬全程全息信息的穿透式监管,满足了企业对隐私数据的权限控制与安全共享需求,提高了果蔬信息检索效率,为果蔬全程全息信息管理模型开发提供参考与借鉴。     

基于空间大数据的补充耕地合规性自动判别技术研究

为提升补充耕地项目监管效率和准确率,保证补充耕地数量准确、地类符合、区位合理,开展基于空间大数据的补充耕地合规性自动判别技术研究。本研究基于大数据框架、并行计算技术和GIS空间分析方法,设计了补充耕地合规性自动判别规则和指标体系,研制了补充耕地合规性内业自动判别的技术流程、算法和软件,开展了日常和专项补充耕地监管和核查,作为全国补充耕地项目监管的重要技术手段。经实际运行验证,项目平均分析时长2~4min,平均每月阻止5700余个问题项目入库。该研究能够为补充耕地项目立项、实施、验收提供合规性判别技术手段,提升补充耕地项目立项的合理性,提升补充耕地信息核实、监管、监督的技术水平,对确保我国耕地占补平衡制度的落实具有技术支撑作用。     

基于USB Key的水产品企业监管溯源系统设计与应用

根据目前水产品监管溯源系统中水产品企业身份认证存在的问题,设计了一种基于USB Key的水产品企业监管溯源系统。首先,分析了几种身份认证技术的方法,重点阐述了其优缺点;然后,设计了USB Key硬件电路关键部分、软件系统以及基于USB Key认证的水产品企业的认证流程,解决了水产品信息传输的安全性问题;最后,描述了基于USB Key的水产品企业监管模式在江苏省水产品企业认证与监管追溯平台中的应用。研究结果表明,该监管溯源系统便捷安全,稳定可靠,能实现产地准出、市场准入、企业资质认证、政府实时监控的水产品企业监管溯源体系。