基于区块链技术的粮食产品溯源系统模型研究

关键词：去中心化;粮食产品;溯源;模型

中图法分类号：TP312 文献标识码：A

1溯源系统模型总体分析

本文所提出的溯源系统模型，为粮食产品溯源提供了一种基于区块链技术的去中心化解决方案。利用区块链技术的不可伪造、全程留痕、可以追溯、公开透明和集体维护等特点，把粮食产品的信息数据建成一个共享的、不可更改的“电子账本”，可以为系统溯源提供强大、安全、可靠、高效的数据服务。本系统模型的建设主要分为两部分：一是使用Java语言设计溯源系统前端;二是采用区块链技术，建设粮食产品信息数据共享后台。

之所以设计溯源系统前端，主要是为不同的主体提供相应的权限和接口，让生产者、运输者、存储者、销售者、消费者、监管者等六方，通过登录系统，注册登记，获取秘钥，获取不同权限，进行粮食產品信息的录入、查询、追溯和验证。

粮食产品信息数据共享后台的建设，主要是根据粮食供应链场景的特殊性、系统分配的权限使用秘钥，完成在生产、加工、运输、存储、销售等环节中数据的录入与追溯。相关的政府权威机构则负责制定标准条例，进行实时监督。总之，由密钥决定与参与者身份相对应的权限。

2区块链技术介绍

传统的溯源系统都基于中心化的数据库，从安全性来讲，其具有天然的缺陷。而区块链技术具有去中心化、不可篡改、公开性、匿名性等优点，正好可以弥补传统溯源系统中心化的缺陷，与溯源技术可以完美结合。区块链的本质是一个去中心化的数据库，数据库里的内容一旦记录在链则无法篡改，且所有内容都可追溯其来源。

2.1去中心化

去中心化，就其本质来说其实是多中心无中介，不需要中心化代理，简便高效，可以解决交易中最大的问题——信任问题。区块链技术能够将各交易主体连通起来，为不同记账系统建立起可靠的沟通桥梁，创造统一共识协议，不需要任何强信任中心即可完成支付，简便高效。区块链的去中心化主要体现在过程上，在发展的过程中逐渐诞生了三种方式：公有链、联盟链、私有链。比特币的区块链是最理想化的公有链;联盟链不对所有人开放;私有链由单一主体完全控制。从公有链、联盟链再到私有链，去中心化的程度在减弱，这是一项技术在使用中的自然演变。

2.2不可篡改

所谓不可篡改，就是在达成共识后记录到区块链中的信息不可篡改，或者说对信息的所有变动都留有修改痕迹。这并非区块链的核心特征，但却是最直接的用途。区块链技术采用哈希算法密码体制，该算法是通过一种不可逆的方式，将一段信息数据转化为一段长度较短、位数固定的输出信息。由于加密过程不可逆，因此无法通过输出信息逆向推断出原文信息。同时，当区块链上某区块信息受到攻击时，也只能影响其相连的区块信息，从而在技术上实现了信息的不可篡改。一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久存储，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极强。

2.3可追溯

区块链技术采用的是去中心化、分布式加密存储，就是将商品信息（如原料信息、加工信息、存储信息、物流信息等），采用哈希算法加密，转换为一串加密信息数据上传至链上。在区块链上，我们查询到的存储信息并不是产品的源数据，而是通过加密形式产生的一串哈希值，这可以更好的保护企业隐私。通过查询检验，我们可以看到上链信息的各项具体数据信息，从而实现了可追溯。

2.4匿名性

所谓匿名性，就是指从区块链方面来讲，别人无法知道你在区块链上有多少资产，以及和谁进行了转账，甚至对隐私信息进行的加密都是匿名加密。因为区块链各节点之间的数据交换遵循固定且预知的算法，所以区块链网络是无须信任的，可以基于地址而非个人身份进行数据交换。因此，交易对手无须通过公开身份的方式让对方产生信任，对信用的累积非常有帮助。

3使用Java语言设计溯源系统模型前端

由于Java语言具有面向对象、可移植性好、安全性高的特点，因此本模型采用Java语言进行系统前端的设计。系统的主要功能模块分四大部分：分别是消费者、监管者、粮食产品供应链各方、系统管理员。每个模块的设计如下。

（1）消费者功能模块。主要包括用户登录注册、溯源查询、建议意见、问题投诉。通过终端扫描产品二维码，可以查询产品信息，从而溯源流通过程;并从粮食产品信息共享平台导出溯源产品信息，形成该产品的溯源信息文档;保证信息安全可靠、无篡改、全链透明。

（2）监管者功能模块。主要包括登录注册、溯源查询、产品召回、消息管理、监管公布等。以监管者的身份登录/注册系统，根据消费者的投诉反馈启动调查机制，开展产品溯源;联合相关部门就产品质量开展调查，发现产品在流通链中出现的问题;并发布监管调查报告，督促相关方积极整改，最终向社会公布调查结果。

（3）粮食产品供应链各方功能模块。主要包括注册登录、信息录入、溯源查询、消息管理、问题反馈。

粮食产品供应链上的各方录入企业信息，进行注册登记;系统分配相应权限，系统管理员得到密钥对，用于产品信息录入;可以查询供应链的产品流通信息;在消息管理中，接收来自消费者、监管者的消息反馈，并就反馈的问题积极配合，做好相关产品的溯源、问题调查。

（4）系统管理者功能模块。主要包括注册用户资料审核、用户权限分配、产品信息录入审核、系统维护管理。系统管理员需要审核注册用户的资料，把好审核关，仔细验证用户资料;根据用户所处粮食供应链的节点，生成密钥对，分配相应权限，录入相关信息。如生产方需要录入粮食产品的产地、具体位置、生长周期、环境条件，生长视频采集等，需要注意录入数据标准，规范操作;系统管理员还要根据收到的问题投诉、监管反馈，做好产品的调查、召回等工作。

4基于区块链技术的粮食产品信息数据共享平台建设

本模型采用基于区块链的IPFS存储技术来搭建粮食产品信息平台。IPFS技术是一个点对点的分布式文件系统协议，利用分布式哈希表解决数据的传输和定位问题，把点对点的单点传输改变成P2P（多点对多点）的传输。其中，存储数据的结构是哈希链。因此，在采集粮食产品信息数据时，每个供应链节点的信息都采用哈希链式进行存储，以图像、视频信息为主，节点结构如图1所示。具体采集数据如下。

（1）生产方。根据溯源系统分配的权限与秘钥，需要录入的节点信息如下：企业或个人人资质、产品名称、生产情况、周围环境、天气情况、病害情况、施药情况、收割情况等。

（2）运输方。此节点需要录入的信息如下：运输企业资质、承运合同、承运方、包装方式、运输车辆、运输路线、运输时间、到货情况、装卸情况等。

（3）加工方。此节点需要录入的信息如下：加工企业资质、加工合同、产品数量、加工方式、加工环境、加工数量、包装情况、加工工人情况、加工位置等。

（4）存储方。此节点需要录入的信息如下：存储企业资质、存储合同、产品名称、存储位置、存储环境、存储方式、存储建筑维修情况、人员出入登记情况等。

（5）销售方。此节点需要录入的信息如下：销售企业资质、购买合同、产品名称、产品数量、包装情况、销售位置、销售人员情况、销售统计情况等。

（6）消费方。当消费方查询产品溯源时，只需扫描产品包装上的二维码标识，就可以查询产品的溯源信息。所以此节点需要录入的节点信息如下：扫描产品的二维码信息、消费凭据、消费方信息等。

（7）监管方。定期查检产品信息，根据消费方投诉反馈查检产品并反馈。所以此节点需要录入的信息如下：监管者信息、产品检验情况、反馈报告等。

5结语

本文提出基于区块链技术的粮食产品溯源系统模型，结构分明，简易方便，为溯源系统的研究提供了一种去中心化的解决方案。随着区块链技术和硬件通信技术的发展，溯源系统模型将会更加优化和完善。

作者简介：

段小斌（1982—），硕士，副教授，研究方向：计算机应用、区块链技术。