基于區塊鏈技術的農產品快遞供應鏈溯源研究

楊 昆 王 倩 梁 芳

（浙江郵電職業技術學院,浙江 紹興 312366）

1 引言

目前，我國食品安全的法律制度已經形成。食用農產品是食品安全的源頭，其生產銷售因散、小、多、準入門檻低等特點，采用傳統方法很難建立起統一有效的溯源體系。區塊鏈綜合利用密碼學、概率論、共識機制、分布式網絡等多種計算機技術，提供了一套安全、穩定、透明、可審計的交易記錄和數據存儲的新型應用模式[1]。鏈中多方節點之間共同維護，使用加密算法保證數據傳輸和訪問的安全性，實現數據的一致存儲、不可篡改和防偽溯源[2]。區塊鏈技術的快速發展，已經被廣泛應用于共享經濟、版權保護、物聯網安全和共享數據等領域。在物流快遞領域，快遞物流信息共享、追蹤溯源是比較活躍的一個方向，目前已有京東物流的區塊鏈溯源應用實踐、區塊鏈聯運模式設計等系統。

2 基本原理和方法

2.1 區塊鏈的基本原理

區塊鏈技術是由多個獨立節點參與并記錄所有交易或者電子行為的分布式數據庫系統[3]。具體來說，區塊鏈技術可以存儲在一定時間內任意多個節點間的所有交易信息，通過應用密碼學原理將交易信息進行加密。加密后的信息記錄到一個數據區塊，然后將該數據塊鏈接到主鏈上，由各節點共同驗證其真實性[4]。區塊鏈技術，在物聯網安全、快遞物流溯源等方面應用廣泛。

區塊鏈結合加密技術可以實現數據公開、透明、可追溯產品的架構設計。把區塊鏈作為一個狀態機，鏈中每產生一筆交易就會改變鏈中的一次狀態，每次交易都會生成新的交易區塊，這是參與者對于其中包括的所有交易改變狀態的結果[5]。所有數據區塊依據相關順序首尾相連形成一種鏈式數據結構，將交易相關信息和記錄都包含在鏈中，保證鏈中交易數據的可追溯性[6]。

2.2 本文思路與研究方法

本文根據區塊鏈分布式存儲、數據加密、不可篡改等技術特點，先對農產品交易中的節點身份加密上鏈，采用的加密方法是哈希加密。節點信息進行加密之后，將會分配一對秘鑰，分為公鑰和私鑰。農產品生產后到購買者購買過程會經過快遞物流、銷售者經轉等環節。采用負責節點的身份秘鑰對農產品每一個環節的信息進行加密，然后寫入時間戳并上傳存儲至區塊鏈數據庫中，從而實現農產品快遞信息的溯源查詢和共享。

3 基于區塊鏈技術農產品溯源方案

區塊鏈與智慧快遞融合全面應用于快遞的實證研究、溯源追蹤，向區塊供應鏈過渡，解決傳統供應鏈中貿易數據潛在偽造、篡改等安全問題[7]。農產品生產商、銷售方、快遞公司、消費者共同上鏈加入區塊鏈網絡，關鍵環節的節點采用數字身份密鑰注冊，存儲農產品由生產商到消費者手里的所有交易信息，實現農產品流通過程中的溯源追蹤，保證其真實性和可信度。農產品生產商將產生的農產品信息上鏈存儲；銷售方將自己獲取到的農產品的物流快遞信息上鏈存儲；快遞公司上傳農產品的流通物流信息；消費者按時將產品簽收信息上鏈存儲。最終實現高信任的農業快遞信用生態，保證農產品交易信息的真實性。

3.1 區塊鏈技術在農產品快遞溯源方案架構

基于區塊鏈分布式存儲技術的農產品快遞信息共享研究方案的總體架構如圖1所示，為了滿足方案的去中心化、安全、穩定等特點，本方案整體的結構采用三層設計進行展開，分別為接口層、區塊鏈層和交易合約層，其中區塊鏈層又分為網絡層和數據封裝層兩個部分。

接口層是實現交易實現完成提交的接口。在接口層中，區塊鏈底層提供了多種接口。在使用交易提交接口時我們采用SDK方式，實現異步提交。通過使用相關接口，完成四類節點的賬號創建與登錄，登錄完成后的節點可以發送農產品生產、快遞物流的交易信息。鏈中節點發送的交易信息發送驗簽經共識完成后可分布式地存儲在區塊鏈的數據庫中，便于后續的信息溯源、查詢和共享。同時，采用發布訂閱模式和消息對列循環完成農產品流通的每一筆交易信息的通訊和交互。該方案軟件架構包括節點的登錄方式、交易方式和數據訪問模式，實現系統節點的分布式部署。

圖1 基于區塊鏈農產品快遞溯源方案架構

圖2 基于區塊鏈的農產品快遞溯源方案流通交易加密過程圖

區塊鏈層分為網絡層和數據封裝層，該層可實現區塊鏈的組網網絡、消息傳播、數據驗證、交易共識和數據存儲等功能。農產品生產商、銷售方、快遞公司和消費者首先完成上鏈身份注冊，節點身份信息、農產品生產信息、流通信息通過該層傳播到區塊鏈中，完成農產品信息數據的分布式存儲，實現農產品生產信息、快遞流通信息的分布共享和溯源追蹤。為保護節點身份信息、農產品生產信息和流通信息的安全性和真實性，采用非對稱加密算法和數字簽名技術分別對節點身份信息和農產品信息進行加密，保證農產品生產、流通數據信息的不可篡改。通過共識機制完成每一筆交易的有效性共識，保證數據的一致性。最后加入時間戳技術對存儲的數據以區塊的形式首尾銜接實現農產品溯源追蹤、上鏈存儲。

數據存儲設計主要是完成鏈中節點間交易信息和農產品信息的加密，加密完成后將其分布式地存儲在數據庫中。本方案中采用的是MySQL數據庫。通過把使用到的數據庫對象提取出來，可以分為用戶注冊信息、農產品生產信息、銷售交易信息、快遞流通信息。

3.2 農產品溯源過程中數據信息的安全加密

基于區塊鏈技術的農產品溯源方案是通過分布式加密實現的。首先采用加密算法對農產品生產商、銷售商、快遞公司和消費者的身份信息進行數字加密，得到二進制數值，作為身份的地址值。采用加密后的地址值來代替鏈中節點身份信息，可以起到身份信息隔離作用，使得身份偷竊者無法通過信息挖掘技術獲取鏈中用戶隱私數據。

農產品購買交易發起后，農產品生產商、銷售商、快遞公司、購買者注冊系統，完成身份信息的上鏈和加密。先采用非對稱加密算法中的橢圓雙曲線算法（ECC）對四者身份進行加密，產生代表其身份的地址值、公鑰和私鑰。訂單發起時，農產品生產商采用自己身份密鑰加密農產品生產信息，并上傳至鏈中數據庫共享保存；銷售商則將獲取農產品的相關信息加密上傳至鏈中；物流公司采用自己節點密鑰加密農產品的每一步物流快遞信息并上傳區塊鏈；購買加密上傳獲取農產品的相關信息。農產品生產后，經銷售流通至購買者的各個環節信息均采用負責節點身份密鑰加密上傳到區塊鏈數據庫中，從而可對農產品的生產流通信息進行共享和查詢，實現溯源，具體加密過程如圖2所示。

文中采用非對稱加密技術對鏈中農產品的生產、流通、銷售等交易信息進行加密存儲，保護交易數據的安全性和真實性。加密后的數據寫入時間戳后無法篡改，實現交易數據的分布式存儲到區塊鏈數據庫中，最終完成農產品交易數據的查詢和溯源。

4 總結

從區塊鏈技術及其在物聯網領域中的應用可知，區塊鏈技術是一項新興技術，由于其巨大的發展潛力與空間，該技術已經在多個領域得到應用。基于區塊鏈技術分布式存儲技術的農產品快遞溯源方案，能夠保證農產品快遞各環節產生數據的統一性和有效性。區塊鏈中的所有交易數據都會隨著交易發生即時更新，更新后的交易數據存儲在鏈中節點數據庫中備份，便于數據溯源查詢和共享。

區塊鏈技術的應用為快遞物流交易數據的溯源提供了一種新的方法和思路。利用區塊鏈技術的分布式存儲、去中心化、不可篡改等特點，實現農產品生產后快遞流通等交易數據的共享和查詢?；趨^塊鏈分布式存儲技術的農產品快遞溯源方案的主要優勢是可以建立快遞網絡的高信任生態，保證流通交易數據的真實性和可追溯性，從而提升農產品快遞流通的服務質量和工作效率。可以證明農產品快遞溯源領域的發展與區塊鏈技術的發展息息相關，所以要實現全新的農產品快遞溯源模式，區塊鏈技術及其應用研究就必須不斷地加大力度。