基于Hyperledger Fabric區(qū)塊鏈的商品數(shù)據(jù)溯源方案

胡廷賢 黃杰亭

摘要：傳統(tǒng)物流信息無法作為商品安全的憑證，區(qū)塊鏈技術(shù)可從源頭杜絕商品信息篡改。本文以日常食品數(shù)據(jù)為例，基于hyperledger Fabric設(shè)計了一種食品區(qū)塊鏈溯源信息存儲與查詢系統(tǒng)。通過區(qū)塊鏈技術(shù)的加密算法、數(shù)據(jù)不可篡改和時間戳等特性，引入?yún)^(qū)塊鏈共識機制，將技術(shù)與模式相結(jié)合，建立具有可信性的食品溯源系統(tǒng)。本方案可實現(xiàn)對食品數(shù)據(jù)的源頭追溯、產(chǎn)品防偽，從而保證食品的安全。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;Hyperledger Fabric;食品安全;溯源技術(shù);軟件架構(gòu)

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）28-0164-02

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Design of Commodity Data Traceability Technology Based on Hyperledger Fabric Blockchain

HU Ting-xian，HUANG Jie-ting

（College of Information Engineering， Eastern China University of Technology， Nanchang 330000， china）

Abstract： Traditional logistics information cannot be used as a proof of food safety，and blockchain technology can prevent product information tampering from the source.Taking daily food as an example，this paper designs a food blockchain traceability information storage and query system based on Hyperledger Fabric.Through the encryption algorithm of blockchain technology，data immutability and time stamping， the blockchain consensus mechanism is introduced to combine technology and mode to establish a credible food traceability system.The scheme can realize the source traceability of food data and product anti-counterfeiting， so as to ensure the safety of food.

Key words： blockchain; Hyperledger Fabric; food safety; traceability technology; software architecture

1 引言

近年來，一些惡性食品安全問題，損害了消費者的利益，食品生產(chǎn)企業(yè)也深受其害。傳統(tǒng)的檢驗方式和溯源標準已難以滿足市場規(guī)范和消費者需求，商家和消費者無法權(quán)衡利弊，食品溯源顯得尤為迫切[1]。傳統(tǒng)的追溯系統(tǒng)在實際應(yīng)用中數(shù)據(jù)中心化，依賴于權(quán)威機構(gòu)來管理中心數(shù)據(jù)庫，各個供應(yīng)鏈節(jié)點上的追溯數(shù)據(jù)由企業(yè)自行管理，易被篡改。同時供應(yīng)鏈中各角色間信息傳遞的可靠性問題尚有待解決。區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可篡改、去中心化、可追溯等特點，將區(qū)塊鏈技術(shù)與食品生產(chǎn)加工追溯相結(jié)合，為解決目前傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品追溯體系所存在的問題提供了可能。本文將基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈系統(tǒng)hyperledger Fabric與食品溯源相結(jié)合構(gòu)建一個基于hyperledger Fabric技術(shù)的溯源系統(tǒng)。采用客戶端/服務(wù)端架構(gòu)，解決現(xiàn)有溯源系統(tǒng)的部分痛點，實現(xiàn)食品從采摘、加工以及銷售過程都可從智能終端查詢進而達到有效溯源。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體框架設(shè)計

使用Hyperledger Fabric構(gòu)建區(qū)塊鏈的食品溯源系統(tǒng)，每個區(qū)塊間需要認證才能參與交易，使用共識機制保證信息一致性，賬本服務(wù)用來記錄區(qū)塊信息文檔，并用數(shù)據(jù)庫進行存儲，加密機制保證數(shù)據(jù)安全性，提高隱私性。基于以上特點，本文設(shè)計出如圖1所示的基于區(qū)塊鏈的溯源系統(tǒng)框架[2]。

該架構(gòu)分為客戶端和服務(wù)端，服務(wù)端是區(qū)塊鏈系統(tǒng)服務(wù)，其包含了智能合約、共識機制、賬本機制等機制模塊。在生產(chǎn)、銷售過程中的每一個環(huán)節(jié)都會有一個區(qū)塊記錄著相同的賬本，該賬本只允許追加而無法修改。區(qū)塊之間通過共識機制維護整個網(wǎng)絡(luò)無須人為介入，加上每個區(qū)塊信息都包含有唯一的時間戳更加保證了信息的安全性。客戶端由用戶、商家和三方監(jiān)管共同構(gòu)成，其中商家可進入服務(wù)端后臺創(chuàng)建食品信息，記錄每次產(chǎn)品變化信息，三方監(jiān)管機構(gòu)在獲取公鑰后可直接查看商家整個操作過程，以保證公平性。而用戶可用移動設(shè)備掃描食品上的二維碼查看食品的生產(chǎn)廠家，食品加工狀態(tài)再到出廠日期等所有過程。

2.2 實現(xiàn)機制

在該溯源系統(tǒng)中，每種商品在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中都是數(shù)字化的，包括其各種參數(shù)信息。數(shù)字化后形成的信息在區(qū)塊鏈中只能追加不可修改。利用相應(yīng)的信息文檔，商家進行數(shù)據(jù)維護時，只需通過服務(wù)端中智能合約授權(quán)當前節(jié)點開放權(quán)限，防止其他節(jié)點違規(guī)操作，實現(xiàn)有序、嚴謹?shù)母櫳唐贰Ｔ谑称匪菰聪到y(tǒng)中，當商家發(fā)起產(chǎn)品更新，通過智能合約對數(shù)據(jù)進行驗證，再將信息打包錄入。被授權(quán)的節(jié)點之間使用共識機制保證節(jié)點間的一致性。節(jié)點間“交易”完成后，交易信息通過私鑰加密再用相應(yīng)的公鑰解密，保證了信息無法被惡意篡改，解決了交易過程中的誠信問題[3]。因此，上述的每一步都可通過區(qū)塊鏈來記載操作，時間戳技術(shù)與非對稱加密技術(shù)保證了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品溯源系統(tǒng)的可靠性。

3 實驗測試與驗證

3.1 實驗平臺部署

為驗證本設(shè)計方案的可行性，對上述方案進行驗證分析。實驗是在虛擬機中進行模擬測試，部分實驗配置參考文獻[4]，其物理環(huán)境為Centos7.5，Docker18.09，fabric-sdk-node1.4。系統(tǒng)運行內(nèi)存為4GB，硬盤為20GB，帶寬為 100Mb/s。Fabric網(wǎng)絡(luò)包括4個Peer節(jié)點，1個Orderer節(jié)點。Fabric中數(shù)據(jù)庫選擇CouchDB。在具體實現(xiàn)中采用Node SDK開發(fā)測試程序，采用REST接口對資源進行調(diào)用。

3.2 應(yīng)用結(jié)果分析

實驗環(huán)境搭建完成后，啟動fabric網(wǎng)絡(luò)，模擬現(xiàn)有商品的基本信息進行上鏈，溯源追蹤，查詢物品信息。本文以食品為例，如圖2為食品區(qū)塊鏈系統(tǒng)工作界面。

在圖2中，食品溯源系統(tǒng)提供信息采集、查詢和溯源服務(wù)，商家可以通過信息采集功能上傳供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)后臺會自動進行溯源信息存儲和哈希值校驗。消費者可使用掃描食品上的二維碼查詢產(chǎn)品溯源信息。與傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)擁有去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改、可追溯等特性，在一定程度上緩解食品安全問題，具有可行性。

4 結(jié)論

本文通過探討區(qū)塊鏈在食品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)的應(yīng)用，提出基于hyperledger Fabric食品區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用客戶端/服務(wù)端層次，充分利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、不可篡改的特點，將數(shù)據(jù)進行分布式存儲，保證數(shù)據(jù)的可靠性。本系統(tǒng)為用戶提供方便的手機應(yīng)用查詢，實現(xiàn)更加有效、智能的食品溯源系統(tǒng)。

參考文獻：

[1] 王紅梅，於躍成.基于區(qū)塊鏈的食品安全溯源技術(shù)研究[J].電子設(shè)計工程，2019，27（13）：16-20，25.

[2] 楊茂，文斌，盧德全.基于區(qū)塊鏈的食品溯源研究與應(yīng)用[J].計算機科學與應(yīng)用，2019，9（3）：580-587.

[3] 羅靜.基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全高效追溯體系分析[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（6）：272-273.

[4] 楊信廷，王明亭，徐大明，等.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)信息存儲模型與查詢方法[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2019，35（22）：323-330.

【通聯(lián)編輯：梁書】