楊 昆 王 倩 梁 芳

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興 312366）

1 引言

目前，我國食品安全的法律制度已經(jīng)形成。食用農(nóng)產(chǎn)品是食品安全的源頭，其生產(chǎn)銷售因散、小、多、準(zhǔn)入門檻低等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)方法很難建立起統(tǒng)一有效的溯源體系。區(qū)塊鏈綜合利用密碼學(xué)、概率論、共識(shí)機(jī)制、分布式網(wǎng)絡(luò)等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)，提供了一套安全、穩(wěn)定、透明、可審計(jì)的交易記錄和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的新型應(yīng)用模式[1]。鏈中多方節(jié)點(diǎn)之間共同維護(hù)，使用加密算法保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致存儲(chǔ)、不可篡改和防偽溯源[2]。區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于共享經(jīng)濟(jì)、版權(quán)保護(hù)、物聯(lián)網(wǎng)安全和共享數(shù)據(jù)等領(lǐng)域。在物流快遞領(lǐng)域，快遞物流信息共享、追蹤溯源是比較活躍的一個(gè)方向，目前已有京東物流的區(qū)塊鏈溯源應(yīng)用實(shí)踐、區(qū)塊鏈聯(lián)運(yùn)模式設(shè)計(jì)等系統(tǒng)。

2 基本原理和方法

2.1 區(qū)塊鏈的基本原理

區(qū)塊鏈技術(shù)是由多個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)參與并記錄所有交易或者電子行為的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[3]。具體來說，區(qū)塊鏈技術(shù)可以存儲(chǔ)在一定時(shí)間內(nèi)任意多個(gè)節(jié)點(diǎn)間的所有交易信息，通過應(yīng)用密碼學(xué)原理將交易信息進(jìn)行加密。加密后的信息記錄到一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊，然后將該數(shù)據(jù)塊鏈接到主鏈上，由各節(jié)點(diǎn)共同驗(yàn)證其真實(shí)性[4]。區(qū)塊鏈技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)安全、快遞物流溯源等方面應(yīng)用廣泛。

區(qū)塊鏈結(jié)合加密技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)公開、透明、可追溯產(chǎn)品的架構(gòu)設(shè)計(jì)。把區(qū)塊鏈作為一個(gè)狀態(tài)機(jī)，鏈中每產(chǎn)生一筆交易就會(huì)改變鏈中的一次狀態(tài)，每次交易都會(huì)生成新的交易區(qū)塊，這是參與者對于其中包括的所有交易改變狀態(tài)的結(jié)果[5]。所有數(shù)據(jù)區(qū)塊依據(jù)相關(guān)順序首尾相連形成一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將交易相關(guān)信息和記錄都包含在鏈中，保證鏈中交易數(shù)據(jù)的可追溯性[6]。

2.2 本文思路與研究方法

本文根據(jù)區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密、不可篡改等技術(shù)特點(diǎn)，先對農(nóng)產(chǎn)品交易中的節(jié)點(diǎn)身份加密上鏈，采用的加密方法是哈希加密。節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行加密之后，將會(huì)分配一對秘鑰，分為公鑰和私鑰。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)后到購買者購買過程會(huì)經(jīng)過快遞物流、銷售者經(jīng)轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)。采用負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的身份秘鑰對農(nóng)產(chǎn)品每一個(gè)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行加密，然后寫入時(shí)間戳并上傳存儲(chǔ)至區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品快遞信息的溯源查詢和共享。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)農(nóng)產(chǎn)品溯源方案

區(qū)塊鏈與智慧快遞融合全面應(yīng)用于快遞的實(shí)證研究、溯源追蹤，向區(qū)塊供應(yīng)鏈過渡，解決傳統(tǒng)供應(yīng)鏈中貿(mào)易數(shù)據(jù)潛在偽造、篡改等安全問題[7]。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、銷售方、快遞公司、消費(fèi)者共同上鏈加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)采用數(shù)字身份密鑰注冊，存儲(chǔ)農(nóng)產(chǎn)品由生產(chǎn)商到消費(fèi)者手里的所有交易信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品流通過程中的溯源追蹤，保證其真實(shí)性和可信度。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商將產(chǎn)生的農(nóng)產(chǎn)品信息上鏈存儲(chǔ)；銷售方將自己獲取到的農(nóng)產(chǎn)品的物流快遞信息上鏈存儲(chǔ)；快遞公司上傳農(nóng)產(chǎn)品的流通物流信息；消費(fèi)者按時(shí)將產(chǎn)品簽收信息上鏈存儲(chǔ)。最終實(shí)現(xiàn)高信任的農(nóng)業(yè)快遞信用生態(tài)，保證農(nóng)產(chǎn)品交易信息的真實(shí)性。

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源方案架構(gòu)

基于區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品快遞信息共享研究方案的總體架構(gòu)如圖1所示，為了滿足方案的去中心化、安全、穩(wěn)定等特點(diǎn)，本方案整體的結(jié)構(gòu)采用三層設(shè)計(jì)進(jìn)行展開，分別為接口層、區(qū)塊鏈層和交易合約層，其中區(qū)塊鏈層又分為網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)封裝層兩個(gè)部分。

接口層是實(shí)現(xiàn)交易實(shí)現(xiàn)完成提交的接口。在接口層中，區(qū)塊鏈底層提供了多種接口。在使用交易提交接口時(shí)我們采用SDK方式，實(shí)現(xiàn)異步提交。通過使用相關(guān)接口，完成四類節(jié)點(diǎn)的賬號創(chuàng)建與登錄，登錄完成后的節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、快遞物流的交易信息。鏈中節(jié)點(diǎn)發(fā)送的交易信息發(fā)送驗(yàn)簽經(jīng)共識(shí)完成后可分布式地存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)庫中，便于后續(xù)的信息溯源、查詢和共享。同時(shí)，采用發(fā)布訂閱模式和消息對列循環(huán)完成農(nóng)產(chǎn)品流通的每一筆交易信息的通訊和交互。該方案軟件架構(gòu)包括節(jié)點(diǎn)的登錄方式、交易方式和數(shù)據(jù)訪問模式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的分布式部署。

圖1 基于區(qū)塊鏈農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源方案架構(gòu)

圖2 基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源方案流通交易加密過程圖

區(qū)塊鏈層分為網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)封裝層，該層可實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、消息傳播、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、交易共識(shí)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、銷售方、快遞公司和消費(fèi)者首先完成上鏈身份注冊，節(jié)點(diǎn)身份信息、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息、流通信息通過該層傳播到區(qū)塊鏈中，完成農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息、快遞流通信息的分布共享和溯源追蹤。為保護(hù)節(jié)點(diǎn)身份信息、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息和流通信息的安全性和真實(shí)性，采用非對稱加密算法和數(shù)字簽名技術(shù)分別對節(jié)點(diǎn)身份信息和農(nóng)產(chǎn)品信息進(jìn)行加密，保證農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通數(shù)據(jù)信息的不可篡改。通過共識(shí)機(jī)制完成每一筆交易的有效性共識(shí)，保證數(shù)據(jù)的一致性。最后加入時(shí)間戳技術(shù)對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以區(qū)塊的形式首尾銜接實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源追蹤、上鏈存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)主要是完成鏈中節(jié)點(diǎn)間交易信息和農(nóng)產(chǎn)品信息的加密，加密完成后將其分布式地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。本方案中采用的是MySQL數(shù)據(jù)庫。通過把使用到的數(shù)據(jù)庫對象提取出來，可以分為用戶注冊信息、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息、銷售交易信息、快遞流通信息。

3.2 農(nóng)產(chǎn)品溯源過程中數(shù)據(jù)信息的安全加密

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源方案是通過分布式加密實(shí)現(xiàn)的。首先采用加密算法對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、銷售商、快遞公司和消費(fèi)者的身份信息進(jìn)行數(shù)字加密，得到二進(jìn)制數(shù)值，作為身份的地址值。采用加密后的地址值來代替鏈中節(jié)點(diǎn)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(shù)獲取鏈中用戶隱私數(shù)據(jù)。

農(nóng)產(chǎn)品購買交易發(fā)起后，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、銷售商、快遞公司、購買者注冊系統(tǒng)，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(jìn)行加密，產(chǎn)生代表其身份的地址值、公鑰和私鑰。訂單發(fā)起時(shí)，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商采用自己身份密鑰加密農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息，并上傳至鏈中數(shù)據(jù)庫共享保存；銷售商則將獲取農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息加密上傳至鏈中；物流公司采用自己節(jié)點(diǎn)密鑰加密農(nóng)產(chǎn)品的每一步物流快遞信息并上傳區(qū)塊鏈；購買加密上傳獲取農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)后，經(jīng)銷售流通至購買者的各個(gè)環(huán)節(jié)信息均采用負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)身份密鑰加密上傳到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中，從而可對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)流通信息進(jìn)行共享和查詢，實(shí)現(xiàn)溯源，具體加密過程如圖2所示。

文中采用非對稱加密技術(shù)對鏈中農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、銷售等交易信息進(jìn)行加密存儲(chǔ)，保護(hù)交易數(shù)據(jù)的安全性和真實(shí)性。加密后的數(shù)據(jù)寫入時(shí)間戳后無法篡改，實(shí)現(xiàn)交易數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中，最終完成農(nóng)產(chǎn)品交易數(shù)據(jù)的查詢和溯源。

4 總結(jié)

從區(qū)塊鏈技術(shù)及其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用可知，區(qū)塊鏈技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，由于其巨大的發(fā)展?jié)摿εc空間，該技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)分布式存儲(chǔ)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源方案，能夠保證農(nóng)產(chǎn)品快遞各環(huán)節(jié)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和有效性。區(qū)塊鏈中的所有交易數(shù)據(jù)都會(huì)隨著交易發(fā)生即時(shí)更新，更新后的交易數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在鏈中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫中備份，便于數(shù)據(jù)溯源查詢和共享。

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用為快遞物流交易數(shù)據(jù)的溯源提供了一種新的方法和思路。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式存儲(chǔ)、去中心化、不可篡改等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)后快遞流通等交易數(shù)據(jù)的共享和查詢?；趨^(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源方案的主要優(yōu)勢是可以建立快遞網(wǎng)絡(luò)的高信任生態(tài)，保證流通交易數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可追溯性，從而提升農(nóng)產(chǎn)品快遞流通的服務(wù)質(zhì)量和工作效率?？梢宰C明農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源領(lǐng)域的發(fā)展與區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，所以要實(shí)現(xiàn)全新的農(nóng)產(chǎn)品快遞溯源模式，區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用研究就必須不斷地加大力度。