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一、技術名稱
基于區(qū)塊鏈的可信溯源系統(tǒng)關鍵技術
二、技術概述（概述應簡明扼要，可附2-3張照片、視頻）
（一）技術類別：技術體系。
（二）技術類型：技術服務。
（三）技術基本情況：
伴隨著生活水平的不斷提高以及農產品質量安全事件的爆發(fā)，促使人們對農產品的質量安全發(fā)生了由量到質的轉變，如何確保農產品質量溯源信息的可信性，進而大幅度提高消費者對農產品溯源系統(tǒng)的信任程度是農產品市場面臨的一個迫切需求。
農產品溯源系統(tǒng)能夠標識食品來源，提供其從生產到餐桌全過程中信息流和產品流的詳細信息，提高產品生產過程質量安全控制能力和信息管理水平。一旦發(fā)生了食品安全意外事件，可以通過農產品溯源系統(tǒng)快速準確地定位到發(fā)生問題環(huán)節(jié)，明確責任主體，及時召回問題食品，遏制問題蔓延勢頭，這是解決目前食品安全窘迫現(xiàn)狀的有效方法。然而傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)大都由地方監(jiān)管部門或者某企業(yè)主導管理，產業(yè)鏈溯源數(shù)據由單一機構掌控，系統(tǒng)中心化嚴重，數(shù)據容易受到人為篡改，溯源信息的完整性和真實性無法保證；溯源過程中往往存在著政府、企業(yè)﹑消費者之間信息不對稱現(xiàn)象，交易雙方容易出現(xiàn)信任危機，且農產品產業(yè)鏈中所涉及的環(huán)節(jié)較多，容易產生“信息孤島”的問題，使得食品監(jiān)管和溯源尤為困難。因此，如何研發(fā)一款去中心化、能夠保障溯源信息安全性和真實性的農產品可信溯源系統(tǒng)，是亟待解決的問題。
（四）技術示范推廣情況：
開發(fā)了生姜可信溯源系統(tǒng)、冬棗產業(yè)鏈溯源系統(tǒng)、深圳華之粹油茶籽油大數(shù)據平臺、黃河三角洲農產品安全追溯平臺。依據綠色食品、有機食品及 GAP 認證等相關的生產、加工標準和法律法規(guī)，對供應鏈上的質量安全關鍵控制點進行研究，根據質量安全關鍵控制點確定溯源關鍵點以及相應的溯源內容，記錄生產過程不同階段的責任人，構建基于產業(yè)鏈的信息管理系統(tǒng)。在上述研究的基礎上，從企業(yè)管理、政府監(jiān)管、消費者參與的多視角探尋以企業(yè)內部責任追溯為主，消費者、監(jiān)管者的外部溯源為輔的農產品質量安全溯源管理模式，實現(xiàn)產業(yè)鏈溯源系統(tǒng)。
（五）提質增效情況：
2020年4月，山東省萬興食品有限公司開始應用山東農業(yè)大學農業(yè)大數(shù)據研究中心研發(fā)的基于區(qū)塊鏈的生姜可信溯源系統(tǒng)。溯源系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了生姜產品全產業(yè)鏈的數(shù)字化管理，提高了公司生姜產品質量的安全監(jiān)管能力，產品質量顯著提升。通過區(qū)塊鏈技術的應用，提高了產品質量安全信息的可靠性和真實性，提高了客戶對生姜產品質量安全信息的可信性。溯源系統(tǒng)的應用，鞏固和提升了產品在市場的美譽度，品牌效應越發(fā)彰顯，產品銷量和效益顯著提升。2020年底的統(tǒng)計分析數(shù)據表明，公司年增銷售額1500萬元，年增稅收351萬元，年增利潤185萬元，年增創(chuàng)匯201萬美元。
基于區(qū)塊鏈的油茶籽油柔性追溯系統(tǒng)已穩(wěn)定運行兩年，各環(huán)節(jié)所錄入溯源數(shù)據總計達上萬條。通過系統(tǒng)的運行結果發(fā)現(xiàn)，基于區(qū)塊鏈的農產品柔性追溯模型可以在保證溯源數(shù)據安全性、溯源結果可信性的基礎上，使農產品的追溯過程具有很強的柔韌性，使追溯流程能夠緊緊貼合實際的農產品生產情況并隨其動態(tài)延展。相較于傳統(tǒng)的農產品追溯系統(tǒng)，基于此模型的農產品柔性追溯系統(tǒng)在溯源結果的可信性和追溯流程的柔韌性方面都有著本質上的提升。
三、技術要點
隨著我國全面小康目標的基本實現(xiàn)，人民越來越重視生活品質的重要性，社會對食品質量安全的關注程度也隨之增高。農產品質量安全追溯是保證食品質量安全的重要手段，區(qū)塊鏈技術的出現(xiàn)為農產品溯源提供了新的數(shù)據存儲方案，其不可篡改的特性使農產品溯源結果具備很高的可信性。
1、農產品柔性追溯
針對現(xiàn)有農產品追溯模型柔韌性差的問題，提出利用微服務思想設計模塊化的農產品柔性追溯模型，以分布式的模型結構替代集中式追溯模型的中心化結構，將各供應鏈環(huán)節(jié)的實現(xiàn)細節(jié)封裝在對應模塊中，模塊內部可以獨立負責環(huán)節(jié)內所有的事務處理邏輯和數(shù)據存儲，模塊間依靠互聯(lián)網相互通信，基于柔性的追溯模型，供應鏈前后環(huán)節(jié)的銜接通過模塊相互調用的方式實現(xiàn)，而不是中心化追溯模型中的固定順序，提高了追溯的靈活性。
2、農產品可信溯源
本文利用區(qū)塊鏈分布式存儲和不可篡改的特性，升級農產品柔性追溯模型，將區(qū)塊鏈技術融入模型的每個模塊中，存儲關鍵的溯源數(shù)據，并增加了一系列使系統(tǒng)更加高效的配套模塊，最終形成了“基于區(qū)塊鏈的農產品柔性追溯模型”，能夠在保證柔韌性的基礎之上兼顧溯源數(shù)據的可信性。
3、基于備選投票機制的低時延IPBFT設計
針對于原始PBFT算法在農產品溯源領域中存在的共識時延高、動態(tài)性不足、視圖切換效率較低等問題，提出一種基于備選投票機制的低時延共識算法 IPBFT，引入候補集合和投票選舉機制，降低算法達成共識的時延，提高算法的共識效率和動態(tài)性，為數(shù)據的高效存儲提供可靠的理論基礎。
4、基于加密算法的農產品可信溯源模型
由于溯源數(shù)據錄入存在大量人工錄入過程，數(shù)據在上傳過程中存在安全隱患，易遭受攻擊或篡改數(shù)據。為確保溯源數(shù)據的完整性和可信性，利用數(shù)字簽名、非對稱加密技術，對各環(huán)節(jié)需要上傳的溯源數(shù)據進行加密傳輸與存儲，保證數(shù)據的真實性和完整性。
以農產品產業(yè)鏈的實際需求為前提，以區(qū)塊鏈溯源的方案、模型及低時延共識算法的設計為基礎，結合加密算法，設計區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)的模塊、架構，利用超級賬本實現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的農產品可信溯源系統(tǒng)，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溯源系統(tǒng)相比，具有去中心化、數(shù)據分布式存儲、數(shù)據真實性強的特點，保障了信息的安全性及可信性，為農產品溯源提供了一個不依賴于第三方的可信平臺。
四、適宜區(qū)域
該技術可廣泛應用于農產品質量安全追溯區(qū)域。該技術全面可靠的記錄農產品全產業(yè)鏈溯源數(shù)據，利用共識算法、智能合約、加密算法等技術，設計基于區(qū)塊鏈的農產品質量安全可信溯源系統(tǒng)，為農產品質量安全保駕護航。
五、注意事項
1、確定系統(tǒng)的應用環(huán)境
大量的農產品溯源數(shù)據存儲于區(qū)塊鏈中或可導致系統(tǒng)效率問題，可將區(qū)塊鏈與中心化數(shù)據庫相結合，區(qū)分上鏈數(shù)據與非上鏈數(shù)據，靈活存儲溯源數(shù)據，既確保了數(shù)據安全性，又提高了系統(tǒng)效率。
2、區(qū)分隱私數(shù)據和公開數(shù)據
為保護農產品生產數(shù)據的隱秘性，區(qū)分生產數(shù)據的數(shù)據類別，分為隱私數(shù)據和公開數(shù)據。通過加密機制，具備查看信息權利的任何機構可以通過秘鑰解碼查看加密數(shù)據，沒有查看資質的外部用戶不可查看數(shù)據內容。
六、聯(lián)系人信息
姓名：柳平增
所在學院：信息科學與工程學院
手機號：18660865275
郵箱：pzliu@sdau.edu.cn
項目來源：山東農業(yè)大學
