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一、技術(shù)名稱
基于區(qū)塊鏈的可信溯源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
二、技術(shù)概述（概述應(yīng)簡(jiǎn)明扼要，可附2-3張照片、視頻）
（一）技術(shù)類別：技術(shù)體系。
（二）技術(shù)類型：技術(shù)服務(wù)。
（三）技術(shù)基本情況：
伴隨著生活水平的不斷提高以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事件的爆發(fā)，促使人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全發(fā)生了由量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變，如何確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源信息的可信性，進(jìn)而大幅度提高消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的信任程度是農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)面臨的一個(gè)迫切需求。
農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)能夠標(biāo)識(shí)食品來源，提供其從生產(chǎn)到餐桌全過程中信息流和產(chǎn)品流的詳細(xì)信息，提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)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(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地定位到發(fā)生問題環(huán)節(jié)，明確責(zé)任主體，及時(shí)召回問題食品，遏制問題蔓延勢(shì)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(dǎo)管理，產(chǎn)業(yè)鏈溯源數(shù)據(jù)由單一機(jī)構(gòu)掌控，系統(tǒng)中心化嚴(yán)重，數(shù)據(jù)容易受到人為篡改，溯源信息的完整性和真實(shí)性無法保證；溯源過程中往往存在著政府、企業(yè)﹑消費(fèi)者之間信息不對(duì)稱現(xiàn)象，交易雙方容易出現(xiàn)信任危機(jī)，且農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中所涉及的環(huán)節(jié)較多，容易產(chǎn)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(shí)性的農(nóng)產(chǎn)品可信溯源系統(tǒng)，是亟待解決的問題。
（四）技術(shù)示范推廣情況：
開發(fā)了生姜可信溯源系統(tǒng)、冬棗產(chǎn)業(yè)鏈溯源系統(tǒng)、深圳華之粹油茶籽油大數(shù)據(jù)平臺(tái)、黃河三角洲農(nóng)產(chǎn)品安全追溯平臺(tái)。依據(jù)綠色食品、有機(jī)食品及 GAP 認(rèn)證等相關(guān)的生產(chǎn)、加工標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)，對(duì)供應(yīng)鏈上的質(zhì)量安全關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行研究，根據(jù)質(zhì)量安全關(guān)鍵控制點(diǎn)確定溯源關(guān)鍵點(diǎn)以及相應(yīng)的溯源內(nèi)容，記錄生產(chǎn)過程不同階段的責(zé)任人，構(gòu)建基于產(chǎn)業(yè)鏈的信息管理系統(tǒng)。在上述研究的基礎(chǔ)上，從企業(yè)管理、政府監(jiān)管、消費(fèi)者參與的多視角探尋以企業(yè)內(nèi)部責(zé)任追溯為主，消費(fèi)者、監(jiān)管者的外部溯源為輔的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源管理模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈溯源系統(tǒng)。
（五）提質(zhì)增效情況：
2020年4月，山東省萬興食品有限公司開始應(yīng)用山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)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(yīng)用實(shí)現(xiàn)了生姜產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化管理，提高了公司生姜產(chǎn)品質(zhì)量的安全監(jiān)管能力，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升。通過區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量安全信息的可靠性和真實(shí)性，提高了客戶對(duì)生姜產(chǎn)品質(zhì)量安全信息的可信性。溯源系統(tǒng)的應(yīng)用，鞏固和提升了產(chǎn)品在市場(chǎng)的美譽(yù)度，品牌效應(yīng)越發(fā)彰顯，產(chǎn)品銷量和效益顯著提升。2020年底的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)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(yùn)行兩年，各環(huán)節(jié)所錄入溯源數(shù)據(jù)總計(jì)達(dá)上萬條。通過系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品柔性追溯模型可以在保證溯源數(shù)據(jù)安全性、溯源結(jié)果可信性的基礎(chǔ)上，使農(nóng)產(chǎn)品的追溯過程具有很強(qiáng)的柔韌性，使追溯流程能夠緊緊貼合實(shí)際的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)情況并隨其動(dòng)態(tài)延展。相較于傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，基于此模型的農(nóng)產(chǎn)品柔性追溯系統(tǒng)在溯源結(jié)果的可信性和追溯流程的柔韌性方面都有著本質(zhì)上的提升。
三、技術(shù)要點(diǎn)
隨著我國全面小康目標(biāo)的基本實(shí)現(xiàn)，人民越來越重視生活品質(zhì)的重要性，社會(huì)對(duì)食品質(zhì)量安全的關(guān)注程度也隨之增高。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯是保證食品質(zhì)量安全的重要手段，區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)為農(nóng)產(chǎn)品溯源提供了新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，其不可篡改的特性使農(nóng)產(chǎn)品溯源結(jié)果具備很高的可信性。
1、農(nóng)產(chǎn)品柔性追溯
針對(duì)現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品追溯模型柔韌性差的問題，提出利用微服務(wù)思想設(shè)計(jì)模塊化的農(nóng)產(chǎn)品柔性追溯模型，以分布式的模型結(jié)構(gòu)替代集中式追溯模型的中心化結(jié)構(gòu)，將各供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)封裝在對(duì)應(yīng)模塊中，模塊內(nèi)部可以獨(dú)立負(fù)責(zé)環(huán)節(jié)內(nèi)所有的事務(wù)處理邏輯和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，模塊間依靠互聯(lián)網(wǎng)相互通信，基于柔性的追溯模型，供應(yīng)鏈前后環(huán)節(jié)的銜接通過模塊相互調(diào)用的方式實(shí)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(nóng)產(chǎn)品可信溯源
本文利用區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)和不可篡改的特性，升級(jí)農(nóng)產(chǎn)品柔性追溯模型，將區(qū)塊鏈技術(shù)融入模型的每個(gè)模塊中，存儲(chǔ)關(guān)鍵的溯源數(shù)據(jù)，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(nóng)產(chǎn)品柔性追溯模型”，能夠在保證柔韌性的基礎(chǔ)之上兼顧溯源數(shù)據(jù)的可信性。
3、基于備選投票機(jī)制的低時(shí)延IPBFT設(shè)計(jì)
針對(duì)于原始PBFT算法在農(nóng)產(chǎn)品溯源領(lǐng)域中存在的共識(shí)時(shí)延高、動(dòng)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(jī)制的低時(shí)延共識(shí)算法 IPBFT，引入候補(bǔ)集合和投票選舉機(jī)制，降低算法達(dá)成共識(shí)的時(shí)延，提高算法的共識(shí)效率和動(dòng)態(tài)性，為數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)提供可靠的理論基礎(chǔ)。
4、基于加密算法的農(nóng)產(chǎn)品可信溯源模型
由于溯源數(shù)據(jù)錄入存在大量人工錄入過程，數(shù)據(jù)在上傳過程中存在安全隱患，易遭受攻擊或篡改數(shù)據(jù)。為確保溯源數(shù)據(jù)的完整性和可信性，利用數(shù)字簽名、非對(duì)稱加密技術(shù)，對(duì)各環(huán)節(jié)需要上傳的溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸與存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性。
以農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)際需求為前提，以區(qū)塊鏈溯源的方案、模型及低時(shí)延共識(shí)算法的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合加密算法，設(shè)計(jì)區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)的模塊、架構(gòu)，利用超級(jí)賬本實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)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(jù)分布式存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)真實(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，保障了信息的安全性及可信性，為農(nóng)產(chǎn)品溯源提供了一個(gè)不依賴于第三方的可信平臺(tái)。
四、適宜區(qū)域
該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯區(qū)域。該技術(shù)全面可靠的記錄農(nóng)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈溯源數(shù)據(jù)，利用共識(shí)算法、智能合約、加密算法等技術(shù)，設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可信溯源系統(tǒng)，為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保駕護(hù)航。
五、注意事項(xiàng)
1、確定系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境
大量的農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈中或可導(dǎo)致系統(tǒng)效率問題，可將區(qū)塊鏈與中心化數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，區(qū)分上鏈數(shù)據(jù)與非上鏈數(shù)據(jù)，靈活存儲(chǔ)溯源數(shù)據(jù)，既確保了數(shù)據(jù)安全性，又提高了系統(tǒng)效率。
2、區(qū)分隱私數(shù)據(jù)和公開數(shù)據(jù)
為保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)的隱秘性，區(qū)分生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類別，分為隱私數(shù)據(jù)和公開數(shù)據(jù)。通過加密機(jī)制，具備查看信息權(quán)利的任何機(jī)構(gòu)可以通過秘鑰解碼查看加密數(shù)據(jù)，沒有查看資質(zhì)的外部用戶不可查看數(shù)據(jù)內(nèi)容。
六、聯(lián)系人信息
姓名：柳平增
所在學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院
手機(jī)號(hào)：18660865275
郵箱：pzliu@sdau.edu.cn
項(xiàng)目來源：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
