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基于区块链的果蔬农产品追溯系统的设计与实现

王明亭  
【摘要】:生鲜果蔬类产品是人们日常生活中饮食中的一部分,是人类健康的必需品,它的安全问题受到人们普遍关注。近年来频频发生的食品安全问题,不仅对消费者的健康和权益造成了伤害,食品生产企业也承受沉重打击,引发了消费者与食品产业之间的信任危机。产品质量安全追溯系统被认为是解决食品安全问题的有效手段,也是建立生产者和消费者之间信任的有效途径。但传统的追溯系统存在数据中心化、易篡改、追溯信息能力共享不足、责任主体难以确定等问题。区块链技术具有的数据公开透明、管理去中心化、上传后不能修改删除、可追溯等特征和优势,为农产品追溯系统的探索提供了明确的方向。本文以果蔬为对象,将区块链技术应用到果蔬农产品追溯系统中,构建一套基于区块链的果蔬农产品质量安全追溯体系,实现农产品追溯数据共享和不可篡改,保证追溯信息的真实性和时效性。消费者通过农产品的追溯码或者扫描农产品包装上的二维码,就能获得果蔬农产品在生产到消费者的整个供应链过程当中的所有关于产品的相关详细信息,不仅能够提升消费者对农产品和企业的可信度和满意度,同时又提升了政府和相关监管部门的工作效率,降低了管理成本。解决了传统传统追溯系统所存在的不足,但区块链追溯系统同时也带来信息数据存储负载过大、查询效率低下和数据隐私安全等问题。因此,本文又对区块链追溯系统的存储进行优化,提出“数据库+区块链”的链上链下追溯信息双存储设计。主要研究内容如下:(1)通过追溯相关文献分别从理论和技术应用阐述目前国内外农产品追溯研究进展,对农产品追溯研究现状进行问题分析,针对现有传统溯源系统存在的问题,将区块链技术应用到农产品追溯系统中,实现农产品有效追溯防伪。(2)构建基于联盟链的Hyperledger Fabric的区块链网络,分析区块链的内部存储机制。对于联盟链的成员,每个节点都需要保存整个联盟链的数据的副本,对区块链系统存储负载能力有着较大的考验。根据区块链的存储结构,随着区块链系统节点的增加和溯源数据的增多,查询效率会大大降低。(3)针对区块链追溯系统存储负载和查询效率问题,提出“数据库+区块链”的链上链下追溯信息双存储设计,本地数据库存储农产品供应链各环节的相关追溯信息,区块链上存储农产品溯源数据加密后的哈希值;并在此基础上建立了外联数据库索引的查询方法,通过二维码扫描查询,从本地数据库查询追溯信息和区块号,对获取的追溯信息进行哈希计算,并与通过区块号获取存储在区块链上的哈希值进行一致性对比从而实现信息防伪。(4)现有的区块链追溯系统是将产品溯源信息直接存储到区块链系统当中,并通过区块链存储的Key健或者产品的某个属性字段查询,将现有常用的两种方式与本文提出的外联数据库存储查询方案进行实验对比。实验结果表明,结果表明当区块链追溯记录总量达到11×104条,批次追溯记录条数为400时,本文方法查询效率分别提高了70.56%和88.66%,而且随着区块链总交易数量越多,效果越明显。(5)在上述的研究基础上,设计了基于区块链的果蔬农产品追溯系统,实现了企业从生产、加工、物流等环节的数据信息化管理。实现了数据不可篡改和信息透明化,消费者可以通过扫描二维码获取产品的生产过程的相关信息,监管部门也可以在发生食品问题时,快速定位问题环节,确认责任主体。本文以果蔬为例,从提高农产品追溯系统信息高效存储与快速查询效率的角度,设计了一种区块链农产品追溯信息存储模型,同时与传统查询优化方法进行了对比分析,为实现基于农产品追溯信息数据存储与快速查询提供借鉴与参考。


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