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基于区块链技术的食品溯源平台关键技术研究

张瑞星  
【摘要】:随着人们生活条件的日益提高,和近年来时有发生的食品安全问题,人们越来越关注食品安全相关问题,对食品安全的溯源有了更高的要求。区块链技术作为一种分布式记账技术的新兴技术,其具有数据不能被篡改和去中心化等特点。区块链技术作为国家发改委认定的新型基础设施,区块链技术在金融、溯源、政务、医疗等领域具有重要的研究价值和深远的研究意义。本文针对传统的食品溯源体系存在的溯源信息真实性无法保证、溯源效率低、溯源成本高等问题,在深入调研研究分析了食品溯源场景的各环节的运行机制和需求后,设计了一种食品溯源系统框架。并通过分析研究超级账本Fabric的共识机制找出限制系统性能的瓶颈所在和区块链中拜占庭容错的共识算法的相关研究,提出了相应的优化措施。初步搭建食品溯源系统的验证系统,并对系统功能和性能进行了测试。本论文的主要研究内容及贡献如下:1.在现有超级账本的基础上,提出了一种适应于食品溯源场景的基于联盟链Fabric平台的食品溯源体系框架:通过开发区块链作为底层平台链接现有成熟的养殖系统、农场系统、物流系统和销售系统的中间件,实现对现有系统的合理应用,减少了系统的开发难度和工作量。并优先采用部署到云端的方案,提高了系统硬件水平也减少了对溯源环节各节点本地硬件的依赖,进而提高系统的运行效率。通过单独设立面向消费者的节点服务器,使系统的节点变动相对减少,来提高系统运行效率。2.在对超级账本系统的共识机制进行详细的理论分析和实验测试的基础上,在Fabric的共识流程的背书和排序服务中结合可验证随机函数思想,实现并行化的背书服务,将系统吞吐量提高到了6K左右,并使系统具有一定的拜占庭容错能力。创新性的将信用值这一评估引入到联盟链系统中,通过信用值将单个物理节点划分为多个虚拟节点,充分的利用了服务器的多核多线程的优势。3.在对可验证随机函数和国密算法研究的基础上,设计了一种基于国密算法SM2的可验证随机算法。通过测试得出其生成证明和验证证明的速度都在毫秒量级,与现有的可验证随机函数的实现方案性能相当。4.通过对食品溯源架构的研究和对超级账本Fabric的优化,设计实现了基于超级账本Fabric的食品溯源验证系统,并验证了系统的相关功能和性能。


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