一种基于区块链的水产品溯源管理方法及系统与流程

1.本发明属于水产品管理技术领域，尤其涉及一种基于区块链的水产品溯源管理方法及系统。


背景技术：

2.近年来，随着物联网等技术的进步与对水产品安全溯源的理论实践的探索，水产品安全取得了一定成效。但传统的溯源体系依然不能满足人民对水产品安全的需要，由于其中间环节数据缺失，存在数据盲区；各分布式数据中心信息不对称，数据壁垒高，信息流通效率低；多源数据影响产品分析、建模；无法避免数据篡改问题。区块链技术具有分布式存储，数据不可篡改，数据广播同步，数据协议存储等特性，能有效改进水产品溯源方面的问题。
3.目前应用于市场的基于区块链存储的溯源体系大多通过地区政府建立地区性区块节点或直接利用已有的第三方多节点算力资源，如以太链等构建其把区块信息录入区块链的算力资源，但前者会造成算力资源的消耗全由地区性政策管理者承担，造成较大的运营压力。而后者由于过于依赖第三方平台，若第三方平台出现整改，或倒闭，将严重影响平台的运营，同时第三方信息算力也需要支付一定的费用，无疑形成一定的运营成本压力。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于区块链的水产品溯源管理方法及系统，用于解决如何切实有效地鼓励中间渠道搭建节点，贡献算力的技术问题。
5.第一方面，本发明提供一种基于区块链的水产品溯源管理方法，包括：获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理；将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。
6.第二方面，本发明提供一种基于区块链的水产品溯源管理系统，其特征在于，包括：加密模块，配置为获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；验证模块，配置为将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；存储模块，配置为获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；处理模块，对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理；发送模块，将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用
户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。
7.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的基于区块链的水产品溯源管理方法的步骤。
8.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的基于区块链的水产品溯源管理方法的步骤。
9.本技术的基于区块链的水产品溯源管理方法及系统，有效实现对传统水产品溯源平台的改良，保证溯源信息的安全、不可篡改，减轻监管部门的运营压力，并且采用适用于平台数据传输协议、信息广播及节点信息共享机制，有效确保信息标准及统一性，同时提升数据传输的准确性，及传输效率，确保各节点区块信息的统一，降低数据壁垒问题。基于信用等级的共识算法及对渠道子节点贡献算力的激励机制，以优化节点传输效率及诚实状况，并对贡献计算资源的节点给以激励，确保系统高效运行。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明一实施例提供的一种基于区块链的水产品溯源管理方法的流程图；
12.图2为本发明一实施例提供的水产品溯源体系技术架构图；
13.图3为本发明一实施例提供的pow共识算法流程图；
14.图4为本发明一实施例提供的节点激励机制概述图；
15.图5为本发明一实施例提供的一种基于区块链的水产品溯源管理系统的结构框图；
16.图6是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.请参阅图1，其示出了本技术的一种基于区块链的水产品溯源管理方法的流程图。
19.如图1所示，步骤s101，获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源。
20.步骤s102，将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算。
21.步骤s103，获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随
机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储。
22.步骤s104，对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理。
23.步骤s105，将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。
24.在本实施例中，数据从数据采集口，即农产物联端，物流端等子节点运转流入，通过记录读卡器与rfid卡的交互行为及对应的溯源数据，上一节点溯源数据，形成可信溯源数据，而每次rfid的交互操作都要向区块链进行验证，并广播到区块链节点进行共识计算。计算后的随机值及数据发送到地区存储库，并被区块链验证后存储。存储后被数据管理中心获取，并进行相应的数据映射，为真实溯源数据获取接口，同时对大数据进行相应的数据清洗，数据匹配，以及建立预警等应用性分析模型。最终节点用户通过激励机制，获得其奖励规则下，对应权限的行业信息，而实际使用用户，通过用户应用平台，课获取产品的真实水产品溯源信息。
25.在一个具体实施例中，1、基于区块链的水产品溯源体系架构运作体系
26.水产品溯源体系技术架构分为5个层次：设备层、基础层、核心层、服务层、应用层，构成整个项目的技术完整的基础项目框架。如图2所示：
27.设备层：搭建水产品溯源系统的最基础部分，是运行该系统的最基础单位。设备包含2部分，数据采集设备及基础设备。数据采集设备主要包括流通环节的信息采集及记录，rfid便签及读写器技术部分，物联信息采集设备部分。数据采集设备是满足各环节数据采集的最少单位，每个节点应该最少配备一套读写器设备，用于读取溯源标签数据并把当前节点数据写入rfid中，用于数据验证，而物联网采集设备根据每个节点的不同，录入不同类型的节点信息到链中，把行为信息录入到区块链当中。而基础设备是用于运行节点最基础的设备单元，一般情况下只要配备一款包含存储和算力保证设备的机器，而关键节点可能需要强大的计算能力做支撑，此由江西省科技基础条件平台中心(江西省计算中心)提供。
28.基础层：基础层是保证区块链功能运行最基础的运行单位。其中包含数据传输，数据存储，秘钥管理3个部分。数据传输部分，p2p节点是构建一个节点的基本单元，其包含节点的发现，节点的维护等基本节点功能。区块同步，则用于广播并同步各节点的区块链数据，保证各节点数据一致性。分布计算则用于在节点动态变化的情况下，自动找寻最优同步效率的分配方式，提高数据同步效率。数据存储层则包含持久化存储，即区块链的链式存储。分布数据是保证数据分叉和合并的一致性，为数据查询提供接口的方式。数据缓存是用于数据排队写入链前需要加密并暂存的一个缓存表内，当有计算资源时，就会脱离该表并发送到运算单元进行计算。秘钥管理用于管理秘钥的创建、存储、发放及验证。用于对不同场合下对数据的加密。
29.核心层：是整个溯源系统的最为核心的使用性能及应用功能部分，是解决传统溯源平台不足，及解决常用区块链项目的不足的重要部分。其决定了整个系统的使用性能及核心应用功能，是优化使该项目解决传统溯源平台不足的情况下，又解决一般区块链项目的不足的重要部分。其中共识机制是保证工作量证明的重要算法，我们项目采用改良的pow+评级机制，既然确保了数据的吞吐量，又保证了节点的工作量运算，同时也减轻了资源的消耗。溯源共识是运用数字签名技术保证rfid与读写器写入信息有效，并合法的一种认证
方式。传输优化算法与分布计算相结合，通过感知并传播数据，通过算法优化，找到各节点广播最优的传播方式，提高传播效率。数据管理模块，则是我们应用核心算法对数据进行快速匹配，数据清洗，及数据分析模型建立的重要部分。标准化编码模块，则主要把溯源信息，根据不同来源及目的，编码成规范和规格的数据格式，而数据加密主要是利用非对称加密方式，用于公钥管理处所需部分的加密。
30.核心层还包括基于超级计算资源环境的区块链应用平台调度技术资源调度是平台的作业调度管理系统的核心功能与技术。本项目对区块链应用平台的资源调度采用对硬件资源和软件资源分别进行池化管理。主要包括：虚拟化、软件封装部署和资源调度策略技术，根据用户需要可选择所需要的应用和资源以及调度策略。
31.利用负载监控进程和共识算法监控进程来收集系统和进程的资源使用信息，利用状态传递进程、作业发起进程、作业执行进程来实际控制和执行作业，并利用主调度进程根据调度策略对作业进行调度。
32.服务层及应用层：服务层主要是应用于基础的区块链数据已构建后的数据应用方面，如真实数据接口用于对溯源信息的查询，查询都是真实的有效的不可篡改的信息并对应溯源记录。过滤数据源接口用于为商家、农业部门或数据分析部门提供分析数据用途，通过不同类型的过滤算法，能为各单位提供不同需求类型的过滤数据，以方便进行大数据分析。而数据分析接口主要用于，我们已对数据建立模型的情况下直接获取结果，如溯源安全预警，行业分析、生长指导规划等等。
33.应用层则主要面向用户使用，如终端用户可通过溯源平台查询二维码，并直接获取该商品对应的溯源信息。而节点平台则用于为加入节点的商家服务，用于获取行业数据，优化自身运营体系，提高商业效益。
34.2、基于区块链的水产品溯源体系架构运作
35.水产品溯源系统由以上几个技术功能模块组成，数据采集模块进行源头、渠道环节的信息采集并加密，组成信息数据块。读卡器读入rfid溯源信息，并把已有溯源信息返回读卡器，读卡器发送上次溯源信息及新加密信息到加密模块进行验证加密，并把数据返回读卡器，读卡器数据写入到rfid溯源标签后，广播到随机节点，节点通过公识计算得出相应的nonce并把值及内容发送到地区存储库验证，写入数据库存储。数据中心通过对数据的清洗，处理，建立分析模型，并由应用平台检索。具体说明本项目的数据流向及数据处理问题。数据从数据采集口，即农产物联端，物流端等子节点运转流入，通过记录读卡器与rfid卡的交互行为及对应的溯源数据，上一节点溯源数据，形成可信溯源数据，而每次rfid的交互操作都要向区块链进行验证，并广播到区块链节点进行共识计算。计算后的随机值及数据发送到地区存储库，并被区块链验证后存储。存储后被数据管理中心获取，并进行相应的数据映射，为真实溯源数据获取接口，同时对大数据进行相应的数据清洗，数据匹配，以及建立预警等应用性分析模型。最终节点用户通过激励机制，获得其奖励规则下，对应权限的行业信息，而实际使用用户，通过用户应用平台，课获取产品的真实水产品溯源信息。
36.图3是pow共识算法的原理图，传统算法需浪费大量的计算资源，并且数据流通效率低。我们通过提出一种通过节点写入的有效数据量作为评级依据的评级机制，与pow计算相结合，动态调整难度系数，来降低计算时间，提高数据流通效率。目前区块链领域应用主流的共识算法分别为pow共识、pos共识及dpos共识。pow是根据算力来保证共识机制，但单
纯采用pow会消耗大量的计算资源，并且数据流通效率不高。而溯源项目本身伴随着大量的数据不断流入，因此低效的数据流通必然不适用于本项目。而pos机制是根据所拥有的财产数来作为共识，能有效提高数据流通效率，但会存在为降低难度而恶意囤币，我们项目不存在资产，所以pos算法也不适用于我们项目。dpos共识则是指定特定节点为组成小圈子记账，虽然也有较高的数据流通率，但由于指定部分节点运算，因此会造成我们等级激励机制失效，节点间失去竞争活力，为自己争取高等级获取优质数据的机会。同时，容易造成指定流转节点权利过高的独裁行为，这不利于水产品溯源体系的优质发展。因此，我们提出一种pow+等级结合的共识机制，等级高的，pow的计算难度适当降低，而刚进入的节点pow计算时间就较大，可通过提高算力来提高自己的等级，减低计算难度。但这样会造成等级高节点优势累计，因此，我们应适当加入其它机制，防止优势累计问题。
37.图4为节点激励机制概述图，由于建立节点的pow共识需要消耗大量的资源，因此若没有一定的激励机制，流转节点不会愿意负担这部分的运营成本。传统的区块链项目是基于付出算计会生成加密数字币的奖励，及部分数据交易方会提供小费来保证交易信息提前录入。但本项目不适用以加密数字币为作为奖励方式，存在获利行为，虽然会进一步提高流转节点的活力。但会造成一部分唯利节点为了获得数字币而进行一些破坏水产品溯源流转的行为。因此需要提出一种既能激励子节点承担计算成本，又能保证水产品溯源平台在非利下的运营。基于以上问题，我们提出一种以根据节点计算能力，评定节点等级，并根据等级开放相应的行业数据，由于节点是由企业性运营团队构建，因此真实不可篡改的行业数据有利于其企业优化自身的流转架构及市场体系指导，能起到对节点有效的鼓励作用。而节点也愿意通过提高算力来获得更高的等级来获取更优质的行业数据。
38.请参阅图5，其示出了本技术的一种基于区块链的水产品溯源管理系统的结构框图。
39.如图5所示，水产品溯源管理系统200，包括加密模块210、验证模块220、存储模块230、处理模块240以及发送模块250。
40.其中，加密模块210，配置为获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；验证模块220，配置为将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；存储模块230，配置为获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；处理模块240，对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理；发送模块250，将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。
41.应当理解，图5中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图5中的诸模块，在此不再赘述。
42.在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的基于区块链的水产品溯源管理方法；
43.作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计
算机可执行指令设置为：
44.获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；
45.将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；
46.获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；
47.对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理；
48.将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。
49.计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据基于区块链的水产品溯源管理系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至基于区块链的水产品溯源管理系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
50.图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于区块链的水产品溯源管理方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与基于区块链的水产品溯源管理系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
51.上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
52.作为一种实施方式，上述电子设备应用于基于区块链的水产品溯源管理系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
53.获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；
54.将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；
55.获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；
56.对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行
相应的数据处理；
57.将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。
58.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于区块链的水产品溯源管理方法，其特征在于，包括：获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理；将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的水产品溯源管理系统，其特征在于，所述子节点包括农产物联端和物流端；所述获取子节点的运转数据包括：获取所述农产物联端的地理信息、温度信息和湿度信息以及所述物流端的加工信息、物流信息和消费信息。3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的水产品溯源管理系统，其特征在于，所述将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算包括：确定高等级节点、普通节点及节点间的通信及加密。4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的水产品溯源管理系统，其特征在于，其中，预设的激励机制为以根据节点计算能力，评定节点等级，并根据等级开放相应的行业数据。5.一种基于区块链的水产品溯源管理系统，其特征在于，包括：加密模块，配置为获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对所述运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；验证模块，配置为将所述采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并在验证成功后，将所述采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；存储模块，配置为获取计算后的随机值与所有高等级节点和普通节点通信，并将所述随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；处理模块，对所述采集数据源进行数据映射验证，并在验证成功后，对所述采集数据源进行相应的数据处理；发送模块，将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过所述用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。6.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至4任一项所述的方法。7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种基于区块链的水产品溯源管理方法及系统，包括：获取子节点的运转数据，基于预设的数字签名对运转数据进行加密，得到加密的采集数据源；将采集数据源以及历史溯源数据发送至区块链进行验证，并将采集数据源以及历史溯源数据广播到区块链节点进行共识计算；获取计算后的随机值，并将随机值及采集数据源发送到地区存储库，并被区块链验证后存储；对采集数据源进行数据映射验证，对采集数据源进行相应的数据处理；将处理后的采集数据源基于预设的激励机制发送至用户应用平台，使用户通过用户应用平台获取产品的真实水产品溯源信息。采用适用于平台数据传输协议、信息广播及节点信息共享机制，有效确保信息标准及统一性。统一性。统一性。


技术研发人员：王康 胡少文 胡敏
受保护的技术使用者：江西省科技基础条件平台中心（江西省计算中心）
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/9/12