一种基于区块链的动力电池信息溯源系统及方法

1.本发明属于动力电池信息溯源技术领域，具体涉及一种基于区块链的动力电池信息溯源系统及方法。


背景技术：

2.在汽车产业数字化转型的背景下，新能源汽车的数字化、智能化、网络化，能更加有效地监管车辆运行状态和性能，实现动力电池的全流程服务。一个完整的动力电池信息追溯应包含主机厂、电池厂、电池租赁商、车辆报废企业和电池回收、梯次利用企业等多个主体，并且涉及生产、装车、销售、维修、退役、回收等全流程中的多个环节，因此会产生庞大的数据。要想实现对动力电池多源信息的追溯，就需要对这些数据加以利用。
3.然而，面对海量的数据，现有的动力电池信息追溯系统既难以覆盖动力电池的全流程，保证数据的完整性，又存在不同阶段的交易数据由各环节所涉及的主体自行保存和归档，数据容易被篡改、真实性存疑的情况。
4.区块链是一种将数据区块有序地连接起来，并用加密的方法来维护数据块的链式结构，确保其不可篡改、不可伪造的分布式数据库技术。区块链通过去中心化在保障数据安全的同时，将数据的处理权限分散至每一个网络节点上，能高效实现动力电池多源信息的共享和追溯。但现有的基于区块链的动力电池溯源系统存在无法筛除冗余数据，导致数据异常或损坏，数据准确性低，同时存在数据交互能力和数据层执行效率不高的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于区块链的动力电池信息溯源系统及方法，利用区块链技术，确保数据上链前的安全性和完整性，数据上链后不可篡改，提高数据的可信性；其次选用联盟链为网络骨架，可准确地覆盖产品的全流程，还能够筛除冗余数据，提高数据准确性和执行效率。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种基于区块链的动力电池信息溯源系统，该系统包括应用层、核心层以及数据层；其中：
8.应用层的参与主体是联盟链，联盟链成员为动力电池全流程各环节所涉及的主体，联盟链成员通过注册和申请加入联盟链；该应用层采用b/s技术架构，为不同场景下所有联盟链成员的信息查询需求提供统一的服务支持；
9.核心层包括加密算法模块、智能合约模块和分布式一致算法模块；其中：
10.加密算法模块用于对敏感数据进行加密处理；
11.智能合约模块包括注册智能合约子模块和生产智能合约子模块；注册智能合约子模块包括两部分，一是根据联盟链成员的账户信息得到的密钥信息进行交易签名，得到交易签名信息；二是对申请加入联盟链的各主体进行严格的资格审查，符合要求的主体作为成员加入区块链，同时对不同的联盟链成员授权；当有新的主体加入区块链时，确定新的主
体所对应的权限；其中所述区块链以联盟链的形式存在，只有被授权的联盟链成员才能上传数据和查询数据，并且联盟链成员对数据的任何操作都需要签名，只有签名后的交易记录才能存储于动力电池信息溯源系统中；生产智能合约子模块，用于负责动力电池的制造和交付；动力电池整个流程的每一步骤都被记录，且经交易签名后被存储至区块链中，同时将动力电池监管条例、标准和相关管理办法以智能合约的形式内嵌于区块链中，禁止与合约不一致的数据上链，实现动力电池交投的规范化、标准化管理；
12.分布式一致算法模块是数据生成时所采用的联盟链之间的算法，经协商交互后达成一致的数据则写入核心层，否则不能写入；
13.数据层包括数据去重模块、数据存储模块、数据确权模块、数据查询模块与数据防篡改求证模块；其中：
14.数据去重模块，用于判定上传数据是否重复，并将重复数据删除；
15.数据存储模块，数据存储模块采用分布式存储系统，分布式存储系统为星际文件系统ipfs，用于存储联盟链成员上传的溯源记录，不仅将上传的数据存储在不同的区块链上，还将数据的处理权限分散至每一个网络节点，对数据在不同的层级进行保存和公开；且由ipfs接收到联盟链成员上传的数据，并返回存储数据的hash值地址；
16.数据确权模块，联盟链成员在上传数据前需根据索引值和智能合约模块调用分布式存储系统对已存储在区块链中的信息进行访问；索引值是ipfs为上传的数据生成的hash值；通过账户信息生成的密钥来获取分布式存储时生成的唯一索引值，以确定账户信息密钥的所有者真实且合法地拥有该索引值对应的存储数据；
17.数据查询模块，联盟链成员根据电池的电芯、电池模组和电池包的唯一标识查询电池的溯源信息；查询过程中，将根据电池的电芯、电池模组和电池包的唯一标识从区块链中获取动力电池多源信息；查询成功后，将动力电池的全流程多源信息反馈给联盟链成员；
18.数据防篡改求证模块，ipfs为上传的数据生成唯一的hash，并将不同hash值存储在区块链上，利用智能合约模块进行查询，如果数据被篡改则反映在关联的hash值中；当联盟链成员在客户端查看动力电池溯源信息时，数据层在求证发起时即刻计算数据的hash值，之后将该hash值与关联的历史hash值作比对，当超过半数关联hash值比对一致后，判断数据未被篡改，则联盟链成员直接使用系统中存储的数据；若未超过半数，则判定数据已被篡改，数据层对篡改数据进行还原，利用对应历史数据替换被篡改数据，保证数据每时每刻的完整性。
19.进一步的，联盟链成员包括电池厂、主机厂、车辆报废企业、电池回收与梯次利用企业以及电池租赁商。
20.进一步的，动力电池整个流程为：首先，电池厂生产符合国家标准要求的动力电池，其次，由主机厂装车、销售、交付给消费者，最后动力电池在使用过程中会经历维修、退役以及换电步骤。
21.进一步的，联盟链成员通过各自企业终端注册账号信息并申请加入联盟链，同时上传企业信息，各自企业的联盟链账号由各自企业相关负责人进行管理。
22.进一步的，权限包括电池交易、数据查看和交易记录查看。
23.进一步的，数据去重模块首先对数据使用加密算法对敏感数据进行加密处理，通过密钥生成的算法得到上传数据的公钥和私钥，用于对数据进行加密和解密；然后，将加密
后的数据上传至区块链，比对已存储的数据与新上传的数据，如果相同，则表明相同的数据已存储在区块链中，新的数据不再上链。
24.一种利用上述中任意一项所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统实现的基于区块链的动力电池信息溯源方法，包括以下步骤：
25.s1：将动力电池全流程各环节涉及的主体整合，构建动力电池溯源联盟链；
26.s2：系统通过智能合约模块对申请加入联盟链的主体进行资格审查并对加入联盟链成员分别设置权限，控制数据的访问权限和管理用户行为；
27.s3：联盟链成员发起上链请求，申请将动力电池信息上传至ipfs上，保存为溯源记录；
28.s4：动力电池信息溯源系统数据层接收到数据后，对敏感数据进行加密处理，ipfs为上传的数据生成不可逆转的hash值；
29.s5：确定上传数据是否为重复数据，若不重复，则将新数据存储至联盟链成员对应的区块链中；若重复，则对重复数据进行删除；
30.s6：当需要查询动力电池溯源信息时，联盟链成员在系统中发布数据查询请求，经审核授予部分查询权限；
31.s7：动力电池信息溯源系统对区块链中存储的数据进行防节点求证及数据还原；当联盟链成员在查看动力电池溯源信息时，数据层在求证发起时即刻计算数据的hash值，之后将该hash值与关联的历史hash值作比对，当超过半数关联hash值比对一致后，可判断数据未被篡改；若未超过半数，则判定数据已被篡改，数据层对篡改数据进行还原，利用对应历史数据替换被篡改数据。
32.进一步的，溯源记录包括电池厂存储动力电池的原始溯源信息，主机厂存储车辆的生产信息和销售信息，车辆报废企业和电池回收与梯次利用企业存储退役电池的溯源信息、维修信息和退役信息，电池租赁商存储电池的库存信息。
33.进一步的，步骤s5具体为：如果在关联数组中找不到数据，将请求客户端上传数据，ipfs接收成员上传的数据；如果在关联数组中找到数据，则通过账户信息生成的密钥来获取分布式存储时生成的唯一索引值，从而确定账户信息密钥的所有者真实且合法地拥有该索引值对应的存储数据，并删除重复数据。
34.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
35.本发明将动力电池生产、车辆生产、动力电池销售、动力电池维修、动力电池退役、动力电池库存等多源信息上链，形成动力电池区块信息上传至平台，打破了电池厂、主机厂、车辆报废企业、电池回收与梯次利用企业、电池租赁商之间信息不对等的情况，解决了传统溯源信息系统被篡改和伪造的风险；本发明利用了区块链技术，将数据进行分布式存储，保证了数据的真实性和可靠性。
附图说明
36.图1为本发明所提供的动力电池信息溯源系统框图；
37.图2为本发明所提供的动力电池信息溯源办法流程图。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
39.本发明基于动力电池全流程，利用区块链技术将全流程的每一环节打通，并对每一环节所生成的信息进行汇总和反馈，从而实现对动力电池多源信息可追溯、流向可查询的目的。
40.实施例一：
41.本实施例提供了一种基于区块链的动力电池信息溯源系统，如图1所示，包括应用层、核心层、数据层。
42.应用层的参与主体是联盟链，由电池厂、主机厂、车辆报废企业、电池回收与梯次利用企业、电池租赁商等核心企业作为联盟链成员。联盟链成员在系统进行注册和申请，建立账户信息后才能进行后续操作。应用层采用b/s技术架构，为不同场景下，所有联盟链成员的信息查询等不同需求提供统一的服务支持。
43.核心层包含加密算法模块、智能合约模块和分布式一致算法模块。加密算法模块是对敏感数据进行加密处理。智能合约模块包括注册智能合约子模块和生产智能合约子模块。分布式一致算法模块是数据生成时所采用的联盟链之间的算法，经协商交互后达成一致则写入核心层，否则不能写入。
44.进一步的，注册智能合约子模块包括两部分，一是根据联盟链成员的账户信息得到的密钥信息进行交易签名，得到交易签名信息；二是对申请加入联盟链的各主体进行严格的资格审查，符合要求的主体，即各电池相关企业，可以作为成员加入区块链，同时对系统中不同的联盟链成员授权；当有新的企业加入区块链时，就要确定新的企业所对应的权限，包括但不限于电池交易、数据查看、交易记录查看。需要说明的是，本文的区块链以联盟链的形式存在，只有被授权的联盟链成员才能上传数据和查询数据，并且企业对数据的任何操作都需要签名，只有签名后的交易记录才能存储于系统中。
45.生产智能合约子模块，是负责动力电池的制造和交付。首先，电池厂必须生产符合国家标准要求的动力电池，其次，由主机厂装车、销售、交付给消费者，最后动力电池在使用过程中会经历维修、退役、换电等。整个流程的每一步骤都会被记录，且经交易签名后被存储至区块链中。同时，将动力电池监管条例、标准和相关管理办法等内容以智能合约的形式内嵌于区块链中，禁止与合约不一致的数据上链，从而实现动力电池交投的规范化、标准化管理。
46.数据层主要包括数据去重模块、数据确权模块、数据存储模块、数据查询模块与数据防篡改求证模块。
47.数据去重模块，用于判定上传数据是否重复，并将重复数据删除。首先，对数据使用加密算法对敏感数据进行加密处理。通过密钥生成的算法得到上传数据的公钥和私钥，用于对数据进行加密和解密；然后，将加密后的数据上传至区块链，比对已存储的数据与新上传的数据，如果比对相同，则表明相同的数据已存储在区块链中。最终，为了节约内存，新的数据不再上链。
48.数据存储模块，采用分布式存储系统，分布式存储系统为星际文件系统(ipfs)，其存储内容为联盟链成员上传的溯源记录，不仅将上传的数据存储在不同的区块链上，还将数据的处理权限分散至每一个网络节点，对数据在不同的层级进行保存和公开。由ipfs接收到联盟链成员上传的数据，并返回存储数据的hash值地址。
49.数据确权模块，联盟链成员在上传数据前需根据索引值和智能合约调用分布式存储系统对已存储在区块链中的信息进行访问。索引值是ipfs为上传的数据生成的hash值。系统通过账户信息生成的密钥来获取分布式存储时生成的唯一索引值，从而确定账户信息密钥的所有者真实且合法地拥有该索引值对应的存储数据。
50.数据查询模块，联盟链成员可以根据电池的电芯、电池模组和电池包的唯一标识等查询电池的溯源信息；查询过程中，系统将根据电池的电芯、电池模组和电池包的唯一标识从区块链中获取动力电池多源信息；查询成功后，系统将动力电池的生产、装车、销售、维修、退役、回收等全流程多源信息反馈给联盟链成员。
51.数据防篡改求证模块，ipfs为上传的数据生成唯一的hash，并将不同hash值存储在区块链上，利用智能合约进行查询，如果数据被篡改就会反映在关联的hash值中。当联盟链成员在客户端查看动力电池溯源信息时，数据层在求证发起时即刻计算数据的hash值，之后将该hash值与关联的历史hash值作比对，当超过半数关联hash值比对一致后，可判断数据未被篡改，则联盟链成员直接使用系统中存储的数据；若未超过半数，则判定数据已被篡改。为保证数据安全和可靠，数据层对篡改数据进行还原，将对应历史数据替换被篡改数据，从而保证数据每时每刻的完整性。
52.实施例二：
53.本实施例提供了一种基于区块链的动力电池信息溯源方法，如图2所示，具体步骤如下：
54.s1：将动力电池全流程各环节涉及的主体整合，构建动力电池溯源联盟链。
55.本实施例选取联盟链中不同环节的核心企业，主要包括电池厂、主机厂、车辆报废企业、电池回收与梯次利用企业、电池租赁商。通过各自企业终端注册账号信息，并申请加入联盟链，同时在系统中上传企业信息。
56.由于联盟链成员只有在注册申请之后才能授予权限，因此联盟链相较于公有链虽然具备一定的准入条件，但其拥有更快的交易速度和较低的监管难度，而且相较于私有链有更高的安全性和较低的成本，故动力电池信息溯源系统比较适合选用联盟链作为网络骨架。
57.s2：系统通过智能合约对申请加入联盟链的企业进行资格审查并对加入联盟链成员分别设置权限，控制数据的访问权限和管理用户行为。
58.s3：联盟链成员发起上链请求，申请将动力电池信息上传至ipfs上，保存为溯源记录。
59.溯源记录，包括所述电池厂存储动力电池的原始溯源信息，所述主机厂存储车辆的生产信息和销售信息，所述车辆报废企业和电池回收与梯次利用企业存储退役电池的溯源信息、维修信息和退役信息，所述电池租赁商存储电池的库存信息。
60.s4：系统数据层接收到数据后，对数据进行收敛加密处理，ipfs为上传的数据生成不可逆转的hash值。
61.s5：确定上传数据是否为重复数据，若不重复，则将新数据存储至联盟链成员对应的区块链中；若重复，则对重复数据进行删除。
62.如果在关联数组中找不到数据，服务器将请求客户端上传数据，ipfs接收成员上传的数据；如果在关联数组中找到数据，则通过账户信息生成的密钥来获取分布式存储时生成的唯一索引值，从而确定账户信息密钥的所有者真实且合法地拥有该索引值对应的存储数据的。此时系统删除重复数据。
63.s6：当需要查询动力电池溯源信息时，联盟链成员在系统中发布数据查询请求，经系统审核授予部分查询权限。
64.s7：系统对区块链中存储的数据进行防节点求证及数据还原。
65.为了防止链上数据被篡改，影响溯源信息的安全性和可靠性，当联盟链成员在客户端查看动力电池溯源信息时，数据层在求证发起时即刻计算数据的hash值，之后将该hash值与关联的历史hash值作比对，当超过半数关联hash值比对一致后，可判断数据未被篡改；若未超过半数，则判定数据已被篡改。为保证数据安全，数据层对篡改数据进行还原，将对应历史数据替换被篡改数据。
66.综上所述，基于区块链的动力电池信息溯源系统及方法从技术层面保证了追踪多源信息的可靠性、完整性、可信性和安全性，并且减少了溯源断链的风险。
67.需要指出，根据实施的需要，可将本技术中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
68.本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于区块链的动力电池信息溯源系统，其特征在于，该系统包括应用层、核心层以及数据层；其中：应用层的参与主体是联盟链，联盟链成员为动力电池全流程各环节所涉及的主体，联盟链成员通过注册和申请加入联盟链；该应用层采用b/s技术架构，为不同场景下所有联盟链成员的信息查询需求提供统一的服务支持；核心层包括加密算法模块、智能合约模块和分布式一致算法模块；其中：加密算法模块用于对敏感数据进行加密处理；智能合约模块包括注册智能合约子模块和生产智能合约子模块；注册智能合约子模块包括两部分，一是根据联盟链成员的账户信息得到的密钥信息进行交易签名，得到交易签名信息；二是对申请加入联盟链的各主体进行严格的资格审查，符合要求的主体作为成员加入区块链，同时对不同的联盟链成员授权；当有新的主体加入区块链时，确定新的主体所对应的权限；其中所述区块链以联盟链的形式存在，只有被授权的联盟链成员才能上传数据和查询数据，并且联盟链成员对数据的任何操作都需要签名，只有签名后的交易记录才能存储于动力电池信息溯源系统中；生产智能合约子模块，用于负责动力电池的制造和交付；动力电池整个流程的每一步骤都被记录，且经交易签名后被存储至区块链中，同时将动力电池监管条例、标准和相关管理办法以智能合约的形式内嵌于区块链中，禁止与合约不一致的数据上链，实现动力电池交投的规范化、标准化管理；分布式一致算法模块是数据生成时所采用的联盟链之间的算法，经协商交互后达成一致的数据则写入核心层，否则不能写入；数据层包括数据去重模块、数据存储模块、数据确权模块、数据查询模块与数据防篡改求证模块；其中：数据去重模块，用于判定上传数据是否重复，并将重复数据删除；数据存储模块，数据存储模块采用分布式存储系统，分布式存储系统为星际文件系统ipfs，用于存储联盟链成员上传的溯源记录，不仅将上传的数据存储在不同的区块链上，还将数据的处理权限分散至每一个网络节点，对数据在不同的层级进行保存和公开；且由ipfs接收到联盟链成员上传的数据，并返回存储数据的hash值地址；数据确权模块，联盟链成员在上传数据前需根据索引值和智能合约模块调用分布式存储系统对已存储在区块链中的信息进行访问；索引值是ipfs为上传的数据生成的hash值；通过账户信息生成的密钥来获取分布式存储时生成的唯一索引值，以确定账户信息密钥的所有者真实且合法地拥有该索引值对应的存储数据；数据查询模块，联盟链成员根据电池的电芯、电池模组和电池包的唯一标识查询电池的溯源信息；查询过程中，将根据电池的电芯、电池模组和电池包的唯一标识从区块链中获取动力电池多源信息；查询成功后，将动力电池的全流程多源信息反馈给联盟链成员；数据防篡改求证模块，ipfs为上传的数据生成唯一的hash，并将不同hash值存储在区块链上，利用智能合约模块进行查询，如果数据被篡改则反映在关联的hash值中；当联盟链成员在客户端查看动力电池溯源信息时，数据层在求证发起时即刻计算数据的hash值，之后将该hash值与关联的历史hash值作比对，当超过半数关联hash值比对一致后，判断数据未被篡改，则联盟链成员直接使用系统中存储的数据；若未超过半数，则判定数据已被篡改，数据层对篡改数据进行还原，利用对应历史数据替换被篡改数据，保证数据每时每刻的
完整性。2.根据权利要求1所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统，其特征在于，联盟链成员包括电池厂、主机厂、车辆报废企业、电池回收与梯次利用企业以及电池租赁商。3.根据权利要求2所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统，其特征在于，动力电池整个流程为：首先，电池厂生产符合国家标准要求的动力电池，其次，由主机厂装车、销售、交付给消费者，最后动力电池在使用过程中会经历维修、退役以及换电步骤。4.根据权利要求1所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统，其特征在于，联盟链成员通过各自企业终端注册账号信息并申请加入联盟链，同时上传企业信息，各自企业的联盟链账号由各自企业相关负责人进行管理。5.根据权利要求1所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统，其特征在于，权限包括电池交易、数据查看和交易记录查看。6.根据权利要求1所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统，其特征在于，数据去重模块首先对数据使用加密算法对敏感数据进行加密处理，通过密钥生成的算法得到上传数据的公钥和私钥，用于对数据进行加密和解密；然后，将加密后的数据上传至区块链，比对已存储的数据与新上传的数据，如果相同，则表明相同的数据已存储在区块链中，新的数据不再上链。7.一种利用权利要求1至6中任意一项所述的基于区块链的动力电池信息溯源系统实现的基于区块链的动力电池信息溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将动力电池全流程各环节涉及的主体整合，构建动力电池溯源联盟链；s2：系统通过智能合约模块对申请加入联盟链的主体进行资格审查并对加入联盟链成员分别设置权限，控制数据的访问权限和管理用户行为；s3：联盟链成员发起上链请求，申请将动力电池信息上传至ipfs上，保存为溯源记录；s4：动力电池信息溯源系统数据层接收到数据后，对敏感数据进行加密处理，ipfs为上传的数据生成不可逆转的hash值；s5：确定上传数据是否为重复数据，若不重复，则将新数据存储至联盟链成员对应的区块链中；若重复，则对重复数据进行删除；s6：当需要查询动力电池溯源信息时，联盟链成员在系统中发布数据查询请求，经审核授予部分查询权限；s7：动力电池信息溯源系统对区块链中存储的数据进行防节点求证及数据还原；当联盟链成员在查看动力电池溯源信息时，数据层在求证发起时即刻计算数据的hash值，之后将该hash值与关联的历史hash值作比对，当超过半数关联hash值比对一致后，可判断数据未被篡改；若未超过半数，则判定数据已被篡改，数据层对篡改数据进行还原，利用对应历史数据替换被篡改数据。8.根据权利要求7所述的基于区块链的动力电池信息溯源方法，其特征在于，溯源记录包括电池厂存储动力电池的原始溯源信息，主机厂存储车辆的生产信息和销售信息，车辆报废企业和电池回收与梯次利用企业存储退役电池的溯源信息、维修信息和退役信息，电池租赁商存储电池的库存信息。9.根据权利要求7所述的基于区块链的动力电池信息溯源方法，其特征在于，步骤s5具体为：如果在关联数组中找不到数据，将请求客户端上传数据，ipfs接收成员上传的数据；
如果在关联数组中找到数据，则通过账户信息生成的密钥来获取分布式存储时生成的唯一索引值，从而确定账户信息密钥的所有者真实且合法地拥有该索引值对应的存储数据，并删除重复数据。

技术总结
本发明公开了一种基于区块链的动力电池信息溯源系统及方法，该系统包括应用层、核心层以及数据层；应用层的参与主体是联盟链，联盟链成员为动力电池全流程各环节所涉及的主体；核心层包括加密算法模块、智能合约模块和分布式一致算法模块；数据层包括数据去重模块、数据存储模块、数据确权模块、数据查询模块与数据防篡改求证模块。本发明将动力电池多源信息上链，形成动力电池区块信息上传至平台，打破了电池厂、主机厂、车辆报废企业、电池回收与梯次利用企业、电池租赁商之间信息不对等的情况，解决了传统溯源信息系统被篡改和伪造的风险；本发明利用区块链技术，将数据进行分布式存储，保证了数据的真实性和可靠性。保证了数据的真实性和可靠性。保证了数据的真实性和可靠性。


技术研发人员：张国方 景琳 王琪
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/7