基于区块链的食品供应链溯源系统设计与实现

发布时间：2020-03-20 05:46

【摘要】：近年来,各类食品安全问题的爆出,引起了消费者、监管部门和企业对食品质量监控的重视。食品供应链溯源作为对食品信息的全方位展现,是实现食品质量监管的有效手段。目前大部分食品溯源系统存在数据存储中心化的问题,一方面,中心化存储的数据存在被人为篡改和因被攻击或意外情况丢失的可能,使得溯源数据缺乏可靠性和安全性,导致整个供应链溯源系统失去监管功能;另一方面,中心化存储系统应用于整个食品供应链溯源存在较大困难。近些年受到广泛关注的区块链技术以其去中心化、数据不可篡改、数据可溯源等特性,配合由“图灵完备”语言编写的智能合约,能有效解决传统食品供应链溯源系统因中心化存储而导致的数据不可信与不安全问题。本文首先对传统食品安全溯源系统及区块链技术进行分析,针对目前溯源系统存在的数据存储中心化问题,提出使用去中心化的区块链技术作为技术解决方法,并设计适用于一般食品供应链业务需求的溯源系统方案,包括数据接入层、数据核心层、应用表示层的三层溯源系统架构。本溯源方案通过数据接入层的App扫描二维码获取食品信息,通过传感器获取环境信息;在数据核心层采用区块链和数据库存储溯源数据,基于智能合约完成存储和查询操作功能;在应用表示层以DApp(分布式应用,包括微信小程序与网页)的形式进行人机交互操作,实现食品信息的可信溯源查询;此外,针对系统的逻辑安全性,采用VaaS平台对智能合约进行了安全性验证。其次,依据设计完成的系统方案进行软件系统的实现,设计接入层、数据层、业务逻辑层、表现层的四层软件系统架构。基于食品供应链溯源场景需求和溯源软件的体系架构,选用Ethereum作为区块链开发平台,将其用于食品溯源数据的去中心化存储,并使用Solidity作为智能合约开发语言。在食品信息溯源软件系统具体实现过程中,本文完成了区块链网络的建立、智能合约的编写与调用和接口程序的编写与部署等多方面工作,并配套开发了用于溯源数据获取的数据上传App以及用于溯源查询的网页和微信小程序,实现食品供应链信息的存储与溯源查询。通过对系统的功能验证,本文设计的基于区块链的食品供应链溯源系统能够从系统结构层面解决传统溯源系统具有的数据存储中心化的问题,实现食品在整个供应链环境下的可信、安全的溯源查询。
【图文】：

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将区块链网络与传统的互联网对比，最大的不同之处在与区块链在传递时还能实现价值的转移。而将区块链单纯看作一种信息存储的媒介时，统集中式数据库，区块链分布式的概念保证了数据不可被篡改，大大增的可信度，能够在和其他各类传统行业结合应用中，逐步提高数据和算系统中的地位，，将世界从集中信任模式转变为去中心化的信托制度。2.2.2 区块链工作原理从区块链技术基础架构看，对于目前大多数主流区块链系统，其分层结-1 所示。不同区块链系统各层采用的技术方法不同，如比特币、以太坊使用 PoW 而 EOS 则使用 DPoS，比特币在合约层使用脚本而以太坊使约。区块链技术并不是一个完全独立全新的技术，它是将多种技术进行有机的新时代计算机网络技术。区块链主要通过交易实现信息和价值的转移币网络为例，交易在区块链网络中运行的步骤如下：

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北京工业大学工程硕士专业学位论文（1）节点将新生成的交易向全网广播；（2）所有活跃节点将交易整合进区块；（3）每一个节点通过计算，解出区块链提供数学难题，作为工作量证明；（4）当某一个节点完成工作量证明后，它就向全网广播它的区块；（5）该区块中的所有交易都是有效的且之前未存在过的，其他节点才认同该区块的有效性；（6）其他节点表示他们接受该区块，而表示接受的方法，则是将该区块添加到区块链的末尾。在交易确认过程中，主要涉及有加密算法生成的数字签名验证和共识机制验证，图 2-2 为交易确认流程。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：F203;TP311.52

【参考文献】