基于区块链的粮食供应链溯源方案的研究

发布时间：2020-04-24 00:56

【摘要】：粮食安全关系国计民生,我国正在大规模建设和运营粮食质量追溯体系,以期实现高效的追溯定位、精确召回和责任追究。论文分析调研目前粮食质量追溯体系,总结出面临的主要问题:(1)粮食在供应链的整个生命周期中流转时,粮食的形态发生变化,粮食追溯数据描述维度单一、缺乏统一标准;追溯对象的标识静态定义、无法动态追溯。(2)粮食经营分散控制管理,呈现“跨地域、多环节、大流通”的特点,整个体系缺乏安全的数据交换协议来促进数据共享,数据完整性和可验证性较差。(3)信息管理系统以中心化的、各部门自建数据库和信息查询平台的方式为主,数据存在篡改风险。(4)目前没有合适的分布式解决方案为粮食供应链溯源提供所需要的性能、可信度,同时具备成本效益。针对以上问题,本文为粮食供应链溯源提供一个量身定制的、基于区块链的去中心化的解决方案GrainTrail(Grain supply chain traceability modeling)。区块链是一种分布式共享数据库,其点对点价值转移的去中心化特性,使所有信息被公开的记录在这个“公共账本”上,它的数据不能被篡改,每个人都可看随时查看,供应链溯源被认为是其适用的应用场景。本文具体完成工作有:(1)选择种植、仓储、加工、分销和销售共五种企业分析其业务流程,提出粮食供应链的溯源基本原则和溯源需求;并对追溯系统进行需求分析。(2)提出粮食供应链建模方法GSCTM(Grain supply chain traceability modeling),用以对粮食供应链追溯流程进行标准化描述。(3)引入GS1[1]全球可追溯标准,将追溯对象按照标准进行唯一标识,提出TDM(Traceability Data Model)五维度的数据模型用以全方位、多维度定义追溯对象,提高了系统互操作性。(4)GrainTrail采用分布式的点对点的架构设计,每个节点都具有五个功能模块:区块链模块、Node服务模块、Neo4j数据持久化模块、CMDIC模块和用户交互模块。利用以太坊结合Neo4j图数据库,将追溯数据按照“链上链下”的模式进行存储,降低了链上存储压力的同时提高系统I/O效率,并为高性能、多功能的溯源查询提供基础,例如动态标识追溯、双向追溯等;设计基于零知识证明算法(Zero-knowledge proof)的数据完整性检查的共识机制CMDIC,验证全链路的利益相关方提供的隐私数据的一致性和完整性;设计Node服务模块,对用户的数据上传和查询请求提供REST风格的接口;最后设计满足四种类型的用户的追溯系统前端交互网页。通过不同模块的配合,可以满足追溯系统用户的数据上传、隐私数据验证、数据查询和数据防篡改的需求。(5)实现并测试GrainTrail整体解决方案,证明了该解决方案可以在数据的查询效率和数据存储成本相比其他存储模式具有明显的优势,在不使用中心化服务器的情况下,使整个去中心系统具备一定的性能、可信度、以及成本效益。该方案既兼顾了粮食供应链业务场景的特殊性,同时具备了解决方案的通用性,可以为其他领域也提供了新的思路。
【图文】：

仓储企业,托盘,游客,订单

逦第三章需求分析与建模逦逡逑采用产品运输的车次，将可以获得更加精确的批号。由于从田间运出的每车产品，逡逑都需要使用一分“随行单”来传递批次信息，由运输的车辆驾驶员负责递送此单逡逑据。“随行单”上一般注明物流单元编码，所接收的产品名和品种名、种植企业、逡逑数量、采收作物信息，日期、和卡车信息。产品抵达仓储设施地点后，按照“随逡逑行单”合适实际收到的产品，并将产品进行入库登记。在存储设施内的所有产品逡逑流动阶段（摆货、送上货台、发货等），都必须保存箱级或者托盘级别的贸易单逡逑元标识和批次记录。这样可以保证在发生召回事件的时候，仓储企业可以按照批逡逑号进行准确追踪产品。当另一批粮食（不同的名称／品种名）或者另一块田地的产逡逑品送到粮库时，应该等待正在入库的粮食完成入库操作后再进行入库操作，并分逡逑配一个新的批号。逡逑在原粮存储的环节中，原粮可能会进行混仓操作，即不同货位上的粮食可能逡逑会按照品种、等级、年份相同的进行混仓操作。这标志着粮仓的货位信息需要在逡逑混仓阶段及时进行变更。混仓操作如下图所示：逡逑

平台,消费者,产品,信息

逦逦逡逑３．３．１用户设计逡逑为了实现粮食供应链溯源，追溯系统需要满足四种类型用户的需求：普通消逡逑费者、监管部门、企业用户和系统管理员。逡逑企业用户包括粮食供应链生产过程中的所有上下游企业单位，，包括种植企业、逡逑加工企业、经销商／贸易商／零售商、物流公司和仓储企业／粮库，质监机构，对粮逡逑食的安全性和品质定期或者不定期进行质检抽查，并将质检报告原文件上传。逡逑监管部门，有获取到产品质检报告、查询原始数据、对企业提出商品召回要逡逑求、问责相关企业责任人的需求。逡逑普通消费者，具备查询商品溯源信息的诉求，以及对商品投诉的权利。逡逑系统管理员，主要为以上三种用户提供支持和账号审核、激活功能。逡逑３．３．２功能需求逡逑下图描述了四个子追溯系统的功能：逡逑追溯平台逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：F30;TP311.13

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