基于Hyperledger Fabric區塊鏈的商品數據溯源方案

胡廷賢 黃杰亭

摘要：傳統物流信息無法作為商品安全的憑證，區塊鏈技術可從源頭杜絕商品信息篡改。本文以日常食品數據為例，基于hyperledger Fabric設計了一種食品區塊鏈溯源信息存儲與查詢系統。通過區塊鏈技術的加密算法、數據不可篡改和時間戳等特性，引入區塊鏈共識機制，將技術與模式相結合，建立具有可信性的食品溯源系統。本方案可實現對食品數據的源頭追溯、產品防偽，從而保證食品的安全。

關鍵詞：區塊鏈;Hyperledger Fabric;食品安全;溯源技術;軟件架構

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）28-0164-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Design of Commodity Data Traceability Technology Based on Hyperledger Fabric Blockchain

HU Ting-xian，HUANG Jie-ting

（College of Information Engineering， Eastern China University of Technology， Nanchang 330000， china）

Abstract： Traditional logistics information cannot be used as a proof of food safety，and blockchain technology can prevent product information tampering from the source.Taking daily food as an example，this paper designs a food blockchain traceability information storage and query system based on Hyperledger Fabric.Through the encryption algorithm of blockchain technology，data immutability and time stamping， the blockchain consensus mechanism is introduced to combine technology and mode to establish a credible food traceability system.The scheme can realize the source traceability of food data and product anti-counterfeiting， so as to ensure the safety of food.

Key words： blockchain; Hyperledger Fabric; food safety; traceability technology; software architecture

1 引言

近年來，一些惡性食品安全問題，損害了消費者的利益，食品生產企業也深受其害。傳統的檢驗方式和溯源標準已難以滿足市場規范和消費者需求，商家和消費者無法權衡利弊，食品溯源顯得尤為迫切[1]。傳統的追溯系統在實際應用中數據中心化，依賴于權威機構來管理中心數據庫，各個供應鏈節點上的追溯數據由企業自行管理，易被篡改。同時供應鏈中各角色間信息傳遞的可靠性問題尚有待解決。區塊鏈技術具有不可篡改、去中心化、可追溯等特點，將區塊鏈技術與食品生產加工追溯相結合，為解決目前傳統的農產品追溯體系所存在的問題提供了可能。本文將基于聯盟區塊鏈系統hyperledger Fabric與食品溯源相結合構建一個基于hyperledger Fabric技術的溯源系統。采用客戶端/服務端架構，解決現有溯源系統的部分痛點，實現食品從采摘、加工以及銷售過程都可從智能終端查詢進而達到有效溯源。

2 系統設計

2.1 總體框架設計

使用Hyperledger Fabric構建區塊鏈的食品溯源系統，每個區塊間需要認證才能參與交易，使用共識機制保證信息一致性，賬本服務用來記錄區塊信息文檔，并用數據庫進行存儲，加密機制保證數據安全性，提高隱私性。基于以上特點，本文設計出如圖1所示的基于區塊鏈的溯源系統框架[2]。

該架構分為客戶端和服務端，服務端是區塊鏈系統服務，其包含了智能合約、共識機制、賬本機制等機制模塊。在生產、銷售過程中的每一個環節都會有一個區塊記錄著相同的賬本，該賬本只允許追加而無法修改。區塊之間通過共識機制維護整個網絡無須人為介入，加上每個區塊信息都包含有唯一的時間戳更加保證了信息的安全性。客戶端由用戶、商家和三方監管共同構成，其中商家可進入服務端后臺創建食品信息，記錄每次產品變化信息，三方監管機構在獲取公鑰后可直接查看商家整個操作過程，以保證公平性。而用戶可用移動設備掃描食品上的二維碼查看食品的生產廠家，食品加工狀態再到出廠日期等所有過程。

2.2 實現機制

在該溯源系統中，每種商品在區塊鏈網絡中都是數字化的，包括其各種參數信息。數字化后形成的信息在區塊鏈中只能追加不可修改。利用相應的信息文檔，商家進行數據維護時，只需通過服務端中智能合約授權當前節點開放權限，防止其他節點違規操作，實現有序、嚴謹的跟蹤商品。在食品溯源系統中，當商家發起產品更新，通過智能合約對數據進行驗證，再將信息打包錄入。被授權的節點之間使用共識機制保證節點間的一致性。節點間“交易”完成后，交易信息通過私鑰加密再用相應的公鑰解密，保證了信息無法被惡意篡改，解決了交易過程中的誠信問題[3]。因此，上述的每一步都可通過區塊鏈來記載操作，時間戳技術與非對稱加密技術保證了基于區塊鏈技術的食品溯源系統的可靠性。

3 實驗測試與驗證

3.1 實驗平臺部署

為驗證本設計方案的可行性，對上述方案進行驗證分析。實驗是在虛擬機中進行模擬測試，部分實驗配置參考文獻[4]，其物理環境為Centos7.5，Docker18.09，fabric-sdk-node1.4。系統運行內存為4GB，硬盤為20GB，帶寬為 100Mb/s。Fabric網絡包括4個Peer節點，1個Orderer節點。Fabric中數據庫選擇CouchDB。在具體實現中采用Node SDK開發測試程序，采用REST接口對資源進行調用。

3.2 應用結果分析

實驗環境搭建完成后，啟動fabric網絡，模擬現有商品的基本信息進行上鏈，溯源追蹤，查詢物品信息。本文以食品為例，如圖2為食品區塊鏈系統工作界面。

在圖2中，食品溯源系統提供信息采集、查詢和溯源服務，商家可以通過信息采集功能上傳供應鏈數據信息，系統后臺會自動進行溯源信息存儲和哈希值校驗。消費者可使用掃描食品上的二維碼查詢產品溯源信息。與傳統溯源系統相比，本系統擁有去中心化、數據不可篡改、可追溯等特性，在一定程度上緩解食品安全問題，具有可行性。

4 結論

本文通過探討區塊鏈在食品質量安全溯源系統的應用，提出基于hyperledger Fabric食品區塊鏈溯源系統，該系統使用客戶端/服務端層次，充分利用區塊鏈技術的去中心化、不可篡改的特點，將數據進行分布式存儲，保證數據的可靠性。本系統為用戶提供方便的手機應用查詢，實現更加有效、智能的食品溯源系統。

參考文獻：

[1] 王紅梅，於躍成.基于區塊鏈的食品安全溯源技術研究[J].電子設計工程，2019，27（13）：16-20，25.

[2] 楊茂，文斌，盧德全.基于區塊鏈的食品溯源研究與應用[J].計算機科學與應用，2019，9（3）：580-587.

[3] 羅靜.基于聯盟區塊鏈的農產品質量安全高效追溯體系分析[J].電腦知識與技術，2020，16（6）：272-273.

[4] 楊信廷，王明亭，徐大明，等.基于區塊鏈的農產品追溯系統信息存儲模型與查詢方法[J].農業工程學報，2019，35（22）：323-330.

【通聯編輯：梁書】