一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统技术方案

本发明专利技术一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统包括：主从多链型区块链模块，星际文件系统(IPFS)多媒体数据管理模块以及适用于IPFS的文件加密解密模块，基础数据管理模块，物联网数据采集模块。物联网采集模块用来检测环境信息，基础数据管理模块，管理从种植到仓储到加工再到物流的整个环节的文本类数据，IPFS多媒体数据存储模块用来存储以及适用于IPFS的文件加密解密模块用于存储从种植到仓储到加工再到物流的整个环节的视频数据、音频数据，所述新型主从多链型区块链模块用来管理整个流程中的敏感信息。本发明专利技术利用区块链技术进行农产品质量安全溯源，信息安全可信，不可被篡改。本发明专利技术不仅可以进一步推动对农产品质量安全提升，拉动与协调各企业合作关系，赋予消费者对农产品质量的准确真实的信息的知情权，为政府提供高效的追责工具，更是构建出了一个集物联网、星际文件系统、主从多链型区块链于一体的强信任背书溯源应用体系。块链于一体的强信任背书溯源应用体系。块链于一体的强信任背书溯源应用体系。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统


[0001]本专利技术涉及利用改进的主从多链型区块链和星际文件系统应用在农产品信息，达成安全可追溯、内容不可篡改的信息存储，具体涉及一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统。

技术介绍

[0002]农产品安全一直是老百姓最为牵挂的民生问题之一，农产品质量安全贯穿“从田间到餐桌”的整个供应链,包括生产、加工、流通和消费。确保农产品安全，食品安全的重要内容和基础保障，也是建设现代农业的重要任务。建立农产品质量追溯信息管理平台是当前国内外广泛采用的一种对农产品质量安全行之有效的监管手段。
[0003]传统的基于单链区块链的农产品溯源信息管理系统，数据直接写入区块区块体，区块得到共识验证之后，可以同步到链上的所有节点。这可以保证数据的不可篡改性，但是因为是全冗余备份，如果数据过大则会造成存储资源的浪费，同时单链效率低下，数据同步速度也会变慢。这种方式仅适用于数据量小且重要的场合。此外区块链节点的存储的数据类型较为单一，只有少量的关键的信息。诸如图片音频视频一类的信息则存储困难。
[0004]使用主从多链型区块链作为系统的区块链模块，不仅能够增加系统高并发性能和伸缩性，还能划分用户权限界限，在物理层面降低四个环节之间的耦合度。同时IPFS(星际文件系统)的应用，使得本系统具有了对多媒体大数据文件的管理能力，使得存储的信息更加丰富立体。为IPFS信息存储模块设计的AES+RSA双重加密算法，解决了存取过程中文件安全性较低的隐患。

技术实现思路

[0005]基于上述现有技术的不足,本专利技术提供了一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统，其特征在于，包括：新型主从多链型区块链模块，IPFS(星际文件系统)多媒体数据管理模块以及适用于IPFS的文件加密解密模块，基础数据管理模块，物联网数据采集模块；
[0008]所述物联网采集模块用来检测环境信息，包括种植环境，仓库环境，加工车间环境，环境信息包括土壤温度，土壤湿度，土壤PH，光照强度，空气温度，空气湿度，空气中二氧化碳浓度，传感器负责将收集到的农产品的生长环境信息发送给网关，再由网关发送至数据处理中心；数据处理中心用于将环境信息存储到基础数据管理模块；
[0009]所述基础数据管理模块，管理从种植到仓储到加工再到物流的整个环节的文本类数据，包括种子信息，农产品信息，农事操作信息，环境信息，入库信息，仓库信息，出库信息，加工车间信息，加工信息，加工车间信息，物流信息。此模块对以上信息进行新增，修改，查询操作；
[0010]所述IPFS多媒体数据存储模块用来存储以及适用于IPFS的文件加密解密模块用于存储从种植到仓储到加工再到物流的整个环节的视频数据，音频数据，此类数据为大容量数据。首先使用AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)+RSA(公钥加密算法)双重加密算法加密待存储的数据文件，然后将加密后文件上传到IPFS网络节点，IPFS网络会生成上传文件的哈希，最后将文件的哈希、文件名、拥有者存储到区块链上。
[0011]所述新型主从多链型区块链模块用来管理整个流程中的敏感信息，本系统将种植、仓储、加工、物流环节涉及的企业以及监管部门作为节点加入到主链，每个企业内部相关部门以及相关监管部门根据需求构建从链，每条从链由企业内部的2个部门以及1个监管部门组成，设计了1条主链和4条从链。所述新型主从多链型区块链模块用于建立农产品的溯源联盟链；步骤为：
[0012]1)在centos的docker引擎中部署搭建一个Hyperledger Fabric联盟链，创建五个组织，每个组织包括两个peer节点和一个order节点。其中peer节点负责对交易进行验证，order节点处理客户端提交的交易消息请求，对交易进行排序并按规则打包成新区块，提交账本并维护通道账本数据。
[0013]2)搭建主从多链型区块链，在结构角度上，其中一个组织作为主链，其余四个组织，每个组织通过对应的主链区块的唯一性信息生成的哈希值与主链互相锚定。在业务上，主链上链内容为参与四个环节最终生成消费产品的所有实体组成。从链中负责存储各个环节中详尽的业务细节信息。
[0014]3)部署智能合约，即安装链码。本主从多链模型设计了两种智能合约，第一种是用于部署在主链之上的，第二种用于部署在从链之上。主链上的智能合约用于在去中心化的前提下，保证信息稳定公平的上链，生成交易区块，链上的信息不可篡改。即保证各节点之间在无任何第三方中介机构审核的前提下安全公平地进行交易。从链的智能合约的编写是根据《食品安全国家标准》设计的，用于核对农产品供应链各个环节上传的信息是否符合规定、规范，从信息源头确保信息的安全可追溯。
[0015]4)配置共识算法，本主从多链模型配置了两种共识机制，其中主链在业务新增环节实体时会增加新的物理，加大性能开销，故出于性能和安全性选用具有水平伸缩能力、崩溃容错能力的kafka算法作为主链的共识算法。主链建立后，相应的从链物理结构较为稳定，选用安全性高的PBFT算法作为从链的共识算法。
[0016]较佳地，所述物联网采集模块硬件部分由湿度传感器，温度传感器，二氧化碳传感器，酸碱度传感器，光照强度传感器，LoRa通信模块和STM32系列单片机组成。传感器所采集到的信息，通过LoRa模块发送给网关，网关以有线连接的方式通过WiFi模块发送给服务器。
[0017]较佳地，所述服务器部署着负责业务逻辑的基于SpringBoot和MyBatis框架的web 系统后端，负责数据可视化展示和用户交互的基于VUE框架的web系统前端和区块链网络。
[0018]较佳地，所述web后端通过依赖合约sdk来创建与编写链码，本需要用到的依赖如下：
[0019]<dependency>
[0020]<groupId>org.hyperledger.fabric
‑
chaincode
‑
java</groupId>
[0021]<artifactId>fabric
‑
chaincode
‑
shim</artifactId>
[0022]<version>2.2.3</version>
[0023]</dependency>
[0024]较佳地，IPFS多媒体数据管理模块使用RSA+AES算法对信息加密，步骤为：
[0025]1)客户端随机产生AES的密钥AESkey；
[0026]2)使用非对称加密RSA加密密钥AESkey；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主从多链型区块链的农产品溯源系统，其特征在于，包括：主从多链型区块链模块，星际文件系统(IPFS)多媒体数据管理模块以及适用于IPFS的文件加密解密模块，基础数据管理模块，物联网数据采集模块。所述物联网采集模块用来检测环境信息，包括种植环境，仓库环境，加工环境，环境信息包括土壤温度，土壤湿度，土壤PH，光照强度，空气温度，空气湿度，空气中二氧化碳浓度，传感器负责将收集到的农产品的生长环境信息发送给网关，再由网关发送至数据处理中心；数据处理中心用于将环境信息存储到基础数据管理模块。所述基础数据管理模块，管理从种植到仓储到加工再到物流的整个环节的文本类数据，包括种子信息，农产品信息，农事操作信息，环境信息，入库信息，仓库信息，出库信息，加工车间信息，加工信息，加工车间信息，物流信息。此模块对以上信息进行新增，修改，查询操作。所述IPFS多媒体数据存储模块用来存储以及适用于IPFS的文件加密解密模块用于存储从种植到仓储到加工再到物流的整个环节的视频数据、音频数据，此类数据为大容量数据。首先使用AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)+RSA(公钥加密算法)双重加密算法加密待存储的数据文件，然后将加密后文件上传到IPFS网络节点，IPFS网络会生成上传文件的哈希，最后将文件的哈希、文件名、拥有者存储到区块链上。所述新型主从多链型区块链模块用来管理整个流程中的敏感信息，本系统将种植、仓储、加工、物流环节涉及的企业以及监管部门作为节点加入到主链，每个企业内部相关部门以及相关监管部门根据需求构建从链，每条从链由企业内部的2个部门以及1个监管部门组成，设计了1条主链和4条从链。所述新型主从多链型区块链模块用于建立农产品的溯源联盟链；步骤为：1)在centos的docker引擎中部署搭建一个Hyperledger Fabric联盟链，创建五个组织，每个组织包括两个peer节点和一个order节点。其中peer节点负责对交易进行验证，order节点处理客户端提交的交易消息请求，对交易进行排序并按规则打包成新区块，提交账本并维护通道账本数据；2)搭建主从多链型区块链，在物理结构角度上，其中一个组织作为主链，其余四个组织，每个组织通过对应的主链区块的唯一性信息生成的哈希值与主链互相锚定。在业务上，主链上链内容为参与四个环节最终生成消费产品的所有实体组成。从链中负责存储各个环节中详尽的业务细节信息；3)部署智能合约，即安装链码。本主从多链模型设计了两种智能合约，第一种是用于部署在主链之上的，第二种用于部署在从链之上。主链上的智能合约用于在去中心化的前提下，保证信息稳定公平的上链，生成交易区块，链...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄英来，黄鹤林，李宁，肖嘉轩，冀宇超，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：