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一、技術名稱
基于區塊鏈的可信溯源系統關鍵技術
二、技術概述（概述應簡明扼要，可附2-3張照片、視頻）
（一）技術類別：技術體系。
（二）技術類型：技術服務。
（三）技術基本情況：
伴隨著生活水平的不斷提高以及農產品質量安全事件的爆發，促使人們對農產品的質量安全發生了由量到質的轉變，如何確保農產品質量溯源信息的可信性，進而大幅度提高消費者對農產品溯源系統的信任程度是農產品市場面臨的一個迫切需求。
農產品溯源系統能夠標識食品來源，提供其從生產到餐桌全過程中信息流和產品流的詳細信息，提高產品生產過程質量安全控制能力和信息管理水平。一旦發生了食品安全意外事件，可以通過農產品溯源系統快速準確地定位到發生問題環節，明確責任主體，及時召回問題食品，遏制問題蔓延勢頭，這是解決目前食品安全窘迫現狀的有效方法。然而傳統溯源系統大都由地方監管部門或者某企業主導管理，產業鏈溯源數據由單一機構掌控，系統中心化嚴重，數據容易受到人為篡改，溯源信息的完整性和真實性無法保證；溯源過程中往往存在著政府、企業﹑消費者之間信息不對稱現象，交易雙方容易出現信任危機，且農產品產業鏈中所涉及的環節較多，容易產生“信息孤島”的問題，使得食品監管和溯源尤為困難。因此，如何研發一款去中心化、能夠保障溯源信息安全性和真實性的農產品可信溯源系統，是亟待解決的問題。
（四）技術示范推廣情況：
開發了生姜可信溯源系統、冬棗產業鏈溯源系統、深圳華之粹油茶籽油大數據平臺、黃河三角洲農產品安全追溯平臺。依據綠色食品、有機食品及 GAP 認證等相關的生產、加工標準和法律法規，對供應鏈上的質量安全關鍵控制點進行研究，根據質量安全關鍵控制點確定溯源關鍵點以及相應的溯源內容，記錄生產過程不同階段的責任人，構建基于產業鏈的信息管理系統。在上述研究的基礎上，從企業管理、政府監管、消費者參與的多視角探尋以企業內部責任追溯為主，消費者、監管者的外部溯源為輔的農產品質量安全溯源管理模式，實現產業鏈溯源系統。
（五）提質增效情況：
2020年4月，山東省萬興食品有限公司開始應用山東農業大學農業大數據研究中心研發的基于區塊鏈的生姜可信溯源系統。溯源系統的應用實現了生姜產品全產業鏈的數字化管理，提高了公司生姜產品質量的安全監管能力，產品質量顯著提升。通過區塊鏈技術的應用，提高了產品質量安全信息的可靠性和真實性，提高了客戶對生姜產品質量安全信息的可信性。溯源系統的應用，鞏固和提升了產品在市場的美譽度，品牌效應越發彰顯，產品銷量和效益顯著提升。2020年底的統計分析數據表明，公司年增銷售額1500萬元，年增稅收351萬元，年增利潤185萬元，年增創匯201萬美元。
基于區塊鏈的油茶籽油柔性追溯系統已穩定運行兩年，各環節所錄入溯源數據總計達上萬條。通過系統的運行結果發現，基于區塊鏈的農產品柔性追溯模型可以在保證溯源數據安全性、溯源結果可信性的基礎上，使農產品的追溯過程具有很強的柔韌性，使追溯流程能夠緊緊貼合實際的農產品生產情況并隨其動態延展。相較于傳統的農產品追溯系統，基于此模型的農產品柔性追溯系統在溯源結果的可信性和追溯流程的柔韌性方面都有著本質上的提升。
三、技術要點
隨著我國全面小康目標的基本實現，人民越來越重視生活品質的重要性，社會對食品質量安全的關注程度也隨之增高。農產品質量安全追溯是保證食品質量安全的重要手段，區塊鏈技術的出現為農產品溯源提供了新的數據存儲方案，其不可篡改的特性使農產品溯源結果具備很高的可信性。
1、農產品柔性追溯
針對現有農產品追溯模型柔韌性差的問題，提出利用微服務思想設計模塊化的農產品柔性追溯模型，以分布式的模型結構替代集中式追溯模型的中心化結構，將各供應鏈環節的實現細節封裝在對應模塊中，模塊內部可以獨立負責環節內所有的事務處理邏輯和數據存儲，模塊間依靠互聯網相互通信，基于柔性的追溯模型，供應鏈前后環節的銜接通過模塊相互調用的方式實現，而不是中心化追溯模型中的固定順序，提高了追溯的靈活性。
2、農產品可信溯源
本文利用區塊鏈分布式存儲和不可篡改的特性，升級農產品柔性追溯模型，將區塊鏈技術融入模型的每個模塊中，存儲關鍵的溯源數據，并增加了一系列使系統更加高效的配套模塊，最終形成了“基于區塊鏈的農產品柔性追溯模型”，能夠在保證柔韌性的基礎之上兼顧溯源數據的可信性。
3、基于備選投票機制的低時延IPBFT設計
針對于原始PBFT算法在農產品溯源領域中存在的共識時延高、動態性不足、視圖切換效率較低等問題，提出一種基于備選投票機制的低時延共識算法 IPBFT，引入候補集合和投票選舉機制，降低算法達成共識的時延，提高算法的共識效率和動態性，為數據的高效存儲提供可靠的理論基礎。
4、基于加密算法的農產品可信溯源模型
由于溯源數據錄入存在大量人工錄入過程，數據在上傳過程中存在安全隱患，易遭受攻擊或篡改數據。為確保溯源數據的完整性和可信性，利用數字簽名、非對稱加密技術，對各環節需要上傳的溯源數據進行加密傳輸與存儲，保證數據的真實性和完整性。
以農產品產業鏈的實際需求為前提，以區塊鏈溯源的方案、模型及低時延共識算法的設計為基礎，結合加密算法，設計區塊鏈溯源系統的模塊、架構，利用超級賬本實現基于區塊鏈的農產品可信溯源系統，該系統與傳統的溯源系統相比，具有去中心化、數據分布式存儲、數據真實性強的特點，保障了信息的安全性及可信性，為農產品溯源提供了一個不依賴于第三方的可信平臺。
四、適宜區域
該技術可廣泛應用于農產品質量安全追溯區域。該技術全面可靠的記錄農產品全產業鏈溯源數據，利用共識算法、智能合約、加密算法等技術，設計基于區塊鏈的農產品質量安全可信溯源系統，為農產品質量安全保駕護航。
五、注意事項
1、確定系統的應用環境
大量的農產品溯源數據存儲于區塊鏈中或可導致系統效率問題，可將區塊鏈與中心化數據庫相結合，區分上鏈數據與非上鏈數據，靈活存儲溯源數據，既確保了數據安全性，又提高了系統效率。
2、區分隱私數據和公開數據
為保護農產品生產數據的隱秘性，區分生產數據的數據類別，分為隱私數據和公開數據。通過加密機制，具備查看信息權利的任何機構可以通過秘鑰解碼查看加密數據，沒有查看資質的外部用戶不可查看數據內容。
六、聯系人信息
姓名：柳平增
所在學院：信息科學與工程學院
手機號：18660865275
郵箱：pzliu@sdau.edu.cn
項目來源：山東農業大學
