基于区块链的病死害动物无害化处理模型

曾孟佳　黄旭　车磊　田汪洋　顾永跟

摘要：病死害动物随意丢弃和流入市场会严重影响环境卫生与食物安全，传统基于射频识别（radio frequency identification，简称RFID）技术溯源流程构成的中心化监控网络，存在诸多挑战。将区块链技术引入病死害动物的监控网络，有效提升了监控效力与群众信任度，主要体现在：（1）采用去中心化结构，克服了传统监管流程存在的弊端，确保流程可信度;（2）通过智能合约技术最小化恶意或意外事件发生的可能性，降低合约欺诈所造成的损失;（3）采用基于对等网络的分布式账本数据库，保证系统安全稳定。将区块链技术用于病死害动物监控，能极大地提升监控效果、政府公信力、群众安全感，避免农户及非法处理机构不自觉所导致的安全隐患。

關键词：食品安全;病死害动物;无害化处理;区块链;RFID;监控网络

中图分类号： S851.2+3  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）03-0182-07

近30年来，我国生猪存栏量、出栏量一直居于世界各国首位。但由于养殖方式粗放、管理水平较低，病死猪随意丢弃和流入市场的现象时有发生，严重影响环境质量和食品安全，降低了消费者对肉类市场的信心。2011年，国家出台了支持对病死猪进行无害化处理的政策（国办发明电[2011]26号），2014年在中央一号文件中更是首次提出，支持开展病死畜禽无害化处理。然而，各地在执行该政策过程中遭遇到许多难题，病死猪无害化处理效果差强人意，2013年的“黄浦江浮猪”事件以及2017年的“大银山非法掩埋”事件，均引起了公众对病死猪随意丢弃或非法处置所带来的社会危害的高度关注。

常见的病死动物无害化处理方法主要包括4类，即焚烧法、化制法、掩埋法和发酵法[1]。其中焚烧法包括直接焚烧法和炭化焚烧法;化制法包括干化法和湿化法;掩埋法包括直接掩埋法和化尸窖，而发酵法没有细分。炭化焚烧法以其环境影响小、废弃物资源化程度高等备受关注，成为无害化处理领域最为瞩目的一种新方法[1-2]。目前病死动物无害化处理的一般流程为养殖场（户）发现动物死亡后上报无害化处理中心，无害化处理中心收集人员将病死动物存放于临时收集点，无害化处理中心派车到各收集点将病死动物密封装运到处理中心进行高温炭化等处理，并定期（每月）将处理情况逐级上报给乡（镇）、县、市的对口分管部门。在处理过程中，涉及养殖户、政府、运输部门、处置部门、广大群众等多类主体[3]。

射频识别（radio frequency identification，简称RFID）技术被广泛应用于物流管理及溯源应用中[4]。在病死害动物的处置过程中，可以通过RFID技术进行全程监控。围绕病死害动物的处置流程，从农户申报病死害动物开始即纳入系统监管。由专门人员负责为动物尸体建档并安装RFID标签，相应的信息记录在RFID标签中，同时上传中心服务器。在病死害动物运输、储存、处理的每个环节，都执行RFID标签读写、上传服务器、标签内容核校等工作，但监控网络是中心化的，对监控效果、系统压力、政府公信力、群众安全感都会带来巨大的挑战。

为进一步保障监控过程的安全性，可在上述监控系统中引入区块链技术[5]。区块链是由多独立节点参与的分布式数据库系统，也可以理解为分布式账簿，由这些节点共同维护。它的特点是不易篡改、很难伪造、可追溯。区块链记录所有发生交易的信息，过程高效透明，数据高度安全。凡是需要公正、公平、诚实的应用领域，都可以应用区块链技术。

2016年1月19日，英国政府办公室发布了政府首席科学顾问Walport教授主持完成的报告《分布式帐本技术：超越区块链》，报告指出，区块链可能带来新的技术革新[6]。2016年10月，中华人民共和国工业和信息化部发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书》指出，区块链技术应用已延伸至物联网、智能制造、供应链管理等多个领域。Tapscott等在其著作《区块链革命：比特币底层技术如何改变货币、商业和世界》一书中提出，在未来几十年中，区块链将是最重要的科技[7]。朱建明等提出一种基于区块链的B2B+B2C供应链动态多中心协同认证模型，并将其应用于分析我国大型煤炭企业B2B+B2C电子交易的区块链产生过程[8]。周立群等指出，在供应链金融中区块链真正的能将交易数据实现开放、一致、真实验证且不能篡改，进而使银行能更好地管控风险和大幅降低作业成本[9]。方海光等探讨了面向大规模学习服务的区块链技术和智慧学习机器人的系统设计[10]。李晓等将区块链技术引入供应链智能治理机制中，为供应链智能治理创新提供了新的思考方向[11]。上述研究对于区块链在各领域的应用进行了一些探索，但是尚未有研究将关注点转移到病死害动物无害化处理监管监控上。

1 区块链

1.1 区块链基本结构

区块链把数据分成不同的区块，每个区块通过特定的信息链接到上一区块的后面，前后顺连，呈现一套完整的数据。每个区块的块头（block header）包含前一个区块的哈希值（previous block Hash），该值是对前区块的块头进行哈希函数计算（Hash function）而得到的。区块之间都会由这样的哈希值与先前的区块环环相扣形成一个链条。区块链基本结构如图1所示。

1.2 区块链核心要素

区块链技术的核心是加密技术，使用区块链能够解决交易信任问题[12-14]。从技术层面上看，区块链的核心要素包含以下3个方面：分布式数据库、共识机制和智能合约。

1.2.1 分布式数据库 区块链本质上是一个对等网络的分布式账本数据库。比特币的底层就采用了区块链的技术架构，每个区块记录了所有比特币的交易信息，每一个比特币用户的比特币收支情况都被永久嵌入了数据区块中，以供别人查询。这些数据区块中的交易数据存放在每一个比特币用户的客户端节点中，所有的这些节点组成了比特币及其坚韧的分布式数据库系统。任何一个节点的数据被破坏都不会影响整个数据库的正常运转，因为其他的健康节点中都保存了完整的数据库。

1.2.2 共识机制 由于区块链中采用了分布式的账本数据库，那么如何在该分布式系统中高效地达成共识是区块链须要解决的核心问题之一[15]。作为区块链技术最成功的应用，比特币系统应用工作量证明（proof of work，简称PoW）共识机制实现交易的不可篡改性和不可伪造性[16-17]。PoW共识机制的核心思想是通过引入分布式节点的算力竞争来保证数据的一致性和共识的安全性。在比特币系统中，各节点基于各自的算力相互竞争，共同解决一个求解复杂但验证容易的SHA256数学难题，该数学难题可表述为根据当前网络难度值（即输出中前导0的个数），通过搜索求解一个合适的随机数（Nonce）使得区块头各元数据的双SHA256哈希值小于或等于目标哈希值。最快解决该难题的节点获得区块记账权和系统自动生成的比特币奖励。基于比特币网络的共识记账过程可以被描述为：（1）节点产生新的交易，向全网进行广播要求对交易进行记账;（2）每个记账节点一旦收到这个请求，将收到的交易信息纳入一个区块中;（3）每个节点都通过PoW过程，尝试在自己的区块中找到一个具有足够难度的工作量证明;（4）当某个节点找到了一个工作量证明，它就向全网进行广播;（5）当且仅当包含在该区块中的所有交易都是有效的且是之前未存在过的，其他节点才认同该区块的有效性;（6）其他节点表示它们接受该区块，则在該区块末尾制造新区块以延长该链条，并置新区块的随机哈希值为被接受区块的随机哈希值。通过上述过程，节点被要求记录的交易信息被写入各个记账节点的区块链中，形成一个分布式的不可篡改、不可伪造的一致账本。

1.2.3 智能合约 智能合约是指一种计算机协议，这类协议一旦制定和部署就能实现自我执行和自我验证，而不需要人为的干预。从技术角度来说，智能合约可以被看作一种计算机程序，这种程序可以自主地执行全部或部分和合约相关的操作，并产生相应的可以被验证的证据来说明执行合约操作的有效性。在部署智能合约之前，与合约相关的所有条款的逻辑流程就已经被制定好，通常具有一个用户接口，以供用户与已制定的合约进行交互，其交互行为都严格遵守此前制定的逻辑并能够被严格验证，以确保合约能够按照此前制定的规则顺利执行，从而防止违约行为出现。其总体目标是能够满足普通的合约条件，并最小化恶意或意外事件发生的可能性及最小化对信任中介的需求，降低合约欺诈所造成的损失，降低仲裁和强制执行所产生的成本以及其他交易成本等[18]。

通过以上分析，以区块链技术为核心的系统，主要包括以下四大特点：（1）分布式的。区块链是全球化的，各节点在地理位置上的区别对系统本身来说无区别。区块链没有中心节点，数据分布式地存储在各个节点上，即使绝大部分节点毁灭了，只要还有一个节点在，就可以重新建立并还原区块链数据。（2）自治的。区块链的自治性体现在2个方面：一个是所有节点都是对等的，每个节点都可以自由加入和离开，并且这一行为对整个区块链系统的运行没有任何影响。所有的节点都按照相同的规则来达成共识，且无需其他节点的参与;另一个是区块链系统本身一旦运行起来，就可自行产生区块并且同步数据，无需人工参与。（3）按照合约执行的。一方面体现在各个节点的运行规则是既定的规则，一旦出现违背规则的行为，就会被其他节点所抛弃;另一方面体现在智能合约上，这种可程序化的合同条款、规则或规定，包含在每个交易中，交易验证时首先运行智能合约，通过验证的交易才会被接受。（4）可追溯的。区块链每个区块的自身结构中包含了上一区块的哈希值，通过该哈希值可追溯到上一区块，一级级追溯下去则可完成对整个区块链的追溯。

病死害动物监管中存在养殖户、政府、处置中心、运输中心、普通公众等无信任基础的多类主体，监管流程的数据存储需要可追溯并且不可伪造、不可篡改，区块链这种去中心化的技术手段能够满足病死害动物监管的需求，达到更好的监控效果。

2 区块链病死害动物监管流程分析

2.1 一般无害化处理流程

养殖户上报→处理中心派人、车接收动物尸体→处理中心集中处理→处理中心每月集中上报处理报表给相关责任部门→责任部门根据上报结果下放补助。

2.2 一般流程存在的问题

（1）养殖户可能由于认为补助下放过程繁琐或者无害化处理成本高而选择弃尸、私自掩埋或者卖给非法处理公司;（2）处理中心人员可能因为短时间没有集中死亡的动物而出现工作频率高却效率低的问题，进而选择将动物尸体转卖非法处理公司;（3）集中上报数据造假;（4）处理中心因为成本问题选择就地掩埋或者卖给处理公司而不进行无害化处理。

2.3 监管流程基于RFID技术的传统溯源体制

养殖户通过手机软件（App）填写死亡动物信息并上传中心服务器→处理中心派人、车收动物尸体→处理中心工作人员在养殖户动物死亡现场给死亡动物打上标签，使用手持机将核对后的动物信息与养殖户信息上传至中心服务器→死亡动物装框，扫描框标→框装车，车门扫描→框卸车，车门扫描→框进炭化炉，炉门扫描框标→框回收时对应框标与对应死亡动物标信息删除。在上述每个扫描过程中均发生与中心服务器的信息交互。

2.4 RFID技术监管的问题

引入RFID技术后，病死害动物无害化处理的全流程可以实现数据全过程监管，并且信息可查询、可追溯，但是依然存在以下问题：（1）数据存储和系统框架依然是中心化的，系统如果受到攻击则数据会遭到致命破坏，并且数据有可能被篡改、伪造;（2）补助下放过程没有技术手段控制，还是处于人为监管状态，有可能出现补助下放不及时、不到位的情况;（3）“2.3”节所述过程可以进行全流程的数据采集与记录，但是如果未开放公众查询接口，则公众无从获知处理过程信息，处理过程没有受到监督。

基于上述讨论，将区块链技术引入病死害动物处理监管系统，以有效克服上述问题，提升监管系统的效率。

3 区块链病死害动物无害化处理监管系统总体框架

区块链作为一种大规模协作工具，通过“去中心化”和“共同信任”机制，有效解决了信息安全存储和多主体信息共享问题。区块链可辅助核准互联网上的每个虚拟个体和每项数字化交易的真实性和有效性，为合众参与、分布自治提供保障信任的技术基础，是构筑未来数字社会的基础[5-6]。本研究从功能维度、对象维度、组成维度3个方面对区块链病死害动物无害化处理监管模型进行分析归纳，系统总体框架如图2所示。

3.1 组成维度

传统病死害动物无害化处理监管流程涉及人的因素较多，主体类别也较复杂，如何将他们有机地整合在一起进行管理，是本模型需要解决的问题之一。在引入区块链技术后，各类主体在系统中的交互模型如图3所示，模型的主要组成为3类要素：感知节点、区块链数据库和各种类型主体。（1）感知节点。在监管的全流程中，养殖户的手机App、处理中心工作人员的手持标签读写器、运送车辆的车门标签读写器、炭化炉的炉门读写器均承担着数据读写工作，是不同种类的数据采集设备，这里将上述所有设备抽象成感知节点，承担数据采集、整理和与区块链交互的工作。（2）区块链。分布式数据库承担从感知节点采集来的数据的存储工作，感知节点与区块链的每一次交互都被当做一笔交易供其他所有节点审议和查询。（3）信息网络。感知节点、区块链和上层应用通过信息网络形成有机整体。

3.2 對象维度

病死害动物无害化处理全流程中涉及多类主体，一方面动物尸体这种实体从养殖户流向处理中心最终被焚化，另一方面流程中的每次信息采集和各种信息查询需求中需要的信息又从信息源或者数据库流向相应的需求方。在这个过程中，通过信息网络实现实体流、信息流的高效流动，实体流构成处理流程的基础，信息流构成处理流程的核心网络，是各方联系的纽带。

实体流与信息流方面，由于区块链技术和RFID物联网信息技术的融合， 有效提高了网络信息的安全性。一方面在

信息采集层面，任意信息均通过哈希运算生成相应的Merkle树[默克尔树，也称Hash（哈希）树）]并打包记入区块链，通过系统内共识节点的算力和非对称加密技术保证系统安全性，大幅度提升系统的效率，保证实体与信息的对应关系。另一方面在数据共享层面，监管流程中产生的各类信息分散保存于区块链的分布式数据库内，使各类主体能够准确掌握数据信息，在区块链上形成透明的信息流，及时发现并解决处理过程中存在的问题。同时，加盖时间戳的区块链数据信息可防止数据被篡改和伪造，并提升数据的可追溯性。

3.3 功能维度

3.3.1 溯源防伪 区块链的时间戳可有效解决监管全过程的溯源防伪问题。时间戳是指从格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒起至现在的总秒数，通常是一个字符序列，唯一的标志是某一刻的时间。在比特币系统中，获得记账权的节点在链接区块时须要在区块头中加盖时间戳，用于记录当前区块数据的写入时间。每一个随后区块中的时间戳都会对前一个时间戳进行增强，形成一个时间递增的链条。时间戳为基于区块链的互联网和大数据增加了一个时间维度，使得数据更容易追溯，重现历史也成为可能。同时，时间戳可以作为存在性证明的重要参数，能够证明特定数据必然在某特定时刻是的确存在的，这保证了区块链数据库的不可篡改和不可伪造。基于区块链的病死害动物溯源防伪架构如图4所示。

3.3.2 安全交接 病死害动物无害化处理过程从养殖户到处理终端的炭化炉经过了多个场地转换和人员交接过程，为了确保交接信息与交接动物尸体的一致性，引入区块链的非对称加密机制和数字签名技术，以保证该过程中的信息安全。非对称密钥对指一对数学相关的密钥，使用了其中一个密钥加密的数据信息，只有使用另一个密钥才能对该信息进行解密。可对公众开放的密钥叫公钥，不公开的密钥叫私钥，具有保密性。公钥可以通过算法从私钥中计算得出，但私钥却不能从公钥中推出。在整个病死害动物尸体的交接和转运过程中，涉及交接的双方设置密钥对，交接即相当于发起一个交易，接收方使用发送方的公钥对交易的数字签名进行验证，若该签名为发起方私钥的有效签名，则该交易得到验证，双方是否接收或交付可通过区块链进行查询。由于私钥无法伪造，接收方若未收到病死害动物尸体则不会产生签名记录，从而保证了交接的顺畅和防伪。由于在这个过程中所有交易不需要第3方操控，也无需提供任何身份信息，因此起到了保护个人隐私的作用。病死害动物安全交接过程如图5所示。

3.3.3 多主体查询 病死害动物无害化处理监管过程涉及的主体有养殖户、处理中心派至养殖户现场的工作人员、处理中心工作人员、运送车司机、政府工作人员，此外普通公众也有处理过程信息查询需求。这些不同类型的主体各自独立，信息查询的关注点也不相同，比如养殖户最关心的可能是病死害动物处理完后国家的补助何时能发放到位，处理中心工作人员关注的是尸体何时收上来、何时处理完的、月报表提交时间等，而政府部门工作人员关注的可能是辖区内哪个区域哪个时段动物死亡集中、是不是疫病暴发前兆，而普通公众关注的是病死害动物是否真的进行了无害化处理。不同类型主体的信息查询需求在使用了区块链的分布式数据库技术后，可以采用各自应用门户与区块链数据库进行交互，从而完成不同查询需求。多主体查询功能如图6所示。

4 基于区块链的病死害动物无害化处理监控系统运行机制分析  在病死害动物无害化处理监控过程中，区块链的运行主要包含感知数据存储和节点间数据共享2个方面，其中感知节点主要负责数据采集，并将采集的数据定期上传到离它最近的可信中心节点（即区块链某区块）进行存储与共享[19]，涉及的主要符号及含义如表1所示。

4.1 感知数据存储

4.1.1 系统初始化和密钥生成 本研究采用Boneh-Boyen短签名技术来执行系统初始化[20]。某数据感知节点PNi通过系统身份认证成为监管系统的合法节点，并从临近中心节点CNj获取密钥对及其证书，表示为{PKPNik，SKPNik，CTPNik}k=1。

4.1.2 上传感知数据 数据感知节点PNi发送数据上传请求给临近中心节点CNj，该请求中包含当前节点PNi的证书CTi和数字签名Sigi。CNj收到上传请求后，通过CTi和Sigi验证请求节点的身份信息，确认其合法后对其请求作出同意上传回应。感知节点PNi使用其公钥PKPNik对采集的数据Data进行加密并附上数字签名和时间戳，然后使用临近中心节点CNj的公钥对上传记录进行加密再加上证书和时间戳，得到从感知节点PNi到临近中心节点CNj的上传记录Record。上述过程表示如下：

RecordPNi→CNj=EncryptPKCNj（Data′‖CTPNik‖Sig′i‖ts）;

其中

Data′=EncryptPKPNik（Data‖Sigi‖ts）;

Sig′i=SignSKPNik（Data′）。

4.1.3 临近中心节点接收上传数据 临近中心节点CNj通过密钥和证书对上传记录进行验证，若数据有效，则存储数据;若非有效数据，则直接忽略。

4.1.4 中心节点CNj工作量证明 每隔一段时间（比如10 min），某中心节点CNj把该段时间内所存储的数据整合成数据集合Dataset={Records‖ts}，并对其进行数字签名得到SigDataset′=SignSKCNj（Dataset），以保證该数据集合的合法性和可验证性。各中心节点CN竞相寻找有效的工作量证明，以争取记录本次数据区块，获得奖励计划。工作量证明指各节点须要依据随机数Nonce和上一个区块的哈希值（表示为PHash）来计算当前区块的随机数（Nonce），即计算满足Hash（Nonce+PHash） 4.1.5 中心节点共识过程 最先计算出Nonce值的中心节点成为当前共识过程的主节点，记为CNMaster，其余节点成为从节点，本研究采用拜占庭容错共识机制进行区块共识[21]。具体共识过程如下：

（1）主节点收集各从节点的数据集合整合成一个新的数据区块，附上主节点的数字签名和新数据区块的哈希值以备审查验证。主节点向各个从节点广播新生成的数据区块以待查验。上述过程具体表述如下：

RecordCNMaster→All=（Dataset‖Nonce‖CTCNLeader‖SigCNLeader‖ts）;

其中：

Nonce=Hash（Dataset‖ts）;

SigCNMaster=SignSKCNMaster（Dataset‖Nonce）。

（2）各从节点接收到主节点广播出来的数据区块后，通过数字签名验证区块的合法性和有效性，并把其审计结果（Result）附上各自的数字签名广播给其他从节点，以实现从节点间的相互监督和共同查验。

（3）从节点（例如CNi）接收并汇总其他从节点的审计结果后，与自身的审计结果进行对比，并向主节点发送1个回复（Reply），这个回复包含从节点自身的审计结果（my_result）、收到的所有审计结果（Rece_results）、审计对比的结论（Comparison）及对应的数字签名。上述过程具体表述如下：

CNi→CNMaster：Reply=EncryptPKCNi（Datarece‖CTCNi‖SigCNi‖ts）;

其中：

Datarece=（my_result‖Rece_results‖Comparison‖ts）;

SigCNi=SignSKCNi（Datarece）。

（4）主节点CNMaster汇总所有来源于从节点的审计回复，若全部节点均赞同当前数据区块的合法性和有效性，则主节点将该数据区块连同参与审计的从节点的证书集合{CTset}以及对应的数字签名整合后作为新数据区块加在区块链末尾，并将该数据区块发送给所有从节点。各节点也将该数据区块存储在区块链末尾，从而完成区块共识及存储过程。上述过程具体表述如下：

CNMaster→All：Datablock=EncryptPKCNMaster（Dataall‖SigCNMaster‖ts）;

其中：

Dataall=（Dataset‖Nonce‖CTset‖ts）;

SigCNMaster=SignSKCNMaster（Dataall）。

（5）若有部分节点不认同当前审计结果，主节点将重新发送该数据区块给不赞同节点进行二次审计。若仍存在节点不赞同，主节点将采取少数服从多数的原则，超过一定比例（如2/3）的节点赞同该数据区块，则将该区块按步骤（4）所述方式加载到区块链中。另外，主节点对个别不赞同节点进行判断，若确定该节点有恶意行为，则及时对其进行剔除处理，从而保证系统的安全稳定运行。

4.2 节点间数据共享

感知节点采集的数据经过中心节点的共识过程后存储在区块链上时已经经过了加密过程，数据区块的拥有者有权选择对数据进行部分或完全公开。本研究的节点间数据共享通过执行智能合约的脚本文件来完成[22]。智能合约的脚本主要包括锁定脚本和解锁脚本[21-23]，锁定脚本规定共享数据输出的阻碍条件，即数据拥有者设定的数据共享范围、时限等约束条件，解锁脚本定义了数据输出的执行条件。节点Ni和节点Nj（假设Nj为数据拥有者，Ni向Nj请求数据共享）间进行数据共享的过程具体描述如下。

4.2.1 共享数据请求 节点Ni向节点Nj发出数据共享请求（Request），请求中包含数据访问目的、时间和次数等信息（Message）。节点Nj确认节点Ni身份后，为其制定约束访问条件（Constraints），包括数据共享权限、时效、次数等，授权访问，并把这些条件和被访问数据块对应的私钥SKDatablock发送给邻近中心节点CNj。上述过程具体表述如下：

Ni→Nj：Request=EncryptPKNi（Message‖CTNi‖ts）;

Nj→CNj：Message=EncryptPKNj（Constraints‖SKDatablock‖PKDatablock‖CTNj‖ts）。

4.2.2 智能合约执行 中心节点CNj验证Message后开始执行智能合约，根据Constraints锁定脚本，并使用对称密钥解密共享数据，使用访问节点的公钥PKNj对共享数据进行非对称加密，输出结果。

4.2.3 共享数据发送 假若数据访问节点Ni和被访问节点Nj在同一个中心节点CNj的覆盖范围内，则CNj直接把数据发送给Ni。否则，由CNj把加密结果发送给访问节点Ni的邻近中心节点CNj+1。上述过程具体表述如下：

CNj→CNj+1：Datashared=EncryptPKCNj+1（DataS‖CTCNj‖ts）;

其中：

DataS=EncryptPKNi（Dataset‖CTNi‖ts）。

4.2.4 数据访问 数据访问节点Ni收到由Nj或者CNj+1发送的数据后，通过自身私钥解密数据，完成对数据的读取。

5 基于区块链的病死害动物监控系统架构设计

本研究根据区块链的特点，在对病死害动物无害化处理流程及上层应用需求进行分析的基础上，提出基于区块链的病死害动物监控系统架构模型（图7），该模型从下到上共有6层，依次为数据采集层、数据层、网络层、共识层、智能合约层和应用层。数据采集层是所有数据的来源，具体表现为前端养殖户App和各种RFID读写设备。数据层通过区块链的非对称加密算法和数字签名机制将数据采集层生成的数据存储在数据层的区块链上。网络层是区块链通信的实体，通过P2P网络、接入和验证服务实现数据区块在全网的安全传播。网络层上的共识与智能合约层实现了各节点间的数据安全存储和共享。而最上层的应用层提供了不同信息主体与病死害动物无害化处理监控系统的访问接口。

6 结论

病死害动物处理是保证畜牧产业健康发展的重要支撑，也是确保人们食品安全的关键环节。区块链具有不易篡改、很难伪造、可追溯等特点，可以为病死害动物处理监控流程提供公正、公平、誠实的流通环境。本研究将区块链技术用于病死害动物处理流程监控，可确保过程高效透明，数据高度安全。该技术还可用于宠物产业，对死亡宠物的炭化、焚化进行过程监控。对于病死害动物处理，区块链技术的应用还面临相对成本较高、部署流程复杂等困难。下一步在确保区块链“去中心化”和“共同信任”机制得以有效执行的前提下，进一步简化处理流程，提高算法执行效率，降低部署成本，是区块链技术得以推广的关键问题。区块链技术的进一步应用，将在无中心的基础上，扩展末端计算能力，真正实现末端、局部、小范围的信任机制与全局范围的信任机制协同、一致，这是今后的研究重点。

参考文献：

[1]孙培明，唐 宏. 病死猪无害化处理技术综合性分析与讨论[J]. 中国猪业，2015（4）：55-58.

[2]李燕凌，车 卉，王 薇. 无害化处理补贴公共政策效果及影响因素研究——基于上海、浙江两省（市）14个县（区）773个样本的实证分析[J]. 湘潭大学学报（哲学社会科学版），2014，38（5）：42-47.

[3]郑文金，潘清华，吴昌标. 病死猪处理模式的现状及选择[J]. 农业开发与装备，2017（2）：100-101.

[4]臧玉洁. RFID技术在物流配送中心的应用模式[J]. 物流技术，2005（3）：43-44.

[5]Kavangh D，Miscione G. Bitcoin and the block chain：a coup d′état in digital heterotopia？[C]//The 9th International Conference in Critical Management Studies：Is There an Alternative？Leicester，2015：88-97.

[6]Walport M.Distributed ledger technology：beyond block chain[R]. UK Government Office for Science，2016：1-88.

[7]Tapscott D，Tapscott A.Blockchain revolution：how the technology behind bitcoin is changing money，business，and the world[M]. New York：Penguin Publishing Group，2016：1-368.

[8]朱建明，付永贵. 基于区块链的供应链动态多中心协同认证模型[J]. 网络与信息安全学报，2016，2（1）：27-33.

[9]周立群，李智华. 区块链在供应链金融的应用[J]. 信息系统工程，2016（7）：49-51.

[10]方海光，仝赛赛，杜婧敏，等. 基于区块链技术的智慧学习机器人设计研究——面向大规模学习服务系统的智慧学习机器人[J]. 远程教育杂志，2017，35（4）：42-48.

[11]李 晓，刘正刚. 基于区块链技术的供应链智能治理机制[J]. 中国流通经济，2017，31（11）：34-44.

[12]Nakamoto S. Bitcoin：a peer-to-peer electronic cash system[EB/OL]. [2018-06-11]. https：//bitcoin.org /bitcoin.pdf.

[13]Buterin V. Ethereum white paper[EB/OL]. [2018-06-11]. https：//github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper.

[14]Linnhoff-Popien C. Blockchain：the next big thing[EB/OL]. [2018-06-11]. http：//www.economist.com/news/special-report/21650295-or-it-next-big- thing.

[15]Aitzhan N Z，Sventinovic D.Security and privacy in decentralized energy trading through multi-signatures，blockchain and anonymous messaging streams[J]. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing，2016，99：1-10.

[16]Antonopoulos A M. Mastering bitcoin：unlocking digital cryptocurrencies[M]. USA：OReilly Media Inc，2014：1-250.

[17]Bentov I，Lee C，Mizrahi A，et al. Proof of activity：extending bitcoins proof of work via proof of stake[J]. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review，2014，42（3）：34-37.

[18]袁 勇，王飛跃. 区块链技术发展现状与展望[J]. 自动化学报，2016，42（4）：481-493.

[19]Don B. Efficient selective identity-based encryption without random oracles[J]. Journal of Cryptology，2011，24（4）：659-693.

[20]Crain T，Gramoli V，Larrea M，et al. DBFT：efficient byzantine consensus with a week coordinator and its application to consortium blockchains[EB/OL]. [2018-06-11]. https：//arxiv.org/pdf/1702.03068.pdf.

[21]Hu K，Bai X，Gao L，et al.Formal verification method of smart contract[J]. Journal of Information Security Research，2016，2（12）：1080-1089.

[22]Zyskind G，Nathan O，Pentland A. Decentralizing privacy：using blockchain to protect personal data[C]//SPW 2015：Proceedings of the 2015 IEEE Security and Privacy Workshops.Washington DC：IEEE Computer Society，2015：180-184.

[23]沈 鑫，裴庆祺，刘雪峰. 区块链技术综述[J]. 网络与信息安全学报，2016，2（11）：11-20.