基于区块链技术的农产品快递供应链溯源研究

杨 昆 王 倩 梁 芳

（浙江邮电职业技术学院,浙江 绍兴 312366）

1 引言

目前，我国食品安全的法律制度已经形成。食用农产品是食品安全的源头，其生产销售因散、小、多、准入门槛低等特点，采用传统方法很难建立起统一有效的溯源体系。区块链综合利用密码学、概率论、共识机制、分布式网络等多种计算机技术，提供了一套安全、稳定、透明、可审计的交易记录和数据存储的新型应用模式[1]。链中多方节点之间共同维护，使用加密算法保证数据传输和访问的安全性，实现数据的一致存储、不可篡改和防伪溯源[2]。区块链技术的快速发展，已经被广泛应用于共享经济、版权保护、物联网安全和共享数据等领域。在物流快递领域，快递物流信息共享、追踪溯源是比较活跃的一个方向，目前已有京东物流的区块链溯源应用实践、区块链联运模式设计等系统。

2 基本原理和方法

2.1 区块链的基本原理

区块链技术是由多个独立节点参与并记录所有交易或者电子行为的分布式数据库系统[3]。具体来说，区块链技术可以存储在一定时间内任意多个节点间的所有交易信息，通过应用密码学原理将交易信息进行加密。加密后的信息记录到一个数据区块，然后将该数据块链接到主链上，由各节点共同验证其真实性[4]。区块链技术，在物联网安全、快递物流溯源等方面应用广泛。

区块链结合加密技术可以实现数据公开、透明、可追溯产品的架构设计。把区块链作为一个状态机，链中每产生一笔交易就会改变链中的一次状态，每次交易都会生成新的交易区块，这是参与者对于其中包括的所有交易改变状态的结果[5]。所有数据区块依据相关顺序首尾相连形成一种链式数据结构，将交易相关信息和记录都包含在链中，保证链中交易数据的可追溯性[6]。

2.2 本文思路与研究方法

本文根据区块链分布式存储、数据加密、不可篡改等技术特点，先对农产品交易中的节点身份加密上链，采用的加密方法是哈希加密。节点信息进行加密之后，将会分配一对秘钥，分为公钥和私钥。农产品生产后到购买者购买过程会经过快递物流、销售者经转等环节。采用负责节点的身份秘钥对农产品每一个环节的信息进行加密，然后写入时间戳并上传存储至区块链数据库中，从而实现农产品快递信息的溯源查询和共享。

3 基于区块链技术农产品溯源方案

区块链与智慧快递融合全面应用于快递的实证研究、溯源追踪，向区块供应链过渡，解决传统供应链中贸易数据潜在伪造、篡改等安全问题[7]。农产品生产商、销售方、快递公司、消费者共同上链加入区块链网络，关键环节的节点采用数字身份密钥注册，存储农产品由生产商到消费者手里的所有交易信息，实现农产品流通过程中的溯源追踪，保证其真实性和可信度。农产品生产商将产生的农产品信息上链存储；销售方将自己获取到的农产品的物流快递信息上链存储；快递公司上传农产品的流通物流信息；消费者按时将产品签收信息上链存储。最终实现高信任的农业快递信用生态，保证农产品交易信息的真实性。

3.1 区块链技术在农产品快递溯源方案架构

基于区块链分布式存储技术的农产品快递信息共享研究方案的总体架构如图1所示，为了满足方案的去中心化、安全、稳定等特点，本方案整体的结构采用三层设计进行展开，分别为接口层、区块链层和交易合约层，其中区块链层又分为网络层和数据封装层两个部分。

接口层是实现交易实现完成提交的接口。在接口层中，区块链底层提供了多种接口。在使用交易提交接口时我们采用SDK方式，实现异步提交。通过使用相关接口，完成四类节点的账号创建与登录，登录完成后的节点可以发送农产品生产、快递物流的交易信息。链中节点发送的交易信息发送验签经共识完成后可分布式地存储在区块链的数据库中，便于后续的信息溯源、查询和共享。同时，采用发布订阅模式和消息对列循环完成农产品流通的每一笔交易信息的通讯和交互。该方案软件架构包括节点的登录方式、交易方式和数据访问模式，实现系统节点的分布式部署。

图1 基于区块链农产品快递溯源方案架构

图2 基于区块链的农产品快递溯源方案流通交易加密过程图

区块链层分为网络层和数据封装层，该层可实现区块链的组网网络、消息传播、数据验证、交易共识和数据存储等功能。农产品生产商、销售方、快递公司和消费者首先完成上链身份注册，节点身份信息、农产品生产信息、流通信息通过该层传播到区块链中，完成农产品信息数据的分布式存储，实现农产品生产信息、快递流通信息的分布共享和溯源追踪。为保护节点身份信息、农产品生产信息和流通信息的安全性和真实性，采用非对称加密算法和数字签名技术分别对节点身份信息和农产品信息进行加密，保证农产品生产、流通数据信息的不可篡改。通过共识机制完成每一笔交易的有效性共识，保证数据的一致性。最后加入时间戳技术对存储的数据以区块的形式首尾衔接实现农产品溯源追踪、上链存储。

数据存储设计主要是完成链中节点间交易信息和农产品信息的加密，加密完成后将其分布式地存储在数据库中。本方案中采用的是MySQL数据库。通过把使用到的数据库对象提取出来，可以分为用户注册信息、农产品生产信息、销售交易信息、快递流通信息。

3.2 农产品溯源过程中数据信息的安全加密

基于区块链技术的农产品溯源方案是通过分布式加密实现的。首先采用加密算法对农产品生产商、销售商、快递公司和消费者的身份信息进行数字加密，得到二进制数值，作为身份的地址值。采用加密后的地址值来代替链中节点身份信息，可以起到身份信息隔离作用，使得身份偷窃者无法通过信息挖掘技术获取链中用户隐私数据。

农产品购买交易发起后，农产品生产商、销售商、快递公司、购买者注册系统，完成身份信息的上链和加密。先采用非对称加密算法中的椭圆双曲线算法（ECC）对四者身份进行加密，产生代表其身份的地址值、公钥和私钥。订单发起时，农产品生产商采用自己身份密钥加密农产品生产信息，并上传至链中数据库共享保存；销售商则将获取农产品的相关信息加密上传至链中；物流公司采用自己节点密钥加密农产品的每一步物流快递信息并上传区块链；购买加密上传获取农产品的相关信息。农产品生产后，经销售流通至购买者的各个环节信息均采用负责节点身份密钥加密上传到区块链数据库中，从而可对农产品的生产流通信息进行共享和查询，实现溯源，具体加密过程如图2所示。

文中采用非对称加密技术对链中农产品的生产、流通、销售等交易信息进行加密存储，保护交易数据的安全性和真实性。加密后的数据写入时间戳后无法篡改，实现交易数据的分布式存储到区块链数据库中，最终完成农产品交易数据的查询和溯源。

4 总结

从区块链技术及其在物联网领域中的应用可知，区块链技术是一项新兴技术，由于其巨大的发展潜力与空间，该技术已经在多个领域得到应用。基于区块链技术分布式存储技术的农产品快递溯源方案，能够保证农产品快递各环节产生数据的统一性和有效性。区块链中的所有交易数据都会随着交易发生即时更新，更新后的交易数据存储在链中节点数据库中备份，便于数据溯源查询和共享。

区块链技术的应用为快递物流交易数据的溯源提供了一种新的方法和思路。利用区块链技术的分布式存储、去中心化、不可篡改等特点，实现农产品生产后快递流通等交易数据的共享和查询。基于区块链分布式存储技术的农产品快递溯源方案的主要优势是可以建立快递网络的高信任生态，保证流通交易数据的真实性和可追溯性，从而提升农产品快递流通的服务质量和工作效率。可以证明农产品快递溯源领域的发展与区块链技术的发展息息相关，所以要实现全新的农产品快递溯源模式，区块链技术及其应用研究就必须不断地加大力度。