基于Hyperledger Fabric区块链的商品数据溯源方案

胡廷贤 黄杰亭

摘要：传统物流信息无法作为商品安全的凭证，区块链技术可从源头杜绝商品信息篡改。本文以日常食品数据为例，基于hyperledger Fabric设计了一种食品区块链溯源信息存储与查询系统。通过区块链技术的加密算法、数据不可篡改和时间戳等特性，引入区块链共识机制，将技术与模式相结合，建立具有可信性的食品溯源系统。本方案可实现对食品数据的源头追溯、产品防伪，从而保证食品的安全。

关键词：区块链;Hyperledger Fabric;食品安全;溯源技术;软件架构

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）28-0164-02

开放科学（资源服务）标识码（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，一些恶性食品安全问题，损害了消费者的利益，食品生产企业也深受其害。传统的检验方式和溯源标准已难以满足市场规范和消费者需求，商家和消费者无法权衡利弊，食品溯源显得尤为迫切[1]。传统的追溯系统在实际应用中数据中心化，依赖于权威机构来管理中心数据库，各个供应链节点上的追溯数据由企业自行管理，易被篡改。同时供应链中各角色间信息传递的可靠性问题尚有待解决。区块链技术具有不可篡改、去中心化、可追溯等特点，将区块链技术与食品生产加工追溯相结合，为解决目前传统的农产品追溯体系所存在的问题提供了可能。本文将基于联盟区块链系统hyperledger Fabric与食品溯源相结合构建一个基于hyperledger Fabric技术的溯源系统。采用客户端/服务端架构，解决现有溯源系统的部分痛点，实现食品从采摘、加工以及销售过程都可从智能终端查询进而达到有效溯源。

2 系统设计

2.1 总体框架设计

使用Hyperledger Fabric构建区块链的食品溯源系统，每个区块间需要认证才能参与交易，使用共识机制保证信息一致性，账本服务用来记录区块信息文档，并用数据库进行存储，加密机制保证数据安全性，提高隐私性。基于以上特点，本文设计出如图1所示的基于区块链的溯源系统框架[2]。

该架构分为客户端和服务端，服务端是区块链系统服务，其包含了智能合约、共识机制、账本机制等机制模块。在生产、销售过程中的每一个环节都会有一个区块记录着相同的账本，该账本只允许追加而无法修改。区块之间通过共识机制维护整个网络无须人为介入，加上每个区块信息都包含有唯一的时间戳更加保证了信息的安全性。客户端由用户、商家和三方监管共同构成，其中商家可进入服务端后台创建食品信息，记录每次产品变化信息，三方监管机构在获取公钥后可直接查看商家整个操作过程，以保证公平性。而用户可用移动设备扫描食品上的二维码查看食品的生产厂家，食品加工状态再到出厂日期等所有过程。

2.2 实现机制

在该溯源系统中，每种商品在区块链网络中都是数字化的，包括其各种参数信息。数字化后形成的信息在区块链中只能追加不可修改。利用相应的信息文档，商家进行数据维护时，只需通过服务端中智能合约授权当前节点开放权限，防止其他节点违规操作，实现有序、严谨的跟踪商品。在食品溯源系统中，当商家发起产品更新，通过智能合约对数据进行验证，再将信息打包录入。被授权的节点之间使用共识机制保证节点间的一致性。节点间“交易”完成后，交易信息通过私钥加密再用相应的公钥解密，保证了信息无法被恶意篡改，解决了交易过程中的诚信问题[3]。因此，上述的每一步都可通过区块链来记载操作，时间戳技术与非对称加密技术保证了基于区块链技术的食品溯源系统的可靠性。

3 实验测试与验证

3.1 实验平台部署

为验证本设计方案的可行性，对上述方案进行验证分析。实验是在虚拟机中进行模拟测试，部分实验配置参考文献[4]，其物理环境为Centos7.5，Docker18.09，fabric-sdk-node1.4。系统运行内存为4GB，硬盘为20GB，带宽为 100Mb/s。Fabric网络包括4个Peer节点，1个Orderer节点。Fabric中数据库选择CouchDB。在具体实现中采用Node SDK开发测试程序，采用REST接口对资源进行调用。

3.2 应用结果分析

实验环境搭建完成后，启动fabric网络，模拟现有商品的基本信息进行上链，溯源追踪，查询物品信息。本文以食品为例，如图2为食品区块链系统工作界面。

在图2中，食品溯源系统提供信息采集、查询和溯源服务，商家可以通过信息采集功能上传供应链数据信息，系统后台会自动进行溯源信息存储和哈希值校验。消费者可使用扫描食品上的二维码查询产品溯源信息。与传统溯源系统相比，本系统拥有去中心化、数据不可篡改、可追溯等特性，在一定程度上缓解食品安全问题，具有可行性。

4 结论

本文通过探讨区块链在食品质量安全溯源系统的应用，提出基于hyperledger Fabric食品区块链溯源系统，该系统使用客户端/服务端层次，充分利用区块链技术的去中心化、不可篡改的特点，将数据进行分布式存储，保证数据的可靠性。本系统为用户提供方便的手机应用查询，实现更加有效、智能的食品溯源系统。

参考文献：

[1] 王红梅，於跃成.基于区块链的食品安全溯源技術研究[J].电子设计工程，2019，27（13）：16-20，25.

[2] 杨茂，文斌，卢德全.基于区块链的食品溯源研究与应用[J].计算机科学与应用，2019，9（3）：580-587.

[3] 罗静.基于联盟区块链的农产品质量安全高效追溯体系分析[J].电脑知识与技术，2020，16（6）：272-273.

[4] 杨信廷，王明亭，徐大明，等.基于区块链的农产品追溯系统信息存储模型与查询方法[J].农业工程学报，2019，35（22）：323-330.

【通联编辑：梁书】