基于区块链技术的食品安全溯源系统

技术领域

本发明属于食品安全可溯源技术领域，具体涉及基于区块链技术的食品安全溯源系统。

背景技术

近年来，食品安全事件频发，禽流感、瘦肉精、三聚氰胺、大米镉超标等一系列的质量安全问题引发了消费者信任危机，也是国家建设发展诚信社会工作上的重大挑战。食品溯源系统能够标识食品来源，提供其从生产到餐桌全过程中的详细信息。一旦发生了食品安全意外事件，通过食品溯源系统可以快速准确地定位到发生问题环节，明确责任主体，及时召回问题食品，遏制问题蔓延势头，这是解决目前食品安全窘迫现状的有效方法之一。当前食品安全溯源系统始终依赖于权威政府机构来管理中心数据库，并且食品供应链中各角色间信息传递的可靠性问题尚有待解决。以农食品为例，农食品从“农场到餐桌”的产前、产中、产后的过程涉及农资供应商、农户等生产商、加工商、中间商(包括物流服务提供商、批发商、分销商、零售商等)和末端消费者等，涉及到的“点多、线长、面广、错综交叉”，食品安全监管和溯源尤为困难。区块链是一种共享账簿技术，具有分布式、全网记录、低成本、高效率、安全可靠等技术特点，能够降低监管成本、交易风险及其复杂度，提高信息记录可信度，增加监管透明度，共同执行可信流程。

发明内容

本发明的目的在于提供基于区块链技术的食品安全溯源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于区块链技术的食品安全溯源系统，包括物理层和接口层，其特征在于：还包括应用于区块链技术的数据库层和通信层；

所述物理层中主要包含智能传感器与执行器，用于数据采集并转发到上层协议，设备采用的密码加密技术和访问控制机制使其易受攻击，供应商可从路由器、通信协议等方面对其安全性进行加强；

所述通信层主要包括网络结构与协议，溯源系统的通信层应用基于区块链技术的以太坊平台以及Telehash信息传递协议，以防止被攻击节点通过网络破坏系统；

所述数据库层主要指分布式存储数据库，区块链中每条记录都包含时间戳及唯一的加密签名，同时完整的交易记录可供任何合法用户进行验证与审核；

所述接口层(或应用层)主要嵌入应用程序或协议，提供人机交互入口。

进一步地，食品在溯源系统内从生产到消费的全过程中，涉及以下参与者角色；

注册机构：为其他参与节点提供唯一的身份账号；

标准化组织：定义标准条例并有修改权利；

原材料供应商、生产企业、加工制造企业、分销商、零售商：向区块链输入指定食品的主要信息；

消费者：购买食品食品，有访问食品特定信息的权限。

进一步地，溯源系统运行包括以下操作步骤；

食品标识：对食品进行标识与编码，因仅当对食品进行正确标识，才能实现有效的追踪和溯源，条码技术与RFID技术均支持通过扫描器识别出食品的系统ID并链接到食品的电子信息文档，将数据自动输入系统；

数据录入过程：每一样食品都在区块链网络中被数字化，包括其身份标识及参数信息，信息维护者方可全面具体的维护食品信息，避免溯源信息割裂问题，利用食品和参与者的标识，认证授权中心可以通过智能合约的方式自动对食品当前担责节点开放权限，保证数据维护的有序性与可靠性，防止非相关节点违规操作，实现系统有序、严谨、全面地跟踪食品并维护食品信息；

数据访问过程：在溯源系统中，对任何参与者而言，食品信息的体现方式都是食品信息电子文档，每条信息输入条目都有时间戳并且由所负责的参与方签名，与食品相关的认证机构信息也包含在内，为了控制用户对信息文档的访问权限，会在食品文档中嵌入一定的规则代码，在参与者访问信息文档时，需要输入其密钥，系统根据其拥有的权限来展示可见内容。

进一步地，溯源过程中依赖的食品信息文档中应包含以下几个方面；

食品担责方资料：被授权参与者的资料列表应按照时间顺序记载到当前最新担责方为止，并在被授权参与者身份发生改变时，系统将会记录关于新的食品担责方的详细信息并添加到食品信息文档中，利用参与者在注册时生成的的数字化标签，系统可以便利地进行指定和授权正确的食品担责方；

时间戳：当食品信息文档中产生新的输入记录时，系统会自动记录下信息输入的时间点，以通过时间戳技术，供应链网络的输入条目满足时间排序，也对防篡改提供了保障；

位置信息：为了解食品的物流路线，当有参与者对食品信息进行录入时，系统会根据参与者的位置信息记录食品相应的地理位置，通常可以利用唯一的ID来表示位置信息，有条件的系统也可以通过动态GPS数据来提供准确的位置信息；

产品指定信息：该部分是食品溯源线索关键所在，同时也是消费者角色最为关注的信息，要求的信息应该能够展示出产品形成过程的投入，甚至为生产、加工、质检部门提供反馈信息。

进一步地，所述分布式存储数据库的载体为数据存储服务器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明基于区块链技术的食品安全溯源系统，不仅能进行问题产品溯源，亦支持危机预警，从而改善食品安全现状，有助于建设更安全可靠的食品供应链，保障国民饮食健康。

2.本发明基于区块链技术的食品安全溯源系统，利用区块链分布式存储特点、非对称加密等技术共性，并引入各监管部门与标准组织，合理调整区块链中的去中心化程度与共识机制，从而在不复杂化现有食品安全溯源体系的情况下，针对性解决溯源系统信息采集不标准、数据存储不安全、中心化系统易受攻击以及企业间信息交换过程隐私不能得到保障等问题。

附图说明

图1为本发明的区块链中的食品溯源网络架构图。

图2为本发明的溯源系统的技术架构示意图。

图3为本发明的数据输入简化示意图。

具体实施方式

为了对溯源系统的运行机制进行了简要介绍，我们以火腿肠的食品供应链为例，其中包含供应商、加工企业、分销商等参与者角色。

养殖(生产)环节——主要角色是养殖场：养殖场首先对所有畜禽进行身份标识并输入区块链中，完成各自的产品信息文档创建工作，随后在系统中输入畜禽出生信息、饲料信息、配药信息、疫病信息、出售情况等指定信息，在畜禽被出售并流动到下一环节(屠宰过程)时，当前担责方节点发起一个交易请求并和屠宰场利用私钥签署内嵌在区块链中的智能合约，系统记录下交易操作并在交易完成后自动对接收产品方进行授权，屠宰场便成为新的被授权角色，负责跟进产品并维护产品信息文档；另外，养殖操作需要符合一系列规定标准，故养殖环节中参与角色还应当包含相应的检测监督部门；监督认证部门有权利对以上信息进行访问并审查，并以私钥方式签名以认证养殖环节合规。

加工环节——初加工过程主要是屠宰，主要角色是屠宰场，屠宰场在接收到来自养殖场的畜禽之后，获得访问与维护产品信息文档的权限；屠宰场主要写入来源信息、屠宰信息、检验免疫信息、出售信息等；其中，检验免疫信息应同养殖环节一般，需要有认证机构介入；在本环节中，与动物食物检验免疫相关的部门需要参与审查并通过数字签名对产品安全性进行认证；在深加工过程中，除了经过屠宰过的禽畜外，还将引入其他原材料例如添加剂类；在加工过程中，新引进的原材料的物理身份标识被取消，但产品信息保留并写入加工主体产品的电子信息文档中；最后一步是产品包装，包装过程中，需要增加产品包装材料、包装时间、体积重量等物理信息；此外，还需要为产品生成物理标签，为消费者提供查询入口。

物流环节——主要角色是物流公司：依赖物流公司成熟的位置跟踪技术，为产品提供精确的地理位置信息；物流公司需要在产品信息文档中补充运输方式、运输环境和接受地等信息；另外，产品通常被批量集装在大型收纳空间如集装箱中，则集装箱的信息文档中应包含指定产品的标识，以满足物流公司在批量管理过程中能面面俱到。

销售环节——主要角色是销售企业：产品可能经过多次分销环节方最后到达零售环节，故销售企业对产品来源必须明确，并写入产品信息文档；同时，销售企业也应补充产品售出时间、价格等情况，保证产品文档的完整性，同时保证区块链系统中信息条目的时间确定性。

追溯环节——主要角色是消费者；当消费者购买产品时，可以通过产品包装上的条形码、二维码或RFID访问到产品信息文档(指定权限)，了解到必要信息。

另外，当发生食品安全事故时，主要角色是执法部门：这时，相关部门通过私钥获得更高等级的权限，访问到产品从农场到餐桌整体过程中的细节，从而确定问题本源并进行问责，或是通过详细的物流与分销信息来进行精确的产品召回。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。