基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型研究

在冷链行业集群式发展的背景下,为解决在三文鱼冷链多链协同过程中由于监管数据持续性与碎片化所带来的跨链签名数据传输且真实性验证效率缓慢的问题,设计了基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型,该模型包括基于聚合签名算法的数据验证与冷链模式监管的方法,该方法在提升跨链监管数据真实性验证效率的同时保证了三文鱼冷链监管的细粒度与完整性。最后,基于以太坊平台实现了三文鱼冷链多链协同监管模型的原型系统。经系统性能测试,在监管性能方面,多链架构监管性能相较于单链架构平均提高17.98%,且随着区块链交易增多,多链架构监管性能优势将更加明显;在真实性验证效率方面,根据验证时间曲线的趋势线斜率分析,传统验证算法的斜率为57.448,而聚合签名算法的斜率为0.553。这表明随着签名数量的增加,聚合签名算法在验证效率方面具有明显的优势;在通信消耗方面,传统签名算法所需要的签名通信量在理论极限值下最多可达到4 875 B,而聚合签名算法所需的签名通信量即使在未压缩的情况下也一直保持在96 B。测试结果表明,在三文鱼冷链场景中,聚合签名与验证的方法在数据批量传输批量验证的条件下具有良好的效率优势,为可信冷链监管、集群式冷链发展提供借鉴与参考。

基于可编辑区块链的农产品供应链追溯高效存储查询模型

基于区块链的农产品追溯系统可有效解决农产品追溯的信任问题。然而,区块链的不可篡改性和全冗余存储导致了区块链节点存储数据量的持续增加,提高了区块链设备的门槛,限制了农产品区块链追溯系统的大规模落地应用。针对农产品区块链追溯系统的高存储量问题,该研究提出了一种基于可编辑区块链的农产品供应链追溯高效存储查询模型。首先,针对农产品追溯数据的周期特性,总结了农产品供应链追溯信息生命周期。其次,通过卸载超出生命周期的追溯数据降低数据存储量,研究农产品可编辑区块链存储模型。最后,通过计数布隆过滤器降低了农产品可编辑区块链数据卸载后假阳率高的问题,提高了农产品可编辑区块链追溯系统的查询效率。试验结果表明,在系统运行60个月时,模型的存储量为传统农产品区块链追溯系统的48.70%。当区块数据量为1 000条,数据卸载量为30%时,模型的假阳率较传统模型下降了21个百分点,数据查询效率提高了19.02%。该研究为农产品区块链追溯系统的规模化落地应用提供了解决方案。

面向预制食品溯源的隐私数据加密共享方法研究

随着区块链技术在食品溯源领域的发展,预制食品的质量安全得到了有效保障。然而,预制食品上下游生产加工环节众多的产业特点,使溯源变得困难。在溯源的同时安全共享食谱、秘方等隐私数据,使供应链更好地协同生产则十分重要。为解决上述问题,提出了一种面向预制食品溯源的门限代理重加密(Threshold proxy re-encryption)隐私数据共享的方法,设计了一条预制食品溯源区块链和追溯生产批号关联相关溯源数据,确保数据的真实可信。使用门限代理重加密,预制食品生产商通过门限代理重加密将研发的食谱加密为初加密密文,同时在本地生成重加密密钥,将初加密密文与重加密密钥上传至预制食品溯源区块链中;第三方半诚实服务商将从区块链上获取的重加密材料进行重加密生成重加密密文,将重加密密文上传至区块链;监管部门等数据访问者则使用自身私钥将从区块链上获取的重加密密文进行重加密解密,实现隐私数据在溯源区块链上的安全共享。该方法基于Hyperledger Fabric,搭建了一个预制食品溯源区块链原型系统进行测试。测试结果表明,所提出的面向预制食品溯源的隐私数据加密共享方法在隐私数据共享方面与常用的数据加密共享方法相比计算开销较低。数据上链、公开数据查询、隐私数据查询的平均时延分别为1473.8、63.9、59.9 ms,系统性能良好。实验结果表明,提出的方法达到了供应链隐私数据安全共享的目的,确保了商业机密和知识产权的安全共享,对预制食品行业发展和食品安全提升具有参考价值。

基于区块链的农产品供应链溯源数据多条件查询优化方法研究

随着基于区块链的农产品溯源系统迅速发展,区块链查询能力面临着巨大挑战。对于供应链参与方来说,区块链中保存的数据多为编码或序列化的数据,使得供应链参与方的审计和监督等存在多条件查询的工作变得十分困难。通常情况下,原生区块链并未提供满足多条件查询的查询方式。因此,为了实现多条件查询并提高查询效率,本研究提出一种农产品溯源数据多条件查询优化方法。首先,该方法采用一种优化的Merkle树结构(n-Tree)对交易信息进行重构,从而提供更高效的条件验证能力。其次,通过自适应多条件区块布隆过滤器判断交易信息中查询条件的存在性,进而快速过滤区块。最后,提出一种应用TWTN-Heap(Time weight and transaction number based heap)结构的索引构建方法,以区块权重为序构建主条件相关的区块号索引列表。产品数据的查询过程包括遍历区块号索引列表、过滤非相关区块以及验证特定查询条件,从而获得条件查询结果。实验结果表明,本研究提出的产品数据条件查询优化方法能够有效地解决农产品供应链面临的条件查询问题,同时保证查询时间消耗维持在15 ms左右,查询效率较默克尔语义字典树(Merkle semantic trie, MST)方法提高60.9%,较原始遍历(Orignal traverse, OT)方法提高87.7%。

基于区块链的远洋捕捞产品新鲜度评价与可信追溯模型研究

针对远洋捕捞追溯流程缺少产品新鲜度定量分析,分析结果可信度差等问题,以三文鱼为例,详细分析远洋捕捞追溯流程,基于层次分析法建立了远洋捕捞产品新鲜度指标评价体系,提出新鲜度得分公式,实现了标准统一的产品新鲜度评价。结合ECDSA签名技术与智能合约实现了追溯责任的精准定位,通过引入信誉积分数据,建立了奖励、惩罚、补偿机制三位一体的企业双向信誉评价模型,保障了信誉评价主体的积极性及新鲜度得分数据的真实性,实现了产品新鲜度的可信追溯。安全性分析表明信誉积分的攻击难度等价于ECDSA私钥的破解难度,证明了信誉评价模型可信、安全及不可篡改的特性。性能测试结果显示,追溯数据读写吞吐量保持在500笔/s与150笔/s以上,读写成功率分别为100%与98%,数据写入平均耗时为0.416 s,数据查询平均耗时为0.142 s,相比基于可靠企业信誉评估机制的区块链农产品可信追溯模型,存储与查询效率分别提升55.8%与63.4%,基本满足产品实际追溯业务需求。

基于区块链技术的农业食品溯源研究进展

随着全球食品安全问题日益严峻,加之供应链改革和食品召回相关工作耗资巨大且充满挑战,这使得建立农业食品溯源体系变得尤为重要,各国也越来越重视食品安全溯源体系建设。在智慧农业背景下,信息通信技术可通过区块链基础设施进一步完善,以实现新农场和数字农业,确保农产品从种植到销售的全链条安全可追溯。本文通过分析国内外最新研究,系统阐述了基于区块链技术的农业食品溯源研究进展。详细分析了农业食品供应链流程,提出了区块链在农业食品溯源领域的基本架构。归纳总结了当前区块链在农业食品溯源领域的应用研究,主要集中在与云边端计算、加密技术、存储优化、共识机制改进和智能合约设计的结合方面。本文还指出了农业食品溯源当前面临的数据安全、存储扩展、监管困难和实际应用等方面的挑战。最后,展望了区块链技术在农业食品溯源领域的未来发展方向,如加强安全监管、提高区块链可扩展性、利用新兴技术赋能食品溯源等,并强调了区块链技术在农业食品供应链中应用所面临的机遇与挑战。

基于属性可搜索加密的农产品区块链追溯隐私数据访问控制方法

区块链追溯对于保障食品安全、提升农产品品质、维护消费者权益至关重要。针对农产品供应链中隐私数据安全与保护需求,提出了一种基于属性的可搜索加密的农产品区块链追溯隐私数据访问控制方法,该方法允许追溯供应链数据拥有者利用基于属性的可搜索加密技术对访问控制中的访问控制策略进行加密处理,追溯供应链数据请求者通过生成陷门与加密策略进行匹配,以确保访问控制的安全性,有效抵御恶意节点伪造信息非法获取权限的行为,隐藏用户身份,避免策略信息泄露问题,确保了隐私数据的安全性。采用以太坊权威证明共识机制搭建私有链进行仿真实验,系统测试结果表明,可搜索密文生成时间为2.5 ms,陷门生成时间为39.8 ms,可搜索密文与陷门的匹配时间为8.6 ms,同时密文生成时间不随属性数量增加而线性增长,具有稳定性特征。可搜索密文和陷门上传至区块链平均时间为2033 ms,查询匹配时间为3.54 ms。因此,本研究提出的访问控制方法实现了访问控制策略隐藏,保障了追溯隐私数据的安全共享,适用于农产品区块链追溯环节中。

区块链背景下农产品零售市场价格博弈模型与竞争策略

[目的/意义]区块链本质上是一个共享数据库,存储的数据是不可篡改、公开和透明的,应用在农产品供应链上可以提高产品透明度,吸引更多的消费者,但也会存在消费者隐私担忧问题。消费者的隐私担忧程度影响着农产品零售商对于是否售卖区块链溯源农产品的决策。通过研究区块链溯源对农产品零售商竞争策略、定价和最优决策的影响,零售商可以根据自己的市场情况制定市场竞争策略,提高自己的竞争力,优化农产品供应链。[方法]基于纳什均衡及Stackelberg博弈理论,建立初始农产品零售商与新进零售商的价格博弈模型,研究分析农产品零售商之间的竞争决策,利用区块链智能合约技术将博弈过程以及对应情况写入智能合约,保障合作博弈有效进行,将博弈结果上链来规范博弈双方的合作行为。[结果和讨论]消费者隐私担忧问题会影响农产品的价格和利润。此外,通过对两家农产品零售商均衡策略的研究,发现当消费者隐私担忧程度较低、信息透明度较高时,两家零售商才会同时售卖区块链溯源产品;消费者隐私担忧程度和信息透明度处于中等水平时,消费者对初始零售商的信任度更高,使其可以承担更高的隐私担忧成本,而新进零售商会被挤出市场。[结论]从利益层面上讲,区块链溯源农产品并不总是适用于零售商,结合自身实际条件才能做出最优的决策选择。良性的合作博弈才能使利益最大化,优化农产品供应链整体利益水平。

基于区块链和边缘计算的水稻原产地溯源方法研究

地理位置与环境因素的不同导致水稻品质存在差异,优质原产地的稻米质优味美,对消费者更有吸引力,因此研究水稻原产地溯源,建立水稻原产地可信溯源系统具有重要意义。传统物联网区块链溯源系统将溯源数据上传至中心化的服务器,再由服务器上传至区块链;这无法很好地利用边缘节点中的资源,还使其易受数据伪造或数据丢失等安全风险的影响。设计了一套基于区块链和边缘计算的水稻原产地溯源模型,依托嵌入式设备的边缘计算能力,对传感器数据实时数据融合并在嵌入式设备上部署区块链。此外,设计边缘计算场景下区块链网络的存储扩展方法和边缘计算工作流程。最后,经过测试分析,查询公开溯源数据的平均时间为45.84 ms,查询隐私溯源数据的平均时间为50.92 ms,边缘节点加密上链的平均时间为1.27 s,边缘多链存储容量消耗为传统单链的18%,能够满足水稻原产地溯源实际的应用需求。

基于智能合约和数字签名的马铃薯种薯防窜溯源研究

随着区块链技术在农产品溯源领域研究的不断发展,农产品的质量安全得到有效保障。由于我国马铃薯种薯生产过程复杂、实物形态差异化明显、每个环节的生产周期长、品种繁多等原因,所有生产环节的溯源数据共享难度大,容易发生种薯品种、等级等窜货问题,种薯生产溯源无法得到切实保障,生产基地及相关监管部门无法得到全部有效溯源数据,当发生窜货问题以及最终消费者进行种薯生产溯源时,责任环节定位不明确,难以准确找到责任生产环节及相关责任人等问题源头。基于上述问题,提出了基于智能合约和数字签名的马铃薯种薯防窜溯源模型,利用区块链技术不可篡改、数据透明、数据共享等特点,通过智能合约进行种薯生产全环节溯源数据的上链存储,实现种薯生产全环节溯源数据的高度共享,并将智能合约与数字签名相结合,利用公私钥对验证和智能合约高度自治的区块链网络生态环境,解决生产过程中易发生的生产窜货问题。基于Hyperledger Fabric设计面向种薯生产基地的防窜溯源模型,相关测试结果表明,该模型可以实现种薯生产溯源、防窜、窜货报警信息上链与查询等功能。种薯生产溯源数据的平均上链时间为2566 ms,平均查询时间为95 ms,报警触发与报警信息上链的平均时间为2562 ms,查询具体报警信息的平均时间为77 ms。模型综合性能较高,能够实现种薯生产全环节溯源数据的安全存储,并有效解决种薯的生产窜货问题,满足种薯生产溯源数据的上链与查询需求,完善种薯生产质量溯源保障,为防止种薯生产窜货以提高整体效率和安全溯源方面提供了借鉴和参考。

面向小麦区块链追溯系统的分级监管模型设计与实现

针对现有的农产品溯源系统中数据监管存在的监管单一、权限集中,以及监管过程中隐私泄露等问题,通过研究小麦制粉行业全业务流程特性,设计并构建了面向小麦区块链追溯系统的分级监管模型。该模型以联盟链Hyperledger Fabric为基础构建多链架构,提出了基于密文策略属性加密(CP-ABE)技术的加密隐私密钥传输方法,通过一对多的加密属性设计多个数据监管部门,并在密文中嵌入访问结构实现权限管控。通过理论分析,所提出的分级监管模型能够在满足消费者追溯需求的基础上,实现企业隐私保护、分级授权管控、全流程穿透式实时监管的功能。在安全方面,该模型在控制策略保持不变的情况下,改变需加密密钥的任意一位,生成密文平均变化率为95.5%;在保持密钥不变的前提下,通过改变企业授权访问策略,引起解密私钥平均变化率为75.5%,具有较高的混淆性和安全性。在效率方面,所设计的分级监管模型公开溯源数据平均查询时延为6.67 ms,隐私数据平均解密查询时延为34.45 ms,数据监管平均查询时延为37.78 ms。

基于属性访问控制模型的果蔬跨链追溯系统设计与实现

针对现有果蔬农产品供应链中存在的上下游区块链间追溯数据差异化、细粒度共享困难以及数据隐私保护等问题,通过分析果蔬农产品供应链各环节业务流程,在果蔬农产品质量安全追溯场景下,提出了一种支持异构多链的基于属性的果蔬跨链追溯访问控制模型。该模型利用基于中继链的跨链技术将跨链信息标准化从而实现异构多链之间的跨链通信,并结合果蔬跨链追溯需求,采用基于ABAC(Attribute-based access control)的访问控制模型实现对数据资源灵活、细粒度访问控制。为验证模型有效性,利用BitXHub中继链技术在Hyperledger Fabric和Ethereum构成的异构链中实现跨链数据访问,在跨链合约中实现基于属性的访问控制流程,构建出果蔬追溯跨链访问控制模型的原型系统。系统测试结果表明,中继链处理跨链交易的发送率平均最高值分别约为600笔/s和400笔/s,策略判定时间不会随着策略数目的增加而有较大波动,基本稳定在2 000 ms左右,能够满足果蔬供应链在异构区块链之间跨链数据差异化、细粒度共享的需求,也保证了数据共享过程中的数据隐私性。

基于监管的分布式水产品追溯系统设计与实现

在比较国内外农产品追溯系统建设模式的基础上,系统地提出了一种基于行政监管的适合中国国情的水产品追溯系统架构方式,设计了一种基于行政区域代码的水产品追溯编码方式,突破了基于AES(advanced encryption standard)的水产品追溯监管码十进制分组压缩加密算法,建立了基于USB Key的水产品监管码密钥动态分配技术,生成了融合一维码、二维码的水产品混合条码标签。经在多省测试应用,水产品追溯监管系统安装部署简便,可护展性强,追溯码输入方便、安全性高。

农产品供应链区块链追溯技术研究进展与展望

农产品供应链具有链条长、生产分散、信息多源异构等特点,极易造成供应链上下游信息断链和不透明。传统追溯数据存储于各节点企业,在供应链上下游数据传递过程中存在协作信任度低、真实性差等问题,造成消费者对追溯信息的真实性产生信任危机。区块链追溯系统通过建立多方参与、共同维护的分布式数据库,并利用密码学和共识机制建立信任关系,具有数据无法篡改、共享可信度高等优势,近年来成为国内外研究的热点。本文系统总结了国内外农产品区块链追溯系统的研究进展,从区块链追溯链上链下数据协同、区块链追溯共识机制和区块链追溯数据隐私保护等方面详细分析了区块链追溯关键技术的研究进展;对区块链追溯技术的未来发展进行了展望,指出区块链规模化应用后多链和跨链技术将成为发展趋势,区块链技术与物联网、人工智能、大数据等新一代信息技术的深度融合将推动农产品供应链追溯进入新的发展阶段。

基于嵌入式Linux技术的农产品流通追溯系统设计与实现

农产品流通环节是实现农产品质量追溯系统的关键环节,为改进传统方式如索证、索票等在建立农产品流通追溯系统时存在的操作不足,该文以农产品可信流通控制技术为基础,采用"硬控制"的设计思路,以自主研发的多功能嵌入式农产品流通专用设备为控制工具,以上位机农产品流通追溯系统为业务支撑,建立了基于Linux嵌入式技术的农产品流通阶段质量追溯系统。多功能流通专用设备集RFID(radio frequency identification)身份识别、二维条码打印、无线数据上传于一体,实现了产品准入、市场抽检和市场追溯,并通过网络、POS(point of sales)机实现了公众查询追溯服务,建立了可操作的农产品流通追溯系统模型,具有良好的推广应用前景。

基于权重自动调整神经网络的水稻病虫害诊断专家系统

针对水稻病虫害诊断特点,从人工智能角度出发,提出了一种基于权重自动调整的神经网络水稻病虫害的知识组织方式。文章以15种常见水稻病虫害为例,通过对病虫害症状的特点和特征进行分类、抽象和编码,构建了基于权重自动调整的BP神经网络。利用神经网络和不确定性推理技术,对实例样本进行训练学习,并将权值数据作为知识库来进行诊断,并基于这种方法构建了水稻病虫害神经网络诊断专家系统。

面向追溯主体的果蔬全供应链区块链多链模型研究

面向全供应链环节建立的农产品区块链溯源系统,追溯链中存储面向多个追溯主体的追溯数据,由于各主体追溯数据的差异化,跨供应链环节的数据难以实现共享和访问控制,敏感数据无法差异化保护和验证,风险数据不能针对性监管。因此,面向不同追溯主体的追溯数据并不适合由同一条区块链账本存储。通过分析果蔬全供应链各追溯主体的需求,建立了面向追溯主体的区块链多链追溯架构,利用溯源链实现消费者的溯源需求,通过共享链实现上下游企业间的数据流转,基于隐私链实现企业隐私数据的安全保护与授权共享,利用监管链实现监管部门对所有环节风险数据的管控。本文基于Hyperledger Fabric设计面向追溯主体的果蔬供应链区块链模型并实现了主体链果蔬溯源系统,测试结果表明,溯源链中追溯数据平均查询时间为38.86 ms,获取共享链中已验证的共享数据平均耗时806.80 ms,获取隐私链中已验证的隐私数据平均耗时910.35 ms,获取监管链中已验证的监管数据平均耗时675.90 ms。面向追溯主体建链的追溯系统在满足消费者需求的基础上,实现了供应链各环节追溯数据的数据共享与控制访问,解决了异构数据的存储保护和验证问题,满足了风险追溯数据针对性的监管需求,为果蔬区块链溯源模型设计提供了参考和借鉴。

水稻病虫害诊断模型构建及系统的实现

针对水稻病虫害的特点与特征,集成数据库技术、多媒体技术和地理信息技术开发了水稻病虫害咨询与诊断系统。本系统共收集了150多种水稻病虫害,集查询、诊断、预测和防治多种功能于一体。系统采用专家数据库进行知识的表达,结合了一种新的推理方法对水稻病虫害诊断的知识进行有效组织,有效地解决了病虫害诊断过程中知识的不确定性。

Logistic回归模型及其在昆虫学中的应用

介绍了应用Logistic回归分析对二值反应的试验数据进行分析的方法 ,以及Logistic回归分析模型参数估计及其统计检验的方法 ,并结合 1个实际例子说明了Logistic回归模型的应用。

基于LPC1766的农产品流通追溯系统设计

针对农产品流通过程中来源跟踪难、去向查证难等问题,研究开发了农产品流通追溯系统。该系统硬件采用Cor-tex-M3内核嵌入式处理器LPC1766,包括信号调理与A/D转换电路、RFID身份识别接口电路、以太网接口电路和其它外围接口电路。软件以keilμVision3IDE为开发平台,论述了重量采集、RFID身份识别、二维条码打印、数据上传等的实现算法,并通过UDP的方式实现了分布式控制。实验结果表明,该追溯系统适用性强,追溯精度高,能有效提高交易管理水平,并能实现对产品责任主体的跟踪与追溯。