基于联盟区块链的农产品质量安全高效追溯体系分析
来源:用户上传
作者:罗静
摘要：随着社会的进步和国民经济的发展，人们对食品安全的重视程度越来越高，怎样才能让广大国民吃得更安全，已然成为现代农业急需研究的重点议题。该文主要分析了以联盟区块链为依托的农产品质量安全高效追溯体系构建方法。
关键词：农产品;质量安全;追溯体系;区块链
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）06-0272-02
自中華人民共和国成立以来，我国国民对于生活质量的需求逐渐由吃得饱转变为吃得好，再转变为现在吃得安全，这也给农业生产经营带来了更大的挑战。如何才能实现对农产品生产、加工、运输以及销售等多个环节的有效融合，形成对农产品的全面追踪，使人们吃得放心、吃得健康，值得我们深思。
1农产品质量安全追溯需求分析
所谓农产品可追溯，是对农产品自生产开始直至消费结束中各阶段质量安全所进行的追踪。作为关乎民生的重点问题，农产品安全一直受到社会各界的普遍关注，构建起具有良好高效性，同时可信程度更高的质量安全追溯系统，属于目前优化食品安全，确保国民身体健康的重要基础。国内外专家对农产品追溯系统的研究一直在进行当中，而随着现代互联网技术以及物联网技术的优化发展，使农产品的质量安全追踪逐渐步入新的时代，通过对物联网、数据库、云存储以及信息采集等高新技术的应用，实现了对系统中各环节的优化与改进。然而，利用大数据进行数据信息记录存在以下两个方面的问题：1）区块链共识算法会引发记录速度方面的问题。虽然所有人都能实现对比特币区块链的自由使用，不过每秒仅能写入七笔是其最大的极限;2）参与节点数在界限性方面的问题。即便是用于商业用途的区块链，在参与节点数量大于几十个的时候，其性能也会出现严重恶化。
2农产品质量安全追溯系统设计
2.1DSAI系统
为实现对农产品质量安全追溯过程中安全存储以及大数据存储等方面问题的有效解决，提出一种以区块链技术为基础的农产品信息存储方案（英文缩写为DSAI），此方案通过对去中心化星际文件系统（IPFS）的应用实现对存储问题的有效解决。
2.1.1系统结构
为确保农产品质量追溯系统具有良好的可行性与整体性，需要为系统整体配置包括采集层、应用层以及存储层三大模块。其中，采集层主要包括各类物联网的传感器模块，能够实现对数据的实时收集，继而向节点服务器进行上传。随后，通过服务器使其被写入数据存储层内的分布式存储系统以及区块链当中。最后，应用层与以数据系统服务为基础的应用程序之间进行相关联。
2.1.2信息采集
该模块构成主要包括GPS模块、GPRS模块以及温湿度传感器，能够依据温度及湿度所呈现的变化对农产品实际生产环境进行准确记录，并由GPS模块开展农产品定位以及信息采集节点的划分。由传感器经过传输的数据则用于对农产品数据进行存储过程的质量检测，如果发现其中包含不符合要求的情况，将无法加以存储、运输以及销售。
2.1.3数据存储
数据存储层当中，将数据存储在以区块链与分布式存储为基础的系统当中，而基于区块链对于传感器大数据在实际输入和输出效率方面的考量，系统需要对节点服务器所获取的传感器数据进行自动封装，并向存储系统上传，从而缓解区块链在大数据存储方面的压力。事务属于数据存储的主要载体，因此可以说向区块链进行存储的数据是以一系列事务所构成的，然而由于区块链自身无法实现对事务结构的判断，所以要针对数据表示进行自定义处理，以借助于数据标识实现对数据的查询。先要在全网范围内对数据标识进行公布，随后于区块链的共识阶段对共识机制进行设置，与虚假货币之间具有一定区别，农产品质量追溯在数据方面具有较强的多元性，这也就造成无法简单地通过工作量证明或者权益证明实现共识。系统结合拜占庭容错算法以实现共识，继而获得过半的全节点共识，从而实现对区块链向交易的写入。
2.1.4应用层
系统应用层中主要包括对农产品相关信息数据的处理、追溯客户端构建、系统中各层间交互。针对农产品相关的各项信息数据进行分析，能够充分了解农产品处于供应链整体中容易出现问题的环节，从而便于采用更具针对性的措施缩减损害。利用对追溯客户端的构建，能够在最大限度上实现对农产品所采取的大众监视度。对于追溯过程整体的构建，需要在系统各层间通过交互形式完成，系统算法对于农产品信息数据所呈现的精确处理效果，将会直接决定系统最终所呈现的效率。
2.2平台建设
2.2.1关键控制点
出于农产品目前所普遍出现的质量问题以及安全危害，应用FMECA（即故障模型效应以及关键分析1方法，对农产品全过程追溯中的每个关键环节控制点以及控制指标进行筛选，继而为农产品全过程追溯的最终实现形成良好支撑。通过FMECA方法对农产品追溯过程中的关键控制点进行分析的过程中，需要就故障模式、影响（FMEA）以及危害性（CA）角度进行具体分析，结合追溯链中故障模式的实际严重程度、影响、危害性以及概率等级，对实用数据进行对比和分析以确认最终的关键控制点。
2.2.2追溯机制
通过对我国农产品质量安全管理相关法律法规以及编码规范的研究，利用信息分类法针对以时空编码为基础的追溯编码进行研究。针对追溯编码进行设计研究，融合农产品实际生产结束的时间、生产地点坐标和产品线数量，合成一个具有唯一性并且可以实现有效标识的时空追溯码。可以将此码当作主键并存储到数据库，同时对产地、加工、消费以及流动等诸多环节的各类信息进行保存。可以应用EAN/UCC-128编码技术以及失控编码，以确认编码方式。
2.2.3身份认证
利用北斗卫星导航技术所具备的授时定位功能，针对农产品生产、运输以及销售各方开展授权认证处理，确保平台当中各个参与主体信息的真实性与可靠性。对流通过程的各个环节要进行多次认证，继而事前防范农产品质量方面所出现的安全事故。在事故出现之后，能够对引发事故的原因进行快速定位，同时对同一批次的农产品进行紧急召回。 2.2.4平台构建
结合农产品质量安全追溯的整体框架以及相关规范，对其相应时空追溯码加以整合，采取B/S架构以及Java语言，同时应用SSH框架，构建起同时面对农产品种植、生产、运输、銷售、消费、监管部门以及第三方质量检验部门的多方平台。
3农产品追溯视域下联盟区块链与物联网间的融合
就农产品追踪相关问题来说，对区块链的应用目前仍然需要面对物联网传感器中数据量较传动区块链更大的问题，因此区块与交易生产速度相对较差，很难实现对农业追踪的供给，应该说区块链属于一类具有局限性的资源。所以，在对区块链和物联网数据之间进行融合的过程中，需要对存储方案进行改进以实现对大量数据的支持，并且不应该对网络以及存储资源形成浪费。为了确保区块链存储系统能够顺利进行，应该使单笔交易变得足够小，继而实现一定程度上的区块扩容。
先要利用各数据节点针对传感器数据加以收集，并将其存人到链下存储系统当中，通过对IPFS的应用，在存储系统中针对数据加以过滤处理，利用缩减重复数据的方式实现数据的第一步简化。在完成数据过滤以后，需要将数据对象相应传感器数据进行封存（将其看作是一个交易），随后把交易Hash广播至区块链网络当中。其具体实现过程可以呈现为以下算法：
数据检验以及封装算法
输入农产品数据信息和生成Hash。
输出如果信息合格，便将Hash存人到区块链;如果信息不合格，便要重新开始加以信息采集处理。
while阶段传感器数据并未完全录入
do传感器数据监测
if传感器数据能够符合要求
then填人到事务数据集当中
else舍弃数据，随后检查问题，最终进行重新录入
endwhile
有关提高区块链交易量的问题主要在于交易速率的提升，利用扩容的方式时应该充分考量网络所具备的承载能力f网络宽带以及存储容量能够足够支撑体量更大的区块），如果容量已经达到上限，无法及时对新块数据进行处理，有可能会造成数据对象状态出现改变的情况下，数据仍然没有被写入到区块链当中，继而带来十分严重的交易延迟问题。此外，孤块率的提高会导致网络节点不一致性变得更为严重（主要表现为分叉变多），继而对区块链实际安全性能造成影响。
区块链的可应用场景具有较强的多样性，对交易性能形成影响的主要因素包括区块形成间隔、公共节点数量、区块大小以及孤块率，所以若想实现对具有良好安全性、高效性区块链系统的设计，需要就以上几个方面的因素进行具体考量。
4结束语
总而言之，随着各类现代科学技术的发展，以联盟区块链为依托的农产品质量安全高效追溯体系已然成为目前农业行业的研究重点，值得广大科研人员投入更多时间和精力对其进行更为深入的研究，同时对国外的一些先进管理经验和技术加以借鉴，继而与我国农业发展与国民农产品需求的整体隋况相结合，创建出一套更加符合我国国情的农产品质量安全追溯体系，为国家经济建设注入新的活力。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15177635.htm
