基于区块链技术的猪肉安全溯源系统的研究与实现

摘要

农产品尤其是居民日常必备的农产品，关乎每一个消费者的切身利益，农产品安全问题也是现阶段公众最为关注的问题之一。在当今农产品安全问题频现的背景下，公众越发重视农产品供应链的可信溯源。传统的溯源系统是基于如二维条形码、地理信息系统、Web服务、RFID、虹膜等技术的中心化系统，数据存储在中心化数据库。因此信息在记录过程中容易被篡改，溯源信息不可靠，传统的溯源模式未能很好的解决信任问题。区块链技术以其独特的优势，为农产品供应链上的可靠溯源提供了新的解决思路。区块链起源于比特币，是比特币的底层技术，其本质上是由多节点参与的数据库，是一个开放式的公共账本。区块链技术结合了多节点的共识机制，分布式数据存储，点对点传输以及加密算法等多项基础技术，适用于零售供应链的端到端信息管理。在传统溯源环节存在诸多痛点之际，利用区块链技术建立一个完善可信的农产品溯源系统意义重大。　　本论文利用区块链技术防篡改、去中心化、公开透明的特性，结合现有农产品供应链的溯源方式，对传统溯源方案存在的痛点提出解决方案，旨在解决传统模式下数据中心化、易被篡改、溯源信息存储未能连贯、软件系统不兼容、终端查询难等问题。本系统将农产品供应链上各关键环节作为区块链网络中的节点，通过区块链共识算法PBFT广播各节点的数据，并将其记录到区块上，最终各节点都同步有区块链账本的完整信息。当有一方试图篡改时，其他节点会根据各自记录的交易信息，作出正确判断。　　本论文的成果如下：　　(1)对传统猪肉溯源系统进行深入分析，确定了猪肉供应链中养殖、检疫、屠宰、运输、分销等环节的数据采集格式。　　(2)对本系统进行详细的需求分析，包括系统整体的功能与非功能分析以及各子系统具体功能分析，同时依据采集到的数据对本系统进行数据库字段设计。　　(3)完成了基于区块链技术的猪肉溯源系统的设计。本系统按层次分为三层， Hyperledger Fabric作为区块链底层、fabric-sdk-java作为中间件层以及Web端溯源系统作为业务实现层。对区块链底层的智能合约进行设计，将溯源数据存储至区块链中；调用Fabric中间件连接上层业务系统与底层区块链网络；设计上层猪肉溯源系统的总体功能模块，对企业端、监管端、平台管理端等模块进行详细的设计。　　(4)实现了基于区块链技术的猪肉溯源系统的核心功能。首先完成了区块链底层的部署工作。其次，按照设计完成了数据库部署，用以保证溯源系统上层业务的实现。接着，采用SpringMVC框架开发了Web端溯源系统，实现了基于区块链技术的猪肉溯源系统的业务功能。最后，对各模块功能进行了测试，确保系统稳定运行。

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

1.1.2 研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 区块链技术发展现状

1.2.2 国外溯源研究现状

1.2.3 国内溯源研究现状

1.3 本文的主要研究工作

1.4 论文的组织架构

2 相关背景知识介绍

2.1 比特币与区块链概述

2.2 区块链技术原理

2.2.1 区块结构

2.2.2 哈希函数与Merkle树

2.2.3 非对称加密与数字签名

2.2.4 共识算法

2.3 P2P网络

2.4 区块链类型介绍

2.5 SpringMVC框架简介

2.6 本章小结

3 系统需求分析

3.1 系统功能需求

3.1.1消费者需求

3.1.2监管方的需求

3.1.3 溯源企业的需求

3.2 系统流程分析

3.2.1 系统总业务流程分析

3.2.2 企业注册账号审核

3.2.3 溯源数据采集流程

3.2.4 消费者查询流程

3.3 各子系统具体功能分析

3.4 非功能性需求分析

3.5 本章小结

4.1 系统架构设计

4.1.1 系统网络结构设计

4.1.2 系统软件结构设计

4.2 系统功能模块划分

4.2.1 企业生产管理系统

4.2.2 监管系统

4.2.3 平台管理系统

4.2.4 验证门户

4.3 区块链底层设计

4.3.1 区块信息

4.3.2 节点间通信协议

4.3.3 智能合约设计

4.3.4 共识算法引入

4.4 数据库设计

4.4.1 平台管理数据库

4.4.2 企业生产子系统数据库

4.5 本章小结

5 区块链溯源系统的实现与结果分析

5.1 实验环境部署

5.1.1 区块链底层部署

5.1.2 Web应用部署

5.2 系统功能实现

5.2.1 验证门户功能实现

5.2.2 平台管理系统功能实现

5.2.3 企业生产管理系统功能实现

5.3 实验结论与分析

5.4 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

致 谢

参 考 文 献

附录 攻读硕士学位期间主要研究成果