一、技术名称
基于区块链的可信溯源系统关键技术
二、技术概述（概述应简明扼要，可附2-3张照片、视频）
（一）技术类别：技术体系。
（二）技术类型：技术服务。
（三）技术基本情况：
伴随着生活水平的不断提高以及农产品质量安全事件的爆发，促使人们对农产品的质量安全发生了由量到质的转变，如何确保农产品质量溯源信息的可信性，进而大幅度提高消费者对农产品溯源系统的信任程度是农产品市场面临的一个迫切需求。
农产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信息流和产品流的详细信息，提高产品生产过程质量安全控制能力和信息管理水平。一旦发生了食品安全意外事件，可以通过农产品溯源系统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。然而传统溯源系统大都由地方监管部门或者某企业主导管理，产业链溯源数据由单一机构掌控，系统中心化严重，数据容易受到人为篡改，溯源信息的完整性和真实性无法保证；溯源过程中往往存在着政府、企业﹑消费者之间信息不对称现象，交易双方容易出现信任危机，且农产品产业链中所涉及的环节较多，容易产生“信息孤岛”的问题，使得食品监管和溯源尤为困难。因此，如何研发一款去中心化、能够保障溯源信息安全性和真实性的农产品可信溯源系统，是亟待解决的问题。
（四）技术示范推广情况：
开发了生姜可信溯源系统、冬枣产业链溯源系统、深圳华之粹油茶籽油大数据平台、黄河三角洲农产品安全追溯平台。依据绿色食品、有机食品及 GAP 认证等相关的生产、加工标准和法律法规，对供应链上的质量安全关键控制点进行研究，根据质量安全关键控制点确定溯源关键点以及相应的溯源内容，记录生产过程不同阶段的责任人，构建基于产业链的信息管理系统。在上述研究的基础上，从企业管理、政府监管、消费者参与的多视角探寻以企业内部责任追溯为主，消费者、监管者的外部溯源为辅的农产品质量安全溯源管理模式，实现产业链溯源系统。
（五）提质增效情况：
2020年4月，山东省万兴食品有限公司开始应用山东农业大学农业大数据研究中心研发的基于区块链的生姜可信溯源系统。溯源系统的应用实现了生姜产品全产业链的数字化管理，提高了公司生姜产品质量的安全监管能力，产品质量显著提升。通过区块链技术的应用，提高了产品质量安全信息的可靠性和真实性，提高了客户对生姜产品质量安全信息的可信性。溯源系统的应用，巩固和提升了产品在市场的美誉度，品牌效应越发彰显，产品销量和效益显著提升。2020年底的统计分析数据表明，公司年增销售额1500万元，年增税收351万元，年增利润185万元，年增创汇201万美元。
基于区块链的油茶籽油柔性追溯系统已稳定运行两年，各环节所录入溯源数据总计达上万条。通过系统的运行结果发现，基于区块链的农产品柔性追溯模型可以在保证溯源数据安全性、溯源结果可信性的基础上，使农产品的追溯过程具有很强的柔韧性，使追溯流程能够紧紧贴合实际的农产品生产情况并随其动态延展。相较于传统的农产品追溯系统，基于此模型的农产品柔性追溯系统在溯源结果的可信性和追溯流程的柔韧性方面都有着本质上的提升。
三、技术要点
随着我国全面小康目标的基本实现，人民越来越重视生活品质的重要性，社会对食品质量安全的关注程度也随之增高。农产品质量安全追溯是保证食品质量安全的重要手段，区块链技术的出现为农产品溯源提供了新的数据存储方案，其不可篡改的特性使农产品溯源结果具备很高的可信性。
1、农产品柔性追溯
针对现有农产品追溯模型柔韧性差的问题，提出利用微服务思想设计模块化的农产品柔性追溯模型，以分布式的模型结构替代集中式追溯模型的中心化结构，将各供应链环节的实现细节封装在对应模块中，模块内部可以独立负责环节内所有的事务处理逻辑和数据存储，模块间依靠互联网相互通信，基于柔性的追溯模型，供应链前后环节的衔接通过模块相互调用的方式实现，而不是中心化追溯模型中的固定顺序，提高了追溯的灵活性。
2、农产品可信溯源
本文利用区块链分布式存储和不可篡改的特性，升级农产品柔性追溯模型，将区块链技术融入模型的每个模块中，存储关键的溯源数据，并增加了一系列使系统更加高效的配套模块，最终形成了“基于区块链的农产品柔性追溯模型”，能够在保证柔韧性的基础之上兼顾溯源数据的可信性。
3、基于备选投票机制的低时延IPBFT设计
针对于原始PBFT算法在农产品溯源领域中存在的共识时延高、动态性不足、视图切换效率较低等问题，提出一种基于备选投票机制的低时延共识算法 IPBFT，引入候补集合和投票选举机制，降低算法达成共识的时延，提高算法的共识效率和动态性，为数据的高效存储提供可靠的理论基础。
4、基于加密算法的农产品可信溯源模型
由于溯源数据录入存在大量人工录入过程，数据在上传过程中存在安全隐患，易遭受攻击或篡改数据。为确保溯源数据的完整性和可信性，利用数字签名、非对称加密技术，对各环节需要上传的溯源数据进行加密传输与存储，保证数据的真实性和完整性。
以农产品产业链的实际需求为前提，以区块链溯源的方案、模型及低时延共识算法的设计为基础，结合加密算法，设计区块链溯源系统的模块、架构，利用超级账本实现基于区块链的农产品可信溯源系统，该系统与传统的溯源系统相比，具有去中心化、数据分布式存储、数据真实性强的特点，保障了信息的安全性及可信性，为农产品溯源提供了一个不依赖于第三方的可信平台。
四、适宜区域
该技术可广泛应用于农产品质量安全追溯区域。该技术全面可靠的记录农产品全产业链溯源数据，利用共识算法、智能合约、加密算法等技术，设计基于区块链的农产品质量安全可信溯源系统，为农产品质量安全保驾护航。
五、注意事项
1、确定系统的应用环境
大量的农产品溯源数据存储于区块链中或可导致系统效率问题，可将区块链与中心化数据库相结合，区分上链数据与非上链数据，灵活存储溯源数据，既确保了数据安全性，又提高了系统效率。
2、区分隐私数据和公开数据
为保护农产品生产数据的隐秘性，区分生产数据的数据类别，分为隐私数据和公开数据。通过加密机制，具备查看信息权利的任何机构可以通过秘钥解码查看加密数据，没有查看资质的外部用户不可查看数据内容。
六、联系人信息
姓名：柳平增
所在学院：信息科学与工程学院
手机号：18660865275
邮箱：pzliu@sdau.edu.cn
项目来源：山东农业大学
