基于区块链的河豚供应链溯源优化模型及应用

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河豚鱼长期以来是消费者餐桌上的一种特殊水产品,因其本身含有致命的河豚毒素,且近年来错误食用河豚致人中毒甚至死亡的事件频频发生,所以国家对河豚的食用安全进行了严格的管控。国家严禁买卖野生河豚,对于养殖、加工河豚的厂商都需要进行备案,并且所有河豚水产品都需要有明显的可溯源标识才可以在市场上流通。传统的溯源模型因为其防篡改性弱、中心化、信息泄露等问题,导致不适用于河豚水产品溯源。区块链技术是一种去中心化的存储架构,其特性是数据一旦上链就不可篡改。近些年来区块链常被国内外学者用于各类农产品供应链溯源模型中,相比于传统溯源模型,区块链技术大大提高了溯源模型的安全性和数据存储的冗余性。但是区块链溯源技术牺牲了部分效率来保证数据安全性,目前的区块链溯源模型大多是单链模型,在单链溯源模型中,需要多次遍历区块链中的区块来获取各环节数据,导致了溯源查询效率非常低,同时单链结构仍然存在着信息孤岛等问题。这些问题限制了区块链在河豚供应链溯源中的应用。为了解决上述问题,本文以河豚供应链为研究对象,针对河豚供应链环节复杂、监管要求高以及溯源系统信息传递繁杂、数据查询效率低的问题。本文以提高河豚溯源查询效率和安全性为目的,建立了基于区块链技术的一种新型河豚供应链溯源优化模型,并搭建相应系统。主要研究内容如下:(1)针对传统溯源模型存在的问题,从溯源角度对河豚供应链信息进行分析,划分河豚溯源和河豚流通的信息流,整理并提取供应链各业务环节溯源码信息和产品信息,以便后续将区块链技术引入到溯源模型,对河豚供应链进行可信溯源优化研究。(2)基于区块链溯源模型的现状,对区块链溯源的效率问题进行探讨,针对单链溯源模型中查询效率低下问题。提出基于区块链技术建立河豚供应链可信溯源优化模型架构,设计多链的存储模式和快速查询流程并制定相应的智能合约。使用Hyperledger Fabric作为区块链网络底层架构,将多链架构引入溯源模型。针对河豚供应链信息建立河豚供应链可信溯源优化模型架构,设计主链+子链的多链存储模式,建立多链模型快速查询流程。通过构建溯源码与子链交易地址的映射关系,在主链中存储映射关系,在子链中存储产品溯源信息,最后制定相应的智能合约来实现上链、查询、验证等功能。(3)基于江苏某河豚生产企业的实际需求,设计并实现了基于区块链多链技术的河豚供应链溯源优化系统。构建系统架构,设计相应功能,通过搭建多个区块链网络节点,对河豚养殖、加工、仓储、运输、销售的各个阶段实现全供应链监管。在应用后,溯源流程的溯源效率大大提升,且信息传递安全性得到保证,溯源信息的防篡改能力得到有效保障。(4)将本文提出的多链溯源优化模型与传统的单链溯源模型进行对比实验,使用Caliper性能测试工具测试性能,设计多节点实验。结果表明,在数据记录条数大于1000条后,本文模型查询效率将高于单链溯源模型,在10000条数据记录上链后,本模型较传统单链模型查询效率提高约92.9%。在背书吞吐量和端到端吞吐量两个指标上,两种模型的实验差距不大。针对多节点不同情况,实验显示随着节点数的增加,两种方式查询时间都会缩短,并且多链查询时间都会小于单链查询时间。从测试结果可以看出与传统的单链存储模型相比,在数据量较多时,多链存储模型可以大大提升查询效率,并且对吞吐量影响较小。综上所述,本文通过分析河豚供应链业务,设计智能合约,建立基于区块链的河豚供应链模型,并通过对比实验来验证模型的性能。将提出的模型应用于河豚行业搭建河豚溯源系统,从而提高溯源效率和安全性。本文提出的模型可以应用到河豚行业从而提高溯源效率和安全性,为河豚行业提供一个防篡改,查询效率高的模型。
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