摘要：在香菇產(chǎn)品供應(yīng)鏈中，由于環(huán)節(jié)眾多而復(fù)雜，并要求高水平的食品質(zhì)量安全監(jiān)管，這導(dǎo)致信息傳輸?shù)娜哂嗪妥匪菹到y(tǒng)內(nèi)查詢效率的低下。為解決傳統(tǒng)香菇溯源系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，提出一種利用區(qū)塊鏈技術(shù)的香菇質(zhì)量安全可信溯源解決方案。對(duì)香菇供應(yīng)鏈從溯源角度實(shí)行各流程分析，對(duì)其中的溯源信息和產(chǎn)品信息篩選整理，設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源方案；基于此，利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建香菇質(zhì)量安全溯源模型，應(yīng)用供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)多主鏈的存儲(chǔ)模式和數(shù)據(jù)快速查詢模型并且設(shè)計(jì)相符合的智能合約；并對(duì)所提出的模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)果表明，在使用區(qū)塊鏈測(cè)試工具Caliper下，建立對(duì)比試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，根據(jù)使用數(shù)據(jù)量不同的情況，當(dāng)供應(yīng)鏈中的數(shù)據(jù)量足夠多時(shí)，溯源模型的溯源查詢效率、數(shù)據(jù)吞吐量均相較于傳統(tǒng)溯源模型有較大的提升。以上所提出的區(qū)塊鏈溯源模型應(yīng)用到食用菌香菇產(chǎn)業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)香菇供應(yīng)鏈信息安全傳遞和快速溯源。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；溯源模型；溯源方案；供應(yīng)鏈溯源；環(huán)節(jié)多主鏈

中圖分類號(hào)：S646.1+2; TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095?5553 （2024） 11?0178?11

Research on optimization of trusted traceability model of shiitake mushroom

based on blockchain

Lin Mingxia1， 2， 3， Liu Pingzeng1， 2， 3， Jiang Hongtao1， 2， 3， Zhang Xingguo1NhUHnU8liken9qA8NvaFjkWqaFNtOAvUhQhHwEQu46g=， 2， 3， Jin Wenxuan1， 2， 3

（1. School of Information Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018， China;

2. Huanghuaihai Key Laboratory of Smart Agricultural Technology， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Tai'an， 271018， China; 3. Agricultural Big Data Research Center， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018， China）

Abstract： In the supply chain of mushroom products， due to the numerous and complex links， and it requires a high level of food quality and safety supervision， which leads to the redundancy of information transmission and low query efficiency in the traceability system. In order to solve the problems in the traditional mushroom traceability system， a credible traceability solution for mushroom quality and safety by using blockchain technology was proposed. Firstly， the process analysis of the mushroom supply chain from the perspective of traceability is carried out， and the traceability information and product information are screened and sorted out， and the quality and safety traceability scheme of mushroom based on blockchain is designed. Based on this， the blockchain technology is used to construct the quality and safety traceability model of shiitake mushroom， and the storage mode and data fast query model of multi?main chain in supply chain are applied to design the corresponding intelligent contract. Finally， the proposed model is verified and analyzed， and conclusions are drawn. The results show that under the use of the blockchain test tool Caliper， a comparative experimental environment is established for comparative testing. According to the different amount of data used， when the amount of data in the supply chain is sufficient， the traceability query efficiency and data throughput of the traceability model are greatly improved compared with the traditional traceability model. The blockchain traceability model proposed above is applied to the edible mushroom industry， which can realize the information security transmission and rapid traceability of the mushroom supply chain.

Keywords： blockchain; traceability model; traceability solution; mushroom supply chain traceability; loop multi?main chain

0 引言

香菇是一種重要的食藥用真菌，其質(zhì)量安全問題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。香菇生產(chǎn)過程中的污染、使用過多的化學(xué)肥料和農(nóng)藥以及不規(guī)范的保存環(huán)境都可能對(duì)其質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。按照市場(chǎng)監(jiān)督管理部門的要求，凡是在上市的食品都要出示可追溯證明，否則就不能流通銷售。而現(xiàn)有的追溯模式是將數(shù)據(jù)保存到一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)被上傳和修改時(shí)，會(huì)產(chǎn)生被修改的危險(xiǎn)[2]。由于香菇追溯的信息是分散存儲(chǔ)在整個(gè)供應(yīng)鏈中的不同數(shù)據(jù)庫中，為了完成追溯工作，必須逐一調(diào)取每個(gè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致追溯工作的效率低下。現(xiàn)有的溯源模型在香菇供應(yīng)鏈中很難得到很好的運(yùn)用[3]，所以迫切需要一種可信、高效的溯源模型。

在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的追溯的研究中，有些研究將射頻識(shí)別設(shè)備、二維碼、同位素技術(shù)和手機(jī)無線監(jiān)控等技術(shù)相融合，為整個(gè)供應(yīng)鏈的追溯過程提供了一個(gè)完整的溯源模型[4?7]。建立可溯源供應(yīng)鏈來滿足農(nóng)產(chǎn)品可追溯性和食品品質(zhì)安全的要求，但現(xiàn)有追溯方法仍然面臨挑戰(zhàn)。由于供應(yīng)鏈中企業(yè)所處的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的差異，造成了“信息孤島”；溯源系統(tǒng)缺乏抗偽造的能力[8?10]。區(qū)塊鏈技術(shù)因其具有的非偽造、分散等特性，能夠突破各行業(yè)之間的隔閡，達(dá)到數(shù)據(jù)的分享，因而被廣泛用于追溯體系中。近年來，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的量子密鑰分配方法被國外研究人員用于農(nóng)產(chǎn)品溯源[11?13]，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性，并與風(fēng)險(xiǎn)分析和關(guān)鍵的控制點(diǎn)相融合，來保證產(chǎn)品的安全[14， 15]。

在使用溯源系統(tǒng)期間，由于區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)機(jī)制[16]，數(shù)據(jù)獲取需要不斷遍歷多個(gè)區(qū)塊。這種重復(fù)遍歷過程將會(huì)導(dǎo)致操作效率降低，以此來換取數(shù)據(jù)安全性，導(dǎo)致區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在香菇供應(yīng)鏈溯源中存在某些限制，無法恰當(dāng)?shù)乇粦?yīng)用[17]。為了提高區(qū)塊鏈溯源的效率，需要解決其低效的問題，一些研究采用將區(qū)塊號(hào)存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫中，并通過此與溯源模型連接，實(shí)現(xiàn)快速溯源[18]。但是，在溯源過程中使用本地?cái)?shù)據(jù)庫會(huì)降低區(qū)塊鏈的不可篡改性、分散性和分布性[19， 20]。

本文在總結(jié)分析香菇供應(yīng)鏈溯源問題的基礎(chǔ)上，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建香菇質(zhì)量安全溯源模型體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)香菇供應(yīng)鏈信息溯源的快速查詢模式，開發(fā)香菇供應(yīng)鏈信息對(duì)應(yīng)智能合約。采用區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)和智能合約技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)多主鏈存儲(chǔ)模型的快速可追溯，從而提高所構(gòu)建的香菇質(zhì)量安全溯源模型的查詢效率和防篡改能力。為提高基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全追溯模型的查詢效率和防篡改能力，對(duì)香菇供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)信息從溯源角度進(jìn)行剖析，對(duì)其各節(jié)點(diǎn)的溯源信息進(jìn)行梳理和提取，設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的香菇質(zhì)量安全追溯方案，在制定相應(yīng)的智能合約的基礎(chǔ)上，建立基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源模型。

1 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的數(shù)字賬本，允許在塊中存儲(chǔ)多個(gè)交易記錄，并由節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)安全維護(hù)[21]，以此保證存儲(chǔ)信息的安全，區(qū)塊鏈連接示意如圖1所示。

區(qū)塊鏈由多個(gè)相互連接的區(qū)塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成[22]，區(qū)塊是能夠記錄交易細(xì)節(jié)的最小區(qū)塊鏈單位。一個(gè)典型的區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成。其中，區(qū)塊頭包含了相應(yīng)元數(shù)據(jù)的關(guān)鍵信息，例如當(dāng)前區(qū)塊哈希值、前一區(qū)塊哈希值、區(qū)塊編號(hào)以及時(shí)間戳等。另一方面，區(qū)塊體部分則記錄了交易明細(xì)，如交易數(shù)量、交易ID及相關(guān)交易方地址等。這些信息綜合起來形成了區(qū)塊鏈上的每個(gè)區(qū)塊，并在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。通過此機(jī)制，區(qū)塊鏈確保了交易信息的可靠性、透明度和不可篡改性[23]。在區(qū)塊鏈中，節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力和共識(shí)效率有限，其交易吞吐量會(huì)隨著數(shù)據(jù)量的增加而迅速下降[24， 25]。

智能合約是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的計(jì)算機(jī)協(xié)議，當(dāng)滿足提前設(shè)定的條件時(shí)，程序自動(dòng)執(zhí)行合約，實(shí)現(xiàn)合約所代表的義務(wù)。在以太坊公有鏈中，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的智能合約可以同時(shí)運(yùn)行，只要開始運(yùn)行，就不能停止。智能合約受益于區(qū)塊鏈的去中心化和不可篡改性，因此區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展為其帶來更多發(fā)展機(jī)遇[26， 27]。

2 基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源方案設(shè)計(jì)

2.1 香菇供應(yīng)鏈信息分析

香菇供應(yīng)鏈具有環(huán)節(jié)多、主體獨(dú)立、監(jiān)管部門對(duì)香菇的高可追溯性要求，引起了業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在記錄和傳輸上不一致，因此需要處理大量數(shù)據(jù)[28]。本文根據(jù)香菇供應(yīng)鏈的信息特征，香菇的供應(yīng)鏈可以追溯至其生產(chǎn)制造的多個(gè)環(huán)節(jié)。該供應(yīng)鏈流程可劃分為不同的生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)，包括菌棒生產(chǎn)、菌棒接種、香菇培育、儲(chǔ)存、加工和運(yùn)輸以及銷售和消費(fèi)者對(duì)其的使用，如圖2所示。香菇供應(yīng)鏈的商業(yè)信息可分為溯源信息和本環(huán)節(jié)全部信息。前者可方便消費(fèi)者查詢產(chǎn)品信息；后者包含香菇產(chǎn)品信息、環(huán)境因素及具體操作等。

針對(duì)生命周期復(fù)雜多樣的香菇供應(yīng)鏈中溯源信息繁重冗余以及參與到的人為操作較多且環(huán)境要求較高等問題，先劃分供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)關(guān)鍵溯源環(huán)節(jié)進(jìn)行篩選，整理各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的溯源信息，準(zhǔn)確定位問題的原因和了解香菇產(chǎn)品的流通過程。不同環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)需要采集的溯源信息屬性不同，規(guī)范化的定義能夠通過符號(hào)來展示[29?31]，不同階段的香菇產(chǎn)品信息可以用不同的符號(hào)來代表，對(duì)于規(guī)范化存儲(chǔ)溯源信息具有重要意義。

香菇供應(yīng)鏈的質(zhì)量安全溯源主要分為三個(gè)階段：產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后階段。產(chǎn)前階段是在香菇栽培過程之前需要完成的步驟，包括原料處理、菌棒制作、培養(yǎng)菌種和接種以及作為本文溯源系統(tǒng)追溯鏈源頭的事前工作。產(chǎn)中階段是從菌棒裝棚到成菇采摘，這一階段是整個(gè)供應(yīng)鏈的核心。產(chǎn)后階段是涉及香菇產(chǎn)品生產(chǎn)的最后一部分，其中加工和包裝環(huán)節(jié)環(huán)繞工廠進(jìn)行，運(yùn)輸環(huán)節(jié)標(biāo)志著產(chǎn)品真正流通，而銷售環(huán)節(jié)則是香菇供應(yīng)鏈的最終環(huán)節(jié)，同時(shí)也是直接面向消費(fèi)者的環(huán)節(jié)。供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)間香菇標(biāo)識(shí)屬性不盡相同，這為單獨(dú)的環(huán)節(jié)間建立聯(lián)系提供了前提條件，保障了香菇產(chǎn)品的質(zhì)量安全可信溯源。

2.1.1 產(chǎn)前階段

此階段主要為香菇生長前的準(zhǔn)備工作階段，主要包括菌棒制作和菌棒接種環(huán)節(jié)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要將每個(gè)環(huán)節(jié)所需的信息上傳到區(qū)塊鏈中，鏈中初始區(qū)塊開始創(chuàng)建。數(shù)據(jù)資料上鏈過程中，應(yīng)用一種基于智能合約驅(qū)動(dòng)的身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)信息安全存儲(chǔ)方法，該方法結(jié)合了數(shù)據(jù)分片技術(shù)以實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)。

2.1.2 產(chǎn)中階段

此階段包括香菇培育環(huán)節(jié)和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，在香菇的培育環(huán)節(jié)中，會(huì)將各項(xiàng)生產(chǎn)資料以及相關(guān)信息記錄存儲(chǔ)，并上傳至區(qū)塊鏈。當(dāng)?shù)诌_(dá)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)將會(huì)進(jìn)行交易發(fā)起過程，在此過程中，交易雙方將利用密碼學(xué)密鑰進(jìn)行區(qū)塊驗(yàn)證，同時(shí)在區(qū)塊鏈技術(shù)的支撐下運(yùn)行智能合約實(shí)現(xiàn)交易的自動(dòng)執(zhí)行。在這個(gè)過程中，所有成員必須通過事先設(shè)定的審核程序進(jìn)行身份驗(yàn)證和授權(quán)才能完成交易，授權(quán)角色將進(jìn)行替換。在交易操作中，政府監(jiān)察部門作為該鏈上的一節(jié)點(diǎn)存在，有權(quán)訪問和審查各種信息，滿足條件后，將簽署私鑰，以驗(yàn)證此環(huán)節(jié)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在存儲(chǔ)環(huán)節(jié)中，倉庫從前一個(gè)環(huán)節(jié)接收到香菇產(chǎn)品后，就能對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行訪問和維護(hù)，并改寫存儲(chǔ)到區(qū)塊中。在香菇產(chǎn)品流通過程中，應(yīng)用智能合約和共識(shí)算法來實(shí)現(xiàn)信息的更新和對(duì)鏈路塊的訪問。

2.1.3 產(chǎn)后階段

此階段包括加工、銷售和物流環(huán)節(jié)，在收到來自于上一環(huán)節(jié)的香菇產(chǎn)品后，需要寫入加工、物流和銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的信息。在加工環(huán)節(jié)，需要寫入加工信息、檢驗(yàn)合格信息和香菇產(chǎn)品包裝信息等。檢驗(yàn)信息需要由監(jiān)管部門進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過數(shù)字簽名驗(yàn)證產(chǎn)品是否合格。它與香菇產(chǎn)品信息一起寫入塊中。不僅包括包裝信息，還應(yīng)包括產(chǎn)品生成的溯源源代碼或者條形碼，方便消費(fèi)者追溯性查詢。在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，需要在更新香菇產(chǎn)品信息的同時(shí)提供該環(huán)節(jié)的信息。在運(yùn)輸過程中，流通的香菇產(chǎn)品也應(yīng)包含產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，方便在此供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)以便于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與下一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接管理。在產(chǎn)品營銷過程中，香菇作為一種商品需要通過物流手段被運(yùn)輸?shù)轿挥诓煌貐^(qū)的銷售企業(yè)以滿足當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)需求。銷售企業(yè)需要通過確認(rèn)產(chǎn)品來源和銷售信息等方式保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性，并將其補(bǔ)充其當(dāng)前已有的產(chǎn)品信息，以提供更好的銷售服務(wù)及維護(hù)消費(fèi)者信任度。

2.2 香菇供應(yīng)鏈流程方案設(shè)計(jì)

香菇供應(yīng)鏈的質(zhì)量安全追溯涉及原料處理、菌棒生產(chǎn)、菌種培養(yǎng)、香菇子實(shí)體培養(yǎng)、香菇加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)。各個(gè)環(huán)節(jié)的高效配合，是保證香菇產(chǎn)品的有效溯源的前提。本節(jié)針對(duì)香菇供應(yīng)鏈和傳統(tǒng)溯源中存在的問題，提出了基于區(qū)塊鏈的香菇供應(yīng)鏈流程設(shè)計(jì)，并選擇區(qū)塊鏈的應(yīng)用方式匹配到供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)中，通過智能合約與共識(shí)算法的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈溯源數(shù)據(jù)的軟硬件銜接，以傳輸信息，繼而得出區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用方式。供應(yīng)鏈流程如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

2.3.1 數(shù)據(jù)采集

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在ISO 22005∶2007中給出的可追溯性的定義是“跟蹤飼料或食品經(jīng)過生產(chǎn)、加工和分銷的特定階段的能力”。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)是一種記錄和查詢特定農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、流通到消費(fèi)全過程的系統(tǒng)，其主要目的在于促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全管理。

為了解決菇房信息采集技術(shù)因布線困難和高功耗而產(chǎn)生的問題，建議采用異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來獲取不同菇房環(huán)境下的生產(chǎn)信息。然而，由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式不一致，并且大量設(shè)備缺乏IP通信能力，這些數(shù)據(jù)的整合和融合變得具有挑戰(zhàn)性。因此，也可輔助加入邊緣網(wǎng)關(guān)，這使得延遲和功耗的問題能夠被解決[31?33]。

此外，整個(gè)供應(yīng)鏈上的所有節(jié)點(diǎn)都需要相互協(xié)調(diào)地參與到溯源過程中以此來保證最后溯源結(jié)果的可靠性。由于參與者之間信息交流缺失，這導(dǎo)致溯源信息收集變得困難，使香菇產(chǎn)品的可追蹤性降低。為此，可以使用標(biāo)簽作為流轉(zhuǎn)過程中信息記錄的載體，以提高生產(chǎn)效率，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存入?yún)^(qū)塊鏈以提高數(shù)據(jù)可靠性，讓參與者放心參與溯源過程。

2.3.2 供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)多主鏈存儲(chǔ)

香菇供應(yīng)鏈具有參與主體節(jié)點(diǎn)多、產(chǎn)業(yè)鏈長、涉及范圍廣、數(shù)據(jù)量大且多源異構(gòu)等特征[13]，香菇產(chǎn)品質(zhì)量安全數(shù)據(jù)來源于供應(yīng)鏈生產(chǎn)、加工、倉儲(chǔ)、銷售、品牌、體驗(yàn)、消費(fèi)、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)際流程。企業(yè)可以將數(shù)據(jù)分為保密性數(shù)據(jù)和非保密性數(shù)據(jù)兩大類，而保密性數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步劃分為核心保密數(shù)據(jù)和非核心保密數(shù)據(jù)。核心保密性數(shù)據(jù)包括但不限于香菇加工工藝、加工配方、具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色農(nóng)產(chǎn)品種苗栽培技術(shù)等涉及企業(yè)關(guān)鍵科技信息以及員工隱私信息等不適合完全公開的非核心保密數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)認(rèn)定為保密性數(shù)據(jù)；非保密性數(shù)據(jù)也包括兩種，分別為產(chǎn)品質(zhì)量安全核心非保密信息和產(chǎn)品質(zhì)量安全非核心非保密信息，例如農(nóng)事操作信息、農(nóng)殘檢測(cè)信息、香菇品質(zhì)檢測(cè)信息等質(zhì)量安全核心非保密信息以及資質(zhì)管理信息、菇房基本信息、倉庫基本信息、香菇產(chǎn)品溯源環(huán)節(jié)中的圖片、視頻、文件等質(zhì)量安全非核心非保密信息。由此根據(jù)香菇供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息保密性、重要度的要求不同以及數(shù)據(jù)類型適合的存儲(chǔ)方式不同，可將數(shù)據(jù)分為四個(gè)等級(jí)，分別為核心保密數(shù)據(jù)與非核心保密數(shù)據(jù)、核心非保密數(shù)據(jù)和非核心非保密數(shù)據(jù)，對(duì)不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采用不同的存儲(chǔ)策略，達(dá)到保證區(qū)塊鏈上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全性、保密性的同時(shí)降低鏈上存儲(chǔ)壓力與投入成本，進(jìn)一步提升溯源系統(tǒng)的溯源性能。

數(shù)據(jù)分環(huán)節(jié)存儲(chǔ)機(jī)制意在針對(duì)多種不同類型數(shù)據(jù)，根據(jù)其重要度、保密性、數(shù)據(jù)適宜存儲(chǔ)方式等多方面因素，劃分不同等級(jí)，采用鏈上鏈下多種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式并行的存儲(chǔ)策略，解決在香菇溯源過程中，隨著數(shù)據(jù)量不斷地增大與節(jié)點(diǎn)增多而導(dǎo)致的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)壓力大、網(wǎng)絡(luò)阻塞、查詢效率低、數(shù)據(jù)安全隱患大等問題，還降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)備性能要求與投入成本。通過分析香菇供應(yīng)鏈，設(shè)計(jì)區(qū)塊鏈中溯源模型的映射關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，溯源查詢效率的提高在于供應(yīng)鏈中所展現(xiàn)的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，是溯源碼和區(qū)塊鏈中交易地址的一對(duì)多的關(guān)系。當(dāng)溯源系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，能夠通過它們之間的映射關(guān)系才產(chǎn)生導(dǎo)航索引，以此來提高數(shù)據(jù)查詢效率。鏈中的根節(jié)點(diǎn)記錄了產(chǎn)品溯源碼、各階段批號(hào)或單號(hào)和交易地址，環(huán)節(jié)鏈中的交易具有唯一性，能夠?qū)⑾愎焦?yīng)鏈中各環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)。以此能夠達(dá)到流通市場(chǎng)的要求，從而在數(shù)據(jù)上鏈的過程中實(shí)現(xiàn)了防篡改功能。

2.4 數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)

2.4.1 溯源粒度的確定

香菇供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)信息，通過可追溯源代碼的鏈接，可以形成完整的可追溯數(shù)據(jù)。但值得考慮的是，哪種粒度的香菇產(chǎn)品應(yīng)該作為可追溯的源代碼識(shí)別對(duì)象。

從供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中分離香菇前后端環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型進(jìn)行剖析，選擇末端產(chǎn)品作為跟蹤對(duì)象。復(fù)雜的供需關(guān)系網(wǎng)絡(luò)是由香菇供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的，針對(duì)同一環(huán)節(jié)，不同的原料可能由前端的多個(gè)環(huán)節(jié)輸送，也可能該環(huán)節(jié)的不同產(chǎn)品同時(shí)出口到末端的多個(gè)環(huán)節(jié)。由于香菇產(chǎn)品的供求關(guān)系較為復(fù)雜，因此前末端關(guān)系可以從以下兩方面進(jìn)行分析，即環(huán)節(jié)層面和產(chǎn)品層面。

產(chǎn)品層次的分析結(jié)果是在環(huán)節(jié)層次分析的基礎(chǔ)上形成，將香菇供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)剔除多余的前后端關(guān)系，各節(jié)點(diǎn)接收環(huán)節(jié)信息以及本環(huán)節(jié)內(nèi)的信息，這種前后端關(guān)系可視為各節(jié)點(diǎn)間繁復(fù)關(guān)系的基本組成單位；在此基礎(chǔ)上，前后端關(guān)系的粒度進(jìn)一步細(xì)化到產(chǎn)品層次，前端輸出的是此環(huán)節(jié)的香菇產(chǎn)品，后端接收的為當(dāng)前環(huán)節(jié)的香菇產(chǎn)品，各環(huán)節(jié)間前后端關(guān)系的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)品間前后端關(guān)系；基于此，簡(jiǎn)化環(huán)節(jié)層次以及其他無關(guān)產(chǎn)品，只保留一種后端產(chǎn)品和其對(duì)應(yīng)的前端原料產(chǎn)品。簡(jiǎn)化的前后端關(guān)系可以看作是香菇供應(yīng)鏈中復(fù)雜關(guān)系的基本單元。

2.4.2 香菇供應(yīng)鏈溯源編碼

溯源碼是香菇追溯信息的載體?？勺匪菹到y(tǒng)的可追溯碼的建立是實(shí)現(xiàn)跟蹤或可追溯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？勺匪莸脑创a是每個(gè)香菇產(chǎn)品的唯一標(biāo)識(shí)。經(jīng)過一系列的香菇供應(yīng)鏈溯源流程后，基于區(qū)塊鏈溯源編碼規(guī)則對(duì)應(yīng)生成溯源編碼。鑒于香菇供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)復(fù)雜，采用批次可追溯編碼的方法來準(zhǔn)確、快速地識(shí)別，對(duì)同一批次的香菇定義同一生產(chǎn)單位、同一品種、同一采菇日、同一采收等級(jí)。

溯源碼由24位字節(jié)碼組成，包括6位地區(qū)郵編、4位企業(yè)代碼、6位產(chǎn)品代碼、6位生產(chǎn)日期代碼、1位認(rèn)證類型代碼和1位校驗(yàn)碼，郵編源自企業(yè)位置，企業(yè)代碼來源于當(dāng)?shù)亓髁刻?hào)，產(chǎn)品代碼由產(chǎn)品類型、菇種名稱和類別組成，生產(chǎn)日期編碼采用XX-XX-XX格式，認(rèn)證類型有1無公害、2綠色產(chǎn)品、3有機(jī)認(rèn)證和0無認(rèn)證類型，校驗(yàn)碼由CRC循環(huán)冗余碼生成。其溯源編碼示例如圖4所示。

2.4.3 溯源數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)

溯源碼和流程環(huán)節(jié)的接口是保證模型中關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。區(qū)塊鏈上的信息數(shù)據(jù)上鏈時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠通過調(diào)用相匹配的智能合約來生成一個(gè)唯一的、與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的溯源編碼[34]，以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的追溯和跟蹤。在產(chǎn)品溯源的過程中，這個(gè)溯源碼可以標(biāo)識(shí)到相應(yīng)的環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，回溯到上一環(huán)節(jié)可以利用可分支溯源碼的編碼規(guī)則，各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)接口能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行查詢，通過此方法能夠查詢供應(yīng)鏈上的所有環(huán)節(jié)的信息，將整條供應(yīng)鏈上信息數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。

3 基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源模型構(gòu)建

在基于區(qū)塊鏈的可追溯方案的基礎(chǔ)上，運(yùn)用區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)香菇產(chǎn)品的可追蹤性，建立了基于區(qū)塊鏈的香菇產(chǎn)品可追溯模型，以保證香菇供應(yīng)鏈信息的公開透明和系統(tǒng)的去中心化。

3.1 溯源模型設(shè)計(jì)

對(duì)香菇產(chǎn)品溯源過程進(jìn)行分析，溯源流程主要涉及菌棒制作到成菇采摘、倉儲(chǔ)、加工、運(yùn)輸和銷售等環(huán)節(jié)，其中，培育環(huán)節(jié)與倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)主要涉及農(nóng)事操作與庫存量、倉儲(chǔ)日期等非保密性數(shù)據(jù)，而加工環(huán)節(jié)所涉及的復(fù)雜的加工流程、成品配方、加工工藝等數(shù)據(jù)則屬于保密性數(shù)據(jù)。從消費(fèi)者角度來看，產(chǎn)品質(zhì)量安全相關(guān)的信息將存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，而產(chǎn)品質(zhì)量安全非相關(guān)的信息則存儲(chǔ)于鏈下。對(duì)于保密性的數(shù)據(jù)，將采用加密算法進(jìn)行加密處理后存儲(chǔ)于保密性數(shù)據(jù)賬本中；而非保密性數(shù)據(jù)則以明文的形式存儲(chǔ)于非保密性數(shù)據(jù)賬本中。

傳統(tǒng)的溯源模型的數(shù)據(jù)上鏈?zhǔn)菓?yīng)用的單一的區(qū)塊鏈，香菇供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)是單獨(dú)上傳到區(qū)塊鏈上的，并且鏈上的數(shù)據(jù)也不是按順序上傳的，數(shù)據(jù)查詢時(shí)需要遍歷全部數(shù)據(jù)才能查找到。本文提出一種基于區(qū)塊鏈和傳統(tǒng)香菇產(chǎn)品溯源特點(diǎn)的質(zhì)量安全溯源模型，該模型通過采用分布式存儲(chǔ)機(jī)制實(shí)現(xiàn)可信溯源，將溯源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在賬本中。具體而言，在香菇產(chǎn)品流程中，利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)可信溯源，并將其保存在對(duì)應(yīng)的賬本中，從而確保溯源數(shù)據(jù)的安全性和可信度。這樣的方式，不僅能夠提高溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)的防篡改性、安全性，也能夠提高溯源數(shù)據(jù)查詢的效率。

綜上所述，采用“環(huán)節(jié)鏈+數(shù)據(jù)分環(huán)節(jié)存儲(chǔ)”的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)覆蓋香菇產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源全流程，以提高可追溯性數(shù)據(jù)可信度。為了提高保密性數(shù)據(jù)安全性，將加密算法嵌入智能合約中，并設(shè)計(jì)加密智能合約，將數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)至主鏈，同時(shí)將保密性數(shù)據(jù)賬本錨定側(cè)鏈，將加密智能合約嵌入側(cè)鏈，將加密解密操作轉(zhuǎn)移至側(cè)鏈實(shí)現(xiàn)，以減輕主鏈數(shù)據(jù)存取壓力，提升溯源系統(tǒng)性能。模型結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

從菌棒到銷售成品香菇，香菇供應(yīng)鏈有多個(gè)流程節(jié)點(diǎn)，每個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)是保證香菇產(chǎn)品信息傳遞的關(guān)鍵，可以對(duì)節(jié)點(diǎn)編設(shè)密鑰，儲(chǔ)存每個(gè)環(huán)節(jié)香菇產(chǎn)品的詳細(xì)信息，以至于在供應(yīng)鏈中，每個(gè)參與者都可以使用加密技術(shù)來保護(hù)自身信息。在香菇產(chǎn)品貿(mào)易過程中，參與者需要采用非對(duì)稱密鑰加密技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)證，并達(dá)成共識(shí)，以便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品歸屬關(guān)系的轉(zhuǎn)讓。

數(shù)據(jù)的公開性和透明度是由共識(shí)算法來保證。例如，在供應(yīng)鏈中，香菇產(chǎn)品信息將通過節(jié)點(diǎn)向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起廣播，經(jīng)過確認(rèn)后將被分發(fā)并儲(chǔ)存在分布式賬本中。經(jīng)過對(duì)智能合約進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)，香菇供應(yīng)鏈的實(shí)際需求也能夠被滿足，確保每一次香菇產(chǎn)品的信息傳輸和位置變化都被區(qū)塊鏈記錄，這是有效的。例如，當(dāng)生產(chǎn)商將香菇產(chǎn)品運(yùn)送到運(yùn)輸環(huán)節(jié)時(shí)有一份合同，當(dāng)物流將香菇產(chǎn)品運(yùn)到銷售商店時(shí)也有一份合約。在香菇供應(yīng)鏈的過程中，智能合約代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溯源系統(tǒng)，以代碼的形式實(shí)現(xiàn)合同簽署的一系列流程，使得香菇產(chǎn)品的全過程信息具有透明性、不可篡改性。

在供應(yīng)鏈中即使出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)報(bào)錯(cuò)問題，供應(yīng)鏈系統(tǒng)仍具有容錯(cuò)性，并且能夠通過數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)恢復(fù)受影響節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以確保整個(gè)系統(tǒng)的持續(xù)性能力。涉及到的節(jié)點(diǎn)可以在此分布式網(wǎng)絡(luò)中具有讀寫功能，以同步塊鏈數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)香菇產(chǎn)品信息的可靠跟蹤和追溯，以期實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)去中心化，并確保數(shù)據(jù)真實(shí)性。

3.2 數(shù)據(jù)快速查詢模型

針對(duì)香菇供應(yīng)鏈中復(fù)雜的數(shù)據(jù)量，如何在溯源查詢過程中既能夠保證數(shù)據(jù)的安全性又能夠提高其查詢效率，是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)快速查詢模型的重點(diǎn)。針對(duì)于供應(yīng)鏈主鏈存儲(chǔ)少量的映射關(guān)系數(shù)據(jù)，主要的信息存儲(chǔ)在各環(huán)節(jié)主鏈中，建立環(huán)節(jié)鏈于供應(yīng)主鏈之間的映射關(guān)系，能夠減少查詢數(shù)據(jù)時(shí)的遍歷查詢。

如圖6所示，數(shù)據(jù)快速查詢模型的具體操作如下：建立區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；客戶端節(jié)點(diǎn)注冊(cè)；香菇供應(yīng)鏈溯源數(shù)據(jù)采集；編寫智能合約；香菇供應(yīng)鏈溯源數(shù)據(jù)上鏈；香菇供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)快速查詢。

3.3 加密算法設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈技術(shù)的安全性通常從數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)、合約4個(gè)方面分析。本文區(qū)塊鏈基于傳統(tǒng)區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)，對(duì)區(qū)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，保留了傳統(tǒng)區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)、合約技術(shù)的底層框架。因此，主要考慮到區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的安全，根據(jù)區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建了加密算法，區(qū)塊內(nèi)所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)根據(jù)圖區(qū)塊加密算法得到最終的哈希值，稱之為哈希根。任意一個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)被篡改，哈希根均會(huì)發(fā)生改變，通過此方式保障區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的安全。

Step1：首先計(jì)算區(qū)塊中某個(gè)實(shí)體數(shù)據(jù)D1的哈希值，稱為Hash D1。

Step2：找到剛訪問的實(shí)體數(shù)據(jù)D1的第一個(gè)未被訪問的鄰接實(shí)體數(shù)據(jù)，計(jì)算出該實(shí)體數(shù)據(jù)與兩實(shí)體數(shù)據(jù)之間連接的關(guān)系數(shù)據(jù)的哈希，然后將計(jì)算的哈希值進(jìn)行串接再進(jìn)行哈希運(yùn)算得到新的哈希值接著再遍歷D1未被訪問到的鄰接實(shí)體數(shù)據(jù)，重復(fù)此步驟，直到D1所有鄰接實(shí)體數(shù)據(jù)全部被訪問為止。

Step3：依次訪問Step2未被訪問的鄰接實(shí)體數(shù)據(jù)，然后依次訪問各鄰接實(shí)體數(shù)據(jù)的未被訪問的鄰接實(shí)體數(shù)據(jù)，直到所有實(shí)體數(shù)據(jù)都被訪問為止，并計(jì)算出最終的哈希根。

3.4 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)成員主要包含數(shù)據(jù)采集端，共識(shí)節(jié)點(diǎn)和用戶終端。數(shù)據(jù)采集端采集原始數(shù)據(jù)并上傳請(qǐng)求到共識(shí)節(jié)點(diǎn)，各企業(yè)和監(jiān)管部門作為共識(shí)節(jié)點(diǎn)以P2P組網(wǎng)方式通信并對(duì)數(shù)據(jù)信息達(dá)成共識(shí)，共識(shí)完成后，將數(shù)據(jù)信息加入本地區(qū)塊鏈，用戶終端對(duì)共識(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)起查詢請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)返回響應(yīng)結(jié)果，溯源模型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D7所示。

3.5 智能合約設(shè)計(jì)

在香菇供應(yīng)鏈中，重要數(shù)據(jù)上鏈?zhǔn)峭ㄟ^運(yùn)用上鏈合約實(shí)現(xiàn)的。這些合約的處理部分負(fù)責(zé)執(zhí)行安全性判斷功能，以監(jiān)督香菇產(chǎn)品的食品質(zhì)量安全，并將其上傳到區(qū)塊鏈賬本。在存儲(chǔ)環(huán)節(jié)中，一個(gè)JavaScript對(duì)象可以通過使用不同的信息模板，用戶可以調(diào)用適當(dāng)?shù)闹悄芎霞s以將其追溯信息上鏈。上傳的信息將會(huì)記錄在區(qū)塊鏈賬本中，并返回一個(gè)交易哈希地址作為該信息在區(qū)塊鏈中的唯一標(biāo)識(shí)符。因此，智能合約扮演了促進(jìn)數(shù)據(jù)上鏈和保障食品質(zhì)量安全的關(guān)鍵角色。具體的操作方法可以通過偽代碼來實(shí)現(xiàn)，如圖8所示。

該流程使用映射合約將映射關(guān)系寫入主鏈，以使香菇產(chǎn)品在映射合約中具有唯一的溯源碼和與之對(duì)應(yīng)的交易哈希地址。若香菇產(chǎn)品尚無映射關(guān)系，則在映射合約中創(chuàng)建新的映射關(guān)系；反之，則更新已有的映射關(guān)系。各環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)需調(diào)用智能合約完成上鏈操作，其中，智能合約首先將本環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)上傳到相應(yīng)子鏈，并在溯源碼和子鏈交易哈希地址之間建立映射關(guān)系。若映射關(guān)系中已存在該溯源碼的數(shù)據(jù)，則會(huì)對(duì)其相應(yīng)交易哈希地址進(jìn)行更新。

為了建立香菇產(chǎn)品的映射關(guān)系，可以利用智能合約在主鏈上記錄相應(yīng)的信息，如圖9所示。

這一算法通過調(diào)用智能合約實(shí)現(xiàn)，供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)需要將它們所收集到的數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的子鏈，并且利用智能合約創(chuàng)建溯源碼和子鏈交易哈希地址之間的映射。如果該香菇產(chǎn)品已經(jīng)存在映射關(guān)系，則需要更新其對(duì)應(yīng)的交易哈希地址。該算法有助于促進(jìn)供應(yīng)鏈端到端的透明度和可追溯性。

提出一種通過使用特定的溯源碼查詢合約偽代碼來實(shí)現(xiàn)香菇產(chǎn)品的溯源查詢并獲取與其相關(guān)信息的方法。該方法可在子鏈上執(zhí)行，并有效地減少了查詢的重復(fù)性，其具體流程如圖10所示。

4 基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

提出一種基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，通過區(qū)塊鏈技術(shù)，記錄香菇供應(yīng)鏈中每個(gè)環(huán)節(jié)的信息，并使用時(shí)間戳記錄時(shí)間順序，從而保證對(duì)香菇整個(gè)生命周期的全過程進(jìn)行良好的追蹤和記錄。由于區(qū)塊鏈具有去中心化和不可篡改等特點(diǎn)，因此可以將香菇生命周期信息進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，并利用私鑰進(jìn)行信息查詢和反饋。此外，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠通過提升數(shù)據(jù)的安全性和可靠性來增強(qiáng)數(shù)據(jù)的保護(hù)，該技術(shù)利用不可篡改性和去中心化屬性來保證數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。

4.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

如圖11所示，該香菇質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)采用了三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，分別為數(shù)據(jù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)管理層和數(shù)據(jù)采集層。其中數(shù)據(jù)應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供對(duì)用戶的業(yè)務(wù)功能操作接口，數(shù)據(jù)管理層則負(fù)責(zé)管理各個(gè)業(yè)務(wù)功能所需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和維護(hù)等操作，數(shù)據(jù)采集層則負(fù)責(zé)在香菇生產(chǎn)過程中收集和采集相關(guān)數(shù)據(jù)，以利于向上層提供準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)據(jù)支持。三層之間具有一定的耦合性和分工明確的特點(diǎn)，從而提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率和整體性能。

由圖11可知，應(yīng)用層和數(shù)據(jù)管理層承擔(dān)不同的職責(zé)。應(yīng)用層為消費(fèi)者和供應(yīng)商提供可追溯性信息查詢服務(wù)，而數(shù)據(jù)管理層則負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)收集層利用終端軟件和硬件傳感器或應(yīng)用程序，上傳有關(guān)香菇培育、加工、物流和銷售的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)應(yīng)用層，消費(fèi)者可以訪問有關(guān)供應(yīng)鏈上各種生產(chǎn)企業(yè)的信息、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及產(chǎn)品信息的變化，例如儲(chǔ)存期間的溫度控制數(shù)據(jù)和加工期間的滅菌等。

在數(shù)據(jù)管理層，該系統(tǒng)采用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)塊化處理，其中區(qū)塊包含時(shí)間戳功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)全流程數(shù)據(jù)追溯?；趨^(qū)塊鏈共享機(jī)制，所有用戶都可以透明地查看溯源信息?？紤]到區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改性，銷售商無法修改或刪除產(chǎn)品的生產(chǎn)日期和保質(zhì)期等原始記錄信息，因此需要尋找其他方式來解決即將到期的香菇產(chǎn)品的保質(zhì)期問題。該系統(tǒng)建立了一種數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的映射機(jī)制，以確保電子商務(wù)交易數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)之間的高度數(shù)據(jù)一致性，并保證整個(gè)追溯系統(tǒng)具有高可靠性。

在數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)在供應(yīng)鏈上傳輸能夠通過傳感器和分布式網(wǎng)絡(luò)獲取。由于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化特點(diǎn)，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在分布式賬本中，因此供應(yīng)鏈上的任何節(jié)點(diǎn)無法篡改信息。假設(shè)某個(gè)中間商想欺騙消費(fèi)者，將劣質(zhì)產(chǎn)品偽裝成優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，它無法直接篡改已經(jīng)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的信息。即使中間商試圖從數(shù)據(jù)源頭開始造假，也無法完成數(shù)據(jù)采集。這表明，在區(qū)塊鏈技術(shù)中，數(shù)據(jù)錨定到分布式賬本是無法被篡改或刪除的，可確保供應(yīng)鏈的透明性、安全性和可靠性。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

現(xiàn)階段的香菇供應(yīng)鏈溯源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要是單一數(shù)據(jù)鏈存儲(chǔ)，將和本文所提出的來進(jìn)行對(duì)比分析。為了搭建區(qū)塊鏈試驗(yàn)環(huán)境，配置32 GB運(yùn)行內(nèi)存、1 TB硬盤容量、100 Mb/s網(wǎng)絡(luò)帶寬，并采用Hyperledger Fabric 1.4.2作為區(qū)塊鏈架構(gòu)，基于Ubuntu 16.04操作系統(tǒng)和Docker 19.03容器技術(shù)，確保環(huán)境穩(wěn)定高效，并使用區(qū)塊鏈測(cè)試工具Caliper對(duì)比測(cè)試。

將數(shù)據(jù)量作為變量進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)查詢時(shí)間，測(cè)試結(jié)果如圖12所示，當(dāng)進(jìn)行溯源數(shù)據(jù)查詢時(shí)，現(xiàn)存的單一鏈模型查詢時(shí)間隨要查詢數(shù)據(jù)量的增加而呈現(xiàn)等比例增加，而供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)多主鏈模型的查詢時(shí)間起伏波動(dòng)不大，均低于單一鏈模型查詢。

對(duì)于吞吐量，將節(jié)點(diǎn)數(shù)量作為變量來進(jìn)行測(cè)試，隨著測(cè)試節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，系統(tǒng)吞吐量會(huì)逐漸增加。測(cè)試結(jié)果如圖13所示。經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比得出，與傳統(tǒng)的單鏈存儲(chǔ)模型相比，在節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，環(huán)節(jié)多主鏈存儲(chǔ)模型可以大大提升查詢效率，并且對(duì)吞吐量影響較小。

6 結(jié)論

1） 區(qū)塊鏈的去中心性、不可篡改性和存儲(chǔ)式分布性等特征使其具有良好的可擴(kuò)展性和可用性，可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)。根據(jù)香菇供應(yīng)鏈溯源的實(shí)際需求，對(duì)其溯源方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源模型，確保信息的公開透明和無縫連接，并提高系統(tǒng)查詢的效率；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)上鏈的智能合約，以監(jiān)督香菇產(chǎn)品的食品質(zhì)量安全，使香菇供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)能溝進(jìn)行加密交易和無縫銜接?；谝陨涎芯浚O(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的香菇質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)方案，為后續(xù)的系統(tǒng)的開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)方案和模型基礎(chǔ)。

2） 所提出的溯源模型為香菇產(chǎn)業(yè)提供一種可靠和適用的方案，保證消費(fèi)者獲得真實(shí)的香菇溯源信息。同時(shí)，該模型還為監(jiān)管者提供一個(gè)方便高效的監(jiān)管模型。然而，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展，基于區(qū)塊鏈的溯源模型的性能和節(jié)點(diǎn)共識(shí)的效率在目前尚未完全成熟。因此，后續(xù)研究需要重點(diǎn)解決模型的改善以及節(jié)點(diǎn)共識(shí)效率的提高。

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