一种基于区块链的种子质量溯源系统

本发明涉及溯源系统技术领域，具体地说，涉及一种基于区块链的种子质量溯源系统。

种子质量的优劣影响着我国种植业的生产潜力。我国种子溯源系统与体系并不完善，未形成完整、安全的种业产业链条。目前，市场上主要的种子质量溯源系统依托于中心数据库，溯源透明性不强，造成人们对溯源体系的信任问题。

本发明的目的在于提供一种基于区块链的种子质量溯源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于区块链的种子质量溯源系统，包括种子质量溯源平台，所述种子质量溯源平台包括账户申请单元、账户审核单元、二维码生成单元和存储单元；所述账户申请单元用于向种子质量溯源平台发送账户申请信息，并生成账户，其申请的用户端包括农户、加工企业、经销商、监管部门；所述账户审核单元用于对账户申请单元生成的账户进行审核；所述二维码生成单元用于上传种子特征信息，并生成二维码；所述存储单元用于对二维码生成单元上传的种子特征信息进行存储；

所述账户审核单元包括账户提取模块、账户审核模块和溯源模块；所述账户提取模块用于对账户申请单元内的账户进行提取，并将提取的账户发生至账户审核模块；所述溯源模块用于搭建账户提取模块和账户审核模块之间的以太坊平台，提供账户信息的传输通道；

所述二维码生成单元包括特征信息上传模块和二维码制作模块；所述特征信息上传模块用于上传种子的特征信息；所述二维码制作模块用于接收特征信息上传模块上传的种子特征信息，并制作成与种子特征信息绑定的二维码；

所述存储单元包括文件存储模块和存储查询模块；所述文件存储模块利用分布式网络对种子的特征文件进行存储；所述存储查询模块用于对文件存储模块内种子的特征文件进行查询。

作为本技术方案的进一步改进，所述溯源模块中以太坊平台利用智能合约形成种子溯源的共识机制。

作为本技术方案的进一步改进，所述共识机制采用工作量证明机制，工作量证明机制具有完全去中心化的优点，其证明步骤如下：

S1.1、种子质量的溯源节点通过计算随机哈希值；

S1.2、利用哈希值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力。

作为本技术方案的进一步改进，所述哈希值构造方法采用数字分析法，其步骤如下：

S2.1、提取种子特征信息中的关键字位数大于地址位数的关键字；

S2.2、对提取的关键字的各位分布进行分析；

S2.3、选出分布均匀的任意几位作为散列地址。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1.2中哈希值解争夺记账权采用开放定址法，其算法步骤如下：

S3.1、利用探查法寻散列地址中空的地址；

S3.2、寻到空的地址后，通过将种子质量的数据元素插入解决争夺记账权。

作为本技术方案的进一步改进，所述探查法采用线性探查法，其表达公式如下：

Hi＝(h(k)+di)modM(1≤i≤M)；

其中，h(k)为哈希函数；Hi为种子质量溯源散列地址；M为散列地址长度；di为增量序列。

作为本技术方案的进一步改进，所述分布式网络采用IPFS系统，其包括对等节点、用于管理与对等节点的连接的网络、定位对等节点和存储种子特征文件路由、Merkle-DAG、GIT和Web。

作为本技术方案的进一步改进，所述对等节点采用nodeID作为身份识别。

作为本技术方案的进一步改进，所述IPFS系统数据交换利用BitTorrent的BitSwap协议来发送和接收分布式数据区块。

BitSwap维持着两个列表，想要获得的块和已保存的块，与BitTorrent不同的是，BitSwap不限于一个torrent中的块，BitSwap节点可以从整个IPFS网络获取所需的块，而不管块属于哪些文件，这大大提高了下载效率，同时，网络中存在一些激励节点会主动缓存和传播稀有的文件片段。

DHT和BitSwap技术让IPFS形成一个用于快速而强大的存储和分发块的P2P系统，在此之上，IPFS还构建了一种有向无环图Merkle-DAG，使用嵌入数据源中的目标哈希散列构建对象之间的链接。

作为本技术方案的进一步改进，所述Merkle-DAG为IPFS系统提供了内容寻址、防篡改和去冗余的特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该基于区块链的种子质量溯源系统中，通过以太坊平台搭建种子质量溯源系统的私有链，通过其专用加密货币以太币提供去中心化的以太虚拟机来处理种子信息的上链、存储与查询，从而解决种子数据库中心化问题严重问题，因此一个节点受到攻击不会影响整个种子溯源网络的完整运行，相对于中心数据库更加安全，智能合约基于区块链的种子溯源系统采用基于协商一致的规范和协议，任意两个用户节点之间建立连接不需要验证和信任彼此的身份，触发交易后，由智能合约进行完成，使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，将对于人的信任变成对于机器的信任。

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1的结构示意图；

图3为实施例1的结构拆分图；

图4为实施例1的结构示意图；

图5为实施例1的结构示意图。

图中各个标号意义为：

100、种子质量溯源平台；

110、账户申请单元；

120、账户审核单元；121、账户提取模块；122、账户审核模块；123、溯源模块；

130、二维码生成单元；131、征信息上传模块；132、二维码制作模块；

140、存储单元；141、文件存储模块；142、存储查询模块。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种基于区块链的种子质量溯源系统，请参阅图1-5，包括种子质量溯源平台100，种子质量溯源平台100包括账户申请单元110、账户审核单元120、二维码生成单元130和存储单元140；账户申请单元110用于向种子质量溯源平台100发送账户申请信息，并生成账户，其申请的用户端包括农户、加工企业、经销商、监管部门；账户审核单元120用于对账户申请单元110生成的账户进行审核；二维码生成单元130用于上传种子特征信息，并生成二维码；存储单元140用于对二维码生成单元130上传的种子特征信息进行存储；

账户审核单元120包括账户提取模块121、账户审核模块122和溯源模块123；账户提取模块121用于对账户申请单元110内的账户进行提取，并将提取的账户发生至账户审核模块122；溯源模块123用于搭建账户提取模块121和账户审核模块122之间的以太坊平台，提供账户信息的传输通道；

二维码生成单元130包括特征信息上传模块131和二维码制作模块132；特征信息上传模块131用于上传种子的特征信息；二维码制作模块132用于接收特征信息上传模块131上传的种子特征信息，并制作成与种子特征信息绑定的二维码，农户、加工企业、经销商上传种子信息，并生成网站二维码，与单一种子产品绑定，监管部门和购买者通过扫描网站二维码进入所查询种子产品的网页，进行信息浏览；

存储单元140包括文件存储模块141和存储查询模块142；文件存储模块141利用分布式网络对种子的特征文件进行存储；存储查询模块142用于对文件存储模块141内种子的特征文件进行查询，存储查询模块142利用HTML构建web前端网站，上传种子生产、加工、运输的用户平台，将图片和大文本信息上传IPFS系统并取得哈希返回值，为种子产品提供查询显示的平台，并利用文件存储模块141将种子的特征信息收集成一个种子库，以便于后期获取种子的特征信息。

本实施例中，溯源模块123中以太坊平台利用智能合约形成种子溯源的共识机制，另外以太坊平台搭建种子质量溯源系统的私有链，通过其专用加密货币以太币提供去中心化的以太虚拟机来处理种子信息的上链、存储与查询，从而解决种子数据库中心化问题严重问题，因此一个节点受到攻击不会影响整个种子溯源网络的完整运行，相对于中心数据库更加安全，智能合约基于区块链的种子溯源系统采用基于协商一致的规范和协议，任意两个用户节点之间建立连接不需要验证和信任彼此的身份，触发交易后，由智能合约进行完成，使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，将对于人的信任变成对于机器的信任。

进一步的，共识机制采用工作量证明机制，工作量证明机制具有完全去中心化的优点，其证明步骤如下：

S1.1、种子质量的溯源节点通过计算随机哈希值；

S1.2、利用哈希值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力。

具体的，哈希值构造方法采用数字分析法，其步骤如下：

S2.1、提取种子特征信息中的关键字位数大于地址位数的关键字；

S2.2、对提取的关键字的各位分布进行分析；

S2.3、选出分布均匀的任意几位作为散列地址。

此外，S1.2中哈希值解争夺记账权采用开放定址法，其算法步骤如下：

S3.1、利用探查法寻散列地址中空的地址；

S3.2、寻到空的地址后，通过将种子质量的数据元素插入解决争夺记账权。

除此之外，探查法采用线性探查法，其表达公式如下：

Hi＝(h(k)+di)modM(1≤i≤M)；

其中，h(k)为哈希函数；Hi为种子质量溯源散列地址；M为散列地址长度；di为增量序列，增量序列为1圐2，…，(M-1)，一旦争夺记账权发生哈希冲突就将种子质量的数据元素插入到下一个空地址存入，已解决哈希冲突。

进一步的，分布式网络采用IPFS系统，其包括对等节点、用于管理与对等节点的连接的网络、定位对等节点和存储种子特征文件路由、Merkle-DAG、GIT和Web。

具体的，对等节点采用nodeID作为身份识别，对等节点存储着公钥和加密过的私钥，并利用Kademlia和Coral的分布式松散哈希表DSHT来寻匹配的节点和特定节点的地址信息，小值直接存储在DHT上生成一个NodeID，对于更大的值，IPFS会拆成小块，DHT存储拥有这些块的节点NodeIds。

此外，IPFS系统数据交换利用BitTorrent的BitSwap协议来发送和接收分布式数据区块。

BitSwap维持着两个列表，想要获得的块和已保存的块，与BitTorrent不同的是，BitSwap不限于一个torrent中的块，BitSwap节点可以从整个IPFS网络获取所需的块，而不管块属于哪些文件，这大大提高了下载效率，同时，网络中存在一些激励节点会主动缓存和传播稀有的文件片段。

DHT和BitSwap技术让IPFS形成一个用于快速而强大的存储和分发块的P2P系统，在此之上，IPFS还构建了一种有向无环图Merkle-DAG，使用嵌入数据源中的目标哈希散列构建对象之间的链接。

除此之外，Merkle-DAG为IPFS系统提供了内容寻址、防篡改和去冗余的特性，其中Merkle-DAG对所有内容都通过多哈希校验进行独立标识，以便于进行寻，还对所有内容都进行验证，如果数据被篡改或损坏，则IPFS系统则会检测到该数据，内容完全相同的对象，IPFS系统只存储一次，以防出现冗余。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。