基于區(qū)塊鏈的茶葉可信溯源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

汪家偉，饒?jiān)?，常仲?/p>

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，合肥230036）

針對(duì)商品的安全性及供應(yīng)鏈存在的問(wèn)題[1]，當(dāng)前已有一些應(yīng)對(duì)措施，顏波等[2]運(yùn)用RFID電子標(biāo)簽和EPC物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的全程跟蹤與追溯。王振輝[3]將二維碼技術(shù)與溯源相結(jié)合，并采用混合加密算法防止二維碼偽造。但是在這些追溯系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集錄入主要依賴于地方監(jiān)管部門或者產(chǎn)業(yè)核心企業(yè)，其中心化的特點(diǎn)無(wú)法根除，即仍然存在數(shù)據(jù)的不對(duì)稱性以及其被主觀修改的可能，且不易實(shí)現(xiàn)溯源信息共享[4]。

而區(qū)塊鏈技術(shù)則為溯源提供了有力的技術(shù)支撐[5]。2008年，一位化名為“中本聰”（Satoshi Nakamoto）的學(xué)者發(fā)表了關(guān)于比特幣奠基性論文，并于2009年1月實(shí)現(xiàn)了其最初版本，開(kāi)始在一個(gè)開(kāi)源的區(qū)塊鏈上運(yùn)行[6]。十一年來(lái)，區(qū)塊鏈已發(fā)展出不同的結(jié)合模式，如今的區(qū)塊鏈3.0，與物品追溯、醫(yī)療信息管理等領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合。尚文倩等[7]基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)以及其他特征以跟蹤新聞，實(shí)現(xiàn)新聞來(lái)源的可查性。Asaph Azaria等[8]利用區(qū)塊鏈的獨(dú)特屬性，為醫(yī)院患者提供全面、不可變的日志，并可在供應(yīng)商和治療站點(diǎn)訪問(wèn)其醫(yī)療信息，實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證，機(jī)密性，問(wèn)責(zé)制和數(shù)據(jù)共享。Marco Conoscenti等[9]研究區(qū)塊鏈和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方法與促進(jìn)分布式和私有設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系。Nir Kshetri[10]分析并論證了基于區(qū)塊鏈的解決方案在許多方面優(yōu)于當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，區(qū)塊鏈的分布式特點(diǎn)使惡意參與者操縱和偽造的可能性降低。

在食品與區(qū)塊鏈結(jié)合方面，F(xiàn)rank Yiannas[11]表明區(qū)塊鏈驅(qū)動(dòng)了食品透明度的新時(shí)代，指出區(qū)塊鏈的去中心化、不可變、共識(shí)機(jī)制等特點(diǎn)是提高食品的可信度和透明度的原因?？梢?jiàn)，區(qū)塊鏈對(duì)于來(lái)源追溯、提高可信程度方面具有較大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展應(yīng)用前景[12-17]，并且現(xiàn)今在建立食品溯源可信追溯體系及多節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品同步追溯方面存在一定的研究空間。針對(duì)上述問(wèn)題，文章以茶葉為溯源對(duì)象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于區(qū)塊鏈的茶葉可信溯源系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 可信溯源系統(tǒng)總體框架

基于區(qū)塊鏈的茶葉可信溯源系統(tǒng)圍繞茶葉種植、加工和銷售，從供應(yīng)鏈涉及企業(yè)、消費(fèi)者不同角度設(shè)計(jì)該系統(tǒng)[18]。如圖1所示，系統(tǒng)包括供應(yīng)鏈信息維護(hù)系統(tǒng)和可信溯源系統(tǒng)兩部分，供應(yīng)鏈信息維護(hù)系統(tǒng)提供茶園信息、施肥信息、病蟲(chóng)害信息、采摘信息、加工信息、銷售信息的記錄輸入，并將其保存在各企業(yè)維護(hù)的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和區(qū)塊鏈中、形成茶葉產(chǎn)品檔案；本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的記錄會(huì)定期上傳數(shù)據(jù)到溯源中心數(shù)據(jù)庫(kù)；在產(chǎn)品包裝時(shí)，通過(guò)一定的編碼規(guī)則，生成溯源信息的二維碼，并將銷售編號(hào)打印在茶葉包裝上；消費(fèi)者購(gòu)買到茶葉產(chǎn)品時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等終端接入溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)茶葉可信追溯源。

圖1 茶葉可信溯源系統(tǒng)基本框架Fig.1 The basic framework of the trusted tea traceability system

1.2 可信溯源系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

如圖2所示，可信溯源系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、功能模塊層和提供各種業(yè)務(wù)接口的應(yīng)用層。應(yīng)用層主要是與用戶交互的部分，該層主要包括茶園信息、施肥信息、病蟲(chóng)害信息、采摘信息、加工信息、銷售信息等管理和錄入以及溯源查詢等。數(shù)據(jù)層包含關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中的各條記錄，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)與交易的數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)采集層支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能手機(jī)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和手工錄入等方式進(jìn)行溯源信息的收集。

系統(tǒng)通過(guò)集成各模塊接口實(shí)現(xiàn)管理員信息更改、日志消息查看，對(duì)茶園、茶葉批次、施肥記錄、加工記錄、采摘記錄、銷售記錄等信息的查詢和錄入等功能，并提供溯源接口，輸入產(chǎn)品溯源編號(hào)或掃描溯源二維碼，即顯示該產(chǎn)品對(duì)應(yīng)批次的茶葉在供應(yīng)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息。在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化模塊中，茶葉數(shù)據(jù)模塊包括茶園、批次、產(chǎn)量、銷量數(shù)據(jù)等，茶葉的銷售渠道以動(dòng)態(tài)地圖的形式展示，各個(gè)茶園以餅圖的形式直觀展示其產(chǎn)量對(duì)比及所占百分比，銷量統(tǒng)計(jì)以及施肥數(shù)據(jù)則以柱狀圖或折線圖等形式顯示給用戶，且兩種圖表可以相互轉(zhuǎn)化，并且將所需的圖表信息保存至本地。

系統(tǒng)管理端對(duì)記錄的錄入和查詢有操作權(quán)限，可隨時(shí)查詢某條記錄在區(qū)塊鏈中對(duì)應(yīng)的哈希密鑰，依據(jù)該密鑰查詢區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)，用戶直接訪問(wèn)瀏覽器使用銷售編號(hào)即可進(jìn)行茶葉信息的溯源查詢，掃描二維碼即可在手機(jī)端顯示茶葉供應(yīng)鏈詳細(xì)信息。對(duì)于權(quán)限的合理分配，一方面使數(shù)據(jù)的安全性、真實(shí)性得到保障，另一方面便于主體各盡其責(zé)、責(zé)不逾界。

圖2 系統(tǒng)體系層次圖Fig.2 System hierarchy diagram

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)可信獲取技術(shù)

對(duì)于傳統(tǒng)的交易流程來(lái)說(shuō)，由于商家與用戶之間存在信任問(wèn)題，需要第三方的中心機(jī)構(gòu)或者企業(yè)進(jìn)行背書，通過(guò)這樣的形式，用戶會(huì)徒增證明自己符合交易規(guī)則的資本和花費(fèi)，使交易效率大大降低，交易成本居高不下，安全性也無(wú)法得到有效保證。使用區(qū)塊鏈技術(shù)解決傳統(tǒng)信任問(wèn)題，即在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的多個(gè)參與方無(wú)需第三方信用機(jī)構(gòu)的佐證便可完成各種交易等行為，低成本地實(shí)現(xiàn)價(jià)值轉(zhuǎn)移和信用轉(zhuǎn)移[19]。

包含茶園所有人、采摘加工等階段的負(fù)責(zé)人信息的數(shù)據(jù)字段都會(huì)以其加密形成的十六進(jìn)制字串的形式存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，以備溯源時(shí)的查詢和事故責(zé)任追究，供應(yīng)鏈過(guò)程中各環(huán)節(jié)的企業(yè)單位都與供應(yīng)流程綁定，實(shí)現(xiàn)“有源可溯，有據(jù)可查”。在出廠過(guò)程中，各個(gè)包裝袋上將打印銷售編號(hào)和二維碼，二者都唯一對(duì)應(yīng)于產(chǎn)品，用戶依據(jù)此二維碼即可掃描查詢出該產(chǎn)品在整個(gè)茶葉供應(yīng)鏈流程中的所有信息。

圖3 數(shù)據(jù)快速存取方案Fig.3 Data fast access scheme

溯源系統(tǒng)的總體方案結(jié)構(gòu)如圖3所示，種植信息、采摘信息、加工信息、銷售信息各自扮演著區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)的角色，大數(shù)據(jù)獲取層信息采集物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備只進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和傳輸，通過(guò)部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集物聯(lián)網(wǎng)邊緣驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)維護(hù)股權(quán)證明機(jī)制PoS（Proof of Stake），并把信息數(shù)據(jù)摘要作為交易向整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)廣播，從源頭解決數(shù)據(jù)信任問(wèn)題。這些節(jié)點(diǎn)之間是相互平等的，且統(tǒng)一遵守區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制。這些溯源信息將分別以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和區(qū)塊鏈的方式分別進(jìn)行存儲(chǔ)。主要流程為：

對(duì)于節(jié)點(diǎn)而言，在流通各環(huán)節(jié)中，供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)通過(guò)RFID等硬件設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，以種植茶園節(jié)點(diǎn)為例，種植茶園將種植過(guò)程中的相關(guān)信息同時(shí)錄入傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和種植茶園區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)中。該節(jié)點(diǎn)通過(guò)加密算法，將溯源信息轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制字串，作為數(shù)據(jù)摘要存儲(chǔ)至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)信息寫入?yún)^(qū)塊成功后，將會(huì)返回該條交易所對(duì)應(yīng)的唯一哈希值，該哈希值作為表中的hash字段存入MySql數(shù)據(jù)庫(kù)，便于取出進(jìn)行溯源信息進(jìn)行對(duì)比等后續(xù)操作。同樣地，茶園和其他各單位將施肥信息、病蟲(chóng)害信息、采摘信息、加工信息和銷售信息等錄入到MySql中，加密后經(jīng)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送至區(qū)塊鏈中，并將返回值存入MySql數(shù)據(jù)庫(kù)。在此過(guò)程中，茶園、加工單位、銷售單位等節(jié)點(diǎn)相互監(jiān)督、相互制約，共同參與區(qū)塊鏈系統(tǒng)的維護(hù)，同樣遵從共識(shí)機(jī)制，區(qū)塊鏈中的信息都將同步至每個(gè)節(jié)點(diǎn)。

通過(guò)上述的系統(tǒng)整體架構(gòu)以及基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，解決了溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)易被篡改的問(wèn)題，能夠保證數(shù)據(jù)一旦存入系統(tǒng)就無(wú)法更改。同時(shí)利用區(qū)塊鏈分布式、去信任的特點(diǎn)，各個(gè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間相互平等且存在制約關(guān)系，數(shù)據(jù)多節(jié)點(diǎn)同步備份，大大削弱了現(xiàn)存追溯系統(tǒng)的中心化問(wèn)題。

2.2 基于二維碼的追溯碼編碼技術(shù)

茶葉溯源過(guò)程中供應(yīng)鏈流程復(fù)雜、信息量大，且在運(yùn)輸時(shí)外包裝存在破損的可能性，因此根據(jù)二維碼的特點(diǎn)及應(yīng)用方式[20-21]，選擇其進(jìn)行追溯碼編碼與茶葉溯源過(guò)程十分契合。

系統(tǒng)基于QR Code進(jìn)行了溯源碼設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品本身與溯源流程結(jié)合起來(lái)，商品使用追溯碼編碼技術(shù)，以“一物一碼”作為解決方案，從而避免商品的仿冒，實(shí)現(xiàn)可信溯源。供應(yīng)鏈流程標(biāo)識(shí)碼分為00、01和10，分別代表銷售流程、批次信息和種植流程，以標(biāo)識(shí)碼為截取線將數(shù)據(jù)段按供應(yīng)鏈流程分割，標(biāo)識(shí)碼后方為所對(duì)應(yīng)流程的溯源信息數(shù)據(jù)段。在銷售流程中，商家和產(chǎn)品擁有其對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)碼，銷售時(shí)間也是其中一個(gè)十分重要的數(shù)據(jù)段，將絕對(duì)時(shí)間轉(zhuǎn)換為十位，即精確到秒的時(shí)間戳的數(shù)據(jù)格式。使用時(shí)間戳能夠加大仿冒的難度，并且與絕對(duì)時(shí)間相比具有較短的位數(shù)，以防二維碼數(shù)據(jù)點(diǎn)過(guò)多而造成掃描不易的情況。批次信息中選取出廠時(shí)間作為數(shù)據(jù)段。而在種植流程中，茶園編號(hào)為種植茶園溯源的檢索條件，以此唯一確定茶園的各項(xiàng)信息。圖4中的數(shù)據(jù)段表示001號(hào)茶園種植的猴魁茶葉產(chǎn)品于2019年6月5日19點(diǎn)53分17秒出廠，2019年6月10日7點(diǎn)41分32秒在安徽省合肥市某茶葉銷售商售出。

圖4 追溯碼編碼示意圖Fig.4 Trace code coding diagram

基于此編碼方法所生成的追溯碼將唯一對(duì)應(yīng)于茶葉產(chǎn)品，提供所處茶園位置、負(fù)責(zé)人等數(shù)據(jù)，以及供應(yīng)鏈上對(duì)茶葉安全具有關(guān)鍵性作用的時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息。作為多平臺(tái)溯源查詢的重要組成部分，二維碼會(huì)與銷售編號(hào)一同打印在產(chǎn)品包裝袋上，用戶使用智能手機(jī)掃描二維碼即可方便快捷地進(jìn)行溯源查詢，了解茶葉的基本信息和流通過(guò)程相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3 多平臺(tái)溯源查詢

系統(tǒng)對(duì)于多平臺(tái)溯源查詢，即數(shù)據(jù)的完整性及真實(shí)性驗(yàn)證進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[22]，用戶在查詢界面輸入產(chǎn)品上所標(biāo)識(shí)的銷售編號(hào)或者直接掃描產(chǎn)品包裝袋上的二維碼即可進(jìn)行溯源查詢。系統(tǒng)提供網(wǎng)頁(yè)溯源、手機(jī)二維碼溯源、微信小程序溯源等多平臺(tái)溯源查詢。

用戶在計(jì)算機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)端訪問(wèn)溯源網(wǎng)頁(yè)，輸入唯一銷售編號(hào)，相關(guān)溯源信息將返回給用戶。使用平板電腦和智能手機(jī)端掃描二維碼同樣也可實(shí)現(xiàn)溯源信息的查詢功能，以實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)產(chǎn)品真實(shí)性驗(yàn)證。在微信小程序端，用戶可隨時(shí)隨地免下載進(jìn)行產(chǎn)品信息追溯。

溯源查詢方案設(shè)計(jì)模式如圖5所示。

用戶可借此直觀地對(duì)比商家提供的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之間是否存在某環(huán)節(jié)信息的錯(cuò)誤，并且了解產(chǎn)品所屬茶園、批次信息、銷售記錄及關(guān)鍵流程時(shí)間等重要數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了茶葉產(chǎn)品個(gè)體標(biāo)識(shí)與種植、施肥、采摘、加工流程、產(chǎn)品流通等環(huán)節(jié)的集成，采用分布式去中心化的溯源信息系統(tǒng)維護(hù)形式，各供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)組成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成溯源信息真實(shí)可信的目標(biāo)。

3.1 技術(shù)特征

系統(tǒng)主要由區(qū)塊鏈技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、Java Web、微信小程序四部分作為技術(shù)依托。

3.1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)（以太坊）

作為成熟穩(wěn)定、更新開(kāi)發(fā)活躍、SDK接口豐富的區(qū)塊鏈平臺(tái)，以太坊是系統(tǒng)最為重要的組成部分之一。通過(guò)創(chuàng)建genesis.json文件，將系統(tǒng)所依賴的區(qū)塊鏈設(shè)定為私鏈，以此與公網(wǎng)上的主鏈區(qū)分，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。使用以太坊官方輕量級(jí)SDK web3.js可以調(diào)用暴露在外的RPC接口與本地以太坊節(jié)點(diǎn)相通信，并進(jìn)行供應(yīng)鏈其他節(jié)點(diǎn)的添加。在添加成功后，節(jié)點(diǎn)便參與至區(qū)塊鏈系統(tǒng)的共識(shí)機(jī)制之中，區(qū)塊鏈上各節(jié)點(diǎn)的交易信息、挖礦信息都將同步至其他所有的節(jié)點(diǎn)，在任意節(jié)點(diǎn)都可進(jìn)行溯源查詢，這也是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同步追溯的基礎(chǔ)。

系統(tǒng)通過(guò)SDK接口實(shí)現(xiàn)與以太坊區(qū)塊鏈平臺(tái)的交互，如圖6所示。

圖5 溯源查詢方案設(shè)計(jì)Fig.5 Traceability query design

圖6 數(shù)據(jù)與以太坊交互Fig.6 The interaction of data and ethereum

供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)通過(guò)jsp頁(yè)面進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，并將溯源數(shù)據(jù)按照某種規(guī)則組合成固定格式的字符串后經(jīng)加密形成相應(yīng)數(shù)據(jù)摘要，將其作為input參數(shù)字段，使用節(jié)點(diǎn)默認(rèn)賬號(hào)調(diào)用sendTransaction方法，經(jīng)由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)廣播和共識(shí)機(jī)制驗(yàn)證后永久寫入?yún)^(qū)塊鏈中，為溯源查詢提供不可篡改的原始數(shù)據(jù)。交易在所需余額和氣體限制等要求滿足的情況下發(fā)起成功，返回一條十六進(jìn)制字串，即交易的哈希值，該值唯一標(biāo)識(shí)一筆交易。以該交易哈希作為索引，可在區(qū)塊鏈中通過(guò)getTransaction方法檢索到其所對(duì)應(yīng)的交易，并返回該交易所存儲(chǔ)在的區(qū)塊的哈希值和編號(hào)，發(fā)送交易的賬號(hào)、在交易中附帶的十六進(jìn)制格式數(shù)據(jù)摘要等重要內(nèi)容。提取其中的input字串并進(jìn)行解密，即可獲得溯源信息，對(duì)溯源信息進(jìn)行格式處理與操作，與jsp頁(yè)面進(jìn)行交互，對(duì)用戶進(jìn)行展示。

所以，采用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)如下目標(biāo)，即使當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)被整體或者局部更改，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)受約束于其一致性算法無(wú)法被修改，如對(duì)消費(fèi)者而言至關(guān)重要的出廠時(shí)間等信息。而在去中心化方面，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)由各節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的分布式存儲(chǔ)，信息不再由單一的中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，一定程度上提高了數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

3.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySql提供基礎(chǔ)信息的存儲(chǔ)，維護(hù)系統(tǒng)在管理運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，為溯源查詢提供數(shù)據(jù)支持。

3.1.3 Java Web

基于Java Web技術(shù)開(kāi)發(fā)用戶與系統(tǒng)間的交互界面，對(duì)普通消費(fèi)者用戶提供溯源接口，對(duì)管理員用戶提供信息錄入、信息可視化分析等功能。數(shù)據(jù)流經(jīng)控制層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層等，實(shí)現(xiàn)溯源信息由前端至傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)MySql的存儲(chǔ)。

3.1.4 微信小程序

小程序是一種無(wú)需下載安裝即可使用的應(yīng)用，以最低成本即可觸及用戶。目前的溯源系統(tǒng)基本不包含微信小程序端，系統(tǒng)包含微信小程序端順應(yīng)程序更為輕量級(jí)、低門檻的發(fā)展趨勢(shì)，也為用戶提供了更多的選擇和更佳的使用體驗(yàn)。以微信小程序端實(shí)現(xiàn)對(duì)溯源信息的“即用即查”，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行接入方式和使用維度的拓展。

3.2 具體實(shí)現(xiàn)與功能演示

系統(tǒng)主要以Java為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其中供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)部分采用B/S架構(gòu)，而供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)為消費(fèi)者提供多終端溯源接口，其中網(wǎng)頁(yè)溯源使用計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等即可訪問(wèn)溯源，通過(guò)智能設(shè)備掃描二維碼后也可獲取溯源信息，并實(shí)現(xiàn)微信小程序端的信息錄入與溯源查詢。

3.2.1 供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)管理

供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)位于同一條區(qū)塊鏈上，其信息相互之間同步，可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈全程信息追溯，并負(fù)責(zé)信息的錄入和維護(hù)，如圖7。

圖7 茶園管理界面Fig.7 Tea garden management interface

供應(yīng)鏈中茶園、企業(yè)單位等可以利用該系統(tǒng)的溯源機(jī)制降低成本與風(fēng)險(xiǎn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量安全的可信度，為其提供可靠的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2.2 消費(fèi)者用戶查詢

在網(wǎng)頁(yè)端溯源信息查詢界面中，消費(fèi)者通過(guò)輸入包裝上唯一標(biāo)識(shí)的銷售編號(hào)，查詢出MySql中的商家數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈中的原始數(shù)據(jù)，便可直觀地看到該產(chǎn)品的茶園種植采摘信息、供應(yīng)鏈流通加工信息以及產(chǎn)品自身特點(diǎn)等具體數(shù)據(jù)。同樣，用戶可使用手機(jī)掃描二維碼獲取如圖8的溯源信息，顯示茶葉產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息以及數(shù)據(jù)是否已通過(guò)區(qū)塊鏈校驗(yàn)。

3.2.3 微信小程序端

借助微信小程序優(yōu)秀的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無(wú)需下載應(yīng)用即可進(jìn)行信息錄入和溯源查詢，使溯源和節(jié)點(diǎn)管理更加高效快捷。如圖9所示為微信小程序端的信息錄入界面。

圖8 二維碼溯源查詢Fig.8 QR code traceability query

圖9 微信小程序信息錄入Fig.9 WeChat applet information entry

對(duì)于用戶而言，用戶在溯源查詢頁(yè)面中輸入茶葉產(chǎn)品包裝上具有唯一性的銷售編號(hào)，即在網(wǎng)頁(yè)端顯示供應(yīng)鏈的詳細(xì)流程信息，用戶可對(duì)比分別從區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得的原始信息和商家信息，若二者內(nèi)容表現(xiàn)一致，則數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息自錄入以來(lái)沒(méi)有被篡改過(guò)，數(shù)據(jù)可信、真實(shí)、完整。用戶可在手機(jī)端掃描產(chǎn)品二維碼查看溯源信息，界面為響應(yīng)式布局，溯源信息顯示清晰、便于對(duì)比。

4 總結(jié)

在分析茶葉從采摘到杯中的供應(yīng)鏈過(guò)程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了茶葉溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溯源信息錄入至傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和區(qū)塊鏈、信息檢索、多平臺(tái)溯源查詢等功能，用戶可通過(guò)多樣方式追溯到產(chǎn)品的信息。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用以太坊SDK接口將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，充分利用區(qū)塊鏈的去中心化、去信任、數(shù)據(jù)不可篡改等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上部署節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行功能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)溯源信息同步可查，溯源系統(tǒng)的中心化程度得到有效降低，提高了數(shù)據(jù)的安全性和真實(shí)性，并能在發(fā)生事故時(shí)快速責(zé)任追究至負(fù)責(zé)人，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。系統(tǒng)的不足之處主要在于goethereum客戶端的部署及兼容性問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)同步穩(wěn)定性有待加強(qiáng)，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)配置將是下一步的研究重點(diǎn)。