江 蘇 農 業(yè) 學 報 伍 德 倫 饒 元 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計 江 蘇 農 業(yè) 學 報 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計 伍 德 倫 饒 元 安 徽 農 業(yè) 大 學 信 息 與 計 算 機 學 院 安 徽 合 肥 智 慧 農 業(yè) 技 術 與 裝 備 安 徽 省 重 點 實 驗 室 安 徽 合 肥 收 稿 日 期 基 金 項 目 安 徽 省 重 點 研 究 和 開 發(fā) 計 劃 項 目 安 徽 省 自 然 科 學 基 金 項 目 作 者 簡 介 伍 德 倫 男 安 徽 池 州 人 本 科 主 要 從 事 農 業(yè) 物 聯 網 區(qū) 塊 鏈 技 術 研 究 通 訊 作 者 饒 元 摘 要 現 有 的 果 蔬溯 源 系 統 中 物 聯 網 數 據 采集 設 備 身 份 驗 證 機 制 不 完 善 果 蔬 數 據 傳 輸 效 率 不 高 且 無 法 保 證數據在 存 儲于 區(qū) 塊 鏈 前 未 被 篡 改 構 建 了 基于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 對 模 型 進 行 分 析 后 首 先提出果 蔬 供應 鏈 數 據 流 動 模 型 通 過 物 聯 網 設 備 將 采 集 的 數 據 存 儲 于 星 際 文 件 系 統 環(huán) 節(jié) 數據存 儲 完 成后 系 統 將 返 回 的 哈 希 值 存 入 區(qū) 塊 鏈 網 絡 提 高 了 數 據 的 安 全 性 其 次 設 計 了 果 蔬 供 應鏈數據 傳 輸流 程 提高了果蔬 數 據 傳 輸 效 率 最 后 利 用 改 進 型 算 法 實 現 了 物 聯 網 設 備 的 身 份 驗 證 機制 提高 了系統的 安全性 在 此 基 礎 上 設 計 了基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 系 統 并 在 某 果 蔬 企 業(yè) 進 行了實際 應 用 進行 相關測試后 發(fā) 現 本 系 統 的全 供 應 鏈 數 據 存 儲 平 均 耗 時 數 據 查 詢 平 均 耗 時 測 試結果表 明 此系統 可在保障數 據 安 全 的 前 提 下 提 高用 戶的 溯 源速 度 可為 果蔬 溯 源系 統的 設 計與 研發(fā) 提 供參考 關 鍵 詞 區(qū) 塊 鏈 果 蔬 溯 源 存 儲 優(yōu) 化 身 份 驗 證 中 圖 分 類 號 文 獻 標 識 碼 文 章 編 號 果 蔬 含 有 維 生 素 等 多 種 人 體 所 需 成 分 具 有 較 高 的 營 養(yǎng) 價 值 消 費 者 對 果 蔬 的 質 量 安 全 等 需 求 也 在 不 斷 提 升 但 近 幾 年 果 蔬 質 量 安 全 問 題 頻 發(fā) 化 學 藥 品 濫 用 微 生 物 污 染 等 嚴 重 影 響 消 費 者 對 果 蔬 質 量 的 信 任 迫 切 需 要 建 立 果 蔬 追 溯 體 系 使 消 費 者 能 夠 快 速 追 溯 果 蔬 的 來 源 搭 建 消 費 者 與 果 蔬 之 間 的 信 任 橋 梁 現 有 的 溯 源 系 統 大 多 采 用 本 地 數 據 庫 存 儲 溯 源 信 息 無 法 保 證 信 息 的 安 全 性 和 可 靠 性 區(qū) 塊 鏈 的 去 中 心 化 存 儲 數 據 不 可 篡 改 等 特 性 可 以 很 好 地 適 用 于 溯 源 系 統 設 計 近 些 年 學 者 們 從 不 同 角 度 探 索 區(qū) 塊 鏈 技 術 在 溯 源 系 統 中 的 應 用 楊 信 廷 等 弋 偉 國 等 采 用 數 據 庫 區(qū) 塊 鏈 的 鏈 上 鏈 下 雙 模 存 儲 機 制 保 證 了 數 據 的 真 實 性 提 高 了 用 戶 的 溯 源 速 度 張 新 等 于 華 竟 等 利 用 智 能 合 約 實 現 了 數 據 的 鏈 前 監(jiān) 管 與 節(jié) 點 的 鏈 上 管 控 許 繼 平 等 于 合 龍 等 采 用 數 據 加 密 算 法 保 證 了 鏈 上 數 據 的 安 全 性 然 而 目 前 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 可 信 溯 源 系 統 還 存 在 諸 多 不 足 在 果 蔬 產 品 生 產 過 程 中 監(jiān) 控 設 備 移 動 端 設 備 溫 濕 度 傳 感 器 等 設 備 采 集 到 果 蔬 關 鍵 數 據 的 時 間 點 不 同 考 慮 到 數 據 區(qū) 塊 鏈 存 儲 成 本 等 因 素 現 有 的 追 溯 模 型 往 往 采 用 全 部 設 備 采 集 數 據 整 體 存 儲 于 區(qū) 塊 鏈 的 方 式 如 何 保 證 數 據 全 部 上 鏈 前 已 采 集 數 據 真 實 性 的 問 題 需 要 解 決 同 時 果 蔬 供 應 鏈 數 據 具 有 多 源 異 構 海 量 的 特 點 負 責 數 據 采 集 的 物 聯 網 設 備 較 多 如 何 提 高 系 統 安 全 性 也 需 要 進 一 步 探 討 針 對 以 上 果 蔬 供 應 鏈 溯 源 系 統 面 臨 的 問 題 本 研 究 提 出 果 蔬 供 應 鏈 數 據 流 動 模 型 采 用 星 際 文 件 系 統 存 儲 各 物 聯 網 設 備 提 供 的 關 鍵 數 據 區(qū) 塊 鏈 網 絡 存 儲 根 據 關 鍵 數 據 生 成 哈 希 值 的 設 計 保 證 了 數 據 的 真 實 性 本 研 究 通 過 設 計 果 蔬 供 應 鏈 數 據 傳 輸 流 程 以 期 提 高 數 據 處 理 與 傳 輸 效 率 利 用 改 進 型 算 法 以 期 實 現 物 聯 網 設 備 的 身 份 驗 證 材 料 與 方 法 技 術 介 紹 區(qū) 塊 鏈 區(qū) 塊 鏈 作 為 一 種 鏈 式 數 據 結 構 由 不 斷 增 長 的 區(qū) 塊 利 用 哈 希 指 針 前 后 鏈 接 而 成 區(qū) 塊 鏈 中 的 數 據 只 能 追 加 不 可 刪 除 或 篡 改 區(qū) 塊 鏈 通 過 分 布 式 節(jié) 點 驗 證 和 共 識 機 制 解 決 了 拜 占 庭 將 軍 問 題 無 需 信 任 單 個 節(jié) 點 就 可 以 構 建 去 中 心 化 可 信 任 系 統 本 研 究 以 區(qū) 塊 鏈 為 基 礎 構 建 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 并 基 于 設 計 了 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 系 統 星 際 文 件 系 統 為 上 傳 到 系 統 的 每 個 文 件 提 供 唯 一 的 哈 希 地 址 使 其 能 夠 被 內 容 尋 址 在 區(qū) 塊 鏈 架 構 中 部 署 系 統 進 行 存 儲 可 以 消 除 對 全 節(jié) 點 的 依 賴 同 時 保 留 網 絡 中 的 可 追 溯 性 任 何 類 型 的 文 件 都 可 以 上 傳 到 存 儲 使 系 統 可 部 署 用 途 廣 泛 的 應 用 程 序 基 于 區(qū) 塊 鏈 的 追 溯 模 型 效 率 往 往 受 到 區(qū) 塊 鏈 存 儲 容 量 難 以 擴 展 的 限 制 此 問 題 可 通 過 區(qū) 塊 鏈 集 成 并 采 用 鏈 下 輔 助 存 儲 的 方 式 進 行 解 決 采 用 默 克 爾 有 向 無 環(huán) 圖 進 行 數 據 存 儲 它 是 一 種 使 用 散 列 在 中 定 位 數 據 的 數 據 結 構 使 用 這 種 結 構 系 統 中 的 所 有 內 容 都 變 得 防 篡 改 將 使 用 根 據 存 入 數 據 生 成 的 哈 希 值 進 行 唯 一 標 記 算 法 與 算 法 算 法 可 以 產 生 任 意 長 度 的 消 息 摘 要 它 的 處 理 速 度 要 優(yōu) 于 和 等 算 法 并 且 更 加 安 全 是 基 于 曲 線 的 數 字 簽 名 算 法 結 合 哈 希 算 法 采 用 扭 曲 愛 德 華 曲 線 如 公 式 所 示 它 比 現 有 的 數 字 簽 名 方 案 快 且 不 損 失 安 全 性 算 法 包 括 公 鑰 生 成 簽 名 驗 簽 個 功 能 此 算 法 需 要 隨 機 數 發(fā) 生 器 產 生 私 鑰 但 隨 機 數 的 產 生 可 能 存 在 安 全 隱 患 針 對 這 個 問 題 筆 者 采 用 改 進 型 算 法 具 體 實 現 過 程 見 節(jié) 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計 總 體 框 架 設 計 如 圖 所 示 本 研 究 采 用 區(qū) 塊 鏈 技 術 技 術 結 合 密 碼 學 原 理 設 計 了 基 于 伍 德 倫 等 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 其 原 理 是 通 過 物 聯 網 設 備 實 時 采 集 生 產 儲 存 運 輸 銷 售 等 環(huán) 節(jié) 數 據 將 數 據 通 過 區(qū) 塊 鏈 等 技 術 進 行 數 據 整 合 與 展 示 具 體 而 言 供 應 鏈 上 生 產 企 業(yè) 儲 存 企 業(yè) 運 輸 企 業(yè) 銷 售 企 業(yè) 決 定 組 建 區(qū) 塊 鏈 網 絡 后 在 企 業(yè) 服 務 器 上 設 置 網 絡 節(jié) 點 與 其 他 企 業(yè) 節(jié) 點 組 建 集 群 以 實 現 物 聯 網 采 集 數 據 及 時 存 儲 并 與 企 業(yè) 間 數 據 共 享 在 服 務 器 上 設 置 區(qū) 塊 鏈 網 絡 節(jié) 點 與 其 他 企 業(yè) 的 區(qū) 塊 鏈 網 絡 節(jié) 點 組 成 區(qū) 塊 鏈 網 絡 利 用 節(jié) 點 向 消 費 者 提 供 數 據 查 詢 接 口 滿 足 消 費 者 溯 源 需 求 在 果 蔬 產 品 生 產 過 程 中 企 業(yè) 通 過 在 其 生 產 基 地 或 倉 庫 等 設 置 的 溫 濕 度 采 集 器 監(jiān) 控 等 物 聯 網 設 備 采 集 關 鍵 溯 源 數 據 數 據 采 集 完 成 后 將 數 據 轉 發(fā) 給 網 關 設 備 網 關 利 用 改 進 型 算 法 對 物 聯 網 設 備 進 行 身 份 驗 證 驗 證 通 過 后 網 關 對 數 據 進 行 組 織 與 處 理 向 服 務 器 發(fā) 起 數 據 存 儲 請 求 同 樣 的 服 務 器 利 用 算 法 對 該 網 關 進 行 身 份 驗 證 驗 證 通 過 后 網 關 調 用 系 統 提 供 的 數 據 存 儲 接 口 將 數 據 存 儲 于 中 在 該 企 業(yè) 溯 源 數 據 采 集 完 成 后 企 業(yè) 收 集 網 關 存 入 的 數 據 后 根 據 存 入 數 據 返 回 的 哈 希 值 將 哈 希 值 整 合 后 存 入 區(qū) 塊 鏈 網 絡 保 證 數 據 的 真 實 性 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 通 過 物 聯 網 設 備 采 集 數 據 將 采 集 數 據 存 入 系 統 后 根 據 數 據 生 成 的 哈 希 值 存 入 區(qū) 塊 鏈 提 高 了 區(qū) 塊 鏈 的 存 儲 空 間 利 用 率 與 溯 源 數 據 真 實 性 各 企 業(yè) 既 可 直 接 在 集 群 中 進 行 企 業(yè) 間 數 據 共 享 又 可 利 用 區(qū) 塊 鏈 網 絡 進 行 供 應 鏈 數 據 查 詢 提 高 了 企 業(yè) 間 數 據 共 享 效 率 利 用 改 進 型 加 密 算 法 實 現 了 物 聯 網 設 備 的 身 份 驗 證 提 高 了 系 統 的 安 全 性 果 蔬 供 應 鏈 數 據 流 動 模 型 設 計 在 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 基 礎 上 設 計 了 果 蔬 供 應 鏈 數 據 流 動 模 型 圖 將 前 者 的 數 據 儲 存 數 據 查 詢 等 操 作 進 行 了 進 一 步 的 實 踐 當 系 統 初 始 化 時 系 統 利 用 改 進 型 算 法 為 具 有 數 據 上 傳 權 限 的 物 聯 網 設 備 生 成 并 發(fā) 放 公 鑰 同 時 將 公 鑰 進 行 加 密 后 保 存 于 區(qū) 塊 鏈 當 供 應 鏈 上 游 和 下 游 企 業(yè) 物 聯 網 設 備 采 集 到 數 據 時 利 用 其 公 鑰 進 行 身 份 驗 證 驗 證 成 功 后 由 網 關 將 物 聯 網 設 備 采 集 的 數 據 存 入 在 該 企 業(yè) 數 據 存 儲 星 際 文 件 系 統 身 份 識 別 號 圖 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 完 成 后 系 統 收 集 各 網 關 上 傳 的 溯 源 數 據 的 哈 希 值 利 用 其 區(qū) 塊 鏈 網 絡 節(jié) 點 調 用 環(huán) 節(jié) 哈 希 上 鏈 合 約 進 行 哈 希 存 儲 其 中 環(huán) 節(jié) 哈 希 上 鏈 合 約 內 部 保 存 了 各 環(huán) 節(jié) 哈 希 格 式 例 如 哈 希 值 數 量 環(huán) 節(jié) 身 份 識 別 號 等 當 節(jié) 點 上 傳 數 據 的 格 式 錯 誤 時 將 無 法 完 成 哈 希 值 上 鏈 在 果 蔬 供 應 鏈 數 據 存 儲 完 成 后 區(qū) 塊 鏈 網 絡 中 各 節(jié) 點 達 成 共 識 完 成 賬 本 同 步 并 利 用 溯 源 合 約 提 供 消 費 者 溯 源 哈 希 查 詢 接 口 消 費 者 利 用 移 動 設 備 掃 碼 調 用 接 口 后 獲 得 供 應 鏈 數 據 的 哈 希 集 合 利 用 哈 希 集 合 在 中 獲 取 溯 源 數 據 在 果 蔬 供 應 鏈 數 據 流 動 模 型 中 利 用 環(huán) 節(jié) 哈 希 上 鏈 合 約 檢 查 各 環(huán) 節(jié) 存 儲 的 哈 希 特 征 實 現 了 系 統 數 據 哈 希 存 儲 的 智 能 化 通 過 溯 源 合 約 及 區(qū) 塊 鏈 節(jié) 點 為 消 費 者 提 供 了 溯 源 信 息 查 詢 接 口 滿 足 了 用 戶 溯 源 的 需 求 采 用 公 鑰 加 密 后 鏈 上 存 儲 的 設 計 保 證 了 密 鑰 的 安 全 性 避 免 了 密 鑰 的 二 次 生 成 發(fā) 放 帶 來 的 系 統 負 擔 提 升 了 系 統 運 行 效 率 江 蘇 農 業(yè) 學 報 年 第 卷 第 期 星 際 文 件 系 統 圖 果 蔬 供 應 鏈 數 據 流 動 模 型 果 蔬 供 應 鏈 數 據 傳 輸 流 程 設 計 采 集 果 蔬 生 產 環(huán) 節(jié) 數 據 的 物 聯 網 設 備 往 往 被 安 裝 于 野 外 環(huán) 境 網 絡 狀 況 差 自 身 數 據 處 理 能 力 差 無 法 調 用 數 據 存 儲 接 口 進 行 數 據 的 直 接 存 儲 本 研 究 設 計 了 由 設 備 身 份 驗 證 數 據 接 收 與 處 理 數 據 存 儲 模 塊 組 成 的 果 蔬 供 應 鏈 數 據 傳 輸 流 程 三 者 配 合 以 達 到 采 集 數 據 存 儲 于 的 目 的 其 中 設 備 身 份 驗 證 模 塊 由 網 關 利 用 改 進 型 算 法 對 物 聯 網 設 備 進 行 身 份 驗 證 數 據 接 收 與 處 理 模 塊 用 于 接 收 物 聯 網 節(jié) 點 上 傳 的 數 據 并 對 其 進 行 處 理 數 據 存 儲 模 塊 用 于 服 務 器 對 網 關 進 行 身 份 驗 證 以 實 現 物 聯 網 采 集 數 據 存 儲 于 具 體 流 程 如 圖 所 示 具 體 步 驟 如 下 當 物 聯 網 設 備 采 集 到 溯 源 數 據 時 首 先 利 用 改 進 型 算 法 結 合 自 身 公 鑰 對 數 據 進 行 簽 名 將 已 簽 名 的 數 據 傳 輸 給 網 關 網 關 利 用 算 法 驗 證 簽 名 合 法 性 若 簽 名 不 合 法 說 明 物 聯 網 設 備 身 份 錯 誤 網 關 拒 絕 接 受 該 設 備 上 傳 的 數 據 并 向 上 級 發(fā) 送 提 示 錯 誤 的 信 息 由 于 物 聯 網 設 備 采 集 的 數 據 格 式 包 括 文 本 文 件 字 符 串 數 字 等 二 進 制 文 件 圖 片 視 頻 等 對 于 文 本 文 件 而 言 網 關 內 部 保 存 了 該 環(huán) 節(jié) 文 本 文 件 各 個 數 據 項 的 名 稱 當 網 關 獲 取 到 物 聯 網 設 備 上 傳 的 文 本 數 據 時 根 據 物 聯 網 設 備 的 身 份 選 擇 文 本 文 件 各 數 據 項 名 稱 與 設 備 上 傳 的 數 據 對 應 組 合 對 于 二 進 制 文 件 而 言 則 不 作 處 理 同 時 網 關 會 檢 查 采 集 數 據 的 合 法 性 如 數 據 值 不 在 正 常 數 據 范 圍 之 內 則 說 明 數 據 錯 誤 或 產 品 不 達 標 拒 絕 數 據 存 儲 并 報 告 錯 誤 網 關 利 用 改 進 型 算 法 進 行 身 份 驗 證 后 對 數 據 進 行 簽 名 經 過 服 務 器 驗 證 成 功 后 調 用 數 據 存 儲 接 口 將 獲 得 的 數 據 上 傳 至 改 進 型 算 法 設 備 的 身 份 驗 證 現 有 的 區(qū) 塊 鏈 溯 源 系 統 中 往 往 不 需 要 進 行 物 聯 網 設 備 身 份 驗 證 降 低 了 系 統 的 安 全 性 采 用 改 進 型 加 密 算 法 實 現 了 設 備 的 身 伍 德 倫 等 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計份 驗 證 操 作 可 提 高 系 統 安 全 性 在 物 聯 網 設 備 將 數 據 傳 輸 給 網 關 網 關 將 數 據 傳 輸 給 服 務 器 時 都 需 要 經 過 算 法 的 身 份 驗 證 系 統 初 始 化 時 首 先 利 用 算 法 算 法 涉 及 的 常 量 變 量 及 表 達 式 含 義 見 表 生 成 私 鑰 隨 后 根 據 私 鑰 生 成 公 鑰 星 際 文 件 系 統 圖 果 蔬 供 應 鏈 數 據 傳 輸 流 程 設 計 表 相 關 常 量 變 量 表 達 式 的 解 釋 常 量 變 量 解 釋 表 達 式 解 釋 位 數 取 最 大 整 數 輪 數 取 最 小 整 數 塊 字 節(jié) 的 正 小 數 部 分 哈 希 字 節(jié) 指 定 散 列 的 次 冪 關 鍵 字 節(jié) 指 定 密 鑰 和 之 間 的 按 位 異 或 運 算 輸 入 字 節(jié) 余 數 模 始 終 在 范 圍 內 旋 轉 常 數 取 將 邏 輯 右 移 位 消 息 字 排 列 將 邏 輯 左 移 參 數 塊 定 義 散 列 以 及 密 鑰 大 小 將 向 右 旋 轉 單 消 息 塊 內 的 個 字 的 平 方 根 哈 希 內 部 狀 態(tài) 填 充 的 輸 入 塊 每 個 都 有 字 節(jié) 當 前 塊 末 尾 的 消 息 字 節(jié) 偏 移 量 最 后 一 個 塊 的 標 志 矢 量 索 引 是 從 零 開 始 的 元 素 向 量 的 第 一 個 元 素 是 最 后 一 個 是 所 有 元 素 都 用 表 示 第 個 素 數 算 法 中 調 用 了 混 合 函 數 與 壓 縮 函 數 下 面 對 這 個 函 數 進 行 介 紹 混 合 函 數 的 作 用 是 對 輸 入 的 個 隨 機 字 符 串 使 用 旋 轉 常 數 在 向 量 上 返 回 個 字 符 串 結 果 表 示 為 函 數 流 程 如 函 數 所 示 函 數 中 混 合 函 數 的 操 作 流 程 輸 入 輸 出 修 改 向 量 江 蘇 農 業(yè) 學 報 年 第 卷 第 期返 回 壓 縮 函 數 是 將 狀 態(tài) 向 量 消 息 塊 向 量 位 偏 移 計 數 器 和 標 志 判 斷 當 前 是 否 處 于 最 終 塊 若 為 最 終 塊 則 為 局 部 向 量 用 于 混 合 與 壓 縮 操 作 可 返 回 個 新 的 狀 態(tài) 向 量 回 合 編 號 從 到 其 中 為 初 始 化 向 量 如 公 式 所 示 根 據 表 中 相 關 系 數 進 行 運 算 后 的 結 果 如 公 式 所 示 壓 縮 函 數 操 作 流 程 如 下 其 中 函 數 涉 及 的 訊 息 時 間 如 表 所 示 表 訊 息 時 間 環(huán) 節(jié) 函 數 中 壓 縮 函 數 的 操 作 流 程 輸 入 輸 出 狀 態(tài) 的 前 半 部 分 的 后 半 部 分 初 始 化 局 部 工 作 向 量 偏 移 量 的 低 位 字 高 位 字 最 后 一 個 塊 標 志 反 轉 所 有 位 密 碼 混 合 本 輪 的 消 息 詞 選 擇 排 列 兩 半 異 或 返 回 新 狀 態(tài) 下 面 介 紹 算 法 摘 要 密 鑰 和 數 據 輸 入 被 拆 分 并 填 充 到 消 息 塊 中 每 個 消 息 塊 由 字 節(jié) 組 成 用 進 行 填 充 并 設 置 為 數 據 塊 也 用 填 充 到 字 節(jié) 塊 數 隨 后 將 填 充 的 數 據 塊 處 理 為 字 節(jié) 的 最 終 散 列 值 具 體 步 驟 如 算 法 所 示 指 定 參 數 塊 字 如 下 算 法 流 程 如 下 算 法 函 數 流 程 伍 德 倫 等 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計輸 入 輸 出 數 組 的 第 一 個 字 節(jié) 初 始 化 向 量 處 理 填 充 鍵 和 數 據 塊 最 后 一 個 塊 返 回 數 組 的 第 一 個 字 節(jié) 在 利 用 生 成 私 鑰 后 利 用 算 法 生 成 公 鑰 發(fā) 放 給 物 聯 網 設 備 公 鑰 生 成 的 具 體 流 程 如 下 選 擇 的 算 法 生 成 的 私 鑰 記 為 對 做 運 算 即 取 的 末 尾 大 小 數 據 并 進 行 修 剪 整 理 為 將 解 釋 為 小 端 整 數 形 成 秘 密 標 量 執(zhí) 行 標 量 乘 法 其 中 壓 縮 結 果 壓 縮 過 程 為 得 公 鑰 當 物 聯 網 設 備 網 關 得 到 公 鑰 后 需 要 進 行 溯 源 數 據 片 傳 輸 時 首 先 對 溯 源 數 據 進 行 簽 名 簽 名 算 法 如 下 為 曲 線 的 基 點 和 為 曲 線 上 的 動 點 為 位 的 素 數 和 分 別 為 點 和 點 的 位 壓 縮 結 果 壓 縮 過 程 為 其 中 表 示 為 進 行 算 法 運 算 后 的 運 算 結 果 算 法 數 字 簽 名 算 法 的 簽 名 流 程 輸 入 位 的 公 鑰 任 意 長 度 的 消 息 位 的 私 鑰 輸 出 位 的 簽 名 結 果 對 做 運 算 取 的 高 位 壓 縮 點 得 到 返 回 簽 名 當 網 關 服 務 器 獲 得 溯 源 數 據 片 及 上 傳 數 據 的 簽 名 結 果 后 將 利 用 之 前 發(fā) 放 給 各 物 聯 網 設 備 網 關 的 公 鑰 進 行 驗 簽 操 作 具 體 算 法 如 下 所 示 驗 簽 過 程 的 解 壓 操 作 是 密 鑰 生 成 和 簽 名 操 作 中 壓 縮 操 作 的 逆 運 算 算 法 數 字 簽 名 算 法 的 驗 簽 流 程 輸 入 位 的 公 鑰 任 意 長 度 的 消 息 位 的 簽 名 結 果 輸 出 驗 簽 的 結 果 若 則 驗 證 失 敗 結 束 驗 證 流 程 解 壓 得 到 點 解 壓 得 到 點 驗 證 若 等 號 成 立 則 驗 證 成 功 在 中 的 點 加 與 倍 點 運 算 需 要 在 拓 展 四 元 齊 次 坐 標 下 完 成 具 體 操 作 見 文 獻 驗 簽 過 程 中 通 過 對 比 和 的 運 算 結 果 來 判 斷 簽 名 的 真 實 性 當 簽 名 驗 證 成 功 時 表 示 該 設 備 身 份 可 信 當 該 設 備 需 要 進 行 二 次 身 份 驗 證 時 從 區(qū) 塊 鏈 中 獲 取 公 鑰 哈 希 值 并 與 本 地 公 鑰 哈 希 值 進 行 比 對 比 對 成 功 后 表 明 公 鑰 未 被 篡 改 可 使 用 公 鑰 對 數 據 進 行 簽 名 完 成 身 份 驗 證 結 果 與 分 析 系 統 架 構 與 實 現 基 于 身 份 驗證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 系 統 的 目 的 是 實 時 監(jiān) 控 與 保 存 果 蔬 產 品 從 生 產 到 銷 售 各 環(huán) 節(jié) 產 生 的 關 鍵 數 據 并 將 數 據 進 行 安 全 儲 存 與 展 示 對 本 系 統 各 個 功 能 模 塊 進 行 了 細 化 系 統 分 為 采 集 層 存 儲 層 接 口 層 應 用 層 系 統 架 構 如 圖 所 示 江 蘇 農 業(yè) 學 報 年 第 卷 第 期 應 用 程 序 接 口 星 際 文 件 系 統 圖 系 統 的 架 構 采 集 層 主 要 通 過 各 企 業(yè) 設 置 的 溫 濕 度 采 集 設 備 移 動 端 設 備 監(jiān) 控 設 備 等 進 行 數 據 采 集 與 錄 入 保 證 關 鍵 數 據 采 集 的 全 面 化 與 多 樣 化 存 儲 層 分 為 鏈 下 存 儲 與 區(qū) 塊 鏈 鏈 上 存 儲 兩 部 分 鏈 下 存 儲 可 以 減 輕 區(qū) 塊 鏈 網 絡 存 儲 負 擔 保 證 了 物 聯 網 設 備 采 集 數 據 的 及 時 存 儲 與 安 全 區(qū) 塊 鏈 鏈 上 存 儲 保 證 了 溯 源 數 據 哈 希 安 全 性 并 通 過 區(qū) 塊 鏈 節(jié) 點 為 用 戶 提 供 溯 源 數 據 查 詢 接 口 接 口 層 主 要 為 數 據 存 儲 查 詢 提 供 相 應 接 口 針 對 模 型 的 特 點 提 供 了 數 據 交 互 接 口 滿 足 了 網 關 設 備 的 溯 源 數 據 存 儲 的 需 求 和 通 過 數 據 哈 希 在 中 查 詢 溯 源 數 據 的 需 求 提 供 了 區(qū) 塊 鏈 數 據 交 互 接 口 滿 足 了 數 據 哈 希 上 鏈 與 消 費 者 掃 碼 調 用 接 口 查 詢 哈 希 的 需 求 應 用 層 通 過 微 信 小 程 序 和 端 向 消 費 者 監(jiān) 管 部 門 企 業(yè) 等 提 供 數 據 查 詢 管 理 頁 面 安 徽 省 合 肥 市 某 果 蔬 企 業(yè) 涉 及 草 莓 供 應 鏈 所 有 環(huán) 節(jié) 需 要 較 多 的 物 聯 網 數 據 采 集 設 備 進 行 數 據 采 集 為 保 證 各 物 聯 網 設 備 采 集 數 據 的 安 全 傳 輸 與 高 效 存 儲 保 證 數 據 在 存 儲 于 區(qū) 塊 鏈 前 未 發(fā) 生 篡 改 采 用 本 系 統 進 行 了 優(yōu) 化 圖 為 本 系 統 采 集 層 相 關 設 備 圖 分 別 為 土 壤 溫 濕 度 傳 感 器 及 空 氣 傳 感 器 圖 為 網 關 設 備 物 聯 網 設 備 運 作 邏 輯 為 傳 感 器 采 集 草 莓 生 產 過 程 中 的 關 鍵 數 據 通 過 傳 輸 線 連 接 到 網 關 的 接 線 端 子 利 用 網 關 的 樹 莓 派 等 裝 置 實 現 將 傳 感 器 采 集 數 據 的 組 織 傳 輸 存 儲 于 等 本 系 統 應 用 層 相 關 頁 面 如 圖 所 示 圖 為 消 費 者 掃 描 商 品 二 維 碼 后 顯 示 的 移 動 端 主 頁 展 示 了 草 莓 的 品 種 產 地 等 信 息 用 戶 可 選 擇 環(huán) 節(jié) 查 看 該 環(huán) 節(jié) 詳 細 信 息 例 如 點 擊 生 產 信 息 后 生 產 信 息 頁 面 如 圖 所 示 展 示 了 種 植 商 地 址 等 一 系 列 溯 源 信 息 圖 為 企 業(yè) 端 頁 面 展 示 了 區(qū) 塊 鏈 管 理 基 地 管 理 物 聯 網 設 備 管 理 等 多 個 功 能 當 前 頁 面 展 示 了 區(qū) 塊 鏈 信 息 例 如 智 能 合 約 數 交 易 數 區(qū) 塊 數 等 可 實 現 企 業(yè) 對 供 應 鏈 的 全 面 管 理 與 信 息 監(jiān) 測 圖 相 關 物 聯 網 設 備 系 統 效 率 測 試 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 系 統 采 用 構 建 其 環(huán) 境 基 礎 為 虛 擬 機 配 置 伍 德 倫 等 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計圖 本 系 統 啟 用 層 相 關 頁 面 為 內 存 核 處 理 器 硬 盤 帶 寬 為 采 用 區(qū) 塊 鏈 基 準 測 試 工 具 生 成 測 試 結 果 為 了 驗 證 基于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 系 統 的 寫 入 與 查 詢 效 率 測 試 了 全 供 應 鏈 環(huán) 節(jié) 數 據 存 儲 耗 時 包 括 從 各 物 聯 網 設 備 采 集 數 據 存 入 的 平 均 時 間 以 及 哈 希 存 儲 于 區(qū) 塊 鏈 的 時 間 為 了 保 證 測 試 結 果 的 真 實 可 靠 進 行 了 次 供 應 鏈 數 據 存 儲 效率 測 試 次 溯 源 數 據 查 詢 效 率 測 試 如 圖 所 示 全 供 應 鏈 數 據 存 入 區(qū) 塊 鏈 耗 時 為 單 個 環(huán) 節(jié) 平 均 耗 時 可 見 數 據 存 儲 時 設 備 對 數 據 進 行 簽 名 驗 簽 操 作 哈 希 存 儲 等 操 作 對 數 據 存 儲 的 負 面 影 響 并 不 明 顯 如 圖 所 示 用 戶 溯 源 平 均 消 耗 時 間 為 可 見 本 系 統 的 區(qū) 塊 鏈 結 合 的 數 據 查 詢 機 制 可 以 略 微 提 升 溯 源 服 務 速 度 這 主 要 是 由 于 分 布 式 的 特 點 數 據 查 詢 效 率 要 高 于 區(qū) 塊 鏈 數 據 查 詢 效 率 結 論 本 研 究 應 用 密 碼 學 原 理 設 計 了 改 進 型 算 法 并 以 此 設 計 了 果 蔬 供 應 鏈 數 據 傳 輸 流 程 在 此 基 礎上 結 合 與 區(qū) 塊 鏈 技 術 設 計 了 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 在 進 行 實 際 應 用 及 測 試 后 改 進 型 算 法 可 以 實 現 物 聯 網 設 備 的 身 份 驗 證 保 障 了 系 統 的 安 全 性 果 蔬 供 應 鏈 數 據 傳 輸 流 程 可 以 改 善 物 聯 網 設 備 數 據 江 蘇 農 業(yè) 學 報 年 第 卷 第 期 不 同 試 驗 次 數 的 寫 入 耗 時 不 同 查 詢 次 數 的 查 詢 耗 時 圖 儲 存 查 詢 效 率 測 試 處 理 傳 輸 能 力 不 足 的 問 題 提 高 數 據 傳 輸 的 高 效 性 利 用 鏈 下存 儲 采 集 數 據 區(qū) 塊 鏈 網 絡 鏈 上 存 儲 哈 希 可 以 提 高 區(qū) 塊 鏈 存 儲 空 間 利 用 率 三 者 結 合 可 以 滿 足 果 蔬 供 應 鏈 數 據 安 全 性 傳 輸 存 儲 的 需 求 在 進 行 系 統 測 試 后 本 系 統 供 應 鏈 數 據 存 儲 時 間 為 數 據 查 詢 時 間 為 可 以 提 供 高 效 溯 源 服 務 可 為 果 蔬 供 應 鏈 溯 源 系 統 設 計 提 供 參 考 參 考 文 獻 孫 海 霞 張 淑 娟 薛 建 新 等 基 于 光 譜 和 成 像 技 術 的 果 蔬 質 量 檢 測 研 究 進 展 光 譜 學 與 光 譜 分 析 王 祖 良 郭 建 新 張 婷 等 農 產 品 質 量 溯 源 標 簽 批 量 識 別 農 業(yè) 工 程 學 報 楊 信 廷 王 明 亭 徐 大 明 等 基 于 區(qū) 塊 鏈 的 農 產 品 追 溯 系 統 信 息 存 儲 模 型 與 查 詢 方 法 農 業(yè) 工 程 學 報 弋 偉 國 何 建 國 劉 貴 珊 等 區(qū) 塊 鏈 增 強 果 蔬 質 量 追 溯 可 信 度 方 法 研 究 與 系 統 實 現 農 業(yè) 機 械 學 報 張 新 彭 祥 貞 許 繼 平 等 基 于 區(qū) 塊 鏈 智 能 合 約 的 稻 米 供 應 鏈 動 態(tài) 監(jiān) 管 模 型 農 業(yè) 機 械 學 報 于 華 竟 徐 大 明 羅 娜 等 雜 糧 供 應 鏈 區(qū) 塊 鏈 多 鏈 追 溯 監(jiān) 管 模 型 設 計 農 業(yè) 工 程 學 報 許 繼 平 王 健 張 新 等 區(qū) 塊 鏈 驅 動 的 稻 米 供 應 鏈 信 息 監(jiān) 管 模 型 研 究 農 業(yè) 機 械 學 報 于 合 龍 陳 邦 越 徐 大 明 等 基 于 區(qū) 塊 鏈 的 水 稻 供 應 鏈 溯 源 信 息 保 護 模 型 研 究 農 業(yè) 機 械 學 報 王 志 鏵 柳 平 增 宋 成 寶 等 基 于 區(qū) 塊 鏈 的 農 產 品 柔 性 可 信 溯 源 系 統 研 究 計 算 機 工 程 于 合 龍 陳 邦 越 徐 大 明 等 基 于 區(qū) 塊 鏈 的 水 稻 供 應 鏈 溯 源 信 息 保 護 模 型 研 究 農 業(yè) 機 械 學 報 邵 奇 峰 金 澈 清 張 召 等 區(qū) 塊 鏈 技 術 架 構 及 進 展 計 算 機 學 報 夏 清 竇 文 生 郭 凱 文 等 區(qū) 塊 鏈 共 識 協 議 綜 述 軟 件 學 報 任 艷 麗 徐 丹 婷 張 新 鵬 等 可 修 改 的 區(qū) 塊 鏈 方 案 軟 件 學 報 尤 瑤 孔 蘭 菊 肖 宗 水 等 一 種 支 持 區(qū) 塊 鏈 交 易 溯 源 的 混 合 索 引 機 制 計 算 機 集 成 制 造 系 統 劉 漢 卿 阮 娜 區(qū) 塊 鏈 中 攻 擊 方 式 的 研 究 計 算 機 學 報 杜 飛 飛 張 德 學 王 佃 濤 等 算 法 優(yōu) 化 及 實 現 小 型 微 型 計 算 機 系 統 劉 勇 陳 宇 陳 鐘 對 稱 密 碼 算 法 的 性 能 優(yōu) 化 北 京 大 學 學 報 自 然 科 學 版 薛 一 鳴 劉 樹 榮 郭 書 恒 等 高 速 驗 簽 算 法 硬 件 架 構 的 設 計 與 實 現 通 信 學 報 劉 宗 斌 荊 繼 武 夏 魯 寧 算 法 的 硬 件 實 現 研 究 計 算 機 學 報 許 文 龍 王 奕 陳 佐 等 高 性 能 算 法 研 究 及 其 實 現 計 算 機 應 用 研 究 責 任 編 輯 陳 海 霞 伍 德 倫 等 基 于 身 份 驗 證 的 果 蔬 區(qū) 塊 鏈 信 息 存 儲 溯 源 模 型 設 計