刘锦鸣
摘要：目前，国内食品质量安全管理体系存在信息不一致、数据易伪造、消费者信心缺失等问题。文章剖析了中国目前食品安全追溯系统管理体系的现况，并结合区块链技术和食品安全追溯的特性，提出了基于区块链技术的食品安全追溯系统的构建方案。关键词：食品安全；区块链；溯源系统中图分类号：TN929.5 作者简介：刘锦鸣（1988—），男，广东广州人，硕士，研究方向为系统开发框架研究。
0 引言
伴随着社会经济的发展，消费者对食品类的要求已发生了改变，更倾向于质量安全，尤其是在新冠疫情大背景下，食品安全问题时刻提醒着我们。然而，市场中滥竽充数的农产品随处可见。因为缺乏食品的统一判断规范，人们对销售市场上的食品可靠性无法进行判定。
随着食品行业的精细化管理、环节的增多，常规的质量管理溯源平台已经满足不了现实要求［1］。现有的大部分溯源系统都是基于集中式的数据存储技术，一般只可追溯到生产企业。但消费者所关注的生产信息存在缺失情况，有少数企业掌控了有价值的信息，通过选择性公开、篡改信息等行为造成了信息的不对称，以及缺乏完善的管理体系，使得食品安全事故时有发生。
区块链是一种分布式记账技术，旨在欠缺信任中心机构管理情况下，从分布式网络节点到共识，形成一个共享数据库。其分布式的共识机制、传输及不可篡改的存储、公开透明的数据，能够提高信息可信度，并增加透明度。
本文将讨论基于区块链技术的食品安全追溯系统的整体设计，将区块链应用技术和食品安全紧密结合，为该行业搭建一个可追溯的架构系统，以提升食品安全的可信度［2］。
1 区块链技术
区块链技术，指由多节点相互维护，并应用密
码学相关算法确保其运作的安全性。它是一个共享资源数据库，其信息具备全过程保留记录、不能伪造且公开化等特点。
1.1 区块链的核心技术
1.1.1 分布式存储
分布式存储指的是一种独特的系统架构类型。这类构架是由一组相互协调的多节点的计算机网络组成。数据库是分布式的数据库，每个信息的副本都会保存在区块链中所有参与者的本地数据库。
1.1.2 共识机制
共识机制，指在短时间内通过节点的相互协调，对交易进行判定和确认的一种机制。一个交易，如果多节点对此达成了共识，那么可以认为这次操作是有效的，对此信任机制得到建立并得到认可。
1.1.3 智能合约
智能合约，无须第三方机构参与，利用拟定的程序算法替代人仲裁和执行合同。类似于常规合同的规则先定好，由机器在指定时间自动去执行的技术。从总体上看，智能合约是“去中心化”理念的重要一环。
1.1.4 密码学
一种特殊的加密、解密技术，起到了维护数据安全和数据证明的作用。密码学主要功能包括：防止数据被不该知道的人知道、让他人可以验证数据的真实性。密码学为区块链数据不可伪造、不可篡改、可公开验证和隐私保护提供了基础保障。
1.2 区块链的特征
1.2.1 去中心化
区块链技术应用分布式技术，任何节点都是平等的，不存在硬件中心化、数据库中心化、机构中心化，所有的数据都由区块链中的节点共同维护。
1.2.2 信息不可篡改
在区块链的账本中，没有“修改”的概念，只有“修正”的概念，即通过被认同的操作来对“错误”的账本进行修正记录。因此，全部操作都将记录在账本中，做到有迹可循。
1.2.3 可溯源性
区块链的存储是基于一个个的区块进行数据记录，而每一个区块又带有前一个区块的Hash值，一个接一个的Hash值对应的区块连接起来就形成了区块链。
便于数据的查询也是可溯源性的特点，因为这个区块是有唯一标识的。如往数据库里面去查询数据，
传统方式是利用相关算法去分块查，而区块链网络是以时间节点来查该时间段的区块来寻址，更为便捷。
1.2.4 自治性
区块链由最初拟定的规则进行自我维护，整套技术公开透明，不存在中心节点，所有的节点都遵守规则进行自由交易和数据记录。不存在第三方机构干涉，具有多节点共同维护的特性。
2 区块链食品质量安全追溯体系的优势
区块链技术的溯源系统具有多方面的优势。
第一，数据的可靠性。区块链的所有数据都会即时更新，并存储在各个节点数据库中。在此安全溯源的系统下，多节点共同维护数据不可伪造，使得溯源信息更具有可靠性。
第二，大数据分析有效性。区块链技术确保了数据的真实性、客观性，使得大数据分析结果更具有说服力。
第三，信用机制的建立。基于区块链的多节点共同维护、数据公开透明的特点。实现了食品“责任主体有备案、主体责任可追溯、监管信息可共享”的管理理念。尤其在疫情的大背景下，农产品的溯源信息，增强了人们对食品安全的质量信心。3 区块链食品溯源系统的构建
3.1 系统体系架构设计
为了解决食品安全溯源问题，结合农产品的种植、生产、物流、营销等特点，构建数字化追溯系统，将食品追溯系统划分为物理层、数据层、网络层、服务层与应用层。
物理层：包含用于对不同批次农产品进行标示并记录数据的RFID读写设备、二维码打印及读取等设备。网关、路由器、服务器等网络硬件设备。
数据层：主要包含通过物理层设备提取到的产品基本数据、生产加工数据、物流配送数据和销售数据。
网络层：含有用于对采集的数据及控制信息进行传输的子模块内网、无线网络和以太网。
服务层：提供管理人员使用的管理模块，主要包括对供应链进行管理的种植、生产及物流管理模块，同时可根据企业运营状况进行企业管理与营销管理。
应用层：多个管理模块组合应用，满足企业更高层次的业务需求。其中应用软件还包括PC端应用、H5应用。PC端应用：可用于企业查看产品生产、物流信息，并根据反馈数据对用户行为进行分析，分析结果以统计分析图、列表等多样化形式进行展示；H5应用：通过扫码向消费者了解整个产品的生命周期，用户可直接在页面进行信息反馈。详情见图1。
3.2 系统技术架构设计
3.2.1 RFID技术
将RFID技术与区块链技术相结合，借助RFID 技术实现供应链上主体数据的自动化上传。利用后台逻辑处理，调用拟定的智能合约，实现整个供应链数据上链，做到公开透明、可追溯且不可篡改以及监管［3］。
3.2.2 消息队列
考虑到大量的数据录入、请求的高并发场景出现，系统将引入消息队列（MQ），利用消息队列的异步化处理对高并发场景进行削峰。
同时，消息队列削弱了服务之间的耦合性，不同的服务可以通过消息队列进行通信。
3.2.3 信息推送
系统考虑到物流等供应链的节点推送信息，引入了地图服务和短信服务。
3.2.4 数据存储
经过数据处理后，敏感重要数据将通过调用拟定
的智能合约推送到区块链，其余数据存入MongoDB、MySQL，并部署Redis 缓存数据。
食品安全溯源后台逻辑通过消息队列获取数据，并经过后台逻辑代码处理后，调用拟定的智能合约与区块链存储进行数据交互，最终完成核心数据的存储上链，而其余数据将存储在MongoDB 和MySQL 数据
图1 系统体系设计
服务器
网关数据库传感器RFID 设备以太网产品基本数据生产加工数据物流配送数据销售数据
子模块内网无线网络
种植管理生产管理物流管理企业管理营销管理
数字化营销
可视化追溯监控与预警供应链管理应用层服务层网络层数据层物理层
图2 系统技术架构设计
录入
小程序
PC 管理端
App
前台展示
后台逻辑
负载均衡
数据接收服务netty
RabbitMQ 队列
拓展功能
短信下发
存储
redis
MySQL 数据库
MongoDB
区块链存储
智能合约
服务
高德地图
传感器数据
食品公司
存入区块链
读取区块链数据
溯源平台后端 溯源平台后端 数据推送服务Tracing System Service
Tracing System Service
Data Send Service
库中［4］。
3.2.5 大数据分析
区块链技术和RFID 特性确保数据不可伪造，并具有真实性和有效性。同时为精准营销和产业优化做铺垫。
3.2.6 追溯展示
消费者可以通过智能手机应用程序扫描产品二维码，查看全流程节点数据，从种植、生产、物流到销售各个环节，保证产品来源的可靠性。
系统技术架构设计详情见图2。客流统计系统方案
3.3 系统功能模块设计
3.3.1 种植模块
种植模块包括：种植信息管理模块、仓储管理。其中，种植信息管理包括：种植基地信息、选种信息；仓储管理包括：种植作业信息、仓储基本信息、仓储情况信息。
3.3.2 生产模块
生产模块包括：企业管理、采购管理、产品管理、仓储管理、防伪码管理、流程记录管理。其中，企业管理包括：企业基本信息、证书管理；流程记录管理包括：流程类别管理、录入流程记录。
3.3.3 物流模块
物流模块包括：企业管理、运输信息管理、设备管理。其中，运输信息管理包括：物流全程信息、配送信息设备管理（设备注册、设备验证）。
3.3.4 营销模块
营销模块包括：店铺主体管理、商品库存管理、营销数据分析。其中，营销数据分析包括：营销地区分布、扫码地区分布、扫码位置分布、扫码时间的分布、扫码行为的分析。
3.3.5 消费者模块
消费者模块包括：溯源信息管理、反馈信息管理。其中，溯源信息管理包括：产品信息追溯、溯源查询明细。
系统功能模块设计详情见图3。
3.4 智能合约设计方
智能合约在无须第三方管理下，利用拟定程序算法替代人仲裁和执行合同。主要用于产品的唯一标识数据以及流转过程中的节点信息存储，保证告警数据上链后不可篡改，利用区块链的数据记录，进行溯源，保证产品从生产—加工—运输等环节信息可以在用户端通过扫码获取。
合约采用KEY -VALUE 数据结构，存储应用数据，数据经过上层后台应用，通过公钥完成加密，调用智能合约进行数据上链，通过接口获取数据后，使用相应私钥完成解密，获取数据内容，保证数据安全性［5］。
4 结论
本文旨在分析当前农产品质量安全体系现况，提出了基于区块链应用技术的食品安全追溯系统的方案设计，对食品的全流程进行数据记录。通过去中心
（下转第109页）
图3 系统功能模块设计
QDFILM
种植基地信息
选种信息
种植作业信息仓储基本信息仓储情况信息企业基本信息
证书管理
流程类别管理录入流程记录物流全程信息
配送信息设备注册设备验证
营销地区分布扫码地区分布扫码位置分布扫码时间分布扫码行为分布产品信息追溯溯源查询明细
防近视笔
溯源信息管理
反馈信息管理营销数据分析商品库存管理店铺主体管理设备管理
运输信息管理
企业管理
流程记录管理
防伪码管理
爆破片仓储管理
仓储管理种植信息管理
种植模块生产模块物流模块溯源系统业务架构
营销模块消费者模块
产品管理采购管理企业管理马铃薯馒头
发行杂志社采稿刊发后的相关信息填写，包括论文期刊名称、论文卷号、页码范围、论文版面费、发表时间等信息，这些信息将直接被本单位综合研究平台查询应用。
“统计报表”实现各基层单位论文送审、发表等统计报表。
“打印”实现流程流转结束后，打印本单位论文管理规范对应的对外信息审核表。
3 应用效果
运用.NETframeWork开发平台、IIS网站搭建技术[2]，运用OracleHelper访问、操作数据库，运用自定义的getProjectList、InsertNewAchive等对象语句承担表现层与数据访问层间数据处理、传递，共编写约3万行语句和9个模块。
上线后的论文管理系统界面简洁、操作简单。论文作者录入论文信息，上传文档、发起审查流程，经“申请单位”“归口管理单位”3个岗位角、“党政办公室”“分管领导”6个流程节点完成在线文档或下载审查，作者就可以向公开发表杂志社投稿了。论文审批流程总体效率提升100%，即由以前的3天缩短到1.5天。
论文一经刊发，作者再录入最终刊发论文的相关具体信息，其他用户（如组织人事部）查询本单位员工论文投稿、刊发统计情况，以此作为员工技术职位考核依据，不再额外需要以前传统人工收集、核对论文刊发材料的时间。
4 结语
科研单位每年都有科技论文外发投稿，以扩大行业学术水平影响力，也能反映科研工作人员的科技论文写作水平。为解决科研单位传统论文纸质管理、审批流程效率低下、论文刊发信息不能网上共享推送给人才管理岗位利用等问题，充分运用成熟的软件开发技术，通过需求分析，基于MVC建立三层技术模式的系统架构，结合IIS网站搭建技术，经软件研发、功能性能测试，论文交流管理系统在功能、性能上满足需求，简单、高效，论文信息被其他角共享利用。
参考文献
［1］Adam Freeman.精通ASP.NET MVC5 [M].张成彬，等译.北京：人民邮电出版社，2016.
［2］李争. 微软互联网信息服务（IIS）最佳实践 [M].北京：清华大学出版社，2016.
（上接第81页）
化、防伪造的特点进行数据存储，确保了数据的安全可靠。
基于区块链的溯源系统以每个产品作为溯源对象，能够对其生产、加工以及采摘后流通环节进行全程的数据记录。利用区块链系统去中心化、不可篡改的特点将数据进行存储，保证数据的可靠性。此外，提高了人们对食品安全的信任度。
参考文献艾叶提取物
［1］刘宗媛，刘曦子.区块链在溯源领域的应用［J］.网络空间安全，2019（11）：7-14.
［2］柳祺祺，夏春萍.基于区块链技术的农产品质量溯源系统构建［J］.高技术通讯，2019（3）：240-248.
［3］李明佳，汪登，曾小珊，等.基于区块链的食品安全溯源体系设计［J］.食品科学，2019（3）：279-285.
［4］张延华，杨兆鑫，杨睿哲，等.基于区块链的农产品溯源系统［J］.
情报工程，2018，4（3）：4-13.
［5］张利，童舟.基于区块链技术的农产品溯源体系研究［J］.江苏农业科学，2019（13）：245-249.
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