一种基于区块链的农产品溯源系统及其工作方法与流程

本发明属于涉及农产品溯源技术，具体涉及一种基于区块链的农产品溯源系统及其工作方法。

背景技术：

近年来，由于食品质量安全问题频繁发生，特别是毒奶粉、瘦肉精、高毒农药蔬菜、违禁药物污染水产苗种等事件接连发生，严重威胁人民群众的身体健康和生命安全，给国家造成了巨大的经济损失。食品质量安全问题已成为世界各国最为关注的话题之一。对食品进行有效溯源，寻找问题食品的来源，从根本上解决问题食品，从而减少食品质量安全问题的发生。

传统溯源技术依靠销售后打印带有条码的小票作为依据，亦存在菜市场等环境恶劣条件下，故障频生，且纸质小票容易破损、字迹消失、丢失、维护工作量大，难以实现溯源，同时购买者购买前的知情权无法实现。

20世纪90年代以来，信息科技经历了计算机、互联网、物联网三大浪潮，进入“三网（新一代的互联网、宽带电信网、数字电视网）融合”时却遇到了条块分割阻力，但是新一代的互联网已与宽带电信网紧密融合，接着大数据、云计算浪潮接踵而来。从2015年开始，区块链技术成为新的浪潮。区块链可以优化业务流程，降低信用成本，提升协同效率，充分体现共享经济“共商、共享、共建”的特性。

作为能够实现数据一致存储、不可篡改、无法抵赖的技术体系，区块链在网络中建立点对点之间可靠的信任，使得价值传递过程去除了中介的干扰，提高价值交互的效率并降低成本，成为构建价值互联网的基石。“区块链能够实现信息共享与保护隐私、共同决策与保护个体利益的双赢。”

二维码自出现以来，在支付领域的应用越来越广泛，而且随着我国it技术的快速发展以及电子商务的快速推进，推动了智能手机、平板电脑等移动终端的快速普及，这为二维码支付的普及提供了坚实的应用基础。现有技术中，有很多将二维码运用到溯源领域的案例，如下所述：

专利号cn107220836a提出了一种基于二维码的区块链物流溯源跟踪防伪方法，其二维码包括有遮盖和无遮盖两部分，无遮盖的二维码由生产厂家激活后添加必要信息写入区块链，中间商通过扫码无遮盖二维码添加必要信息后写入区块链，最终用户刮开有遮盖的二维码通过区块链平台进行验证，同时相应二维码作废。该技术对于可标准化包装的产品是行之有效的，但应用与农产品溯源使用非常不方便。

专利号cn107657463a提出一种物品溯源平台和方法及装置，利用区块链技术针对若干区块链节点实现新创建物品属性的录入，而每个节点对应物品流通的一个主体，为物品分配唯一的溯源编码。这是典型的垂直管理模式，对于来源众多、复杂的农产品溯源来说，其部署及实现的难度极大，且维护及管理成本极高。

专利号cn107274198a提出了一种农产品双向溯源方法，一方面完成从生产者、分销商到摊主的追溯码传递，另一方面在摊主完成销售时打印追溯码给消费者，消费者通过扫描追溯码实现溯源。但未提及如何解决产品从生产者、分销商到摊主的过程中随着商品的分拆及分拣，如何实现溯源码与商品的一一对应，且中间过程并无监控，若存在有人造假现象，整个溯源也就失效了，溯源过程处于失控状态。

专利号cn107392625提出了一种基于区块链的分布式药品溯源方法及装置，利用区块链技术实现从生产商到消费者的溯源，但未积极如何应对商品标签的造假带来的溯源失效问题。

目前的农产品溯源技术，主要依靠二维码技术，多采用从源头开始垂直溯源的方法，按销售链条追踪，形成一个喇叭状的追踪过程，但随着农产品覆盖面的扩大，如果中间环节不配合或技术上无法配合，就会形成追踪失效的现象；尤其是，在农产品的零售过程，农产品多以散装形式销售且来源复杂，为物品分配唯一的溯源编码，部署难度大，不具备实现条件。

由上可见，目前在农产品溯源领域，还存在很大的改进空间。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于区块链的农产品溯源系统及其工作方法，以解决背景技术中所提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于区块链的农产品溯源系统，其特征在于，包括购买方移动终端、二维码生成及显示装置、聚合网关、第三方支付平台、区块链服务器及数据服务客户端，所述二维码生成及显示装置包括触控输入装置和客屏显示装置；所述二维码生成及显示装置预装可离线/在线运行的商品销售应用软件，用于生成动态二维码，所述二维码生成及显示装置具有唯一识别号；所述触控输入装置用于选择所销售的商品；所述客屏显示装置用于显示商品的销售金额、商品销售软件所生成的动态二维码及支付成功与否的信息；所述聚合网关用于认证二维码生成及显示装置的合法性、向第三方支付平台发起支付请求、监控交易结果及传输交易数据；所述区块链服务器用于数据预处理、数据存储；所述购买方移动终端用于扫描动态二维码、查看该动态二维码所相对的农产品来源信息及快速检测信息；所述第三方支付平台用于完成购买方移动终端的购买方支付账户与商户收款账户之间的安全交互支付；所述数据服务客户端与区块链服务器的分布式账本进行通信。

本发明还提供一种基于区块链的农产品溯源系统的工作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

s1、在各菜市场、批发市场、农产品生产基地部署二维码生成及显示装置，并基于二维码生成及显示装置开通对应商户的电子结算业务；对二维码生成及显示装置进行初始化过程；在ibmbluemix平台分别建立对应农产品生产基地、批发市场、菜市场的三个区块链节点服务器；

s2、商户通过触控操作界面选择所销售的商品，通过商品销售应用软件中预设好的单价或现场设置单价计算出单个商品的销售金额，并进行多个商品的销售金额累加操作，在商户选择结算功能后，二维码生成及显示装置自动生成动态二维码并将动态二维码显示在客屏显示装置上，所述动态二维码至少包含结算金额、二维码生成及显示装置的唯一识别号及聚合网关的ip地址或域名信息；

s3、购买方通过带有二维码识别功能的购买方移动终端中的第三方支付软件扫描动态二维码后向聚合网关发起支付请求，所述支付请求的信息中至少包含二维码生成及显示装置的唯一识别号及收款金额信息；

s4、聚合网关接收到购买方的支付请求时，根据支付请求发送的信息认证二维码生成及显示装置的合法性，认证通过后，根据二维码生成及显示装置的唯一识别号检索查询以获取二维码生成及显示装置对应的商户信息，将商户信息、购买方使用的客户端程序信息、收款金额的支付请求按照相应第三方支付接入的格式向第三方支付平台发起支付请求，第三方支付平台响应请求；

s5、购买方确认支付，第三方支付平台与购买方直接完成支付所需的交互；

s6、第三方支付平台将支付成功与否的结果分别反馈给聚合网关及购买方，聚合网关再将支付结果反馈至二维码生成及显示装置进行相应提示以完成整个支付流程；

s7、二维码生成及显示装置按照ibm的mqtt协议将交易数据上传至聚合网关，聚合网关存储购买确认和/或交易记录并触发智能合约；利用基于node-red的数据分析引擎进行买卖关系比对，将可以形成从生产基地和/或批发市场和/或菜市场到购买者链条的交易记录组合起来，按照约定的加密规则将相应交易数据基于接近度和一致意见的交互规则以点到点的通信方式存储至区块链服务器中的所有节点，以实现分布式账本存储；

s8、数据服务客户端通过ibm的hfcsdk及restapi与区块链服务器的分布式账本进行通信，以直接或通过社交网络平台方式实现面向不同需求的数据服务。

进一步的，所述二维码生成及显示装置的初始化过程，包括以下步骤：a.二维码生成及显示装置的唯一识别号烧录；b.在聚合网关登记注册二维码生成及显示装置的唯一识别号；c.为二维码生成及显示装置匹配对应的商户收款账户；d.二维码生成及显示装置通过互联网连至聚合网关。

进一步的，所述社交网络平台包括微信公众号或支付宝生活号中的一种或两种。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

(1)本发明提出基于本地（离线）生成溯源动态二维码及电子结算的新的溯源方法及体系，首先实现面向菜市场、批发市场、农产品生产基地的二维码生成及显示装置的部署，并基于二维码生成及显示装置开通对应商户的电子结算业务，然后在此基础上生成针对每次交易的本地（离线）溯源动态二维码作为溯源依据，由聚合网关的数据分析引擎自动分析买卖关系形成溯源链条，在购买方完成电子结算后将溯源动态二维码推送至二维码生成及显示装置及购买方移动终端作为农产品溯源的入口，实现购买前及购买后的溯源信息查询，提供更加准确、可靠的农产品溯源服务。

(2)本发明基于区块链的点到点通信机制、分布式存储、智能合约技术，根据农产品溯源链条中的不同角色形成区块链的相应节点，向购买方及商户等需求方提供不可篡改的数据服务。

附图说明

图1为本发明的一种基于区块链的农产品溯源系统的结构关系示意图；

图2为本发明的一种基于区块链的农产品溯源系统的系统架构图；

图3为本发明的一种基于区块链的农产品溯源系统在聚合支付过程的系统数据流图；

图4为本发明的商品销售应用软件（pos）功能图；

图5为本发明的聚合网关的流程图；

图6为本发明的农产品溯源流程图。

附图标记说明：

1、购买方移动终端；2、二维码生成及显示装置；3、聚合网关；4、第三方支付平台；5、区块链服务器；6、数据服务客户端。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2和图3所示，一种基于区块链的农产品溯源系统，包括购买方移动终端1、二维码生成及显示装置2、聚合网关3、第三方支付平台4、区块链服务器5及数据服务客户端6，所述二维码生成及显示装置2包括触控输入装置和客屏显示装置；所述二维码生成及显示装置2预装可离线/在线运行的商品销售应用软件，用于生成动态二维码，所述二维码生成及显示装置2具有唯一识别号；所述触控输入装置用于选择所销售的商品；所述客屏显示装置用于显示商品的销售金额、商品销售软件所生成的动态二维码及支付成功与否的信息；所述聚合网关3用于认证二维码生成及显示装置2的合法性、向第三方支付平4台发起支付请求、监控交易结果及传输交易数据；所述区块链服务器5用于数据预处理、数据存储；所述区块链服务器5存储有智能合约程序；所述购买方移动终端1用于扫描动态二维码、查看该动态二维码所相对的农产品来源信息及快速检测信息；所述第三方支付平台4用于完成购买方移动终端1的购买方支付账户、二维码生成及显示装置2所对应的商户收款账户之间的安全交互支付；所述数据服务客户端6与区块链服务器5的分布式账本进行通信。其中，所述二维码生成及显示装置2具备显示功能和触控输入功能；购买方移动终端1通过扫描电子秤所生成的动态二维码进行支付。

本发明还提供了一种基于区块链的农产品溯源系统的工作方法，具体包括以下步骤：

s1、在各菜市场、批发市场、农产品生产基地部署二维码生成及显示装置2，并基于二维码生成及显示装置2开通对应商户的电子结算业务；对二维码生成及显示装置2进行初始化过程；在农产品溯源系统使用之前，还包括二维码生成及显示装置2的初始化过程，包括以下步骤：a.二维码生成及显示装置2的唯一识别号烧录；b.在聚合网关登记注册二维码生成及显示装置2的唯一识别号；c.为二维码生成及显示装置2匹配对应的商户收款账户；d.二维码生成及显示装置2通过互联网连至聚合网关。在ibmbluemix平台分别建立对应农产品生产基地、批发市场、菜市场的三个区块链节点服务器。

s2、购买方或商户通过触控操作界面选择所销售的商品，通过商品销售应用软件中预设好的单价或现场设置单价计算出单个商品的销售金额，并进行多个商品的销售金额累加操作，在商户选择结算功能后，二维码生成及显示装置2自动生成动态二维码并将动态二维码显示在客屏显示装置上，所述动态二维码至少包含结算金额、二维码生成及显示装置的唯一识别号及聚合网关的ip地址或域名信息。

s3、购买方通过带有二维码识别功能的购买方移动终端1中的第三方支付软件扫描动态二维码后向聚合网关3发起支付请求，所述支付请求的信息中至少包含二维码生成及显示装置的唯一识别号及收款金额信息。

s4、聚合网关3接收到购买方的支付请求时，根据支付请求发送的信息认证二维码生成及显示装置2的合法性，认证通过后，根据二维码生成及显示装置2的唯一识别号检索查询以获取二维码生成及显示装置对应的商户信息，将商户信息、购买方使用的客户端程序信息、收款金额的支付请求按照相应第三方支付接入的格式向第三方支付平台4发起支付请求，第三方支付平台4响应请求；

s5、第三方支付平台4与购买方直接完成支付所需的交互。第三方支付平台与商户之间的交互与现行的交互方式一致，不作为本发明的保护重点，故在此不做说明。

s6、第三方支付平台4将支付成功与否的结果分别反馈给聚合网关3及购买方，聚合网关3再将支付结果反馈至二维码生成及显示装置2进行相应提示以完成整个支付流程。

s7、二维码生成及显示装置2按照ibm的mqtt协议将交易数据上传至聚合网关3，聚合网关3存储购买确认和/或交易记录并触发智能合约；利用基于node-red的数据分析引擎进行买卖关系比对，将可以形成从生产基地和/或批发市场和/或菜市场到购买者链条的交易记录组合起来，按照约定的加密规则将相应交易数据基于接近度（物理、社交或时间）和一致意见的交互规则以点到点的通信方式存储至区块链服务器5中的所有节点，以实现分布式账本存储。聚合网关3的数据分析引擎根据交易数据，可以分析汇总出相应的买卖关系，并触发区块链服务器的智能合约将分析自动形成的从农产品生产基地到批发市场、菜市场及普通消费者的溯源链条交易数据按照加密形式存储，并利用区块链分布式存储、数据不可篡改的特性保证溯源数据服务的真实、可靠，从而实现农产品来源可查、去向可追、责任可究。

s8、数据服务客户端6通过ibm的hfcsdk及restapi与区块链服务器的5分布式账本进行通信，以直接或通过社交网络平台方式实现面向不同需求的数据服务。所述社交网络平台包括微信公众号或支付宝生活号中的一种或两种。

本发明中二维码生成及显示装置2功能的实现过程：二维码生成及显示装置2使用android终端运行商品销售应用软件（pos），并可以离线为每笔订单生成动态二维码。二维码包含以下信息：聚合网关地址、二维码生成及显示装置的唯一识别号eid、交易金额amount、商户订单号orderid、订单内容信息、签名信息，以实现计价、二维码收银的操作，另外，商品销售应用软件（pos）还提供数据储存、管理和分析等的功能；商品销售应用软件（pos）的功能如图4所示。

本发明中聚合网关3的实现过程：聚合网关3主要用于认证二维码生成及显示装置2、向第三方支付平台发起支付请求、监控交易结果、传输交易数据。聚合网关的实现过程如图5所示。

①认证二维码生成及显示装置2

聚合网关3（payap）根据二维码生成及显示装置2生成的动态二维码所包含的信息认证二维码生成及显示装置2的合法性，认证通过后根据二维码生成及显示装置2的唯一识别号（eid）从区块链服务器5（blockchainserver）获取二维码生成及显示装置2对应的商户收款账户信息。

②向第三方支付平台4发起支付请求

聚合网关3（payap）根据购买方使用的第三方支付软件对应第三方支付平台要求的接入格式向第三方支付平台4发起含有商品名称（可选）、支付时间、收款金额的支付请求。

③监控交易结果

聚合网关3通过轮询机制向第三方支付平台4发送查询请求，查询订单交易结果并通过互联网传输到二维码生成及显示装置2。

④传输交易数据

聚合网关3通过xml报文向区块链服务器5传输每笔订单的基础交易数据。

本发明中智能合约的生成及农产品溯源：区块链服务器5的智能合约是由数据驱动的，运行在分布式账本之上的、且能够保管账本上资产的程序。

智能合约的生命周期如表1所示：

表1智能合约生命周期

首先利用restapi将编写好的智能合约进行登记，共识存储到区块链服务器5。当满足如表2所示的数据分析引擎根据买卖交易记录得出的农产品供应链条的结果条件时，触发智能合约的执行过程，以实现一次新的交易记录存储。合约执行是合约代码在独立的环境中运行的完整过程，包括对合约构造镜像环境、代码执行、执行代码中状态修改的共识以及共识的异常处理。之后对已经执行过的合约进行转存，清理，清理的过程需要所有节点共识之后才能完成。

表2交易数据结构

本发明中区块链服务器5实现及农产品溯源流程（生产基地到批发市场到菜市场到消费者的溯源实现）：

首先实现面向菜市场、批发市场、农产品生产基地的二维码生成及显示装置2的部署，并基于二维码生成及显示装置2开通对应商户的电子结算业务，针对二维码生成及显示装置2的交易/购买确认的数据采集，由聚合网关3的数据分析引擎自动分析买卖关系形成溯源链条。然后在ibmbluemix平台分别建立对应农产品生产基地、批发市场、菜市场的三个区块链节点服务器5，并按图6所示的流程实现农产品溯源。

在本实施例中，批发市场作为购买方，向农产品生产基地购买1000公斤的白菜为例，农产品生产基地通过其二维码生成及显示装置的触控输入装置进行商品销售的商品选择白菜、输入白菜单价，农产品生产基地的二维码生成及显示装置内部进行收款总金额计算，农产品生产基地的二维码生成及显示装置中的商品销售应用软件通过组合农产品生产基地的二维码生成及显示装置的唯一识别号及聚合网关的ip地址或域名生成包含上述信息的动态二维码，并将该动态二维码显示在客屏显示装置上；批发市场通过带有二维码识别功能的购买方移动终端，购买方移动终端1中的第三方支付软件扫描动态二维码后向聚合网关3发起支付请求，第三方支付平台4与购买方直接完成支付所需的交互；第三方支付平台4将支付成功与否的结果分别反馈给聚合网关3及批发市场的购买方移动终端，聚合网关3再将支付结果反馈至农产品生产基地的二维码生成及显示装置2进行相应提示以完成整个支付流程；农产品生产基地的二维码生成及显示装置2将交易数据上传至聚合网关3，聚合网关3存储购买确认和/或交易记录并触发智能合约；利用数据分析引擎进行买卖关系比对，将生产基地与批发市场的相应交易数据存储至区块链服务器5中的生产基地与批发市场交易所对应的节点。

当菜市场作为购买方，向批发市场购买100公斤的白菜时，批发市场通过其二维码生成及显示装置的触控输入装置进行商品销售的商品选择白菜、输入白菜单价，批发市场的二维码生成及显示装置内部进行收款总金额计算，批发市场的二维码生成及显示装置中的商品销售应用软件通过组合二维码生成及显示装置的唯一识别号及聚合网关的ip地址或域名生成包含上述信息的动态二维码，并将该动态二维码显示在客屏显示装置上；菜市场通过带有二维码识别功能的购买方移动终端，购买方移动终端1中的第三方支付软件扫描动态二维码后向聚合网关3发起支付请求，第三方支付平台4与购买方直接完成支付所需的交互；第三方支付平台4将支付成功与否的结果分别反馈给聚合网关3及菜市场的购买方移动终端，聚合网关3再将支付结果反馈至二维码生成及显示装置2进行相应提示以完成整个支付流程；批发市场的二维码生成及显示装置2将交易数据上传至聚合网关3，聚合网关3存储购买确认和/或交易记录并触发智能合约；利用数据分析引擎进行买卖关系比对，将批发市场与菜市场的相应交易数据存储至区块链服务器5中的菜市场与批发市场交易所对应的节点。

当消费者作为购买方，向菜市场购买2公斤的白菜时，菜市场通过其二维码生成及显示装置的触控输入装置进行商品销售的商品选择白菜、输入白菜单价，菜市场的二维码生成及显示装置内部进行收款总金额计算，菜市场的二维码生成及显示装置中的商品销售应用软件通过组合二维码生成及显示装置的唯一识别号及聚合网关的ip地址或域名生成包含上述信息的动态二维码，并将该动态二维码显示在客屏显示装置上；消费者通过带有二维码识别功能的购买方移动终端，购买方移动终端1中的第三方支付软件扫描动态二维码后向聚合网关3发起支付请求，第三方支付平台4与购买方直接完成支付所需的交互；第三方支付平台4将支付成功与否的结果分别反馈给聚合网关3及消费者的购买方移动终端，聚合网关3再将支付结果反馈至菜市场的二维码生成及显示装置2进行相应提示以完成整个支付流程；菜市场的二维码生成及显示装置2将交易数据上传至聚合网关3，聚合网关3存储购买确认和/或交易记录并触发智能合约；利用数据分析引擎进行买卖关系比对，将消费者与菜市场的相应交易数据存储至区块链服务器5中的菜市场与消费者交易所对应的节点。

数据服务客户端6与区块链服务器5的分布式账本进行通信，以直接或通过社交网络平台方式实现面向不同需求的数据服务。

本发明提出基于本地（离线）生成溯源动态二维码及电子结算的新的溯源方法及体系，首先实现面向菜市场、批发市场、农产品生产基地的二维码生成及显示装置2的部署，并基于二维码生成及显示装置2开通对应商户的电子结算业务，然后在此基础上生成针对每次交易的本地（离线）溯源动态二维码作为溯源依据，由聚合网关3的数据分析引擎自动分析买卖关系形成溯源链条，在购买方完成电子结算后将溯源动态二维码推送至二维码生成及显示装置2及购买方移动终端1作为农产品溯源的入口，实现购买前及购买后的溯源信息查询，提供更加准确、可靠的农产品溯源服务。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。