CN111401927A - 一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法 - Google Patents

Abstract

一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，采用公、私钥成对验证的商品标签唯一码信息区块链技术，生产流通链条中的某一件食品的前后级生产企业或者销售企业通过私钥与公钥成对验证的方法将食品标签唯一码信息区块衔接成副链，副链以及时间戳作为区块信息加入主链，实现主链、副链信息防伪造、防篡改、防重放，食品标签唯一码网络传播以及单件食品信息可以独立成链、快速溯源，使用者包括分别连接互联网的第三方机构、各级生产商、经销商以及消费者；第三方机构、各级生产商、经销商的服务器数据库中存储食品标签信息区块链账本，实时接收其他方发布的新的验证合法的数据并及时更新本地账本，并根据食品转移情况挂接新的数据块、发布新的区块链数据；消费者扫码时从多台企业服务器上获取、比较时间戳最新区块链，计算获得食品溯源信息链。

Description

一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯 源方法

技术领域

本发明属于商品流通防伪、溯源技术领域，特别是涉及一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法。

背景技术

食品安全问题关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，假冒伪劣商品严重损害正品商家品牌信誉和经济利益。随着产品流通日益发达、生产分工日益细化，流通链条前向追溯愈发难以实现，假冒伪劣、跨区销售等违法违规行为愈发难以辨别与遏制。传统防伪、溯源技术包括二维码、条形码、监管码、合格证等防伪标识以及二维码附加涂层、刮开扫码等措施，都无法从根本上解决通过复制、伪造、转移防伪标识等手段进行原产地伪造、流通环节伪造以及假冒伪劣产品等问题。近年来，丹麦航运巨头马士基、国内京东集团等公司尝试采用区块链去中心化、分布式记账以及时间戳等技术，增强商品标签信息不可篡改能力。

例如：申请号为201710335735.3，申请日为2017年05月12日，专利名称为一种基于区块链的防伪追踪验证方法及使用该方法的装置，包括如下步骤：S1，买方向卖方发起购买请求并同时向卖方发送买方公钥；S2，卖方用卖方私钥对买方公钥及数据信息进行签名形成防伪标签，并将防伪标签录入到区块链；S3，卖方将货物随同防伪标签一并发送给买方；S4，买家收到货物后，验证货物的真伪；申请号为201810188411.6，申请日为2018年03月07日，专利名称为基于区块链的资产溯源方法、装置、电子设备、存储介质，基于区块链的资产溯源方法，包括：接收资产的资产标识；确定关联所述资产的抽象查询模式图；基于所述抽象查询模式图根据关联所述资产标识的业务模型生成查询模式图；以及根据所述查询模式图从设置在所述区块链链内的溯源数据库中查询关联所述资产标识的溯源数据；申请号为201710281043.5，申请日为2017年04月26日，专利名称为一种农资物流防伪追溯***及方法属于信息服务技术领域，***包括防伪标签、防伪识读机、服务器和供应商卡，所述防伪标签固定安装在农资包装袋的封口处；所述防伪识读机与服务器通过网络数据传输连接，防伪识读机识读防伪标签和供应商卡；所述供应商卡为便携式信息卡。

但源自于比特币的区块链技术需依赖极大量“挖扩者”的强大运算能力，才能确保正确数据链为最长链，方可提供理论上的最长链不可伪造，导致商品信息区块添加进链以及信息溯源验证等运算都必须要具有强大计算能力，为各级生产商、销售商带来硬件负担，也难以实现消费者手持设备实时进行商品流通溯源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，采用公、私钥成对验证的商品标签唯一码信息区块链技术，生产流通链条中的某一件食品的前后级生产企业或者销售企业通过私钥与公钥成对验证的方法将食品标签唯一码信息区块衔接成副链，副链以及时间戳作为区块信息加入主链，实现主链、副链信息防伪造、防篡改、防重放。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，使用者包括第三方机构、各级生产商、经销商以及消费者，分别连接互联网；第三方机构、各级生产商、经销商的服务器数据库中存储食品标签信息区块链账本，实时接收其他方发布的新的验证合法的数据并及时更新本地账本，并根据食品转移情况挂接新的数据块、发布新的区块链数据；消费者扫码时从多台企业服务器上获取、比较时间戳最新的区块链，计算获得食品溯源信息链。

进一步说，上述方法采用主、副链结构，

（1）主链：包括前一节点区块HASH值、当前节点区块信息以及当前节点区块信息和前一节点区块HASH值计算产生的HASH值；当前节点区块信息包括时间戳、时间戳的发送方固有私钥签名、唯一码数组、唯一码数组发送方信息、唯一码数组接收方信息；相邻节点HASH值确保该主链任一节点的区块信息不可修改或伪造；

（2）副链：主链节点区块信息的唯一码数组中的一条唯一码按照其流转顺序构成一条副链，副链中的唯一码流经各级生产商、经销商；副链包括唯一码数据、该唯一码当前转发方临时生成的一次性私钥与时间戳经该转发方固有私钥签名和接收方公钥加密后数据、当前转发方临时生成一次性私钥对应的一次性公钥以及该副链上一节点唯一码转发方临时生成的一次性私钥，以及发送方信息。

进一步说，所述副链中的唯一码信息由第三方机构生成并对其进行私钥签名，各级生产商、经销商以及消费者可利用第三方机构公钥验证唯一码真实性；

副链相邻节点以该节点当前转发方生成的公、私钥密码对衔接，并经当前转发方固有私钥签名，可防止转发方非法一码多用问题；

副链中只有接收方才能解密获得前一节点私钥并验证转发方身份，在继续转发该唯一码时将该私钥添加到当前节点信息中，实现与前一节点挂接；

副链首节点为第三方机构将唯一码信息通过网络广播发布给某生产企业，任何伪造的副链节点即使根据主链生成规则添加到主链中，也无法实现副链节点衔接，即该伪造副链无法向前追溯形成完整的食品流转企业信息链；

大量企业参与生成副链并添加到主链，且每一企业与其他多方企业都可能发生唯一码转移关系，经验证合法的副链与唯一码确保了合法主链的唯一性；

副链节点中信息包含发送方私钥加密、接收方公钥加密的时间戳，该信息一经添加到主链后，无论发送方与接收方都无法更改；

构造副链时，以时间戳中时间靠前的节点作为合法节点，恶意复制或伪造副链中某节点信息并在主链中重复发出的，将被抛弃，实现防重放攻击。

进一步说，所述主链可分叉，副链不会产生分叉，主链分叉上的块信息在通过副链衔接验证合法后也将是有效的，各级生产商、供应商按照最高安全性原则将选择在所检索到的最长主链上挂接新生成的块信息；

所述主链可分叉是由于可能存在多个企业生成新的块数据后同时向主链挂接造成的，这种分叉的特点是短分叉、小分叉，主链将始终在一个方向上延伸；

所述副链不会产生分叉是指按照前述时间戳时间靠前原则及公钥、私钥成对验证衔接原则，副链是一条前后节点一对一衔接的链条。

进一步说，所述唯一码由第三方机构生成，信息内容包括食品类别编码与时间戳的第三方机构私钥签名信息以及食品类别编码与时间戳的MD5摘要信息，所述第三方机构是指政府授权或社会公信的机构，采用MD5信息摘要算法对食品类别编码和时间戳进行运算，并结合食品类别编码和时间戳的固有私钥签名信息生成的食品标签码；生产企业、销售企业、消费者利用第三方机构公钥对签名信息进行解密，并计算其MD5摘要，与唯一码中的MD5摘要数据比对，验证唯一码正确性。

进一步说，所述发送方固有私钥签名是指发送方利用非对称密码技术生成私钥、公钥密码对，发送方保存私钥、公开公钥；发送方利用私钥对所发送的信息进行加密，接收方利用公钥对加密信息进行解密以验证发送方的身份；所述发送方、接收方信息是指其企业名称、社会信用编号、地址等信息。

进一步说，所述副链节点衔接是指同一唯一码的前后两次转移作为副链的前后相邻的节点，前一点中的一次性公钥与后一节点中的一次性私钥构成非对称密码体制中的一组密钥对，其中，副链首节点由第三方机构广播发布唯一码而产生，其一次性私钥可为空。

进一步说，所述副链通过一次性公钥、私钥密钥对验证进行衔接；

接收方或者消费者可循公钥、私钥关联及发送方信息依次追溯食品流转，具体方法：

S1、对某一条唯一码，接收方或者消费者手持设备根据该唯一码对应的发送方信息从主链中逆向查找发送方发送数据的节点；

S2、对属于发送方的节点，查看区块信息的唯一码数组中的唯一码，检索出相同唯一码的条目及对应的发送方信息，对同一发送方的两条或多条相同唯一码的条目，保留主链区块信息中时间戳时间较早的；

S3、依次追溯发送方，直到到达该唯一码的发送方为第三方机构；

S4、分析计算该唯一码历经的发送方和时间。

采用上述技术方案，本发明实现的有益效果如下：采用公、私钥成对验证的商品标签唯一码信息区块链技术，生产流通链条中的某一件食品的前后级生产企业或者销售企业通过私钥与公钥成对验证的方法将食品标签唯一码信息区块衔接成副链，副链以及时间戳作为区块信息加入主链，实现主链、副链信息防伪造、防篡改、防重放，食品标签唯一码网络传播以及单件食品信息可以独立成链、快速溯源,计算量大大减小，为各级生产商、销售商减轻硬件负担，也使得消费者很容易通过手持设备进行实时商品流通溯源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对本领域技术人员来讲，在不独处创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的***分布图；

图2为本发明的主链构成图；

图3为本发明的主链区块信息构成图；

图4为本发明的唯一码信息构成图；

图5为本发明的唯一码数组信息构成图；

图6为本发明的副链构成图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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：

如图1所示，一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，使用者包括第三方机构、各级生产商、经销商以及消费者，分别连接互联网；第三方机构、各级生产商、经销商的服务器数据库中存储食品标签信息区块链账本，实时接收其他方发布的新的验证合法的数据并及时更新本地账本，并根据食品转移情况挂接新的数据块、发布新的区块链数据；消费者扫码时从多台企业服务器上获取、比较时间戳最新区块链，计算获得食品溯源信息链。

如图2所示，主链由区块HASH值串联形成。某节点区块包含前一节点区块HASH值，也包含由本区块信息数据及前一节点区块HASH值计算出的HASH值。第三方机构、各级生产企业、销售企业以及消费者终端设备将按照最高安全性原则首先选择最长主链进行逆向逐节点验证，包括对分叉链进行验证，通过计算节点区块的HASH值并与区块中保存的当前区块HASH值进行比对，验证该节点区块信息的准确性、完整性；通过逐节点对当前区块中保存的前一区块HASH值与前一区块中保存的当前区块HASH值进行计算比对，验证主链各节点衔接的准确性、完整性。若最长主链存在修改、伪造区块信息的节点，将依次选择其他较短的主链进行合法性验证。对于挂接在主链上的前后HASH值关联合法但区块信息无效的节点，例如，重复挂接区块数据的节点、伪造唯一码数据的节点等，由于副链信息无法衔接，此类区块信息对溯源不起作用，仅增长了主链长度。对于同样最长长度但最末端一个或多个节点块信息及其HASH值不同的链，将选择验证合法且HASH值最小的链作为主链；其他节点将成为分叉。由于验证合法的主链可追溯到同一节点，各企业在更新本地服务器数据库时从同一节点建立分叉。分叉上节点区块数据所属企业在主链上重复挂接区块数据，以防止分叉数据被恶意删除或篡改。

如图3所示，区块信息包含时间戳、时间戳的发送方固有私钥签名、唯一码数组、发送方信息、接收方信息。接收方遍历主链接收方信息，查找由本方接收的数据，通过利用发送方公钥解密发送方对时间戳的固有私钥签名，验证发送方身份，并存储合法数据。

如图4所示，第三方机构对食品类别编码和时间戳进行固有私钥签名，并附加类别编码与时间戳的MD5摘要数据，构成唯一码。第三方机构、各级生产企业、销售企业以及消费者终端设备利用第三方机构公钥对私钥签名进行解密后与MD5摘要数据进行比对，验证唯一码合法性。

如图5所示，唯一码数组由大量唯一码及对应的发送方生成的一次性公钥、私钥对等信息组成。一组唯一码数组是由发送方提供给某个下一环节企业食品的标签批量唯一码。接收方接收唯一码数组后，可按照食品分散流转情况拆散、重组形成新的唯一码数组。

如图6所示，副链通过一次性公钥、私钥密钥对验证进行衔接；

接收方或者消费者可循公钥、私钥关联及发送方信息依次追溯食品流转，具体方法：

S1、对某一条唯一码，接收方或者消费者手持设备根据该唯一码对应的发送方信息从主链中逆向查找发送方发送数据的节点；

S2、对属于发送方的节点，查看区块信息的唯一码数组中的唯一码，检索出相同唯一码的条目及对应的发送方信息，对同一发送方的两条或多条相同唯一码的条目，保留主链区块信息中时间戳时间较早的；

S3、依次追溯发送方，直到到达该唯一码的发送方为第三方机构；

S4、分析计算该唯一码历经的发送方和时间。

本发明采用公、私钥成对验证的商品标签唯一码信息区块链技术，生产流通链条中的某一件食品的前后级生产企业或者销售企业通过私钥与公钥成对验证的方法将食品标签唯一码信息区块衔接成副链，副链以及时间戳作为区块信息加入主链，实现主链、副链信息防伪造、防篡改、防重放，食品标签唯一码网络传播以及单件食品信息可以独立成链、快速溯源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：使用者包括第三方机构、各级生产商、经销商以及消费者，分别连接互联网；第三方机构、各级生产商、经销商的服务器数据库中存储食品标签信息区块链账本，实时接收其他方发布的新的验证合法的数据并及时更新本地账本，并根据食品转移情况挂接新的数据块、发布新的区块链数据；消费者扫码时从多台企业服务器上获取、比较时间戳最新区块链，计算获得食品溯源信息链。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：上述方法采用主、副链结构。

（1）主链：包括前一节点区块HASH值、当前节点区块信息以及当前节点区块信息和前一节点区块HASH值计算产生的HASH值；当前节点区块信息包括时间戳、时间戳的发送方固有私钥签名、唯一码数组、唯一码数组发送方信息、唯一码数组接收方信息；相邻节点HASH值确保该主链任一节点的区块信息不可修改或伪造；

（2）副链：主链节点区块信息的唯一码数组中的一条唯一码按照其流转流程构成一条副链，副链中的唯一码流经各级生产商、经销商；副链包括唯一码数据、该唯一码当前转发方临时生成的一次性私钥与时间戳经该转发方固有私钥签名和接收方公钥加密后数据、当前转发方临时生成一次性私钥对应的一次性公钥以及该副链上一节点唯一码转发方临时生成的一次性私钥，以及发送方信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：所述副链中的唯一码信息由第三方机构生成并对其进行私钥签名，各级生产商、经销商以及消费者可利用第三方机构公钥验证唯一码真实性；

副链相邻节点以该节点当前转发方生成的公、私钥密码对衔接，并经当前转发方固有私钥签名，可防止转发方非法一码多用问题；

副链中只有接收方才能解密获得前一节点私钥并验证转发方身份，在继续转发该唯一码时将该私钥添加到当前节点信息中，实现与前一节点挂接；

副链首节点为第三方机构将唯一码信息通过网络广播发布给某生产企业，任何伪造的副链节点即使根据主链生成规则添加到主链中，也无法实现副链节点衔接，即该伪造副链无法向前追溯形成完整的食品流转企业信息链；

大量企业参与生成副链并添加到主链，且每一企业与其他多方企业都可能发生唯一码转移关系，经验证合法的副链与唯一码确保了合法主链的唯一性；

副链节点中信息包含发送方私钥加密、接收方公钥加密的时间戳，该信息一经添加到主链后，无论发送方与接收方都无法更改；

构造副链时，以时间戳中时间靠前的节点作为合法节点，恶意复制或伪造副链中某节点信息并在主链中重复发出的，将被抛弃，实现防重放攻击。

4.根据权利要求2所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通签证方法，其特征在于：所述主链可分叉，副链不会产生分叉，主链分叉上的块信息在通过副链衔接验证合法后也将是有效的，各级生产商、供应商按照最高安全性原则将选择在所检索到的最长主链上挂接新生成的块信息；

所述主链可分叉是由于可能存在多个企业生成新的块数据后同时向主链挂接造成的，这种分叉的特点是短分叉、小分叉，主链将始终在一个方向上延伸；

所述副链不会产生分叉是指按照前述时间戳时间靠前原则及公钥、私钥成对验证衔接原则，副链是一条前后节点一对一衔接的链条。

5.根据权利要求2所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：所述唯一码由第三方机构生成，信息内容包括食品类别编码与时间戳的第三方机构私钥签名信息以及食品类别编码与时间戳的MD5摘要信息，所述第三方机构是指政府授权或社会公信的机构，采用MD5信息摘要算法对食品类别编码和时间戳进行运算，并结合食品类别编码和时间戳的固有私钥签名信息生成的食品标签码；生产企业、销售企业、消费者利用第三方机构公钥对签名信息进行解密，并计算其MD5摘要，与唯一码中的MD5摘要数据比对，验证唯一码合法性。

6.根据权利要求2所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：所述发送方固有私钥签名是指发送方利用非对称密码技术生成私钥、公钥密码对，发送方保存私钥、公开公钥；发送方利用私钥对所发送的信息进行加密，接收方利用公钥对加密信息进行解密以验证发送方的身份；所述发送方、接收方信息是指其企业名称、社会信用编号、地址等信息。

7.根据权利要求3所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：所述副链节点衔接是指同一唯一码的前后两次转移作为副链的前后相邻的节点，前一点中的一次性公钥与后一节点中的一次性私钥构成非对称密码体制中的一组密钥对，其中，副链首节点由第三方机构广播发布唯一码而产生，其一次性私钥可为空。

8.根据权利要求2或3所述的一种基于区块链主副链技术的食品标签唯一码发布与流通溯源方法，其特征在于：所述副链通过一次性公钥、私钥密钥对验证进行衔接；

接收方或者消费者可循公钥、私钥关联及发送方信息依次追溯食品流转，具体方法：

S1、对某一条唯一码，接收方或者消费者手持设备根据该唯一码对应的发送方信息从主链中逆向查找发送方发送数据的节点；

S2、对属于发送方的节点，查看区块信息的唯一码数组中的唯一码，检索出相同唯一码的条目及对应的发送方信息，对同一发送方的两条或多条相同唯一码的条目，保留主链区块信息中时间戳时间较早的；

S3、依次追溯发送方，直到到达该唯一码的发送方为第三方机构；

S4、分析计算该唯一码历经的发送方和时间。

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