基于身份验证的果蔬区块链信息存储溯源模型设计.pdf

江 苏 农 业 学 报 伍 德 伦 饶 元 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计 江 苏 农 业 学 报 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计 伍 德 伦 饶 元 安 徽 农 业 大 学 信 息 与 计 算 机 学 院 安 徽 合 肥 智 慧 农 业 技 术 与 装 备 安 徽 省 重 点 实 验 室 安 徽 合 肥 收 稿 日 期 基 金 项 目 安 徽 省 重 点 研 究 和 开 发 计 划 项 目 安 徽 省 自 然 科 学 基 金 项 目 作 者 简 介 伍 德 伦 男 安 徽 池 州 人 本 科 主 要 从 事 农 业 物 联 网 区 块 链 技 术 研 究 通 讯 作 者 饶 元 摘 要 现 有 的 果 蔬溯 源 系 统 中 物 联 网 数 据 采集 设 备 身 份 验 证 机 制 不 完 善 果 蔬 数 据 传 输 效 率 不 高 且 无 法 保 证数据在 存 储于 区 块 链 前 未 被 篡 改 构 建 了 基于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 对 模 型 进 行 分 析 后 首 先提出果 蔬 供应 链 数 据 流 动 模 型 通 过 物 联 网 设 备 将 采 集 的 数 据 存 储 于 星 际 文 件 系 统 环 节 数据存 储 完 成后 系 统 将 返 回 的 哈 希 值 存 入 区 块 链 网 络 提 高 了 数 据 的 安 全 性 其 次 设 计 了 果 蔬 供 应链数据 传 输流 程 提高了果蔬 数 据 传 输 效 率 最 后 利 用 改 进 型 算 法 实 现 了 物 联 网 设 备 的 身 份 验 证 机制 提高 了系统的 安全性 在 此 基 础 上 设 计 了基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 系 统 并 在 某 果 蔬 企 业 进 行了实际 应 用 进行 相关测试后 发 现 本 系 统 的全 供 应 链 数 据 存 储 平 均 耗 时 数 据 查 询 平 均 耗 时 测 试结果表 明 此系统 可在保障数 据 安 全 的 前 提 下 提 高用 户的 溯 源速 度 可为 果蔬 溯 源系 统的 设 计与 研发 提 供参考 关 键 词 区 块 链 果 蔬 溯 源 存 储 优 化 身 份 验 证 中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 文 章 编 号 果 蔬 含 有 维 生 素 等 多 种 人 体 所 需 成 分 具 有 较 高 的 营 养 价 值 消 费 者 对 果 蔬 的 质 量 安 全 等 需 求 也 在 不 断 提 升 但 近 几 年 果 蔬 质 量 安 全 问 题 频 发 化 学 药 品 滥 用 微 生 物 污 染 等 严 重 影 响 消 费 者 对 果 蔬 质 量 的 信 任 迫 切 需 要 建 立 果 蔬 追 溯 体 系 使 消 费 者 能 够 快 速 追 溯 果 蔬 的 来 源 搭 建 消 费 者 与 果 蔬 之 间 的 信 任 桥 梁 现 有 的 溯 源 系 统 大 多 采 用 本 地 数 据 库 存 储 溯 源 信 息 无 法 保 证 信 息 的 安 全 性 和 可 靠 性 区 块 链 的 去 中 心 化 存 储 数 据 不 可 篡 改 等 特 性 可 以 很 好 地 适 用 于 溯 源 系 统 设 计 近 些 年 学 者 们 从 不 同 角 度 探 索 区 块 链 技 术 在 溯 源 系 统 中 的 应 用 杨 信 廷 等 弋 伟 国 等 采 用 数 据 库 区 块 链 的 链 上 链 下 双 模 存 储 机 制 保 证 了 数 据 的 真 实 性 提 高 了 用 户 的 溯 源 速 度 张 新 等 于 华 竟 等 利 用 智 能 合 约 实 现 了 数 据 的 链 前 监 管 与 节 点 的 链 上 管 控 许 继 平 等 于 合 龙 等 采 用 数 据 加 密 算 法 保 证 了 链 上 数 据 的 安 全 性 然 而 目 前 果 蔬 区 块 链 可 信 溯 源 系 统 还 存 在 诸 多 不 足 在 果 蔬 产 品 生 产 过 程 中 监 控 设 备 移 动 端 设 备 温 湿 度 传 感 器 等 设 备 采 集 到 果 蔬 关 键 数 据 的 时 间 点 不 同 考 虑 到 数 据 区 块 链 存 储 成 本 等 因 素 现 有 的 追 溯 模 型 往 往 采 用 全 部 设 备 采 集 数 据 整 体 存 储 于 区 块 链 的 方 式 如 何 保 证 数 据 全 部 上 链 前 已 采 集 数 据 真 实 性 的 问 题 需 要 解 决 同 时 果 蔬 供 应 链 数 据 具 有 多 源 异 构 海 量 的 特 点 负 责 数 据 采 集 的 物 联 网 设 备 较 多 如 何 提 高 系 统 安 全 性 也 需 要 进 一 步 探 讨 针 对 以 上 果 蔬 供 应 链 溯 源 系 统 面 临 的 问 题 本 研 究 提 出 果 蔬 供 应 链 数 据 流 动 模 型 采 用 星 际 文 件 系 统 存 储 各 物 联 网 设 备 提 供 的 关 键 数 据 区 块 链 网 络 存 储 根 据 关 键 数 据 生 成 哈 希 值 的 设 计 保 证 了 数 据 的 真 实 性 本 研 究 通 过 设 计 果 蔬 供 应 链 数 据 传 输 流 程 以 期 提 高 数 据 处 理 与 传 输 效 率 利 用 改 进 型 算 法 以 期 实 现 物 联 网 设 备 的 身 份 验 证 材 料 与 方 法 技 术 介 绍 区 块 链 区 块 链 作 为 一 种 链 式 数 据 结 构 由 不 断 增 长 的 区 块 利 用 哈 希 指 针 前 后 链 接 而 成 区 块 链 中 的 数 据 只 能 追 加 不 可 删 除 或 篡 改 区 块 链 通 过 分 布 式 节 点 验 证 和 共 识 机 制 解 决 了 拜 占 庭 将 军 问 题 无 需 信 任 单 个 节 点 就 可 以 构 建 去 中 心 化 可 信 任 系 统 本 研 究 以 区 块 链 为 基 础 构 建 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 并 基 于 设 计 了 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 系 统 星 际 文 件 系 统 为 上 传 到 系 统 的 每 个 文 件 提 供 唯 一 的 哈 希 地 址 使 其 能 够 被 内 容 寻 址 在 区 块 链 架 构 中 部 署 系 统 进 行 存 储 可 以 消 除 对 全 节 点 的 依 赖 同 时 保 留 网 络 中 的 可 追 溯 性 任 何 类 型 的 文 件 都 可 以 上 传 到 存 储 使 系 统 可 部 署 用 途 广 泛 的 应 用 程 序 基 于 区 块 链 的 追 溯 模 型 效 率 往 往 受 到 区 块 链 存 储 容 量 难 以 扩 展 的 限 制 此 问 题 可 通 过 区 块 链 集 成 并 采 用 链 下 辅 助 存 储 的 方 式 进 行 解 决 采 用 默 克 尔 有 向 无 环 图 进 行 数 据 存 储 它 是 一 种 使 用 散 列 在 中 定 位 数 据 的 数 据 结 构 使 用 这 种 结 构 系 统 中 的 所 有 内 容 都 变 得 防 篡 改 将 使 用 根 据 存 入 数 据 生 成 的 哈 希 值 进 行 唯 一 标 记 算 法 与 算 法 算 法 可 以 产 生 任 意 长 度 的 消 息 摘 要 它 的 处 理 速 度 要 优 于 和 等 算 法 并 且 更 加 安 全 是 基 于 曲 线 的 数 字 签 名 算 法 结 合 哈 希 算 法 采 用 扭 曲 爱 德 华 曲 线 如 公 式 所 示 它 比 现 有 的 数 字 签 名 方 案 快 且 不 损 失 安 全 性 算 法 包 括 公 钥 生 成 签 名 验 签 个 功 能 此 算 法 需 要 随 机 数 发 生 器 产 生 私 钥 但 随 机 数 的 产 生 可 能 存 在 安 全 隐 患 针 对 这 个 问 题 笔 者 采 用 改 进 型 算 法 具 体 实 现 过 程 见 节 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计 总 体 框 架 设 计 如 图 所 示 本 研 究 采 用 区 块 链 技 术 技 术 结 合 密 码 学 原 理 设 计 了 基 于 伍 德 伦 等 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 其 原 理 是 通 过 物 联 网 设 备 实 时 采 集 生 产 储 存 运 输 销 售 等 环 节 数 据 将 数 据 通 过 区 块 链 等 技 术 进 行 数 据 整 合 与 展 示 具 体 而 言 供 应 链 上 生 产 企 业 储 存 企 业 运 输 企 业 销 售 企 业 决 定 组 建 区 块 链 网 络 后 在 企 业 服 务 器 上 设 置 网 络 节 点 与 其 他 企 业 节 点 组 建 集 群 以 实 现 物 联 网 采 集 数 据 及 时 存 储 并 与 企 业 间 数 据 共 享 在 服 务 器 上 设 置 区 块 链 网 络 节 点 与 其 他 企 业 的 区 块 链 网 络 节 点 组 成 区 块 链 网 络 利 用 节 点 向 消 费 者 提 供 数 据 查 询 接 口 满 足 消 费 者 溯 源 需 求 在 果 蔬 产 品 生 产 过 程 中 企 业 通 过 在 其 生 产 基 地 或 仓 库 等 设 置 的 温 湿 度 采 集 器 监 控 等 物 联 网 设 备 采 集 关 键 溯 源 数 据 数 据 采 集 完 成 后 将 数 据 转 发 给 网 关 设 备 网 关 利 用 改 进 型 算 法 对 物 联 网 设 备 进 行 身 份 验 证 验 证 通 过 后 网 关 对 数 据 进 行 组 织 与 处 理 向 服 务 器 发 起 数 据 存 储 请 求 同 样 的 服 务 器 利 用 算 法 对 该 网 关 进 行 身 份 验 证 验 证 通 过 后 网 关 调 用 系 统 提 供 的 数 据 存 储 接 口 将 数 据 存 储 于 中 在 该 企 业 溯 源 数 据 采 集 完 成 后 企 业 收 集 网 关 存 入 的 数 据 后 根 据 存 入 数 据 返 回 的 哈 希 值 将 哈 希 值 整 合 后 存 入 区 块 链 网 络 保 证 数 据 的 真 实 性 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 通 过 物 联 网 设 备 采 集 数 据 将 采 集 数 据 存 入 系 统 后 根 据 数 据 生 成 的 哈 希 值 存 入 区 块 链 提 高 了 区 块 链 的 存 储 空 间 利 用 率 与 溯 源 数 据 真 实 性 各 企 业 既 可 直 接 在 集 群 中 进 行 企 业 间 数 据 共 享 又 可 利 用 区 块 链 网 络 进 行 供 应 链 数 据 查 询 提 高 了 企 业 间 数 据 共 享 效 率 利 用 改 进 型 加 密 算 法 实 现 了 物 联 网 设 备 的 身 份 验 证 提 高 了 系 统 的 安 全 性 果 蔬 供 应 链 数 据 流 动 模 型 设 计 在 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 基 础 上 设 计 了 果 蔬 供 应 链 数 据 流 动 模 型 图 将 前 者 的 数 据 储 存 数 据 查 询 等 操 作 进 行 了 进 一 步 的 实 践 当 系 统 初 始 化 时 系 统 利 用 改 进 型 算 法 为 具 有 数 据 上 传 权 限 的 物 联 网 设 备 生 成 并 发 放 公 钥 同 时 将 公 钥 进 行 加 密 后 保 存 于 区 块 链 当 供 应 链 上 游 和 下 游 企 业 物 联 网 设 备 采 集 到 数 据 时 利 用 其 公 钥 进 行 身 份 验 证 验 证 成 功 后 由 网 关 将 物 联 网 设 备 采 集 的 数 据 存 入 在 该 企 业 数 据 存 储 星 际 文 件 系 统 身 份 识 别 号 图 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 完 成 后 系 统 收 集 各 网 关 上 传 的 溯 源 数 据 的 哈 希 值 利 用 其 区 块 链 网 络 节 点 调 用 环 节 哈 希 上 链 合 约 进 行 哈 希 存 储 其 中 环 节 哈 希 上 链 合 约 内 部 保 存 了 各 环 节 哈 希 格 式 例 如 哈 希 值 数 量 环 节 身 份 识 别 号 等 当 节 点 上 传 数 据 的 格 式 错 误 时 将 无 法 完 成 哈 希 值 上 链 在 果 蔬 供 应 链 数 据 存 储 完 成 后 区 块 链 网 络 中 各 节 点 达 成 共 识 完 成 账 本 同 步 并 利 用 溯 源 合 约 提 供 消 费 者 溯 源 哈 希 查 询 接 口 消 费 者 利 用 移 动 设 备 扫 码 调 用 接 口 后 获 得 供 应 链 数 据 的 哈 希 集 合 利 用 哈 希 集 合 在 中 获 取 溯 源 数 据 在 果 蔬 供 应 链 数 据 流 动 模 型 中 利 用 环 节 哈 希 上 链 合 约 检 查 各 环 节 存 储 的 哈 希 特 征 实 现 了 系 统 数 据 哈 希 存 储 的 智 能 化 通 过 溯 源 合 约 及 区 块 链 节 点 为 消 费 者 提 供 了 溯 源 信 息 查 询 接 口 满 足 了 用 户 溯 源 的 需 求 采 用 公 钥 加 密 后 链 上 存 储 的 设 计 保 证 了 密 钥 的 安 全 性 避 免 了 密 钥 的 二 次 生 成 发 放 带 来 的 系 统 负 担 提 升 了 系 统 运 行 效 率 江 苏 农 业 学 报 年 第 卷 第 期 星 际 文 件 系 统 图 果 蔬 供 应 链 数 据 流 动 模 型 果 蔬 供 应 链 数 据 传 输 流 程 设 计 采 集 果 蔬 生 产 环 节 数 据 的 物 联 网 设 备 往 往 被 安 装 于 野 外 环 境 网 络 状 况 差 自 身 数 据 处 理 能 力 差 无 法 调 用 数 据 存 储 接 口 进 行 数 据 的 直 接 存 储 本 研 究 设 计 了 由 设 备 身 份 验 证 数 据 接 收 与 处 理 数 据 存 储 模 块 组 成 的 果 蔬 供 应 链 数 据 传 输 流 程 三 者 配 合 以 达 到 采 集 数 据 存 储 于 的 目 的 其 中 设 备 身 份 验 证 模 块 由 网 关 利 用 改 进 型 算 法 对 物 联 网 设 备 进 行 身 份 验 证 数 据 接 收 与 处 理 模 块 用 于 接 收 物 联 网 节 点 上 传 的 数 据 并 对 其 进 行 处 理 数 据 存 储 模 块 用 于 服 务 器 对 网 关 进 行 身 份 验 证 以 实 现 物 联 网 采 集 数 据 存 储 于 具 体 流 程 如 图 所 示 具 体 步 骤 如 下 当 物 联 网 设 备 采 集 到 溯 源 数 据 时 首 先 利 用 改 进 型 算 法 结 合 自 身 公 钥 对 数 据 进 行 签 名 将 已 签 名 的 数 据 传 输 给 网 关 网 关 利 用 算 法 验 证 签 名 合 法 性 若 签 名 不 合 法 说 明 物 联 网 设 备 身 份 错 误 网 关 拒 绝 接 受 该 设 备 上 传 的 数 据 并 向 上 级 发 送 提 示 错 误 的 信 息 由 于 物 联 网 设 备 采 集 的 数 据 格 式 包 括 文 本 文 件 字 符 串 数 字 等 二 进 制 文 件 图 片 视 频 等 对 于 文 本 文 件 而 言 网 关 内 部 保 存 了 该 环 节 文 本 文 件 各 个 数 据 项 的 名 称 当 网 关 获 取 到 物 联 网 设 备 上 传 的 文 本 数 据 时 根 据 物 联 网 设 备 的 身 份 选 择 文 本 文 件 各 数 据 项 名 称 与 设 备 上 传 的 数 据 对 应 组 合 对 于 二 进 制 文 件 而 言 则 不 作 处 理 同 时 网 关 会 检 查 采 集 数 据 的 合 法 性 如 数 据 值 不 在 正 常 数 据 范 围 之 内 则 说 明 数 据 错 误 或 产 品 不 达 标 拒 绝 数 据 存 储 并 报 告 错 误 网 关 利 用 改 进 型 算 法 进 行 身 份 验 证 后 对 数 据 进 行 签 名 经 过 服 务 器 验 证 成 功 后 调 用 数 据 存 储 接 口 将 获 得 的 数 据 上 传 至 改 进 型 算 法 设 备 的 身 份 验 证 现 有 的 区 块 链 溯 源 系 统 中 往 往 不 需 要 进 行 物 联 网 设 备 身 份 验 证 降 低 了 系 统 的 安 全 性 采 用 改 进 型 加 密 算 法 实 现 了 设 备 的 身 伍 德 伦 等 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计份 验 证 操 作 可 提 高 系 统 安 全 性 在 物 联 网 设 备 将 数 据 传 输 给 网 关 网 关 将 数 据 传 输 给 服 务 器 时 都 需 要 经 过 算 法 的 身 份 验 证 系 统 初 始 化 时 首 先 利 用 算 法 算 法 涉 及 的 常 量 变 量 及 表 达 式 含 义 见 表 生 成 私 钥 随 后 根 据 私 钥 生 成 公 钥 星 际 文 件 系 统 图 果 蔬 供 应 链 数 据 传 输 流 程 设 计 表 相 关 常 量 变 量 表 达 式 的 解 释 常 量 变 量 解 释 表 达 式 解 释 位 数 取 最 大 整 数 轮 数 取 最 小 整 数 块 字 节 的 正 小 数 部 分 哈 希 字 节 指 定 散 列 的 次 幂 关 键 字 节 指 定 密 钥 和 之 间 的 按 位 异 或 运 算 输 入 字 节 余 数 模 始 终 在 范 围 内 旋 转 常 数 取 将 逻 辑 右 移 位 消 息 字 排 列 将 逻 辑 左 移 参 数 块 定 义 散 列 以 及 密 钥 大 小 将 向 右 旋 转 单 消 息 块 内 的 个 字 的 平 方 根 哈 希 内 部 状 态 填 充 的 输 入 块 每 个 都 有 字 节 当 前 块 末 尾 的 消 息 字 节 偏 移 量 最 后 一 个 块 的 标 志 矢 量 索 引 是 从 零 开 始 的 元 素 向 量 的 第 一 个 元 素 是 最 后 一 个 是 所 有 元 素 都 用 表 示 第 个 素 数 算 法 中 调 用 了 混 合 函 数 与 压 缩 函 数 下 面 对 这 个 函 数 进 行 介 绍 混 合 函 数 的 作 用 是 对 输 入 的 个 随 机 字 符 串 使 用 旋 转 常 数 在 向 量 上 返 回 个 字 符 串 结 果 表 示 为 函 数 流 程 如 函 数 所 示 函 数 中 混 合 函 数 的 操 作 流 程 输 入 输 出 修 改 向 量 江 苏 农 业 学 报 年 第 卷 第 期返 回 压 缩 函 数 是 将 状 态 向 量 消 息 块 向 量 位 偏 移 计 数 器 和 标 志 判 断 当 前 是 否 处 于 最 终 块 若 为 最 终 块 则 为 局 部 向 量 用 于 混 合 与 压 缩 操 作 可 返 回 个 新 的 状 态 向 量 回 合 编 号 从 到 其 中 为 初 始 化 向 量 如 公 式 所 示 根 据 表 中 相 关 系 数 进 行 运 算 后 的 结 果 如 公 式 所 示 压 缩 函 数 操 作 流 程 如 下 其 中 函 数 涉 及 的 讯 息 时 间 如 表 所 示 表 讯 息 时 间 环 节 函 数 中 压 缩 函 数 的 操 作 流 程 输 入 输 出 状 态 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 个 块 标 志 反 转 所 有 位 密 码 混 合 本 轮 的 消 息 词 选 择 排 列 两 半 异 或 返 回 新 状 态 下 面 介 绍 算 法 摘 要 密 钥 和 数 据 输 入 被 拆 分 并 填 充 到 消 息 块 中 每 个 消 息 块 由 字 节 组 成 用 进 行 填 充 并 设 置 为 数 据 块 也 用 填 充 到 字 节 块 数 随 后 将 填 充 的 数 据 块 处 理 为 字 节 的 最 终 散 列 值 具 体 步 骤 如 算 法 所 示 指 定 参 数 块 字 如 下 算 法 流 程 如 下 算 法 函 数 流 程 伍 德 伦 等 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计输 入 输 出 数 组 的 第 一 个 字 节 初 始 化 向 量 处 理 填 充 键 和 数 据 块 最 后 一 个 块 返 回 数 组 的 第 一 个 字 节 在 利 用 生 成 私 钥 后 利 用 算 法 生 成 公 钥 发 放 给 物 联 网 设 备 公 钥 生 成 的 具 体 流 程 如 下 选 择 的 算 法 生 成 的 私 钥 记 为 对 做 运 算 即 取 的 末 尾 大 小 数 据 并 进 行 修 剪 整 理 为 将 解 释 为 小 端 整 数 形 成 秘 密 标 量 执 行 标 量 乘 法 其 中 压 缩 结 果 压 缩 过 程 为 得 公 钥 当 物 联 网 设 备 网 关 得 到 公 钥 后 需 要 进 行 溯 源 数 据 片 传 输 时 首 先 对 溯 源 数 据 进 行 签 名 签 名 算 法 如 下 为 曲 线 的 基 点 和 为 曲 线 上 的 动 点 为 位 的 素 数 和 分 别 为 点 和 点 的 位 压 缩 结 果 压 缩 过 程 为 其 中 表 示 为 进 行 算 法 运 算 后 的 运 算 结 果 算 法 数 字 签 名 算 法 的 签 名 流 程 输 入 位 的 公 钥 任 意 长 度 的 消 息 位 的 私 钥 输 出 位 的 签 名 结 果 对 做 运 算 取 的 高 位 压 缩 点 得 到 返 回 签 名 当 网 关 服 务 器 获 得 溯 源 数 据 片 及 上 传 数 据 的 签 名 结 果 后 将 利 用 之 前 发 放 给 各 物 联 网 设 备 网 关 的 公 钥 进 行 验 签 操 作 具 体 算 法 如 下 所 示 验 签 过 程 的 解 压 操 作 是 密 钥 生 成 和 签 名 操 作 中 压 缩 操 作 的 逆 运 算 算 法 数 字 签 名 算 法 的 验 签 流 程 输 入 位 的 公 钥 任 意 长 度 的 消 息 位 的 签 名 结 果 输 出 验 签 的 结 果 若 则 验 证 失 败 结 束 验 证 流 程 解 压 得 到 点 解 压 得 到 点 验 证 若 等 号 成 立 则 验 证 成 功 在 中 的 点 加 与 倍 点 运 算 需 要 在 拓 展 四 元 齐 次 坐 标 下 完 成 具 体 操 作 见 文 献 验 签 过 程 中 通 过 对 比 和 的 运 算 结 果 来 判 断 签 名 的 真 实 性 当 签 名 验 证 成 功 时 表 示 该 设 备 身 份 可 信 当 该 设 备 需 要 进 行 二 次 身 份 验 证 时 从 区 块 链 中 获 取 公 钥 哈 希 值 并 与 本 地 公 钥 哈 希 值 进 行 比 对 比 对 成 功 后 表 明 公 钥 未 被 篡 改 可 使 用 公 钥 对 数 据 进 行 签 名 完 成 身 份 验 证 结 果 与 分 析 系 统 架 构 与 实 现 基 于 身 份 验证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 系 统 的 目 的 是 实 时 监 控 与 保 存 果 蔬 产 品 从 生 产 到 销 售 各 环 节 产 生 的 关 键 数 据 并 将 数 据 进 行 安 全 储 存 与 展 示 对 本 系 统 各 个 功 能 模 块 进 行 了 细 化 系 统 分 为 采 集 层 存 储 层 接 口 层 应 用 层 系 统 架 构 如 图 所 示 江 苏 农 业 学 报 年 第 卷 第 期 应 用 程 序 接 口 星 际 文 件 系 统 图 系 统 的 架 构 采 集 层 主 要 通 过 各 企 业 设 置 的 温 湿 度 采 集 设 备 移 动 端 设 备 监 控 设 备 等 进 行 数 据 采 集 与 录 入 保 证 关 键 数 据 采 集 的 全 面 化 与 多 样 化 存 储 层 分 为 链 下 存 储 与 区 块 链 链 上 存 储 两 部 分 链 下 存 储 可 以 减 轻 区 块 链 网 络 存 储 负 担 保 证 了 物 联 网 设 备 采 集 数 据 的 及 时 存 储 与 安 全 区 块 链 链 上 存 储 保 证 了 溯 源 数 据 哈 希 安 全 性 并 通 过 区 块 链 节 点 为 用 户 提 供 溯 源 数 据 查 询 接 口 接 口 层 主 要 为 数 据 存 储 查 询 提 供 相 应 接 口 针 对 模 型 的 特 点 提 供 了 数 据 交 互 接 口 满 足 了 网 关 设 备 的 溯 源 数 据 存 储 的 需 求 和 通 过 数 据 哈 希 在 中 查 询 溯 源 数 据 的 需 求 提 供 了 区 块 链 数 据 交 互 接 口 满 足 了 数 据 哈 希 上 链 与 消 费 者 扫 码 调 用 接 口 查 询 哈 希 的 需 求 应 用 层 通 过 微 信 小 程 序 和 端 向 消 费 者 监 管 部 门 企 业 等 提 供 数 据 查 询 管 理 页 面 安 徽 省 合 肥 市 某 果 蔬 企 业 涉 及 草 莓 供 应 链 所 有 环 节 需 要 较 多 的 物 联 网 数 据 采 集 设 备 进 行 数 据 采 集 为 保 证 各 物 联 网 设 备 采 集 数 据 的 安 全 传 输 与 高 效 存 储 保 证 数 据 在 存 储 于 区 块 链 前 未 发 生 篡 改 采 用 本 系 统 进 行 了 优 化 图 为 本 系 统 采 集 层 相 关 设 备 图 分 别 为 土 壤 温 湿 度 传 感 器 及 空 气 传 感 器 图 为 网 关 设 备 物 联 网 设 备 运 作 逻 辑 为 传 感 器 采 集 草 莓 生 产 过 程 中 的 关 键 数 据 通 过 传 输 线 连 接 到 网 关 的 接 线 端 子 利 用 网 关 的 树 莓 派 等 装 置 实 现 将 传 感 器 采 集 数 据 的 组 织 传 输 存 储 于 等 本 系 统 应 用 层 相 关 页 面 如 图 所 示 图 为 消 费 者 扫 描 商 品 二 维 码 后 显 示 的 移 动 端 主 页 展 示 了 草 莓 的 品 种 产 地 等 信 息 用 户 可 选 择 环 节 查 看 该 环 节 详 细 信 息 例 如 点 击 生 产 信 息 后 生 产 信 息 页 面 如 图 所 示 展 示 了 种 植 商 地 址 等 一 系 列 溯 源 信 息 图 为 企 业 端 页 面 展 示 了 区 块 链 管 理 基 地 管 理 物 联 网 设 备 管 理 等 多 个 功 能 当 前 页 面 展 示 了 区 块 链 信 息 例 如 智 能 合 约 数 交 易 数 区 块 数 等 可 实 现 企 业 对 供 应 链 的 全 面 管 理 与 信 息 监 测 图 相 关 物 联 网 设 备 系 统 效 率 测 试 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 系 统 采 用 构 建 其 环 境 基 础 为 虚 拟 机 配 置 伍 德 伦 等 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计图 本 系 统 启 用 层 相 关 页 面 为 内 存 核 处 理 器 硬 盘 带 宽 为 采 用 区 块 链 基 准 测 试 工 具 生 成 测 试 结 果 为 了 验 证 基于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 系 统 的 写 入 与 查 询 效 率 测 试 了 全 供 应 链 环 节 数 据 存 储 耗 时 包 括 从 各 物 联 网 设 备 采 集 数 据 存 入 的 平 均 时 间 以 及 哈 希 存 储 于 区 块 链 的 时 间 为 了 保 证 测 试 结 果 的 真 实 可 靠 进 行 了 次 供 应 链 数 据 存 储 效率 测 试 次 溯 源 数 据 查 询 效 率 测 试 如 图 所 示 全 供 应 链 数 据 存 入 区 块 链 耗 时 为 单 个 环 节 平 均 耗 时 可 见 数 据 存 储 时 设 备 对 数 据 进 行 签 名 验 签 操 作 哈 希 存 储 等 操 作 对 数 据 存 储 的 负 面 影 响 并 不 明 显 如 图 所 示 用 户 溯 源 平 均 消 耗 时 间 为 可 见 本 系 统 的 区 块 链 结 合 的 数 据 查 询 机 制 可 以 略 微 提 升 溯 源 服 务 速 度 这 主 要 是 由 于 分 布 式 的 特 点 数 据 查 询 效 率 要 高 于 区 块 链 数 据 查 询 效 率 结 论 本 研 究 应 用 密 码 学 原 理 设 计 了 改 进 型 算 法 并 以 此 设 计 了 果 蔬 供 应 链 数 据 传 输 流 程 在 此 基 础上 结 合 与 区 块 链 技 术 设 计 了 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 在 进 行 实 际 应 用 及 测 试 后 改 进 型 算 法 可 以 实 现 物 联 网 设 备 的 身 份 验 证 保 障 了 系 统 的 安 全 性 果 蔬 供 应 链 数 据 传 输 流 程 可 以 改 善 物 联 网 设 备 数 据 江 苏 农 业 学 报 年 第 卷 第 期 不 同 试 验 次 数 的 写 入 耗 时 不 同 查 询 次 数 的 查 询 耗 时 图 储 存 查 询 效 率 测 试 处 理 传 输 能 力 不 足 的 问 题 提 高 数 据 传 输 的 高 效 性 利 用 链 下存 储 采 集 数 据 区 块 链 网 络 链 上 存 储 哈 希 可 以 提 高 区 块 链 存 储 空 间 利 用 率 三 者 结 合 可 以 满 足 果 蔬 供 应 链 数 据 安 全 性 传 输 存 储 的 需 求 在 进 行 系 统 测 试 后 本 系 统 供 应 链 数 据 存 储 时 间 为 数 据 查 询 时 间 为 可 以 提 供 高 效 溯 源 服 务 可 为 果 蔬 供 应 链 溯 源 系 统 设 计 提 供 参 考 参 考 文 献 孙 海 霞 张 淑 娟 薛 建 新 等 基 于 光 谱 和 成 像 技 术 的 果 蔬 质 量 检 测 研 究 进 展 光 谱 学 与 光 谱 分 析 王 祖 良 郭 建 新 张 婷 等 农 产 品 质 量 溯 源 标 签 批 量 识 别 农 业 工 程 学 报 杨 信 廷 王 明 亭 徐 大 明 等 基 于 区 块 链 的 农 产 品 追 溯 系 统 信 息 存 储 模 型 与 查 询 方 法 农 业 工 程 学 报 弋 伟 国 何 建 国 刘 贵 珊 等 区 块 链 增 强 果 蔬 质 量 追 溯 可 信 度 方 法 研 究 与 系 统 实 现 农 业 机 械 学 报 张 新 彭 祥 贞 许 继 平 等 基 于 区 块 链 智 能 合 约 的 稻 米 供 应 链 动 态 监 管 模 型 农 业 机 械 学 报 于 华 竟 徐 大 明 罗 娜 等 杂 粮 供 应 链 区 块 链 多 链 追 溯 监 管 模 型 设 计 农 业 工 程 学 报 许 继 平 王 健 张 新 等 区 块 链 驱 动 的 稻 米 供 应 链 信 息 监 管 模 型 研 究 农 业 机 械 学 报 于 合 龙 陈 邦 越 徐 大 明 等 基 于 区 块 链 的 水 稻 供 应 链 溯 源 信 息 保 护 模 型 研 究 农 业 机 械 学 报 王 志 铧 柳 平 增 宋 成 宝 等 基 于 区 块 链 的 农 产 品 柔 性 可 信 溯 源 系 统 研 究 计 算 机 工 程 于 合 龙 陈 邦 越 徐 大 明 等 基 于 区 块 链 的 水 稻 供 应 链 溯 源 信 息 保 护 模 型 研 究 农 业 机 械 学 报 邵 奇 峰 金 澈 清 张 召 等 区 块 链 技 术 架 构 及 进 展 计 算 机 学 报 夏 清 窦 文 生 郭 凯 文 等 区 块 链 共 识 协 议 综 述 软 件 学 报 任 艳 丽 徐 丹 婷 张 新 鹏 等 可 修 改 的 区 块 链 方 案 软 件 学 报 尤 瑶 孔 兰 菊 肖 宗 水 等 一 种 支 持 区 块 链 交 易 溯 源 的 混 合 索 引 机 制 计 算 机 集 成 制 造 系 统 刘 汉 卿 阮 娜 区 块 链 中 攻 击 方 式 的 研 究 计 算 机 学 报 杜 飞 飞 张 德 学 王 佃 涛 等 算 法 优 化 及 实 现 小 型 微 型 计 算 机 系 统 刘 勇 陈 宇 陈 钟 对 称 密 码 算 法 的 性 能 优 化 北 京 大 学 学 报 自 然 科 学 版 薛 一 鸣 刘 树 荣 郭 书 恒 等 高 速 验 签 算 法 硬 件 架 构 的 设 计 与 实 现 通 信 学 报 刘 宗 斌 荆 继 武 夏 鲁 宁 算 法 的 硬 件 实 现 研 究 计 算 机 学 报 许 文 龙 王 奕 陈 佐 等 高 性 能 算 法 研 究 及 其 实 现 计 算 机 应 用 研 究 责 任 编 辑 陈 海 霞 伍 德 伦 等 基 于 身 份 验 证 的 果 蔬 区 块 链 信 息 存 储 溯 源 模 型 设 计