基于区块链的食品安全溯源技术研究
时间：2023-02-14 20:45:07 来源：千叶帆 本文已影响人
食品安全问题是我国食品生产安全监督管理局的重点关注问题，根据相关单位反馈的数据可知，近年来由于食品安全造成的市场公共事件正呈现逐年增加趋势，瘦肉精、大米镉超标等事件的发生，使国家食品安全诚信工作陷入了危机[1]。为解决此方面问题，给消费者提供全面的安全保障，实现对生产过程中相关信息的透明化处理，食品生产单位开发了针对食品生产信息的有效追溯方案[2]。现有的追溯方案在实际应用中的不足开始显露，包括终端用户可检索或可追溯的数据大多为生产过程中的静态数据，无法满足在供应链上的溯源共享需求，甚至会存在信息在流通中出现丢失等方面的问题[3]。本文在此次研究中，尝试将区块链技术作为核心技术，利用此项技术的去中心化优势，开展食品安全追溯方法的设计。
为实现对食品安全生产信息的有效追溯，在本研究中，引进区块链技术，通过对食品信息库的溯源化，实现对信息去中心化处理，以此保证生产中各个环节信息具有可追溯性[4]。在此过程中，将食品安全生产信息录入集成区块链技术的数据库中，数据在录入后区块链技术将主动进行数据扫描与分解，将一个完整的基础数据划分为由“数据头+数据块”构成的数据。此过程如图1所示。
图1 基于区块链技术的录入数据分解处理图
按照图1所示的方式，将数据划分成由若干个数据块构成的基础结构数据，此时数据的中心值以离散化状态分布在空间中，通过此种方式，可避免数据在流通过程中出现丢失、被篡改等方面的问题。
在此标记处，将数据按照只读标准录入操作终端分布式账本中，使用区块链技术中的智能合约，进行账本数据的只读设计[5]。可在此过程中，将操作终端分布式账本作为一个集成Key-Value的状态库，录入的数据只能通过追加的方式写入，在没有终端指定指令的条件下，账本数据是不可发生更改的。将操作终端分布式账本与生产过程建立连接关系，使用Oracle进行默认值的更新，此过程的计算公式为
式中：D表示食品安全生产信息更新处理；
T表示信息更新频率；
C表示数据追加方法；
α表示数据分解维度；
N表示数据分解次数。通过对数据的更新，实现对操作终端分布式账本中食品安全生产信息的不断录入，录入时按照上述步骤进行信息处理，以此种方式完成基于区块链的食品安全生产信息去中心化处理。
引进二维码技术，可进行食品安全生产信息的标识处理。在此过程中，将生产作业终端中的以太网环境作为支撑，在终端App上建立食品信息数据中心，终端每反馈一个生产行为，对应的前端都将进行一次生产行为的拍照与扫描，扫描的信息将作为食品生产过程中的信息[6]。使用空间定位技术，对生产信息生成所在的空间位置进行定位，匹配扫描信息与生产空间位置信息，将其作为信息标识的主要内容。此过程计算公式为
式中：S表示信息标识内容；
B表示扫描信息；
i表示扫描次数；
j表示空间位置定位信息。完成对食品安全生产信息的标识处理后，对数据包进行封装处理，将订单信息、产品信息、作业环节信息按照输出的顺序进行打包[7]。打包后的信息将在终端通信节点进行上传，此过程计算公式为
式中：X表示封装信息的上传处理；
u表示订单信息；
n表示产品信息；
k表示作业环节信息；
p表示数据打包方式。此部分信息将作为业务信息被存储在指定的区块地址中。在此基础上，引进编码技术，选择商品及其规格属性信息，开启信息定位服务，对单品信息进行扫描，根据扫描的顺序，进行产品可追溯信息的编码，此过程计算公式为
式中：d表示可追溯信息的编码处理；
L表示可追溯信息长度；
s表示信息属性；
h表示可追溯信息空间分布密度。
将智能合约作为支撑，在客户端程序上进行追溯指令与交易的请求，当前端完成对追溯请求的响应后，程序将自动弹窗，提示用户进行个人购买食品的签名。此过程计算公式为
式中：E表示个人购买食品的签名设置；
x表示追溯指令请求发送；
γ表示智能合约；
ε表示弹窗程序。终端将根据用户输入的关键词，为客户端提供追溯服务项目，用户可以根据其个人查询与检索需求，进行追溯码的查询。查询后的信息将在终端平台上通过指定的路径上传，此过程计算公式为
式中：M表示追溯信息上传路径；
V表示用户输入的关键词；
E表示单品贴标数据；
G表示有效交互路径；
ψ表示QR标签；
χ表示追溯码。展示界面生成后，食品的动态化生产方式、溯源过程、企业注册信息将通过注册模块进行上传，客户端可以根据其个人需求，对不同信息进行查询、下载与检索。以此种方式，实现对食品安全数据追溯与召回信息展示。
为确保方法的可行性，进行对比实验，以地区内某大型食品生产工厂作为测试单位，此工厂在2021年便开始使用机械化技术辅助食品生产，生产过程中的相关数据已实现了通过数字化的方式进行存储与终端录入。
实验前，根据本文提出方法的实际应用需求，在数字化生产作业终端搭建可视化实验环境。实验环境技术参数为终端支撑平台Visual Studio；
信息编程使用Java语言；
生产信息存储数据库为SQL Server；
终端操作环境为Linux/Windows；
有效运行内存为16 GB、外设硬盘信息存储容量800 GB；
追溯信息展示浏览器为IE8++、Firefox、Chrome等（支持多种浏览器在线追溯）。
工作人员需要通过浏览器登录食品生产工作的官方账号，在登录界面输入个人信息。完成对信息的录入后，点击界面查询功能按键，此时终端将自动进行此产品生产信息编码或标识码的跳转。
将基于WebShell检测技术的食品安全生产信息追溯方法作为传统方法，按照相同的方法，将其部署在食品生产厂的可视化测试环境中。使用两种方法对食品生产厂内不同批次的生产食品信息进行追溯，将追溯信息展示的完整度作为评价指标。统计实验结果，将实验数据整理成表格，如表1所示。由表1可知，本文设计的方法可以在实现对食品安全生产信息有效追溯的基础上，提高追溯信息的完整度。
表1 追溯信息展示完整度对比结果表
总结现有工作在实施中的问题，发现我国现阶段食品卫生安全监督工作中的追溯工作存在“治标不治本”的现象，为解决此方面问题，本文开展了此次研究，并在完成研究后，设计对比实验证明了方法的可靠性。相关食品安全的话题一直是我国相关单位的研究与关注重点，也是一项关系民生的话题，要实现对此项工作在实施中的进一步优化，还应在后续的研究中，进行本文设计方法的深化，以此种方式，实现为社会公共群体提供一个安全、可靠、透明的消费与食品购买环境。
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