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基于區塊鏈的食品安全追溯技術

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食品安全一直是各國政府都十分關心的民生問題。食品追溯應用其實是一種比較傳統的應用,每年都會有很多新的應用上線。本人在10多年前就參與實施了2008北京奧運食品的安全追溯系統。在食品追溯系統中,一般會關心下面幾個問題:

原產地溯源,防止假冒偽劣,典型的如高檔白酒,進口葡萄酒等。

發現問題食品,可以及時快速召回。

供應鏈可視化,通過共享數據,可隨時知道當前處于供應鏈的哪個環節,提升效率。

最近兩年,隨著區塊鏈技術的火熱,因為區塊鏈防篡改和數據實時共享的特點,采用區塊鏈技術實現食品追溯受到重視。如2017年7月,沃爾瑪、京東、IBM和清華大學已經組成區塊鏈聯盟,以提高中國食品供應鏈的可追溯性和透明度。在之前沃爾瑪公司和IBM公布了去年在美國和中國推出的食品溯源區塊鏈項目的最新消息。該試點項目由沃爾瑪、IBM和學術合作伙伴共同開發,旨在利用區塊鏈技術、對供應鏈中的產品如美國的芒果和中國的豬肉進行跟蹤。

據沃爾瑪透露,到目前為止,該試點項目的成果令人滿意。美國和中國的早期試驗表明,區塊鏈技術可以成功地對食品從供應商到零售商、以及最終消費者之間的流通過程進行追蹤。產品的地產、批號、生產廠家和處理數據、到期日期和運輸細節等詳細信息都將可以在區塊鏈網絡上進行查詢。沃爾瑪的測試表明,通過應用區塊鏈技術,追溯一袋芒果從農場到門店的過程從以往的幾天甚至幾星期縮短到了2秒。

采用區塊鏈與采用傳統技術實現食品追溯的區別

前端沒什么區別,都是數據采集。主要的區別在后端,區塊鏈從業務層面的本質是去中心化,那么在技術層面的本質是去數據庫化。如下圖所示:

 

 

傳統的三層架構應用一般就是實現UI的客戶端,實現業務邏輯的業務層,和存儲數據的數據庫層。并不斷演進,如客戶端從字符終端到GUI圖形界面到Web瀏覽器到如今的移動終端。業務邏輯的實現也從最開始的Tuxedo服務,J2EE的EJB,Servlet到Web service,Java Bean,REST等,但后端的數據庫一直沒有變化。最近幾年,隨著并發訪問的增大和改善用戶體驗的需要,對響應時間要求越來越高。增加了緩存層(采用memcache,Redis,Coherence等)。

區塊鏈應用同傳統應用不一樣的地方是它把數據保存在賬本中。通過智能合約(智能合約聽起來很高大上,但其實就是一段代碼,它實現的功能類似傳統應用中的EJB,Servlet,Web service, Java Bean等,也就是實現業務邏輯)對賬本進行讀寫操作。而賬本是一個Key-value的狀態庫加區塊鏈,區塊鏈對應的是文件,以追加的方式寫入,不可更改。如下圖為Hyperledger Fabric中的賬本邏輯示意圖:

 

 

如上圖所示,賬本Ledger主要包含兩塊:blockchain和state。blockchain就是一系列連在一起的block,用來記錄歷史交易。state對應賬本的當前最新狀態,它是一個key-value數據庫,Fabric默認采用Level DB, 可以替換成其他的Key-value數據庫,如Couch DB。舉個例子。我們采用區塊鏈實現一個彈珠交易的系統。我們開發了一個智能合約, 每個彈珠有以下幾個屬性:Name, owner, color, size. 可以定義一個JSON對象,用name做KEY, JSON對象做Value,存儲在Level DB或者Couch DB中。所以區塊鏈應用一般采用JSON數據格式,并直接存儲在key-value數據庫和區塊鏈中。這樣就省去了傳統應用做O/R Mapping的工作。

從部署架構看區塊鏈和傳統應用的區別,如下圖,傳統應用的應用服務器層很容易擴展,但在數據層比較難。而區塊鏈是把應用(智能合約)和數據(賬本)分布式部署在每個節點上。

 

 

那么這種情況下,如何保證數據的原子操作和一致性。我們知道數據庫通過行級鎖,事務等機制保證數據的原子操作和一致性。區塊鏈是通過共識機制來保證數據的一致性。

一個基于區塊鏈技術的食品追溯DEMO

我們在Oracle的區塊鏈云服務BCS上面做了一個采用區塊鏈技術追溯食品的DEMO.下面做下介紹:

業務場景

如下圖所示,通過區塊鏈技術,農牧場的出欄信息,食品廠的出廠信息,商品信息,超市的上架信息,監管部門的檢測檢驗信息可以在這不同的組織之間共享,消費者也可以實時查詢到上面這些信息,進行溯源。當然原產地認證信息,有機食品認證,生產許可證等信息等也可以放到區塊鏈網絡中,利用區塊鏈不可篡改的特點。保證查詢到信息是真實的。

 

 

具體實現

如下圖所示,我們在后端采用Oracle的區塊鏈云服務BCS,前端采用Oracle的開源框架JET實現了一個區塊鏈食品追溯的DEMO。前端JET中通過REST調用后端部署在BCS上面的智能合約。智能合約采用Go語言開發,部署在BCS上面。

 

 

優勢總結

基于區塊鏈技術實現食品追溯有以下幾點優勢:

 

 

總之,利用區塊鏈的數據不可篡改和數據可以實時同步的特點,很適合用于各種追溯類的應用。如上面介紹的食品追溯,其他的如汽車零部件追溯,貴重物品如珠寶,鉆石的追溯,藥品追溯等等。

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