应用区块链和物联网确保食品安全数据的防篡改可用性

摘要

食品供应链对人类健康和食品价格起着至关重要的作用。由于不公平竞争和缺乏监管，食品供应链效率低下直接影响到人类生活质量，增加了食品安全风险。这项工作将Hyperledger Fabric(一个企业级区块链平台与现有的传统基础设施)结合起来，使用每个食品包装的唯一标识来跟踪食品包装从农场到分支，同时保持其简单。它保存业务事务的记录，这些业务事务是安全的，并根据议定的策略和规则集供涉众访问，而不涉及任何中央集权。本文致力于探索和构建一种简单、低成本的解决方案，将不同地理位置的现有食品行业快速链接成一个链，对市场上的食品进行跟踪和追踪。

1.介绍

食品供应链是巨大的，遍布世界各地。这些供应链连接了一个经济体的三个重要部门。农业部门包括农作物和牲畜、食品制造业和提供分销、批发和零售的营销部门。三种重要的食物来源是农作物、牲畜和海鲜。我们正在用杀虫剂和过量的肥料污染我们的庄稼。使用生长激素和使用药物来增加牛奶和肉类产量已成为常态。它严重影响人类健康，并增加人类罹患各种癌症的风险[1]．外来物质的物理污染物、持久性有机污染物、BB日期(最好在此之前)更改、文件更改、配料印刷错误和不当的储存温度是在加工和运输过程中增加食品安全和公共卫生风险的一些重要来源[2]．

近年来，健康意识也是一个日益增长的现象。随着消费者的健康意识越来越强，对满足特定环境、道德和营养需求的特定生产方法的需求也在增加[3.]．肉类和牛奶生产商正在市场上引入有机、天然和草饲产品[4]．这些牲畜养殖者和生产者声称他们生产的肉和奶比传统生产的肉和奶更有营养，更优质。在有机肉类和牛奶生产系统中，动物被饲养在100%认证的有机食品和严格控制接种。表中总结了传统、天然、草饲和有机生产系统的基本异同1。这些有机和安全认证的产品在市场上变得更加突出，因为购买有机食品的趋势在消费者中增长[5]．新市场的出现和全球粮食价格的上涨也增加了食品欺诈和食品安全风险的增长[6]．

食品欺诈是指为了经济利益有意或无意地进行的一组活动。斯宾克和莫耶[2将食品欺诈定义为“食品欺诈是一个集合术语，用于包括为了经济利益而故意和有意地替代、添加、篡改或歪曲食品、食品配料或食品包装，或对产品作出虚假或误导性声明。”食品和食品标签的真实性正成为制造商、监管当局和消费者关注的重大问题[7]．食品制造商和经销商为了给目标市场设定一个合适的价格或获得更大的利润，用劣质的成分替代或改变产品成分。事实证明，这种现象对人类健康是致命的威胁。2008年，中国曝出婴幼儿配方奶粉被三聚氰胺污染的丑闻，30万婴儿受到影响，其中约5.4万婴儿住院治疗，6人死于肾结石和其他相关问题[8]．2013年，发现英国和爱尔兰的牛肉汉堡含有马肉[9]．2014年，中国一个犯罪集团被逮捕，该集团以羊肉为幌子出售老鼠、水貂和其他小型哺乳动物的肉，价值超过100万美元[10]．1998年至2016年韩国发生的一些食品安全相关事件也被记录在案[11]．最近的冠状病毒病(COVID-19)大流行始于2019年12月，据信源于武汉不受监管的野生动物肉市场。在撰写这篇论文时，它已经感染了全世界200万人，导致大约10万人死亡，并造成数十亿美元的经济损失。《中国食品卫生杂志》2011年发表的一项研究称，每年有9400多万人因食源性疾病患病，导致约85000人死亡。12]．2014年7月，英国政府发布了一份关于食品供应链网络完整性和保证的非常详细的审查和建议报告，以保护英国消费者。该报告提出了一个国家食品犯罪控制框架，以保护消费者免受食品欺诈和确保食品安全。本报告讨论了食品供应链的所有因素，并强调了导致食品供应链失效和欺诈可能性的潜在因素[13]．

当谈到食品安全方面的供应链管理时，供应链的可见度是一个重要的问题。食品供应链比其他供应链更复杂。确保从源头到目的地的食品供应链中存在相关数据是一个巨大的挑战。这些数据对于预防食源性疾病风险、食品完整性问题和签发各种食品证书至关重要。昂和张[14]描述了食品供应链中可追溯性对食品安全和质量改进的重要性。

此外，消费者现在更关心的证据表明他们正在购买的产品是在适当的环境设施中产生的，具有可接受的规格。在Covid-19大流行期间，我们还观察到武汉超市的认证食品和肉类的高需求。它正在增加生产者与食品认证机，全卖家，零售商和消费者共享基本信息。非政府组织和政府监管机构还要求在源头到零售业的整个供应链中更具透明度，可见性和可追溯性。联合国全球紧凑型将可追溯性定义为“识别和追查产品，零件和材料的历史，分销，位置和应用，以确保可持续性索赔的可靠性，在人权，劳动（包括健康）和安全），环境和反腐败“[15]．为了满足消费者的需求，食品行业也越来越关注追踪他们的供应商和供应链。来自武汉大学和华中农业大学的研究人员与湖北武汉的多家食品制造公司、农业和畜牧业场主以及信息技术提供商结成联盟，共同开发一套从农场到餐桌的食品追踪系统。16]．在本文中，我们将把这个联盟称为联合体。

这项工作的核心目的是将传统的供应链管理实践与区块链相结合，跟踪从农场到餐桌的食品包装，为每个食品包装提供独特的身份，同时保持对工人来说不复杂。它将保持业务交易防篡改，并根据业务政策和公司之间的数据共享协议，让利益相关者能够访问业务交易，而不涉及任何中央监管机构。

文章的其余部分组织如下2讨论了区块链和物联网(IoT)技术产生的背景。部分3.介绍了关于物联网和区块链技术在食品供应链中的应用的现有文献。部分4介绍我们在这项工作中所使用的方法。部分5介绍了我们的追溯系统设计的细节，并使用一个来自中国湖北食品工业的真实世界的用例演示了它的架构和功能。我们分析了硬件成本6挑战和障碍7。本节对本文的工作作了简要的总结8。最后，本节给出了未来的发展方向9。

2.背景

2．1．区块链

比特币起源于世界上第一个基于区块链的应用程序[17]．它是许多参与者都可以访问的事务列表，并使用数字签名和加密哈希函数进行保护。这个列表几乎是实时地通过点对点网络分布在许多系统中，这使得在以前的交易中几乎不可能改变，或者很容易检测到记录中的任何非法变化[18]．区块链事务存储在顺序有序的块中。每个块保存几个事务，一个哈希签名将这个块链接到前面的块，它的作用类似于一个指针，形成一个加密安全的块链，称为区块链，如图所示1。网络的挖掘者重复执行一个函数来解决一个复杂的数学难题，为每个块找到一个唯一的哈希签名，这是块被挖掘的数学证明[19]．

区块链的主要优点是其不变性的质量，这使其安全，以及易于审计试验[20.]．区块链可以被编程来记录几乎任何可以用代码表达的东西。企业已经采用了这项技术，其他企业也在朝着这项技术前进。在制造业中，供应链是最关键的因素。在典型的供应链场景中，多个独立方参与将有效载荷从a点移动到B点，并且它们必须跟踪它到所有目的地。粮食供应链通常要经过多个仓库，在多个目的地由多个物流运输，从农民到最终消费者。数字2说明了从农场到零售商的粮食供应链的各个阶段。防篡改的分布式账本可以记录特定批次产品的运输情况，包括发货或存储的地点、时间和人员，或者是否需要在特定时间将产品运到某个地方。

区块链分为public、private和permission三种类型[21]．比特币是公共区块链的一个经典例子，所有参与者都可以加入、读取和写入数据，而无需任何权威机构的任何许可。任何参与者都可以成为被称为“挖掘”的共识过程的一部分[22]．私有区块链仅限于已知和信任参与者的组织内。区块链是一组公司或财团的示例，其中的参与者被绑定到一些法律合同，以获得访问、读取和写入区块链的权限。获得许可的区块链的共识过程是基于联盟内预选的节点。表中概述了这一分类2。

有许多区块链开发平台利用区块链在组织之间进行安全和透明的交易[23]．表中给出了一些著名的区块链开发平台的比较3.。

2．2.物联网

数字化不断发展，扰乱了我们日常生活的许多方面。物联网平台使业界能够实时跟踪资产和环境。它还对资产流动速度产生了关键影响，即在商业世界中与库存相关的资产。由于区块链技术在安全和跟踪方面的来源，它在物联网行业的采用正在上升[24]．对动物的健康并保持批量具有高效率的批量来提高产品的质量和较低的营业收入是至关重要的。对牲畜鉴定和可追溯性的需求增加了对传染病，药物治疗的质量控制和控制的需求，以及对环境和消费者健康的影响[25，26]．社会使用射频识别(RFID)的最新进展和日益增多的现象，提高了特定用途的射频识别标签技术的标准化[27]．这一现象还扩大了rfid生物胶囊在全球畜牧市场的使用。这些胶囊可以让农民捕捉实时数据，包括体温、每日饮水周期、瘤胃pH值，以及大量牛的活动量。这些数据可以通过整个农场的信标实时收集和监控。农民可以在任何地方通过网络或移动应用程序接收信息。这些数据可以让农民计算发情后的授精时间和最佳时间，也可以防止牛产犊事故。此外，如果出现任何异常情况，兽医卫生服务机构和兽医主人会得到实时通知，并发出警报和信息。

2013年的马肉丑闻发现，一些牛肉产品中含有100%的马肉[28]．家畜农场的动物被RFID识别。来自罗马尼亚多利科姆的牛肉被确认为马肉[29]．这批马肉是由Draap贸易有限公司送到布雷达的一家冷库公司的。Draap把这些肉卖给了另一家欧洲公司Spanghero。斯潘盖罗把这些牛肉当做肉来卖，并坚持说他们收到的牛肉都贴上了“牛肉”的标签。根据法国媒体报道的调查，斯潘盖罗篡改了有关肉类的文件[30.]．这是图中所示的传统产品和数据流系统的失败3.。

3.相关工作

区块链可用于医药、经济、能源和资源管理。它可以用来交换几乎所有具有数字表示的东西。迪拜正在成为第一个使用区块链和互联网来确保食品安全和消费者营养需求和优先事项的国家。迪拜政府将在2020年迪拜世博会之前，使用区块链和物联网技术，将从农场到餐桌的所有食品数字化[31]．2016年，沃尔玛与IBM和清华大学合作，在北京建立了一个食品安全合作中心，利用区块链技术改善供应链中食品的跟踪。2017年，京东(jd.com)亦参与这项合作[32]．金东还与内蒙古的牛肉生产商科尔钦(Kerchin)建立了合资企业，在生产过程中应用区块链技术。顾客只需扫描食品包装上的二维码，就可以追踪冻肉的品种、体重、饮食和农场位置等信息。它还将与Kerching合作推出20多种食品产品[33]．中国科技公司众安科技(ZhongAn Technology)开发了一个跟踪和记录养鸡场的平台。他们还在开发基于共享账本的业务技术和战略解决方案[34]．阿里巴巴与Blackmores和许多其他澳大利亚和新西兰食品生产商和供应商合作，创建了一个基于区块链的平台，以打击针对在其平台上销售的澳大利亚和新西兰食品的造假者的崛起[35]．IBM已与Krogen、McCormick and Company、McLane Company、Discall旗下的泰森食品、Golden State食品、联合利华、雀巢和Dole等许多公司合作，实施分销商分类帐技术[36]．

Alzahrani和Bulusu提出了一个基于区块链和近场通信技术的区块供应链，以应对假冒产品。作者确保只有拥有产品的节点将提供一个新块，而其他节点将验证它。其次，作者提出了一种选择验证器的方法和基于tenderint的新的共识协议，该协议能够为每个验证事件选择一组不同的验证器。他们模拟他们的新协议对大型网络非常有效[37]．

田分析了RFID结合区块链技术的使用，以及基于RFID和区块链构建农业食品链可能的优缺点[38]．他总结说，RFID和区块链提高了食品安全和供应链的效率。此外，RFID应用价格的显著降低将使RFID技术在物流中的使用成倍增加。在另一篇文章中，他介绍了一个使用区块链和物联网构建食品供应链的案例研究，并演示了实时食品追踪场景中的危害分析和关键控制点识别[39]．

Ramundo等[40展示了利用最先进的新兴技术构建食品供应链的潜力。他们还评估了食品供应链中物联网平台的使用情况。他们分析了物联网技术在农场、加工、物流和配送中的应用。他们的结论是，许多公司采用现有的技术，但仍在不断试验新技术，如物联网，以保持在全球市场的顶端。

Biswas等人提出了一种基于区块链的葡萄酒供应链追溯系统[41]．该系统跟踪从葡萄到酒瓶的葡萄酒供应链。

谢等人[42介绍了区块链技术的概念，以及与传统的集中式供应链相比，区块链技术在食品供应链信息安全方面的潜在用途。

赌场等。简要介绍将区块链用于各种供应链管理，交易，业务和交易定居领域[43]．

Baralla等人[44描述了Hyperledger Sawtooth的使用，提出了一个框架，以跟踪和保障基于欧洲的食品供应链。作者使用了一种理论方法，得出结论区块链技术对于政府官员跟踪和审计食品供应链非常有用。

Chen等[45]提出了采用区块链技术的粮食供应链挑战。olsen等人。[46分析了区块链技术在食品工业中应用的成本效益和局限性。约翰逊(47]得出结论，区块链技术有能力规范食品工业，预防食源性疾病。Mondal等人[48]提出了一种基于物联网的食品供应链体系结构，实时跟踪供应链中的每包食品。

4.方法

这项工作是基于基于设计的研究方法和谨慎使用信息技术的概念。善用科技的重点是善用科技最具效益和成本效益的特点，以解决问题[49]．面向设计的方法专注于通过研究人员和从业者的合作分析现实世界的实际问题，以利用现有的设计原则和技术创新开发解决方案[50]．然后，这些解决方案将通过所需的研发进一步增强和改进，以作为已定义问题的解决方案部署到生产环境中。我们开发的基于基于设计的研究方法的详细工作流如图所示4。

我们需要记录整个食品供应链中产品的流通和相关数据，以追溯食品从农场到餐桌的全过程。传统的供应链环境是基于传统的数据库技术。它不能实现我们的目的，因为在这些环境中，整个链中没有连续的信息流。

数字3.是传统供应链环境中产品和相关数据移动的高级说明。传统供应链中的每一个供应商都是自己移动产品和相关数据。在这些情况下，农民向最终消费者提供的数据是稀缺的。分布式数据库也没有共识机制，入侵者或管理员可以篡改信息。

在新兴技术中，区块链被证明是一个潜在的候选者[18]．在基于区块链的供应链中，系统的所有实体共享一个分类帐。最终买家拥有与初始供应商共享的相同数据，以及在生产的每个阶段添加的额外数据。数字5正在展示我们在基于区块链的供应链中流动产品和相关数据的潜在设计的高级细节。区块链确保从生产的每个阶段向所有利益相关者提供防篡改数据。

为了在整个供应链中识别产品，物联网(IoT)几乎是标准[51]．然而，由于整个供应链缺乏连续的数据流，它未能阻止马肉作为牛肉在传统供应链环境中的销售[30.]．以区块链为代表的物联网的出现正在成为技术发展的热点。

这种方法为无法投入大量资金获取或开发新技术的中小企业提供了一个天堂。这项工作最适合基于设计的研究方法，因为该研究旨在通过使用已经存在的技术构建新的工件来解决现实生活中的问题，我们的联盟拥有来自所有必需领域的成员。下一节简要介绍区块链和物联网技术及其对这项工作至关重要的核心组件。

5.可追溯系统的设计与实现

联合国全球契约办公室定义了在供应链中追溯产品的三种可追溯模型:分离、质量平衡和帐簿与索赔模型，如图所示6。产品分离模型确保了在整个供应链中认证产品与非认证产品的分离。质量平衡模型允许认证材料与非认证材料以受控的方式混合，认证的输入不应低于认证的输出。书和索赔模型依赖于供应链开始时生产的经认证材料的数量和价值链末端销售的经认证产品的数量之间的联系[15]．这项工作的目的是使用区块链技术实现产品分离模型，并将其与组织中已经存在的基础设施集成，而不会在很大程度上干扰传统的业务实践。我们选择Hyperledger Fabric作为区块链平台。Hyperledger Fabric是一个专门为企业创建自己的区块链的平台。Hyperledger Fabric的重要特征将在下一节中描述。Hyperledger Fabric是一个开源平台，它将自己描述为“一个旨在推进跨行业区块链技术的开源协作成果。”这是一个全球性的协作，由Linux基金会主办，包括金融、银行、物联网、供应链、制造和技术领域的领导人。”

5．1.Hyperledger Fabric，企业级区块链解决方案

食品行业正在部署信息技术来获取市场份额，并增加客户的信任。分销公司非常注意他们的潜在客户。任何食品安全灾难或不合格产品都可能影响他们的声誉，并可能失去客户。一组组织包括食品制造商、食品分销和畜牧农场协会，并加入一个联盟，以改善数据共享、生产质量、供应链、客户信任和市场份额[16]．财团的成员不仅限于工业界。它还可能包括一些监管机构，如食品和药物管理局，甚至动物饲料生产商和监测机构。该联盟的典型好处包括但不限于标准化、协作和效率。

Hyperledger Fabric是一个开源区块链平台，它为企业提供了一些最重要的组件和服务，这些组件和服务使其成为这项工作的一个强有力的候选人，如下所述[52，53]．Hyperledger Fabric是一种可编程网络，通过智能合约或链码的方式封装业务逻辑实现和业务网络应用[54]．

5.1.1。允许网络

在一个公开的区块链网络中，用户下载了该软件，并开始在不透露身份的情况下进行交易。在商业网络中，这不是一种合适的工作方式。匿名性在商业网络中是不可接受的。商业网络中的成员总是有一个已知的身份和分配的角色。Hyperledger Fabric是一个基于权限的网络，它分配已知的身份和角色来进行交易。Hyperledger Fabric网络中的所有用户和组件都需要在网络上进行识别。这些实体由网络上的身份分配，由会员服务提供商(MSPs)和认证机构(CA)通过Hyperledger Fabric使用公钥基础设施(PKI)授权和验证用户和组件。

5.1.2中。机密事务

在商业世界中，来自不相关方的机密性在许多情况下是一个关键特性。有时，商业网络希望对他们的交易非常保密，不让不必要的一方知道，只向对方透露。Hyperledger Fabric提供了通道功能，仅实现选定各方之间的交易隐私。每个频道有一个总帐，在同一网络上的联盟成员之间可能有多个频道。

5.1.3。共识与政策支持

该联盟的成员制定许多政策、决策、规则和规章来运行该联盟。通常，联盟使用分散的方法来做决定。来自成员组织的许多管理员与大多数人一起决定对网络进行任何更改，这将影响联盟或业务网络的成员。这样一个分散的决策系统需要治理和决策模型。Hyperledger Fabric技术支持通过政策的方式去中心化管理。

5.1.4。身份管理

Hyperledger Fabric使用PKI(公钥基础设施)来管理身份。它提供了两个工具:用于身份管理的活动目录集成和Fabric-CA Server。生成恒等式的典型过程如图所示7。身份证明由身份拥有人向登记机关提供。注册机构验证用户信息并将其传递给认证机构。认证机构创建一个x509证书，并将其返回给所有者和验证机构，以证明其有效性。其他组件，如对等节点和订购节点，也需要身份来参与网络。

是5.1.5。应用程序开发与集成

将Hyperledger Fabric区块链与现有的企业系统集成起来相对容易。网络中的每个组织都可以根据自己的需要开发交互系统。Fabric前端应用程序可以使用RESTful api作为中间件独立开发，也可以使用Hyperledger Fabric提供的sdk之一设计自定义中间件，如图所示8。

5.2。系统架构

数字9显示了该解决方案的系统架构。该系统最初安装在三个地点。两个对等节点安装在牲畜养殖场组织场所。食品生产组织和食品配送组织各拥有两个对等节点。食品制造组织另外拥有两个订单节点和Kafka集群。这个系统目前正在演示Kafka作为订购服务。Hyperledger Fabric也支持基于raft的共识。基于raft的订购服务提供了崩溃容错，比如Kafka的订购服务实现，不需要管理外部依赖。此外，在使用Raft时，订购服务节点可以由世界各地不同数据中心的不同组织提供。每个组织的锚节点通过互联网与定购者和其他节点节点通信，而Kafka代理通过一个简单的第2层交换机与定购者节点连接。

数字10演示了每个位置的通用应用程序服务器组件。基于NodeJS的应用服务器，承载Fabric SDK和NodeJS Express。NodeJS Express提供RESTful api和各种功能，用于从组织中的现有物联网和软件基础设施发送、接收和访问数据。在此开发和部署期间，来自所有组织的IT支持团队。此应用程序服务器提供了一个通用接口，可用于生成新的用户界面或将其集成到现有的应用程序界面中。由于其简单性，每个当前或未来加入该项目的组织都可以根据他们的需要将该解决方案集成到他们现有的系统中。

5.3。禽畜身份管理

我们的农场已经被证明为有机产品生产商。农场上的动物标记并注射RFID标签。所有相关的动物都是结构的。此标记包含存储在其中的必要信息，例如出生日期，品种和所有权信息。标签的唯一标识（ID）是动物的身份，或者可以分配手动ID。兽医扫描并将系统中的疾病控制，疫苗接种和重量进行所有信息。它还在跟踪和记录生产现场的条件，包括环境条件，包括水质，水温，空气质量，环境温度和湿度，劳动力条件以及过程的质量。来自农场的安装天线收集来自动物标签和环境传感器的数据，并在农场上安装的天线收集，并发送到设施的工作站以及如图所示的农场拥有农场的企业总线11。该系统将这些数据存储在传统数据库中供内部使用，同时将这些交易发布在区块链上。这些经过认证的有机农场有两种模式。他们饲养自己的一批动物，或者只向食品制造组织提供服务。在这两种场景中，相关数据都是根据有机认证机构捕获和存储的。这些数据以产品为产品规格传递给客户。区块链应用程序以不影响任何现有系统的方式集成。

该系统使用链码在区块链上存储数据。它只使用该链码将需要的数据以固定的频率从当前的传统数据库转移到区块链。新版本的链码部署在每一批新动物身上。从区块链中放置或读取数据需要链码。这些链码随产品规格一并传递给客户。

这些农场还提供有机肉类，而不是活的动物。在这种情况下，一个单独的链码用于管理每个肉类包装的唯一身份。农场为每包肉生成一组新的身份与动物身份，如图所示12。这些身份从系统中存储在区块链上，使用为此目的显式开发的单独链码。这个新的链码使用前一阶段的链码读取动物的身份，并存储该产品的一组身份。两种链码随产品传递给客户作为产品规格。它使每一个肉类包装都可以追溯动物的完整历史。

5.4。食品制造厂的身份管理

食品包装可以被追踪到供应链中，从农场到食品加工公司再到分销商，分销商到批发商，再到批发商到零售商。借助每盒食品上的条形码、二维码或RFID标签，这是可能的。区块链可以轻松地处理身份，并规范谁可以访问每个产品背后的信息。每盒肉都有一个RFID或二维码，可以提供相关信息，如图所示，可以跟踪该动物及其从出生到肉类加工的完整生产过程12。该航运公司利用其物联网平台提供货运卡车的实时数据，发货人和接收人都可以访问该平台。这些数据也通过智能合约在区块链上的特定时间间隔进行更新。

5.5。食品生产工厂

食品制造商收到其原材料装运及其产品规格链码。该链码使制造商能够读取区块链的原材料规格。制造商将这些数据从区块链转移到其传统的数据库管理系统，用于内部操作和记录。如果该公司收到了活的动物，它会部署智能合约，根据每包食品更新一套身份，就像牲畜农场一样。

该组织在区块链上部署一个链码来记录其生产。这个链码使用它收到的与原材料一起的原材料规格链码查询原材料。组织系统根据成分标识组为成品分配一个唯一的标识号。在屠宰场，每一块肉的包装上都有自己的身份证件。每一盒肉都被扫描，信息被输入数据库。由系统根据每个ID创建的一组新的子ID，分配给使用肉类的每批产品，如图所示13。这种标识也会以QR或条形码的形式打印在成品上。这些身份从传统的数据库转移到区块链使用一个明确开发的链码一批生产。这些链码在产品交付时作为最终产品规格交付给分销商。一个移动电话应用程序也在开发中，消费者可以通过提供成品的标识来跟踪整个供应链。

6.硬件成本

对于那些无法投资从头开始构建一个全新系统的中小型组织来说，这个解决方案是具有成本效益的。Hyperledger Fabric是一个定期接收更新的开源平台。我们使用现有组织的资源。英特尔第4代酷睿i7处理器上部署的所有节点均为32gb RAM和2tb存储介质。

该系统不会干扰现有的基础设施，但提供了一个独立的数据共享层，可以使用通用应用程序结构作为参考集成到系统中。在生产的每个阶段，组织都在使用传统的数据库系统，或者将数据从区块链转移到系统，以完成业务任务。区块链仅作为一种工具来记录不能被更改和转移给客户的交易。

这个基于区块链的数据共享系统是可扩展的，任何组织都可以随时加入或退出区块链联盟。新的组织不需要根据联盟的需要改变或开发系统。他们可以在没有太多额外开发成本的情况下集成它。

7.挑战和障碍

在全球审判或实施下食品供应链有许多区块链申请。公司和组织在区间的采用中面临着几种挑战和障碍。本节中描述了两个主要挑战和障碍。

7.1。互操作性和普遍接受性

没有任何正式的路线图来采用区块链作为事务的全局工具。基于区块链的食品供应链可追溯性甚至还没有准备好作为一个全国性的统一系统实施。在许多国家，各州之间的规则、法规、标准和标签都是冲突的。目前还没有技术可以连接不同的区块链系统。缺乏互操作性和数据共享是目前最大的障碍。与传统的电子追溯系统相比，区块链系统更加同构，因为它存储的是交易而不是状态值，这使得数据的互操作性和共享比传统的追溯系统更容易。州和国家需要开发一个标准本体，定义在食品供应链中记录的数据元素和值的含义。它们还需要通用的消息传递标准。

7.2。法律、法规

监管区块链的尝试是另一个有争议的领域。监管机构和州政府的角色尚不明确。区块链的功能也可能与监管要求相冲突。例如，在分类帐中共享的信息不能被修改或改变。在许多国家，这一特点与遗忘权是矛盾的。

8.结论

本文在食品行业中占据了整体和谨慎的方法，以衡量和认证最终产品的成本有效的质量。它有助于提供有关农场到叉子的食物的透明信息。这些信息对食品控制权给予防止潜在食品安全危害也很有用。它还提高了公司之间的健康竞争，以不断提高产品质量。它提供了分散的，可信和透明的信息，存储在与现有企业系统的现场后面的传统数据库系统平行的区块链上，没有传统业务运营的任何明显变化和培训一般员工。

9.未来的工作

我们正与食品认证机构和非政府组织合作，统一中国境内认证和记录有机产品所需的数据类型(本体)。它将有助于为供应链的不同阶段创建一个统一的链码。这将提供一个具有统一标准API的具有成本效益和健壮性的系统。

许多政府也对在治理中使用区块链技术表现出兴趣。它需要开发一个系统，让不同的区块链可以相互传输数据或可以合并。任何业务都不可能完全集中或分散，而不会在安全、隐私、性能和可伸缩性等方面做出妥协。政府和私人组织也关心他们的数据隐私和保护。它需要开发一种机制，以便在它们的服务器上处理数据，并仅将服务器上的期望结果带到区块链进行分析和预测。政府要想成为这一链条的一员，最大的障碍是保护数据的法律，这些数据可能被用来影响公平竞争和其他国家粮食安全威胁。

数据可用性

数据共享不适用于本文。

的利益冲突

作者没有隶属于任何组织与直接或间接的经济利益在手稿中讨论的主题。

致谢

本文作者感谢国家重点研发计划项目(no. 5149@163.com)的资助。2018 yfc1604000)。

参考文献

1. H. Malekinejad和A. Rezabakhsh，《乳制品中的激素及其对公众健康的影响——一篇叙述性评论文章》伊朗公共卫生杂志号，第64卷。6, p. 742, 2015。视图:谷歌学术搜索
2. J. Spink和D. C. Moyer的《定义食品欺诈对公众健康的威胁》食品科学杂志，第76卷，第76期9, pp. R157-R163, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. F. A. Shafie和D. Rennie，“消费者对有机食品的看法”，社会与行为科学，第49卷，第360-367页，2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. R. Machen，“天然、草饲和有机牛肉(2010 TAMU肉牛短期课程)”，2010。视图:谷歌学术搜索
5. M. B. Basha, C. Mason, M. F. Shamsudin, H. I. Hussain, M. A. Salem，《消费者对有机食品的态度》，经济与金融， vol. 31, pp. 444-452, 2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. E.霍尔布鲁克，《欺骗的盛宴》，风险管理，第60卷，第2期4，第28-31页，2013。视图:谷歌学术搜索
7. S. Charlebois, A. Schwab, R. Henn，和C. W. Huck，《食品欺诈:测量消费者对错误标签食品的感知和对自我认证意图的影响的探索性研究》，食品科技发展趋势， 2016, vol. 50, pp. 211-218。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 裴新平，A. Tandon, A. Alldrick, L. Giorgi, W. Huang, R. Yang，“中国三聚氰胺牛奶丑闻及其对食品安全监管的影响”，食品政策第36卷第2期3，页412-420,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. P. J. O 'mahony，“在牛肉产品中发现马肉——一个全球问题，”QJM:国际医学杂志，第106卷，第2期。6, pp. 595-597, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. c·巴克利鼠肉冒充羊肉在中国引发恐慌，《纽约时报》，美国纽约，2013年。
11. M. S. Park, H. N. Kim, G. J. Bahk，《1998-2016年韩国食品安全事件分析》，食品控制， 2017年，第81卷，第196-199页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 毛学军，胡建军，刘学军，“中国细菌性食源性疾病流行病学负担的初步研究”，中国食品卫生杂志， vol. 23, pp. 132 - 136,2011。视图:谷歌学术搜索
13. c·艾略特,艾略特对食品供应网络的完整性和保证的审查-最终报告:一个国家食品犯罪预防框架食品标准局，伦敦，英国，2014。
14. M. M. Aung和Y. S. Chang，“食品供应链的可追溯性:安全和质量视角”，食品控制， vol. 39, pp. 172-184, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. b . s .诺顿可追溯性指南:促进全球供应链可持续性的实用方法，联合国全球契约办公室，纽约，美国，2014。
16. x崔,武汉大学食品安全与食品质量区块链联盟崔晓辉武汉大学学报(自然科学版)，2018，http://www.foodblockchain.com.cn/。
17. A. Narayanan, E. Felten, A. Miller和S. Goldfeder，比特币和加密货币技术:全面介绍，普林斯顿大学出版社，美国新泽西州，2016。
18. m .天鹅区块链:新经济蓝图， O 'Reilly Media, Inc.， MA, Newton, USA, 2015。
19. J. Kroll, I. C. Davey和E. W. Felten的《比特币挖矿的经济学，或在对手面前的比特币》(The economics of bitcoin mining, or bitcoin in The presence of enemies)第十二届信息安全经济学研讨会论文集(WEIS 2013)，第1-21页，美国华盛顿特区，2013年6月。视图:谷歌学术搜索
20. E. Kiktenko, N. Pozhar, M. Anufriev等人，“量子安全区块链，”量子科学与技术，第3卷，第2期。3, 2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. D. massisi，“公共与私人区块链简而言之”，2018，https://medium.com/coinmonks/public-vs-private-blockchain-in-a-nutshell-c9fe284fa39f。视图:谷歌学术搜索
22. A. Baliga，“理解区块链共识模型”，技术代表，2017年，白皮书。视图:谷歌学术搜索
23. V. Clincy和H. Shahriar，“区块链开发平台比较”，在2019年IEEE第43届计算机软件与应用年会论文集，第1卷，第922-923页，威斯康星州密尔沃基，美国，2019年7月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. A. Reyna, C. Martin, J. Chen, E. Soler，和M. Diaz，“关于区块链及其与物联网的整合:挑战和机遇”，下一代计算机系统，第88卷，173-190页，2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. J.麦基恩，《可追溯性对公共健康和消费者保护的重要性》，科学技术评论(国际兽疫局)，第20卷，第2期。2，页263-371,2001。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. C. Saa, M. J. Milán, G. Caja和J. J. Ghirardi，“西班牙国家绵羊和山羊种群使用传统和电子身份识别和登记系统的成本评估，”动物科学杂志，第83卷，第83期5，页1215-1225,2005视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. Adhiarna和j - j。Rho，“无线射频识别(RFID)的标准化和全球采用:发展中国家的战略问题”第四届计算机科学与融合信息技术国际会议论文集，韩国首尔，2009年11月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. BBC新闻,Findus牛肉千层面含100%马肉， BBC新闻，伦敦，英国，2013，https://www.bbc.com/news/uk-21375594。
29. BBC新闻,马肉丑闻:法国指责加工者斯潘盖罗， BBC新闻，伦敦，英国，2013，https://www.bbc.com/news/world-21464052。
30. 这里是瑞典当地新闻，食品安全监管机构可能会报告发现《瑞典地方新闻》，瑞典斯德哥尔摩，2013年，https://www.thelocal.se/20130210/46112。
31. IBM区块链的博客,一个国家用区块链提高食品安全的举措， IBM区块链博客，Armonk，美国纽约，2018，https://www.ibm.com/blogs/blockchain/2018/02/one-nations-move-to-increase-food-safety-with-blockchain/。
32. IBM的消息,沃尔玛、IBM和清华大学探索使用区块链为中国的餐桌带来更安全的食品， BBC新闻，伦敦，英国，2016，https://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/50816.wss。
33. N. Kshetri，“电子商务活动中的5G”IT专业人员，第20卷，第2期。4, pp. 73-77, 2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. 陈勇，王华，李旭东，“基于共享分类账的业务流程互操作性改进”第六届信息、环境、能源和应用国际会议论文集，韩国济州岛，2017年3月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. N.爱德华兹，“区块链满足供应链”，MHD供应链解决方案，第47卷，第47期。4、2017。视图:谷歌学术搜索
36. d . Pyrzenski我只会在盒子上用食物安全标签吃区块谷物， IBM博客，Armonk，美国纽约，2018，https://www.ibm.com/blogs/blockchain/2017/09/ill-only-eat-blockchain-cereal-with-a-food-safety-label-on-the-box/。
37. N. Alzahrani和N. Bulusu，“区块供应链:使用NFC和区块链的新的防伪供应链”第一届分布式系统加密货币和区块链研讨会论文集2018年6月，德国慕尼黑。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. f .田”,中国的食品供应链可追溯系统基于RFID与区块链技术,”第十三届国际服务系统和服务管理会议论文集2016年6月，中国昆明。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. f .田”,供应链基于HACCP食品安全可追溯系统,区块链&物联网”国际服务系统和服务管理会议论文集2017年6月，中国大连。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. L. Ramundo, M. Taisch，和S. Terzi，“食品行业面向物联网价值链的技术现状”第二届IEEE国际研讨会论文集:社会与工业的研究与技术，借力更美好的明天2016年9月，意大利博洛尼亚。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. “基于区块链的葡萄酒供应链溯源系统”，《中国葡萄酒》，2004年第4期未来技术会议论文集2017年11月，加拿大温哥华。视图:谷歌学术搜索
42. 谢东升、张博、杨元庆、程昌成、穆鸿章，“区块链在食品供应信息安全中的应用”，《食品安全与安全研究》，第2期工业工程与工程管理国际会议论文集2017年12月，新加坡。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. F. Casino, T. K. Dasaklis和C. Patsakis，“基于区块链应用的系统文献综述:现状、分类和未决问题”，远程信息处理和信息，第36卷，第55-81页，2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. G. Baralla, a . Pinna，和G. Corrias，“通过使用区块链系统确保欧洲食品供应链的可追溯性”第2届区块链软件工程新趋势国际研讨会论文集，加拿大蒙特利尔，2019年5月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
45. 陈s . Chen, J. Yan, B. Tan, X. Liu, Y. Li，“在食品供应链中采用区块链技术的过程和挑战:主题分析”，刊于2019年国际会议论文集，美国华盛顿特区，2019年3月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. P. Olsen, M. Borit和S. Syed，“区块链技术在食品工业中的应用、限制、成本和效益”，报告没有:4/2019， Nofima，特罗姆瑟，挪威，2019。视图:谷歌学术搜索
47. W. G. Johnson， "区块链符合基因组学:促进食品安全和公共卫生的治理考虑"食品法律与政策杂志，第15卷，第5期。1，第74-97页，2019。视图:谷歌学术搜索
48. S. Mondal, N. Kriti, D. Kumar，和P. Chahal，“区块链启发了基于RFID的食品供应链信息架构，”IEEE物联网期刊，第6卷，第2期3, pp. 5803-5813, 2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. E. B. Swanson和N. C. Ramiller，“用信息技术谨慎地创新”，管理信息系统季刊第28卷第2期4, 2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
50. K. Ashford-Rowe，“应用基于设计的研究方法来确定和应用真实评估的关键元素”2008第二届新兴技术会议论文集，澳大利亚卧龙岗，2008年。视图:谷歌学术搜索
51. J. Gubbi, R. Buyya, S. Marusic，和M. Palaniswami，“物联网:愿景、建筑元素和未来方向”，下一代计算机系统，第29卷，第2期7, pp. 1645-1660, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. E. Androulaki, a . Barger, V. Bortnikov等，“Hyperledger fabric:一个用于许可区块链的分布式操作系统”第十三届EuroSys大会论文集，EuroSys 20182018年4月，葡萄牙波尔图。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
53. C. Cachin，“超级账本区块链结构的架构”莱布尼茨国际信息学论文集，LIPIcs，德国Dagstuhl, 2017年5月。视图:谷歌学术搜索
54. S. Rouhani和R. Deters的《智能合约的安全、性能和应用:系统性调查》，IEEE访问， vol. 7, pp. 50759-50779, 2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权所有©2020 Adnan Iftekhar等人。这是一篇发布在知识共享署名许可协议，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，但必须正确引用原作。