周寅峰, 郁曹一, 梅年松, 張學軍, 李惠蓉, 張自峰

1(鹽城市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢驗檢測中心 電子電器檢驗部, 鹽城 224056)

2(中國科學院 上海高等研究院, 上海 200120)

3(中國科學院大學, 北京 100049)

黨的十八大以來對政府提出了更高的監(jiān)管職能要求, 一方面要求政府“放、管、服”, 減輕企業(yè)的負擔,另一方面又要求提高對產(chǎn)品質(zhì)量的有效監(jiān)管, 實施質(zhì)量提升工程[1]. 近年來, 經(jīng)濟的快速發(fā)展使得商品的種類數(shù)目大大增加, 市場監(jiān)督抽查規(guī)模和抽查范圍不斷地擴大, 傳統(tǒng)依托紙質(zhì)傳輸信息的抽樣檢測模式已無法滿足日益增長的數(shù)據(jù)量, 無法適應(yīng)社會發(fā)展的要求[2].

我國目前抽樣檢測行業(yè)整體的信息化程度偏低[3,4].目前國內(nèi)與抽樣檢測領(lǐng)域相近的質(zhì)量管理領(lǐng)域較好地應(yīng)用了計算機技術(shù)、感應(yīng)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)等信息技術(shù)[5–7], 但在抽樣檢測行業(yè)信息化程度一直停留在較低的層次, 主要體現(xiàn)在: (1)抽檢效率不高, 檢測數(shù)據(jù)還沒有實現(xiàn)自動采集處理, 普遍采用人工錄入; (2)數(shù)據(jù)源不可信, 采用人工錄入數(shù)據(jù), 出現(xiàn)人為錯誤的可能性大大增加, 另外中心化的系統(tǒng)中管理員權(quán)限較大, 數(shù)據(jù)上傳后可以被系統(tǒng)管理員輕易地更改.

中國通信標準化協(xié)會于2019 年11 月發(fā)布了《“物聯(lián)網(wǎng)”+“區(qū)塊鏈”應(yīng)用與發(fā)展白皮書》指出可利用區(qū)塊鏈技術(shù)進行數(shù)據(jù)存儲管理, 解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲模式的中心化、易被攻擊篡改等問題[8]. 本文提出了一種基于區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的抽樣檢測管理平臺, 通過物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對過程進行智能感知, 結(jié)合區(qū)塊鏈的可溯源, 不可篡改等特點, 建立數(shù)據(jù)安全可信, 過程可監(jiān)控的高效抽樣檢測管理平臺.

1 相關(guān)工作

1.1 區(qū)塊鏈

2008 年中本聰在《Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system》中描述了一個去中心化的數(shù)字貨幣系統(tǒng)以及實現(xiàn)它的密碼學細節(jié), 作為底層技術(shù)的區(qū)塊鏈開始受到學術(shù)界和工業(yè)界的追捧. 區(qū)塊鏈作為分布式的公共賬本, 具有以下特征:

(1) 去中心化

區(qū)塊鏈技術(shù)是一個去中心化的信息存儲機制, 這一特性決定了區(qū)塊鏈是由眾多節(jié)點共同保持和維護數(shù)據(jù)的. 與傳統(tǒng)的中心化防偽系統(tǒng)相比, 分布式的數(shù)據(jù)存儲使得數(shù)據(jù)更加安全[9], 即使發(fā)生單點故障, 通過其他節(jié)點保存的副本依舊能維持整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò), 保證數(shù)據(jù)安全性的同時也保證了完整性.

(2) 不可篡改

數(shù)據(jù)一旦經(jīng)由各節(jié)點共識后上傳至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),則無法被篡改[10]. 原因在于區(qū)塊內(nèi)數(shù)據(jù)以默克爾樹的形式存儲在區(qū)塊體內(nèi), 數(shù)據(jù)作為默克爾樹的葉節(jié)點, 兩兩節(jié)點不停進行哈希運算直至只剩一個樹根節(jié)點, 樹根節(jié)點保存在區(qū)塊頭中, 當葉節(jié)點保存的數(shù)據(jù)被篡改時, 樹根節(jié)點發(fā)生變化引起區(qū)塊頭的更改, 這就導(dǎo)致了整個區(qū)塊鏈的發(fā)生變化, 而篡改整個網(wǎng)絡(luò)要付出極大的代價, 比如以POW 為共識算法的區(qū)塊鏈, 要掌握全網(wǎng)50%以上的算力才能修改整條區(qū)塊鏈.

(3) 去信任化

智能合約是一段運行在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的代碼, 也是一套數(shù)字形式的承諾. 鏈上參與方制定智能合約, 當合約中條件被觸發(fā)則合約自動生效并執(zhí)行. 大大減少中間人為因素所導(dǎo)致的延遲履約甚至不履約, 加強誠信合作.

區(qū)塊鏈不可篡改的特性可從根本上改變信任方式,解決數(shù)據(jù)的信任和安全問題. 區(qū)塊鏈包含3 大分支, 分別是公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈. 公有鏈項所有節(jié)點開放, 加入公有鏈的各個節(jié)點都能參與共識, 但這會導(dǎo)致Sybil 攻擊, 攻擊者大量創(chuàng)建節(jié)點干涉整個網(wǎng)絡(luò)的共識,增加維護系統(tǒng)的開銷[11]; 私有鏈僅對個人或單獨的實體開放, 不具備面向公共的能力; 聯(lián)盟鏈采用多中心的方式, 數(shù)據(jù)僅在聯(lián)盟中的機構(gòu)極其用戶中傳遞, 相比公有鏈的海量節(jié)點, 聯(lián)盟鏈中節(jié)點較少, 可以較快地達成共識, 通過預(yù)先設(shè)定參與節(jié)點、權(quán)限控制等方式降低出現(xiàn)Sybil 攻擊的可能. 同時聯(lián)盟鏈具備多通道的特點, 可將互相信任并可呈現(xiàn)敏感數(shù)據(jù)信息的節(jié)點加入同一通道中, 實現(xiàn)隱私保護[12], 種種特點使得聯(lián)盟鏈更適合本系統(tǒng).

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)通過嵌入式計算、嵌入式設(shè)備、通信技術(shù)、應(yīng)用程序等基礎(chǔ)技術(shù)使得普通設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茉O(shè)備, 實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與人之間信息交互[13].物聯(lián)網(wǎng)大致可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層. RFID標簽、溫濕度傳感器、全球定位系統(tǒng)等各類物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備組成的感知層實現(xiàn)對外界的智能感知, 采集數(shù)據(jù)[14]. 然后使用網(wǎng)絡(luò)層中各類通信技術(shù)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層. 應(yīng)用層運用大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù), 對海量的感知數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理,實現(xiàn)智能化的決策和控制[15].

物聯(lián)網(wǎng)正將各行各業(yè)重塑為以數(shù)據(jù)分析為導(dǎo)向來制定決策的智能行業(yè), 醫(yī)療、旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)等實時數(shù)據(jù)的獲取與分析使得各行各業(yè)的從業(yè)人員及時有效地制定方案. 同時物聯(lián)網(wǎng)打破一個又一個信息孤島, 以智慧城市為例, 城市管理人員和市民可以獲取大量城市環(huán)境的實時信息, 以此為基礎(chǔ)綜合考量相關(guān)數(shù)據(jù)后采取行動.

1.3 國內(nèi)外研究進展

自物聯(lián)網(wǎng)概念提出以來, 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展使得越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入到整個網(wǎng)絡(luò)中, 預(yù)計2025 年連接數(shù)可能達到1000 億, 但中心化的數(shù)據(jù)處理方式使得物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到了瓶頸, 萬物互聯(lián)不僅帶來了海量的數(shù)據(jù)還帶來了網(wǎng)間協(xié)作、隱私與安全、信任機制等挑戰(zhàn), 而區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改、可溯源等特性, 為解決物聯(lián)網(wǎng)面臨的上述瓶頸和挑戰(zhàn)提供了新的思路, 成為學術(shù)界和工業(yè)界的焦點.

國內(nèi)外對于區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的研究大致分為兩類. 第一類研究將區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)相融合, 解決物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的問題, 如海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如何存儲、不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備怎樣交互數(shù)據(jù)等,現(xiàn)行物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)所采用的中心化管理方式無法有效地處理這些問題. Fakhri 等[16]提出一種基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息交互方案, 將區(qū)塊鏈作為信息交互平臺實現(xiàn)不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全交互. Quang 等[17]在研究了海量物聯(lián)網(wǎng)的管理方式與存在的問題后, 提出了基于區(qū)塊鏈的可擴展物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)以管理大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備, 結(jié)合智能合約實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的重配置. Wang等[18]提出了一種基于分層存儲的區(qū)塊鏈工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)以解決物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲問題, 通過區(qū)塊鏈連接器與云連接器構(gòu)建分層存儲架構(gòu)將大部分區(qū)塊數(shù)據(jù)存儲在云中, 而將最新的區(qū)塊信息存儲在工業(yè)IoT 網(wǎng)絡(luò)中, 實現(xiàn)了在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中管理與存儲區(qū)塊鏈. Pavithran 等[19]提出了一種能應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的基于分層身份加密(HIBE)的保護隱私區(qū)塊鏈架構(gòu), 解決了現(xiàn)存的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)如比特幣無法直接融合進物聯(lián)網(wǎng)中, 該方案同時能保證隱私安全.

第二類研究偏向應(yīng)用領(lǐng)域, 將區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合, 取長補短, 解決實際生產(chǎn)生活中存在的問題. 國內(nèi)外多數(shù)研究人員將目光放在供應(yīng)鏈上, 將RFID 芯片嵌入供應(yīng)鏈生產(chǎn)、倉儲、運輸、銷售的全流程中, 隨時獲取當前的數(shù)據(jù)并監(jiān)控全流程, 同時將數(shù)據(jù)保存在區(qū)塊鏈中以保證數(shù)據(jù)的可信可溯源. Mo 等[20]選擇服裝行業(yè)作為應(yīng)用場景, Sun 等[21]選擇白酒行業(yè),Mondal 等[22]以食品供應(yīng)鏈為應(yīng)用場景, 結(jié)合上述方案實現(xiàn)生產(chǎn)、運輸、倉儲和銷售的全流程透明化管理,保證生產(chǎn)的物品都真實可靠. 但供應(yīng)鏈監(jiān)督不只是廠商的責任, 需要更有效的監(jiān)管, 且在一些特定的供應(yīng)鏈中, 如海鮮、農(nóng)產(chǎn)品等食品供應(yīng)鏈對溫度環(huán)境的要求更為苛刻, 所以陳飛等[23]在設(shè)計區(qū)塊鏈時引入食品藥品監(jiān)督局節(jié)點, 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)變更服務(wù)和食品召回功能.消費者不僅能查詢食品的全流程溯源信息, 還能在該溯源系統(tǒng)中進行維權(quán)投訴. 張森等[12]重點關(guān)注冷鏈運輸時的溫度信息, 提高了冷鏈物流行業(yè)的可信性和數(shù)據(jù)的安全性. 此外, Malik 等[24]引入信譽系統(tǒng)參與整個供應(yīng)鏈的管理, 再通過智能合約整合資源, 提高整個供應(yīng)鏈的效率.

2 基于區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)的抽樣檢測方案設(shè)計

2.1 現(xiàn)場抽樣

現(xiàn)場抽樣環(huán)節(jié)為抽樣檢測流程中的先序環(huán)節(jié), 具體流程為: 企業(yè)抽樣-出證索證-現(xiàn)場取樣-現(xiàn)場封樣-填寫表單-簽字蓋章-樣品運輸. 在現(xiàn)場抽樣環(huán)節(jié)需要追溯的信息包括: 包含企業(yè)廠牌、廠名的照片; 抽樣人員的檢驗員證、企業(yè)營業(yè)執(zhí)照或組織機構(gòu)代碼證等證書;抽樣物品的詳細信息; 抽樣單位和檢驗員信息. 在實際過程中, 由于沿用紙作為信息傳輸媒介, 不僅效率低下,而且容易在傳遞過程中丟失. 使用NFC 標簽與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合, 在移動端錄入抽樣單信息的同時, NFC 芯片關(guān)聯(lián)樣品, 最后將所有需要追溯的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫與區(qū)塊鏈. 在現(xiàn)場抽樣環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)據(jù)來源全部可信,可追溯, 提高現(xiàn)場抽樣的效率. 其現(xiàn)場抽樣過程圖如圖1 所示.

圖1 現(xiàn)場抽樣過程圖

2.2 子樣拆分與檢驗

抽樣完成后, 樣品會送到當?shù)貦z驗檢測機構(gòu), 分析樣品的成分、結(jié)構(gòu)和性能等. 子樣拆分是檢驗前的必要環(huán)節(jié), 樣品檢驗除了對樣品整體進行評估檢測外, 樣品的各個組成部分也需要詳細的分析. 因此樣品檢驗前, 將樣品的各個部分依次拆分并通過移動端關(guān)聯(lián)標簽, 然后送往不同的檢驗的部門. 各部門收到子樣后讀取子樣的NFC 標簽, 再讀取檢驗設(shè)備的標簽, 進入檢驗記錄的界面. 檢驗完成后在該頁面上填寫檢驗項目和檢驗結(jié)構(gòu). 其子樣拆分與檢驗過程圖如圖2、圖3.

圖2 子樣拆分過程圖

圖3 檢驗過程圖

2.3 人員及設(shè)備管理

人員管理在市場監(jiān)督過程中是很重要的一環(huán). 移動端: 現(xiàn)場抽樣, 子樣拆分, 檢驗記錄和設(shè)備管理, 各個環(huán)節(jié)需要安排不同的人員進行操作, 所以要對每個人的權(quán)限進行區(qū)分. 在PC 端, 所有人員都可以登錄查看檢驗檢測的進度和結(jié)果, 但只有管理員可以審核檢測結(jié)果, 也可以對不同人員的權(quán)限進行授權(quán). 人員管理細節(jié)分工如圖4 所示.

圖4 人員管理分工圖

各子樣送到不同部門檢測前, 為了保證獲取到的檢驗數(shù)據(jù)真實可信, 需要掃描檢驗設(shè)備的NFC 芯片獲取儀器的基本信息. 故在儀器正式投入使用前, 需要錄入儀器的基本信息: 名稱, 規(guī)格, 測量范圍等, 同時關(guān)聯(lián)到NFC 芯片, 未關(guān)聯(lián)的設(shè)備不能用于檢測, 保證檢測的結(jié)果可追溯. 設(shè)備管理過程圖如圖5 所示.

圖5 設(shè)備管理過程圖

3 基于區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)的抽樣檢測平臺

3.1 存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的特點決定了無法保存大規(guī)模數(shù)據(jù),然而整個抽樣檢測流程中包含抽樣單、詳細樣品信息、子樣信息、檢驗結(jié)果等大量需要存儲的數(shù)據(jù). 全部存儲在區(qū)塊鏈中不僅影響上鏈速度, 而且較高的硬件要求增加了運維成本. 所以在本文中, 將采用區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式[23], 當各節(jié)點采集完數(shù)據(jù)后, 先將數(shù)據(jù)經(jīng)由SHA256 算法[25]提取數(shù)據(jù)摘要并存入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò), 上鏈成功后區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)返回一個哈希值, 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中保存該哈希值與數(shù)據(jù)摘要, 數(shù)據(jù)庫中則存儲完整的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)摘要上鏈后返回的哈希值, 數(shù)據(jù)庫交由市場監(jiān)督局節(jié)點進行維護, 其余節(jié)點可以通過區(qū)塊鏈中的哈希值在數(shù)據(jù)庫中進行檢索來獲取完整數(shù)據(jù), 同時根據(jù)數(shù)據(jù)摘要來判斷數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是否被篡改. 雙存儲結(jié)構(gòu)不僅能提高整個系統(tǒng)的運行效率, 而且解決了區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)困難的問題. 存儲結(jié)構(gòu)如圖6 所示.

圖6 存儲架構(gòu)圖

3.2 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

抽樣檢測主要由現(xiàn)場抽樣部門、子樣拆分部門、檢驗檢測部門和審核結(jié)果的市場監(jiān)督局構(gòu)成, 每次抽樣檢測需要四方合作共同完成, 且保證數(shù)據(jù)可信可追溯. 本系統(tǒng)使用Hyperledger Fabric 搭建區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),Hyperledger Fabric 是Linux 基金會下應(yīng)用最廣泛的開源聯(lián)盟鏈項目, 其模塊化架構(gòu)、高度保密性等特點使得用戶能夠快速搭建聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)[26], 本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7 所示.

圖7 Fabric 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本平臺區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中, 以抽樣檢測的流程作為劃分節(jié)點方式, 以地級市為例, 各區(qū)縣檢驗檢測中心以環(huán)節(jié)劃分為現(xiàn)場抽樣、子樣拆分與檢驗檢測3 個部門, 市場監(jiān)督管理局除了劃分以上3 個部門外, 單獨設(shè)置市場監(jiān)督局節(jié)點, 相同部門構(gòu)成1 個組織, 市場監(jiān)督局節(jié)點單獨構(gòu)成1 個組織審核前3 環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù).現(xiàn)場抽樣、子樣拆分、檢驗檢測與市場監(jiān)督局4 個組織處于相互對等的地位, 四方共同參與聯(lián)盟鏈的管理.每個組織內(nèi)包含多個Peer, 分別承擔背書、與排序服務(wù)節(jié)點以及其他組織交互的任務(wù), 但所有節(jié)點都需要作為記賬節(jié)點維護整個賬本. 每個組織都有一個為客戶端生成證書的Fabric-CA 服務(wù)器, 客戶端只有向CA注冊后才能通過SDK 向Peer 發(fā)起交易. 本系統(tǒng)選擇具有高吞吐量易擴展的Kafka[27]作為共識機制, 以提高系統(tǒng)效率.

3.3 整體系統(tǒng)框架設(shè)計

經(jīng)過第2 節(jié)的抽樣檢測方案設(shè)計與第3.1 節(jié)、第3.2 節(jié)的存儲結(jié)構(gòu)與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計, 系統(tǒng)完整框架如圖8 所示.

圖8 系統(tǒng)完整架構(gòu)

引入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫后解決了區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)困難的問題, 將完整數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中, 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)只存儲數(shù)據(jù)摘要. 數(shù)據(jù)庫由市場監(jiān)督管理局節(jié)點維護, 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)則由各功能對應(yīng)的節(jié)點和市場監(jiān)督管理局節(jié)點一起維護.

現(xiàn)場抽樣、子樣拆分、檢驗中心和市場監(jiān)督局節(jié)點信息錄入過程相同, 以現(xiàn)場抽樣為例, 將現(xiàn)場抽樣環(huán)節(jié)采集到的數(shù)據(jù)打包后, 先經(jīng)過SHA256 算法獲取該數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)摘要并發(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò), 上鏈成功后返回一條哈希值. 此時將返回的哈希值與打包完的數(shù)據(jù)同屬存入數(shù)據(jù)庫中. 而市場監(jiān)督局節(jié)點除了錄入信息外, 還負責處理其余節(jié)點更正數(shù)據(jù)的請求與維護數(shù)據(jù)庫. 前3 個環(huán)節(jié)中, 由于數(shù)據(jù)錄入量較大, 存在操作失誤或其他因素導(dǎo)致的信息錄入錯誤, 但因為區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)無法隨意更改. 所以在本系統(tǒng)框架中將更改數(shù)據(jù)的權(quán)限給予市場監(jiān)督局節(jié)點. 若前3 個環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)錄入信息錯誤, 可以向市場監(jiān)督局節(jié)點提交更改信息請求, 節(jié)點審核通過后由它將更正后的信息上傳至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫.

本方案基于區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 將NFC 芯片應(yīng)用于抽樣檢測流程中的各個方面, 從源端采集數(shù)據(jù), 保證了數(shù)據(jù)來源可信, 數(shù)據(jù)可追溯. 同時減少傳統(tǒng)抽樣檢測過程中人工錄入的次數(shù), 不僅節(jié)約大量的人力成本, 而且大大降低了出現(xiàn)人為錯誤的可能, 檢驗結(jié)果審核完成后, 相關(guān)人員可直接下載檢驗報告, 提高全過程的效率.

4 系統(tǒng)詳細設(shè)計

4.1 功能模塊設(shè)計

抽樣檢測平臺是為了保證各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)可靠, 可追溯, 按照抽樣檢測流程設(shè)計滿足需求的業(yè)務(wù)模塊. 抽樣檢測平臺的業(yè)務(wù)模塊設(shè)計如圖9 所示, 分為兩大交互端, 即移動端和Web 端, 每端各有4 個功能模塊, 移動端為: 現(xiàn)場抽樣模塊、子樣拆分模塊、檢驗記錄模塊和設(shè)備管理模塊; Web 端為: 樣品管理模塊、檢驗結(jié)果模塊、人員管理模塊、設(shè)備管理模塊. 每個模塊都具備各自的功能, 以下對各模塊進行簡要介紹.

圖9 業(yè)務(wù)模塊圖

現(xiàn)場抽樣模塊主要實現(xiàn)現(xiàn)場抽樣環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息錄入同時將抽樣單關(guān)聯(lián)NFC 標簽, 具體為帶有企業(yè)廠牌廠名的照片、抽樣人員的檢驗員證、企業(yè)營業(yè)執(zhí)照或組織機構(gòu)代碼證等能夠證明單位資質(zhì)的證書、取樣和封樣時的照片、抽樣單信息、現(xiàn)場打印后簽字蓋章的抽樣單照片等信息進行錄入, 錄入抽樣單信息后, 需要將該抽樣單與NFC 標簽關(guān)聯(lián).

子樣拆封模塊主要為拆分后的樣品子樣關(guān)聯(lián)NFC標簽, 并將子樣名稱和NFC 標簽編號錄入平臺, 便于檢驗部門后續(xù)對樣品進行詳細分析.

檢驗記錄模塊主要是各檢驗人員收到樣品或子樣后, 對其進行檢驗和記錄結(jié)果, 將結(jié)果錄入系統(tǒng)中, 檢驗人員需要依次掃描儀器和樣品的標簽后, 才能進入檢驗記錄界面, 以保證樣品的檢驗過程都可追溯.

樣品管理模塊主要對現(xiàn)場抽樣后的樣品進行管理,包括對樣品信息的查詢、修改及刪除. 在現(xiàn)場抽樣環(huán)節(jié)因為失誤造成錄入信息有誤, 可在這個環(huán)節(jié)對錯誤信息進行修改或刪除.

檢驗結(jié)果管理模塊主要提供給抽樣檢測管理人員審核流程是否完備, 同時上傳報告附件, 報告附件包括檢驗時的紙質(zhì)文件, 之后相應(yīng)人員可以下載檢驗報告.

人員管理模塊主要是對各環(huán)節(jié)的工作人員進行管理與授權(quán), Web 端管理員創(chuàng)建各環(huán)節(jié)的工作人員, 并給予權(quán)限, 各環(huán)節(jié)人員只對各自的環(huán)節(jié)負責, 確保整個過程獲取的數(shù)據(jù)在可追溯的同時可信可靠.

移動端與Web 端的設(shè)備管理模塊主要是對檢驗設(shè)備關(guān)聯(lián)NFC 標簽. 新設(shè)備投入使用前需要管理員在Web 端錄入設(shè)備信息, 然后設(shè)備管理員通過移動端將設(shè)備與NFC 標簽關(guān)聯(lián), 關(guān)聯(lián)后設(shè)備才能投入使用保證所有檢驗的所有細節(jié)都已被追溯. 同Web 端還提供查詢、修改和刪除功能, 當設(shè)備出現(xiàn)問題時, 能立即將設(shè)備移除允許使用的序列.

4.2 智能合約設(shè)計

(1)發(fā)布修訂請求

各組織將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫前, 需要先上傳至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò), 然而區(qū)塊鏈的特點決定了數(shù)據(jù)一經(jīng)上傳無法修改. 本系統(tǒng)將修改請求通過智能合約實現(xiàn), 當各個組織發(fā)現(xiàn)錄入的數(shù)據(jù)有誤時, 調(diào)用該合約請求市場監(jiān)督局節(jié)點重新將數(shù)據(jù)上傳至區(qū)塊鏈并更新數(shù)據(jù)庫.

修訂請求包括修訂編號(樣品編號+發(fā)起組織編號)、發(fā)起日期、修改名稱、修改內(nèi)容、監(jiān)督局節(jié)點確認信息、該請求當前狀態(tài). 將樣品編號與發(fā)起組織編號合并為一個字段后作為key, 其余字段作為value,具體結(jié)構(gòu)如表1 所示.

修訂請求合約的生命周期如圖10 所示. 當發(fā)布請求時, 先將Confirm 值為false, Current_State 字段置為Issued. 發(fā)布修訂請求的算法如算法1.

算法1. 發(fā)布修訂請求輸入: 由樣品編號與發(fā)起組織編號組成的Issue_ID、合約發(fā)布的當前時間Issue_Time、需要修改的字段Ex_Name、字段對應(yīng)的修改內(nèi)容Ex_Content輸出: 請求發(fā)布成功返回成功標記, 發(fā)布失敗返回錯誤信息1. Function addOrder(Issue_ID, Issue_Time, Ex_Name, Ex_Content)2. 輸入string 類型的參數(shù)實例化結(jié)構(gòu)體Order 3. orderQuery = GetState(Order. Issue_ID+ Order. Issue_Time)4. If orderQuery 不為空 then 5. Return 請求已存在, 返回錯誤信息6. End if 7. orderkey = CreateCompositeKey("Order", []string{Order.Issue_ID,Order.Issue_Time})8. orderJSONasBytes, err = json.Marshal(Order)9. err = PutState(orderkey, orderJSONasBytes)10. If err != nil then 11. Return 請求提交錯誤, 返回錯誤信息12. Else 13. Return 請求提交完成14. End if

字段描述Issue_ID修訂編號Issue_Time發(fā)布時間Ex_Name修改字段Ex_Content修改內(nèi)容Confirm監(jiān)督局節(jié)點是否同意Is_State修訂請求狀態(tài)

圖10 合約狀態(tài)圖

(2)審核修訂請求

市場監(jiān)督局節(jié)點收到請求后, 核準請求的內(nèi)容, 如果同意修改, 將Confirm 字段置為true, 不同意修改就保持false, 同時修訂請求進入Handled 狀態(tài).

審核修訂請求算法如算法2.

算法2. 審核修訂請求輸入: 由樣品編號與發(fā)起組織編號組成的Issue_ID、合約發(fā)布的當前時間Issue_Time、市場監(jiān)督局節(jié)點同意與否Confirm輸出: 審核通過重新將數(shù)據(jù)打包上鏈, 修改數(shù)據(jù)庫內(nèi)容, 審核不通過返回失敗信息1. Function updataOrder(Issue_ID, Issue_Time, Confirm)

2. orderAsBytes = GetStateByPartialCompositeKey ("Order", []string{Issue_ID, Issue_Time})3. If orderAsBytes == nil then 4. Return 請求不存在, 返回錯誤信息5. End if 6. 將orderAsBytes 實例化為Order 7. Order.Confirm = Confirm 8. Order.Is_State = Handled 9. orderkey = CreateCompositeKey("Order", []string{Order.Issue_ID,Order.Issue_Time})10. orderJSONasBytes, err = json.Marshal(Order)11. err = PutState(orderkey, orderJSONasBytes)12. If err != nil then 13. Return 請求提交錯誤, 返回錯誤信息14. Else 15. Return 請求提交完成15. End if?

5 系統(tǒng)測試

在詳細設(shè)計平臺功能模塊并編碼實現(xiàn)后, 對平臺的關(guān)鍵功能進行了測試. 如圖11, 圖12 是對于智能合約執(zhí)行模塊的測試, 從發(fā)布合約到處理合約, 測試正常;圖13, 圖14 屬于Web 端的樣品管理與測試結(jié)果模塊,主要展示抽樣樣品的詳細信息與樣品所處的檢驗環(huán)節(jié),測試正常; 圖15 為移動端主要功能模塊, 經(jīng)測試可以正常使用.

圖11 合約請求通過

圖12 合約請求未通過

圖13 樣品管理界面

圖14 檢驗信息界面

圖15 移動端主要功能

6 結(jié)論與展望

本文分析了抽樣檢測平臺的現(xiàn)狀, 針對信息化程度不高導(dǎo)致的效率低下問題以及現(xiàn)存的數(shù)據(jù)篡改與來源不可信問題, 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合, 設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)的抽樣檢測平臺.考慮到區(qū)塊鏈無法存儲大規(guī)模數(shù)據(jù), 引入傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫, 既解決了數(shù)據(jù)存儲問題, 又利用區(qū)塊鏈的特點實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不可篡改. 物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對于過程的智能感知使得大部分資料不再需要手工摘抄或后補錄入, 極大地減少了人為錯誤出現(xiàn)的頻率. 即使出現(xiàn)錄入數(shù)據(jù)錯誤, 通過設(shè)計的智能合約發(fā)送修改請求, 審核通過后數(shù)據(jù)再度上鏈, 兼顧區(qū)塊鏈不可篡改的同時保證了數(shù)據(jù)的正確性. 人員權(quán)限管理與設(shè)備管理使得檢驗結(jié)果的可信程度進一步提高. 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合, 提高了抽樣檢測工作的效率, 降低了人為錯誤出現(xiàn)的可能, 也使得檢測結(jié)果更令人信服.