何 云，濮文輝，黃振遠(yuǎn)，李 瓊，洪青梅*

1. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海南?？?571101；2. 北京航空航天大學(xué)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191

目前，我國(guó)已鑒定的熱帶植物種類有1.2萬(wàn)種，占我國(guó)植物種群數(shù)量的30%[1]。熱帶植物中存在著許多具有特殊價(jià)值的基因資源，是我國(guó)多種重要戰(zhàn)略物資的原材料，在資源利用和集約化生產(chǎn)方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前我?guó)熱帶作（植）物種質(zhì)資源保存數(shù)量已達(dá)4.7萬(wàn)份，保存于我國(guó)熱區(qū)7?。▍^(qū)）的23家科研機(jī)構(gòu)中?；谛畔⒓夹g(shù)的熱帶作物種質(zhì)資源管理是提升種質(zhì)資源利用效率的新范式。借助信息化平臺(tái)整合種質(zhì)資源，通過(guò)約定資源配置機(jī)制來(lái)盤(pán)活存量資源，提升資源供給效率，促進(jìn)熱帶作物科研、種業(yè)的跨越式發(fā)展。種質(zhì)資源管理信息化通過(guò)信息管理系統(tǒng)把種質(zhì)資源收集、保存、鑒定評(píng)價(jià)、創(chuàng)新、利用等各環(huán)節(jié)集成起來(lái)，共享信息和資源，有效支撐管理者決策，達(dá)到激活現(xiàn)有種質(zhì)資源價(jià)值，實(shí)現(xiàn)種業(yè)乘數(shù)效應(yīng)，擴(kuò)大熱帶作物影響力，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全貢獻(xiàn)熱作力量。近3年，我國(guó)已向國(guó)內(nèi)科研和生產(chǎn)單位以及國(guó)外的非洲、東南亞國(guó)家提供熱帶作物種質(zhì)資源共享6萬(wàn)份次，為189個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等各級(jí)各類科技計(jì)劃（項(xiàng)目/課題）以及國(guó)內(nèi)企業(yè)提供了資源和技術(shù)支撐，支撐產(chǎn)出論文251篇、論著13部、標(biāo)準(zhǔn)27項(xiàng)、軟件著作權(quán)10個(gè)、專利（含申請(qǐng)）79項(xiàng)、審（認(rèn)）定品種18個(gè)、植物新品種保護(hù)權(quán)（含申請(qǐng)）12件、科技成果及科技獎(jiǎng)勵(lì)26項(xiàng)。熱帶作物種質(zhì)資源共享極大助力國(guó)家“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”“扶貧攻堅(jiān)”“鄉(xiāng)村振興”“一帶一路”等的推進(jìn)。

傳統(tǒng)的信息化管理和安全認(rèn)證技術(shù)具有明顯的中心化特性，這與熱帶作物種質(zhì)資源的采集環(huán)節(jié)多、利用鏈條長(zhǎng)、種源基因信息復(fù)雜等現(xiàn)狀有著難以調(diào)和的矛盾。盡管在管理信息化的加持下，熱帶作物種質(zhì)資源不斷為科研、育種等活動(dòng)創(chuàng)造價(jià)值，為廣大從業(yè)者帶來(lái)利益，但也面臨著資源流動(dòng)業(yè)務(wù)鏈管理分散、資源及業(yè)務(wù)鏈信息數(shù)據(jù)失真、資源可信惠益分配證據(jù)鏈缺失等問(wèn)題，主要表現(xiàn)為[2-5]：（1）在種質(zhì)資源從持有者到共享者的流動(dòng)中，信息提供主體發(fā)生改變，業(yè)務(wù)管理鏈條卻不能保持前后信息承接的流轉(zhuǎn)鏈條，導(dǎo)致業(yè)務(wù)鏈條信息管理前后脫節(jié)，各自為陣，出現(xiàn)信息誤差，影響信息管理效率。（2）熱帶作物種質(zhì)資源從收集到共享，環(huán)節(jié)多、周期長(zhǎng)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在資源流動(dòng)業(yè)務(wù)鏈中各節(jié)點(diǎn)出于利益驅(qū)動(dòng)會(huì)隨意私自篡改所涉及流程的信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)致資源信息、流程信息失真，給共享各方造成不必要損失。（3）種質(zhì)資源可信惠益分配證據(jù)鏈不完善。種質(zhì)資源提供者、共享者的貢獻(xiàn)無(wú)法通過(guò)可信的證據(jù)鏈條得到證明，極易產(chǎn)生利益分配糾紛。目前熱帶作物種質(zhì)資源共享者一般以非市場(chǎng)化的方式取得種質(zhì)資源，種質(zhì)資源的共享活動(dòng)沒(méi)有固定的讓渡規(guī)則，需要共享雙方協(xié)商確定，無(wú)法通過(guò)流程鏈產(chǎn)生的可信信息形成完整的惠益分配證據(jù)鏈。隨著熱帶作物種質(zhì)資源共享活動(dòng)的不斷增加，資源的權(quán)屬、流向、惠益分配等問(wèn)題對(duì)熱帶作物種質(zhì)資源共享、利用的制約愈加凸顯。與權(quán)屬相關(guān)的數(shù)據(jù)溯源、安全傳輸、可信轉(zhuǎn)讓等環(huán)節(jié)亟需可靠、高效的解決方案。而區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可追溯、公開(kāi)透明等特點(diǎn)，能夠解決信息不對(duì)稱問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)熱帶作物種質(zhì)資源的眾多有關(guān)機(jī)構(gòu)和環(huán)節(jié)的協(xié)作信任與一致行動(dòng)，可以有效地解決上述問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

目前，國(guó)內(nèi)將區(qū)塊鏈應(yīng)用在農(nóng)作物種質(zhì)資源管理的研究主要集中于數(shù)據(jù)管理層面。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所劉海洋等[6-8]針對(duì)種質(zhì)資源管理工作中的數(shù)據(jù)溯源、安全傳輸、品種確權(quán)等問(wèn)題，提出了基于區(qū)塊鏈的解決方案。將當(dāng)前農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理模式中的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)按照區(qū)塊鏈中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模，將數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、共享分成三大類型（完備級(jí)、次完備級(jí)、普通）節(jié)點(diǎn)；根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及區(qū)塊鏈存儲(chǔ)特征對(duì)作物種質(zhì)資源進(jìn)行存儲(chǔ)；節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共識(shí)則通過(guò)“雙中心化”節(jié)點(diǎn)；種質(zhì)資源數(shù)據(jù)加密主要通過(guò)非對(duì)稱加密技術(shù)。高陽(yáng)陽(yáng)等[9]將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于品牌農(nóng)產(chǎn)品溯源，將品牌農(nóng)產(chǎn)品關(guān)鍵生命周期信息上鏈，采用多方驗(yàn)證參與的模式，基于區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)、可溯源、不可篡改等技術(shù)特性，構(gòu)建整個(gè)品牌農(nóng)產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵信息強(qiáng)信任背書(shū)追蹤溯源能力。

1 相關(guān)技術(shù)

自從2008年NAKAMOTO[10]提出區(qū)塊鏈以來(lái)，建立了以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的比特幣網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)均存儲(chǔ)有記錄網(wǎng)絡(luò)交易信息的賬本，采用了P2P技術(shù)[11]，可以跳過(guò)第三方機(jī)構(gòu)直接進(jìn)行金融交易，其底層的區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸引起了產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注[12]。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)其進(jìn)行不斷更新演進(jìn)。其中，智能合約應(yīng)運(yùn)而生，即第三代區(qū)塊鏈技術(shù)[13]。目前，區(qū)塊鏈作為一種新興創(chuàng)新技術(shù)，已融入不同行業(yè)、不同領(lǐng)域、不同產(chǎn)品中[14-17]，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)更新升級(jí)。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)層次架構(gòu)如圖1所示，包含數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層[18-21]。其中，數(shù)據(jù)層為區(qū)塊所含數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)加密、時(shí)間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本算法；網(wǎng)絡(luò)層包含分布式網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳播、數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法等；共識(shí)層包括區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)所需要的各類共識(shí)算法如PoW、PoS等；激勵(lì)層主要包括激勵(lì)的發(fā)行和分配方案等；合約層主要包括鏈上腳本、算法和智能合約，是熱帶作物種質(zhì)資源管理與服務(wù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的研發(fā)重點(diǎn)；應(yīng)用層主要包括各種場(chǎng)景下的應(yīng)用程序。

圖1 一般區(qū)塊鏈系統(tǒng)的層次架構(gòu)Fig. 1 The hierarchical architecture of a general blockchain system

在區(qū)塊鏈的層次結(jié)構(gòu)中，位于合約層中的智能合約（smart contract）可以通過(guò)編程方式在一定條件下自動(dòng)化完成區(qū)塊鏈上一系列操作，是支撐和靈活實(shí)現(xiàn)各類型交易流程的基礎(chǔ)，也是按需構(gòu)建各類型應(yīng)用服務(wù)的關(guān)鍵。此外，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的智能合約模塊還需對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的鏈碼進(jìn)行編譯、維護(hù)等操作，并且為系統(tǒng)的其他基礎(chǔ)模塊和審計(jì)模塊提供靈活、關(guān)鍵的中間支持。

區(qū)塊鏈主要包括公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈3種類型。其中，公有鏈較為開(kāi)放，難以管理；私有鏈的應(yīng)用場(chǎng)景較窄，缺乏開(kāi)放性；聯(lián)盟鏈能夠很好地對(duì)鏈上數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題進(jìn)行控制，且具有一定的開(kāi)放性。因此，聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)適用于熱帶作物種質(zhì)資源管理服務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)景。本研究提出的技術(shù)方案選用聯(lián)盟鏈類型，構(gòu)建面向我國(guó)熱帶作物種質(zhì)資源管理與服務(wù)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

2 面向種質(zhì)資源管理的區(qū)塊鏈系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

面向熱帶作物種質(zhì)資源管理的區(qū)塊鏈系統(tǒng)（Blockchain System for Tropical Crop Germplasm Resources Management, BTCGRM）分為3層：底層支撐層、服務(wù)管理層和應(yīng)用層。底層支撐層提供區(qū)塊鏈的支撐技術(shù)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信、共識(shí)算法、激勵(lì)模式以及智能合約執(zhí)行環(huán)境等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)彈性存儲(chǔ)管理、熱插拔數(shù)據(jù)庫(kù)管理、容器管理與集群管理等；服務(wù)管理層包括智能合約管理、安全管理、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、查詢引擎、區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)SDK等核心服務(wù)，并向上層提供區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)訪問(wèn)和修改、智能合約管理和訪問(wèn)控制的API；應(yīng)用層則構(gòu)建面向種質(zhì)資源管理與服務(wù)的應(yīng)用，也是資源管理系統(tǒng)與區(qū)塊鏈系統(tǒng)交互的核心。其層次架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 BTCGRM的聯(lián)盟區(qū)塊鏈Fig. 2 Consortium blockchain of BTCGRM

在熱帶作物種質(zhì)資源管理與服務(wù)區(qū)塊鏈中，通過(guò)執(zhí)行不同的智能合約所產(chǎn)生的交易來(lái)完成對(duì)種質(zhì)資源的各類型操作（收集、保存、鑒定、上鏈、瀏覽和交易等）。BTCGRM架構(gòu)為聯(lián)盟鏈，由異地多節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間使用PBFT（practical byzantine fault tolerance）算法形成共識(shí)，該算法形成共識(shí)的操作流程如圖3所示，其中C為客戶端，0~3表示服務(wù)節(jié)點(diǎn)，0為主節(jié)點(diǎn)，3為故障節(jié)點(diǎn)。整個(gè)算法的基本過(guò)程如下：客戶端發(fā)送請(qǐng)求（request），激活主節(jié)點(diǎn)（0）的服務(wù)操作；當(dāng)主節(jié)點(diǎn)接收請(qǐng)求后，啟動(dòng)3階段的協(xié)議以向各從節(jié)點(diǎn)廣播請(qǐng)求。所有節(jié)點(diǎn)擁有完整區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)并運(yùn)行相同智能合約，對(duì)提交到核心節(jié)點(diǎn)的種質(zhì)資源操作信息進(jìn)行審核記錄。系統(tǒng)中所有對(duì)種質(zhì)資源操作的行為由智能合約進(jìn)行約束、管理和記錄。

圖3 PBFT共識(shí)算法流程Fig. 3 PBFT consensus algorithm flow

在種質(zhì)資源管理與服務(wù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，主要包括集中架設(shè)的CA節(jié)點(diǎn)和Orderer節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一監(jiān)管平臺(tái)、統(tǒng)一服務(wù)平臺(tái)、服務(wù)方在線服務(wù)系統(tǒng)、所有方在線系統(tǒng)均需架設(shè)的Peer節(jié)點(diǎn)及多類型的終端用戶Client節(jié)點(diǎn)（圖4）。

圖4 BTCGRM技術(shù)架構(gòu)Fig. 4 Technical architecture of BTCGRM

（1）CA節(jié)點(diǎn)。主要任務(wù)是通過(guò)對(duì)加入鏈內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)（包括上層的終端用戶）頒發(fā)證書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的授權(quán)認(rèn)證，各節(jié)點(diǎn)使用證書(shū)作為交易流程中的身份識(shí)別，其中通過(guò)證書(shū)認(rèn)證身份合法性的步驟如下：①客戶端收到證書(shū)后進(jìn)行證書(shū)的有效性驗(yàn)證；②客戶端使用本地公鑰對(duì)收到的服務(wù)端傳來(lái)的證書(shū)進(jìn)行解密，得到證書(shū)明文和數(shù)字簽名；③CA公鑰解密數(shù)字簽名，拿到數(shù)字摘要；④hash證書(shū)明文本地生成數(shù)字摘要；⑤校驗(yàn)數(shù)字摘要是否相同（相同則代表證書(shū)明文未做過(guò)篡改）；⑥利用服務(wù)端的公鑰，利用公鑰交換對(duì)稱密鑰進(jìn)行之后的加密通信。

（2）Peer節(jié)點(diǎn)。參與交易的主體代表每個(gè)參與到鏈上的成員，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存完整的賬本數(shù)據(jù)即區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)共識(shí)環(huán)節(jié)中智能合約的執(zhí)行。其中維護(hù)完整賬本數(shù)據(jù)的Peer節(jié)點(diǎn)稱為記賬節(jié)點(diǎn)（Committer），并根據(jù)具體的業(yè)務(wù)劃分背書(shū)策略決定。每個(gè)參與到鏈上的成員都是一個(gè)Peer節(jié)點(diǎn)，是參與交易的主體，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存完整的賬本數(shù)據(jù)即區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)共識(shí)環(huán)節(jié)中智能合約的執(zhí)行。其中根據(jù)節(jié)點(diǎn)在交易中的不同角色可以分為背書(shū)節(jié)點(diǎn)（Endorser）和維護(hù)完整賬本數(shù)據(jù)的Committer。

（3）Orderer節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)主體功能是收集網(wǎng)絡(luò)中的交易請(qǐng)求并對(duì)交易排序，排序的原則為First in First Served（FIFS），是由到達(dá)Orderer的時(shí)間來(lái)決定，從而保證各Peer節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)一致性，然后打包產(chǎn)生新的區(qū)塊，此外還包含ACL訪問(wèn)控制。

（4）Client。Fabric對(duì)各種類型的終端用戶提供了SDK，開(kāi)發(fā)人員可以使用SDK發(fā)起交易，能夠更容易地對(duì)接到區(qū)塊鏈內(nèi)的交易環(huán)節(jié)。

2.2 角色設(shè)置

為了兼顧熱帶作物種質(zhì)資源易于管控和靈活、可信服務(wù)的2種需求，在熱帶作物種質(zhì)資源管理與服務(wù)區(qū)塊鏈中，共設(shè)置4種角色。

（1）種質(zhì)資源監(jiān)管方：依托中國(guó)科技資源共享網(wǎng)和中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，聯(lián)合建設(shè)種質(zhì)資源監(jiān)管平臺(tái)，行使管理和考核評(píng)價(jià)職能，包括種質(zhì)資源采集監(jiān)控及統(tǒng)計(jì)、種質(zhì)資源流轉(zhuǎn)監(jiān)控及統(tǒng)計(jì)、種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)測(cè)、用戶滿意度調(diào)查、服務(wù)性能監(jiān)測(cè)等具體管理任務(wù)；

（2）種質(zhì)資源服務(wù)方：依托中國(guó)科技資源共享網(wǎng)和中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，聯(lián)合建設(shè)種質(zhì)資源服務(wù)平臺(tái)。還包括為種質(zhì)資源需求使用方提供各類服務(wù)的其他機(jī)構(gòu)，包括已經(jīng)建立的國(guó)家熱帶植物種質(zhì)資源庫(kù)，以及其他社會(huì)資金建設(shè)的種質(zhì)資源庫(kù)、各育種機(jī)構(gòu)等。以上種質(zhì)資源庫(kù)和機(jī)構(gòu)均應(yīng)建立自己的在線服務(wù)系統(tǒng)（如網(wǎng)站）；

（3）種質(zhì)資源所有方：種質(zhì)資源的產(chǎn)權(quán)或其他同類型權(quán)益的所有方，既可以獨(dú)立加入種質(zhì)資源管理與服務(wù)區(qū)塊鏈，也可以委托種質(zhì)資源服務(wù)方代理。在有些情況下，種質(zhì)資源服務(wù)方自身也可能持有種質(zhì)資源的所有權(quán)，此時(shí)將兼具種質(zhì)資源服務(wù)方、所有方雙重角色；

（4）資源需求使用方：種質(zhì)資源的終端用戶，包括（國(guó)內(nèi)外）科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)或個(gè)人等。

2.3 業(yè)務(wù)流程

在BTCGRM中，一個(gè)典型的共享流程如圖5所示。詳細(xì)共享流程如下：

圖5 BTCGRM典型共享流程Fig. 5 Typical sharing flowchart of BTCGRM

（1）首先由Client（監(jiān)管方用戶、服務(wù)方用戶、所有方用戶或者種質(zhì)資源需求方用戶）發(fā)起共享請(qǐng)求。

（2）根據(jù)事先指定的背書(shū)策略，要求監(jiān)管方Peer節(jié)點(diǎn)、所有方Peer節(jié)點(diǎn)和服務(wù)平臺(tái)Peer節(jié)點(diǎn)中的部分節(jié)點(diǎn)參與共享活動(dòng)，因此Client將請(qǐng)求分別發(fā)給對(duì)應(yīng)的Peer節(jié)點(diǎn)。背書(shū)策略主要包含主體、門(mén)閥閾值。主體定義了期望的簽名來(lái)源實(shí)體，門(mén)閥閾值包括閾值和主體，如T（2, ‘A’, ‘B’, ‘C’）表示需要A、B、C中任意2個(gè)主體的簽名背書(shū)。

（3）每個(gè)Peer節(jié)點(diǎn)接收到Client節(jié)點(diǎn)的共享請(qǐng)求后，執(zhí)行各自對(duì)應(yīng)的智能合約產(chǎn)生交易并簽名后，分別將輸出結(jié)果返回給Client。

（4）Client在收到所有交易后打包一起發(fā)送到Orderer節(jié)點(diǎn)。

（5）Orderer節(jié)點(diǎn)將接收到的此次共享在共享池里進(jìn)行排序并組合打包生成一個(gè)新的區(qū)塊，Orderer將新的區(qū)塊發(fā)送給所有的Peer節(jié)點(diǎn)。

（6）每個(gè)Peer節(jié)點(diǎn)接收到新區(qū)塊后，對(duì)其中的每一筆共享結(jié)果的簽名進(jìn)行驗(yàn)證是否符合背書(shū)策略，并比對(duì)讀寫(xiě)集合（Read-Write Set）與本地的版本是否相同，如滿足所有條件則將新的區(qū)塊寫(xiě)入本地賬本內(nèi)完成交易。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)環(huán)境

測(cè)試環(huán)境為MacOS系統(tǒng)，運(yùn)行在Mac mini 8G 512G版本的電腦上，使用Java語(yǔ)言搭建熱帶作物種質(zhì)資源管理服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)首頁(yè)如圖6所示。

圖6 熱帶作物種質(zhì)資源管理服務(wù)系統(tǒng)首頁(yè)Fig. 6 Home page of Tropical Crop Germplasm Resources Management Service System

用戶可以登錄網(wǎng)站，對(duì)需要了解的種質(zhì)資源進(jìn)行搜索，也可以查看種質(zhì)資源的統(tǒng)計(jì)分類、種質(zhì)圃（庫(kù)）、種質(zhì)新聞以及特色資源，并能通過(guò)QQ、電話等方式聯(lián)系到系統(tǒng)管理員。管理員將時(shí)政新聞發(fā)布在新聞資訊欄目，新聞詳情頁(yè)面包含當(dāng)前所在位置、新聞標(biāo)題、新聞內(nèi)容、資訊來(lái)源、發(fā)布時(shí)間、瀏覽量等信息，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)獲取，保證了新聞的時(shí)效性和發(fā)布內(nèi)容的可控性。

同時(shí)，系統(tǒng)管理員還可以在系統(tǒng)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)新聞的發(fā)布、種質(zhì)資源的管理、新增、認(rèn)定、上鏈等功能。種質(zhì)資源信息由管理員或用戶提交，經(jīng)由執(zhí)行智能合約、產(chǎn)生交易、打包為區(qū)塊，達(dá)成共識(shí)提交至區(qū)塊鏈，種質(zhì)資源的上傳、下載、傳輸、授權(quán)等過(guò)程信息均存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊內(nèi)，包含種質(zhì)資源基本信息、收集信息、保存信息、鑒定信息、共享信息等模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的保護(hù)確權(quán)，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)種質(zhì)資源的管理和服務(wù)。

3.2 系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)主要包含資源管理模塊、文章管理模塊、消息管理模塊、區(qū)塊鏈管理等模塊，各模塊主要負(fù)責(zé)功能如下：（1）資源管理模塊。對(duì)于所有納入系統(tǒng)管理和服務(wù)的種質(zhì)資源，種質(zhì)資源各方應(yīng)提供種質(zhì)資源在全生命周期各環(huán)節(jié)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，包括采集、培育、利用等操作記錄和相關(guān)數(shù)據(jù)；（2）文章管理模塊。負(fù)責(zé)系統(tǒng)中的新聞、科技咨詢等文章編寫(xiě)與發(fā)布；（3）消息管理模塊。負(fù)責(zé)對(duì)種質(zhì)資源反饋、意見(jiàn)提交處理等；（4）區(qū)塊鏈管理模塊。主要負(fù)責(zé)種質(zhì)資源溯源、智能合約部署、區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)管理、區(qū)塊信息查詢等。

系統(tǒng)的核心流程如圖7所示。在系統(tǒng)中資源管理角色主要分為：采集員、鑒定員、保存員、共享人員、區(qū)塊鏈管理人員、普通人員。各人員的功能如表1所示。

表1 資源管理角色對(duì)應(yīng)功能Tab. 1 Resource management roles corresponding function table

圖7 熱帶作物種質(zhì)資源管理系統(tǒng)核心流程圖Fig. 7 Core flow chart of tropical crop germplasm management system

3.3 系統(tǒng)算法

熱帶作物種質(zhì)資源管理服務(wù)系統(tǒng)中資源上鏈算法流程如表2所示，其中表2算法流程中第5步服務(wù)器與區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上鏈交易的共識(shí)過(guò)程可分為4步：（1）各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立執(zhí)行自己的區(qū)塊；（2）區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)間交換各自執(zhí)行結(jié)果；（3）統(tǒng)計(jì)交換結(jié)果；（4）如超出2/3的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行結(jié)果相同，則進(jìn)行交易、出塊操作，否則交易失敗。

表2 系統(tǒng)算法流程Tab. 2 System algorithm process

4 總結(jié)

本文針對(duì)當(dāng)前熱帶作物種質(zhì)存在的資源流動(dòng)業(yè)務(wù)鏈管理分散、資源及業(yè)務(wù)鏈信息數(shù)據(jù)失真、資源可信惠益分配證據(jù)鏈缺失等問(wèn)題，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)提出了熱帶作物種質(zhì)資源管理區(qū)塊鏈系統(tǒng)方案，利用區(qū)塊鏈的分布式架構(gòu)、去中心化、不可篡改等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在熱帶種質(zhì)資源的全生命周期中，對(duì)種質(zhì)資源的各種處理做到全程留痕，以滿足在任意環(huán)節(jié)發(fā)起對(duì)種質(zhì)資源的精準(zhǔn)溯源。最終加強(qiáng)和促進(jìn)熱帶作物種質(zhì)資源的管理與服務(wù)，由此推動(dòng)并帶動(dòng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級(jí)，解決信息不對(duì)稱問(wèn)題，為今后農(nóng)業(yè)領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相結(jié)合、資源溯源問(wèn)題等研究工作奠定基礎(chǔ)。但該系統(tǒng)也存在一定的不足之處，如系統(tǒng)在溯源中會(huì)產(chǎn)生較多的區(qū)塊，需要進(jìn)一步對(duì)合約優(yōu)化；系統(tǒng)對(duì)多資源同時(shí)上鏈會(huì)有一定的效率低下問(wèn)題，需要采取多線程進(jìn)一步優(yōu)化。