基于区块链技术的有机农产品溯源系统的研究与实现

这是一篇关于有机农产品,区块链技术,产品溯源,PBFT算法,超级账本的论文, 主要内容为为了保障现代农业的发展,我国的农业部门一直在致力于建立一个能够有效地解决农产品质量问题的追溯系统,而传统溯源系统大多都是中心化的平台。传统中心化平台本质上是指其和农产品溯源相关的各个环节的信息都是在后台集中管理和保存的,而这种方式下的溯源信息和数据缺少可靠的监管手段,不仅数据容易出现被篡改的情况,影响数据正确性和完整性,而且会对数据安全带来威胁,影响数据有效性。区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。区块链技术自身所具有的可追溯性、不可篡改、去中心化以及数据共享等方面得天独厚的优势和特点,能够完美适配解决传统溯源系统数据安全性差、中心化、数据易篡改等问题。基于此,本文提出针对有机农产品溯源问题进行研究,结合有机农产品的特点,为更好地解决传统农产品溯源系统由于其数据中心化管理带来的信息共享效率低、信息易篡改、安全问题追责难等方面的问题,在农产品溯源系统中应用区块链技术。将各环节的溯源数据和信息上链,通过私有链进行区块链化,进而能够最大程度地规避在农产品溯源信息管理过程中可能出现的数据篡改以及“信息孤岛”等问题,促进在有机农产品全供应链体系中的各方更好地参与到溯源信息管理体系中,同时实现来源信息快速可查、产品去向快捷追踪、责任问题迅速定位,进而提高溯源信息管理的效率和质量。在研究过程中完成的主要研究成果包括主要工作包括:(1)面向有机农产品溯源问题,重构并确定有机农产品溯源流程。首先从有机农产品溯源的实际需求出发,分析有机农产品溯源信息链,对传统有机农产品溯源体系的应用效果进行分析。基于应用效果中的不足和缺陷,针对有机农产品溯源问题的主体、范围、目标,进一步细化有机农产品溯源问题的内在机理和研究目标。针对农贸市场流通模式、农超对接流通模式、基地直送流通模式等目前有机农产品的主要流通模式中涉及的关键业务流程及其中需要重点关注的信息进行研究。并基于研究结论,确定有机农产品供应链信息流及溯源指标,进而形成关于有机农产品溯源问题的完整描述,为下文的研究奠定理论基础。(2)对在有机农产品溯源过程中应用区块链过程中共识机制设计中的关键算法PBFT算法进行了分析优化。针对传统区块链技术应用于有机农产品溯源问题中暴露出的扩展性不足、数据吞吐量欠佳等方面问题,对其共识机制PBFT算法优化问题进行研究。研究中首先对共识算法原理进行了介绍,对比了主流共识算法的优缺点,并基于联盟链提出PBFT共识算法改进方案,而后通过搭建仿真实验环境,对提出的算法改进方案的性能进行了实验和验证。从实验结果来看,本文提出的算法优化方案能够显著降低原有PBFT共识算法的复杂度,同时引入信用的节点管理机制,能够大幅提升有机农产品溯源过程的可靠性以及溯源信息系统抵抗拜占庭攻击的防御能力。(3)设计实现了有机农产品溯源系统原型。根据本文提出的设计实现有机农产品溯源系统这一目标,以农产品溯源业务实际需求为牵引,运用软件工程有关理论和工具分析系统需求,完成了溯源数据模型设计、概要设计、智能合约层、数据存储等具体的设计工作。在系统设计的基础上,综合运用区块链技术、java web技术,基于B/S模式对有机农产品溯源系统原型进行实现,将实现的系统原型部署到服务器上,而后基于软件测试理论对系统的测试方案进行设计,并运用软件测试方法和工具对原型系统完成了测试。从测试的结果来看,实现的原型系统从私有链性能到系统的总体功能及性能表现可以达到系统的设计需求,系统是可用的。经过系统测试和运用,本文研究的有机农产品溯源系统可以在一定程度上满足有机农产品生产、加工、运输、销售、消费、监管等各方关于有机农产品质量把控和溯源的业务需求。本文的研究具有一定的创新性,能够从消费和监管的角度提高有机农产品溯源的精准度、私密性和运行效率。

面向互联网消费金融征信的分布式数字身份系统研究

这是一篇关于互联网消费金融,征信,分布式数字身份,区块链技术的论文, 主要内容为互联网消费金融作为一种创新的金融模式,它以互联网技术为手段向消费者提供消费贷款,大大活跃了消费市场、促进了消费升级,但同时也产生了一系列新的风险,而征信是解决这些风险的一个关键手段。当前,我国征信体系是以央行为主导,多层次征信体系并存的发展模式。央行征信数据事关国家信息安全,接入门槛较高,大多数互联网金融平台难以与央行的信用数据库进行对接,从而无法实现信息共享。同时,机构间共享征信数据意愿不强与数据类型不一致等原因,导致征信机构之间数据孤岛现象严重。其次,由于部分消费金融公司的内控机制不健全、制度执行不到位,导致用户信息泄露的事件层出不穷。在征信采集的过程中,大量的信息未经信息主体授权而采集,并未主动告知所采集信息的用途,致使用户对个人信息严重缺乏控制权。为解决上述互联网消费金融征信方面存在的诸多问题,本文提出使用区块链技术构建分布式数字身份网络,使身份信息真实不可篡改。结合分布式数字身份标识符(Decentralized Identifier,DID)和可验证凭证(Verifiable Claim,V C)的隐私保护机制使得凭证数据具有可移植性,在实现个人隐私保护的同时保证身份信息的不被关联性。并使用Hyperledger Indy项目提供的分布式数字身份组件构建具有隐私保护、自主可控等属性的数字身份系统,最后通过仿真实验模拟了该分布式数字身份系统在消费金融征信中的应用和具体实现,测试该系统功能和性能上的可行性。本文通过对现有互联网消费金融征信模式中存在的问题和分布式数字身份的技术特点进行分析与研究,提出基于分布式数字身份的管理框架,采用区块链技术构建了面向消费金融征信场景的分布式数字身份系统,利用区块链技术去中心化、不可篡改和可追溯等特点,实现发证机构、消费金融机构以及消费者之间安全、高效的征信流程。首先,本文对现有消费金融征信模式中存在的问题进行分析,继而提出各参与方的数字身份需求。其次,针对上述需求本文提出基于区块链技术的数字身份管理框架并对框架内各角色职能进行说明。然后,在所提框架基础上,对面向互联网消费金融征信的数字身份系统架构、关键功能流程以及算法进行设计,并基于Hyperledger Indy提供的分布式数字身份技术组件对系统进行实现。最后,对原型系统的功能与性能进行测试与分析,进一步证明了该系统具有较好的性能。

基于数据存龄和完整性验证的共识协议研究

这是一篇关于区块链技术,共识协议,完整性验证,存龄,区块链系统的论文, 主要内容为区块链是密码学、分布式数据存储、点对点传输、共识协议等技术的多元融合,具有去中心化、不可篡改性、匿名性、自治性、公开透明等特点,被视为继云计算、物联网、大数据之后的又一颠覆性技术,受到各国政府、金融机构以及学者的高度关注。共识协议是区块链技术的核心,可以保障区块数据的一致性和有效性。区块链系统中最常用的共识协议有工作量证明(Proof of Work,简称Po W)类、权益证明(Proof of Stake,简称Po S)类和拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance,简称BFT)类。Po W类共识协议通过求解难题证明工作量,竞争记账权。然而这类共识在求解难题时需进行大量哈希运算,对计算资源造成了浪费。Po S类共识协议通过自身权益的大小来决定竞争到记账权的概率,因而在一定程度上解决了资源浪费问题。然而它无法独立运行,需要与Po W类共识协议配合使用。BFT类共识协议能较好解决资源浪费的问题,且可以独立运行,但存在部分中心化的问题。因此,在完全去中心化的前提下,研究如何设计新型的共识协议,提升区块链系统的运行效率,就有着非常重要的实用价值。本文主要的工作与贡献如下:(1)提出了一种基于数据存龄和完整性验证的共识协议(Proof of Storage Age and Integrity Verification,简称Po SI)。该协议具有以下优点:首先,利用节点的存储资源进行数据存储,计算资源进行无双线性对的完整性验证,优化了资源效率且提高了验证效率;其次,引入了存龄的概念,增加了节点在争夺记账权时的概率差异,减少了节点作恶的概率;最后,将存龄与实用拜占庭容错协议(Practical Byzantine Fault Tolerance,简称PBFT)结合,实现了一种基于存龄的加权投票机制,避免了区块链的恶意分叉。安全性分析表明了共识协议满足不可伪造性、隐私保护性、抗替换性等性质,仿真实验和性能分析论证了协议的高效性和可用性。(2)设计并实现了基于Po SI的区块链系统。系统部署在Cent OS操作系统中,使用了Tornado后端框架和Vue前端框架完成了前后端交互功能服务,实现了交易生成、完整性证明生成、完整性证明验证、记账节点选举、区块生成、交易执行等主要功能。此外,对系统的基本功能进行了模拟和测评,验证了Po SI协议在真实应用中的可行性。性能分析表明了系统的高效性和实用性。

基于区块链技术的船舶中小组立焊接工艺数据库研究

这是一篇关于船舶中小组立,区块链技术,BP神经网络,焊接工艺数据库的论文, 主要内容为随着中共十八大报告提出海洋强国战略以及中国制造2025发展战略提出以来,船舶行业进入高质量发展的阶段。在船舶制造中,中小组立作为船舶中大量采用的结构,适合自动化焊接。自动化焊接需要配备相对应的焊接工艺数据库,现有的焊接工艺数据库主要是中心化数据库,仅供企业内部使用,难以实现焊接工艺数据在船舶行业内的分享。并且这种焊接工艺数据库易受篡改且难以实现对焊接结果的预测,无形中增加了企业的数据安全隐患以及新工艺的研发成本。首先针对现行焊接工艺数据库进行需求分析,发现了焊接数据库在安全性及时分享性以及焊接质量预测等方面存在亟待解决的问题。在分析了区块链技术后可知,区块链技术可一并解决数据库安全性和及时分享的问题。比较不同的区块链技术后决定使用Hyperledger Fabric进行数据库的开发。比较不同种类的机器学习技术后,选择BP神经网络建立焊接工艺数据与焊接接头质量的模型,以实现对焊接接头性能的预测。并对焊接工艺数据库系统提出了非功能性要求。其次,根据焊接工艺数据库的实际需求,设计了一种基于区块链技术的焊接工艺数据库。具体设计了数据库系统流程、数据库系统模型、数据库系统功能模块。数据库系统流程设计具体包括数据库系统总体流程设计、区块链具体执行流程设计和焊接接头力学性能预测流程的设计。针对本数据库中所需概念模型进行了设计。对本系统的功能模块进行了设计,功能模块一共分为四大模块:用户管理模块、区块链共享模块、数据访问模块以及机器学习模块。并对每个模块所需实现的子功能进行了设计。为了实现所设计的数据库,对每个功能模块进行了开发与测试,并验证了实验结果。本论文开发的基于区块链技术的焊接工艺数据库,实现了焊接工艺数据在船舶行业内,不同企业间的共享;用户能对焊接工艺数据进行查询、下载、上传等操作;考虑到船舶行业内许多企业涉军、涉密,所以数据库会严格监视用户的操作;采用了BP神经网络技术,实现了输入焊接参数便能预测焊接接头力学性能。展示了用户管理模块、系统主界面、区块链共享模块、数据访问模块以及机器学习模块的运行界面,所开发的数据库实现了所需实现的基本功能。

基于区块链技术的老挝大米溯源系统的研究与实现

这是一篇关于溯源系统,区块链技术,老挝大米,模型构建,供应链,Python的论文, 主要内容为随着经济全球化和电商的迅猛发展,越来越多的进口食品受到了人们的青睐,与此同时也面临着越来越多的食品安全问题。食品溯源能够将农产品和粮食的生产、仓储、运输、销售等各环节的安全情况透明化。近几年我国对老挝大米的进口量逐渐增大,本文针对老挝大米整个供应链,利用区块链技术构建了老挝大米溯源系统,记录了老挝大米从生产到销售每一环节的信息,且保障了溯源数据的真实性和高效性。论文的主要研究工作如下:本文从生产者、监管者、消费者三个角度分析了老挝大米供应链特点,对大米区块链结构进行了设计,从而设计了老挝大米溯源系统的总体框架,将系统分为存储层、网络层和应用层。进一步对系统三层进行了设计,设计了存储层的数据结构和数据读写流程,网络层的网络链、网络交易主体,应用层的交易记录上传模块、交易记录查询模块、智能合约的详细设计模块和区块链的管理模块。为了确保溯源数据的真实性和高效性,文本构建了系统的安全模型,监管模型和共享模型。同时利用了基于浓度梯度的六边形溯源追踪算法,优化溯源系统的总体模型,提高了数据查找的效率;通过区块链共识机制、DPOS算法执行方法和公钥私钥构建系统安全模型,保证溯源数据真实可靠;利用哈希算法构建系统监管模型,节省了数据的存储空间;通过摘要目录树、共享认证机制和共享交易结构构建系统共享模型,保证系统便捷有效。以Python为主要编程语言,实现了老挝大米溯源系统的框架搭建,完成了大米区块、大米区块结构、大米链交易及大米链的实现。在此基础上,实现系统节点数据库,射频识别功能、溯源二维码功能,从而实现了基于区块链技术的老挝大米溯源系统。并利用实际的老挝大米溯源标签对相应的系统进行了识别,识别的结果进一步证实和表明了本文设计和研究系统的可用性。

基于激励机制的DPoS食品溯源系统研究

这是一篇关于区块链技术,溯源,共识算法,激励机制的论文, 主要内容为近年来,我国出现几次严重食品质量安全问题,这些安全问题影射出了在人民健康生活没有得到有效保障,而食品溯源系统是保障食品质量安全的关键因素。现有的食品溯源系统一般较常采取的管理方式是中心化的数据管理,此种方式下的数据溯源信息通常被存储在第三方的数据库之中,当前的食品溯源信息面临着被第三方丢失或篡改等隐患,消费者的权益无法得到保障。与此同时,在现有的食品溯源系统中,有关食品流向消费者的各个过程不具备透明性,如:生产、加工、物流和经销等环节,信息的不透明会导致源头追溯存在较多困难,因而容易产生信任危机或责任推卸。因此,为了克服现有的食品溯源系统存在的困难和问题,需要对现有的食品信息溯源系统进行优化。本文依据区块链技术中数据去中心化实现食品信息去中心化,依据其数据不可篡改实现食品信息的透明性及完整性。基于此设计了一种基于激励机制的DPoS新型食品溯源系统,并结合实际,验证了该系统的可应用性。本文的主要研究内容安排如下:(1)本文针对我国目前食品信息溯源中面临的问题进行研究,对食品供应链(生产、加工、物流、经销)的现状及区块链中的关键技术进行深入研究,系统研究了当前食品信息溯源的背景及其重要性,通过对食品溯源溯源系统的需求、模块、功能进行深入研究分析,将区块链技术应用于食品信息溯源中,建立新型食品溯源体系。该体系包含生产商、加工商、运输商、经销商、消费者五个节点,通过这五个节点实现食品信息完整、有效的存储及溯源。(2)本文详细介绍了区块链共识算法中授权股权证明DPoS(Delegated Proof of Stake)的工作机制和流程。但是发现,该算法明显存在两个安全隐患:一是在该算法中的部分节点上存在投票不积极,二是存在不可避免的腐败节点。针对上述两个问题,可以通过引入激励机制调节区块的生成难度及成本,提升节点生成区块的积极性。通过对节点激励值进行监督来提升腐败节恶意生成区块的成本,进而有效解决上述两个问题,这样就可以使整个区块链的安全性、稳定性得到大大提升。(3)将上述改进后的算法作为新的共识机制,设计并实现了一个基于激励机制的DPoS食品溯源系统。食品的参与各方包括生产商、加工商、运输商、经销商将食品的全部信息上传至系统中,消费者即可在溯源系统中通过食品溯源码可以查询到该食品的全流程信息。与传统的食品溯源系统相比,这一系统最大的优势就是具备去中心化、不可篡改等特性,这些特性能够有效提升食品溯源信息质量,为消费者提供安全可靠的溯源信息,并且这一平台不会为第三方介入,具有很高的独立性。

基于区块链技术的船舶中小组立焊接工艺数据库研究

这是一篇关于船舶中小组立,区块链技术,BP神经网络,焊接工艺数据库的论文, 主要内容为随着中共十八大报告提出海洋强国战略以及中国制造2025发展战略提出以来,船舶行业进入高质量发展的阶段。在船舶制造中,中小组立作为船舶中大量采用的结构,适合自动化焊接。自动化焊接需要配备相对应的焊接工艺数据库,现有的焊接工艺数据库主要是中心化数据库,仅供企业内部使用,难以实现焊接工艺数据在船舶行业内的分享。并且这种焊接工艺数据库易受篡改且难以实现对焊接结果的预测,无形中增加了企业的数据安全隐患以及新工艺的研发成本。首先针对现行焊接工艺数据库进行需求分析,发现了焊接数据库在安全性及时分享性以及焊接质量预测等方面存在亟待解决的问题。在分析了区块链技术后可知,区块链技术可一并解决数据库安全性和及时分享的问题。比较不同的区块链技术后决定使用Hyperledger Fabric进行数据库的开发。比较不同种类的机器学习技术后,选择BP神经网络建立焊接工艺数据与焊接接头质量的模型,以实现对焊接接头性能的预测。并对焊接工艺数据库系统提出了非功能性要求。其次,根据焊接工艺数据库的实际需求,设计了一种基于区块链技术的焊接工艺数据库。具体设计了数据库系统流程、数据库系统模型、数据库系统功能模块。数据库系统流程设计具体包括数据库系统总体流程设计、区块链具体执行流程设计和焊接接头力学性能预测流程的设计。针对本数据库中所需概念模型进行了设计。对本系统的功能模块进行了设计,功能模块一共分为四大模块:用户管理模块、区块链共享模块、数据访问模块以及机器学习模块。并对每个模块所需实现的子功能进行了设计。为了实现所设计的数据库,对每个功能模块进行了开发与测试,并验证了实验结果。本论文开发的基于区块链技术的焊接工艺数据库,实现了焊接工艺数据在船舶行业内,不同企业间的共享;用户能对焊接工艺数据进行查询、下载、上传等操作;考虑到船舶行业内许多企业涉军、涉密,所以数据库会严格监视用户的操作;采用了BP神经网络技术,实现了输入焊接参数便能预测焊接接头力学性能。展示了用户管理模块、系统主界面、区块链共享模块、数据访问模块以及机器学习模块的运行界面,所开发的数据库实现了所需实现的基本功能。

区块链技术在互联网金融征信中的研究与应用

这是一篇关于互联网金融,区块链技术,信用风险,征信系统,激励机制,成本,效率的论文, 主要内容为近些年互联网技术的快速发展,极大地促进了互联网与金融行业的深度融合,形成了新的“互联网+金融”模式。伴随着互联网金融行业的移动化、细分化和多元化,人们对互联网背景下的金融消费模式日渐青睐,互联网金融逐渐成为我国金融行业的重要组成部分。与此同时,在互联网金融高速发展的背后,互联网金融信用风险事件层出不穷。在过去几年里,网贷平台因兑付困难、资金链断裂等问题相继出现跑路以及倒闭等现象,这些现象的频发更是揭露了我国征信体系在互联网金融方面的建设明显缺乏。为促进互联网金融的健康持续发展,建立完善的互联网金融征信体系已迫在眉睫。因此,针对互联网金融征信体系的研究也显得越发重要。我国征信系统一直以来都是以央行征信体系为主,然而互联网金融信用信息尚未完全纳入到央行的征信系统中。随着互联网金融的征信需求日益增加,尤其是个人征信的需求,央行的征信系统很难满足互联网金融征信的需求。为弥补央行在个人征信领域的空缺,政府相继不断地出台了相关的法律法规来引导互联网金融合规发展,同时鼓励建设市场化的信用信息共享平台,逐步完善我国征信体系。目前逐渐形成以MSP和NFCS为代表的互联网金融同业数据库征信模式和以电商平台、P2P网贷为代表的大数据征信模式。虽然目前互联网金融征信体系的建设已有成效,但是依旧存在平台之间缺乏信息共享、数据安全和隐私保护不足等问题。区块链技术(Block Chain Technology)具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点,能够很好地解决现阶段互联网金融征信中存在的问题。随着区块链技术不断的发展完善,越来越多的学者和商业机构将目光聚焦于区块链技术在征信行业中的应用。因此本文分析了互联网金融征信现状,剖析了区块链的核心技术,并总结了现阶段互联网金融征信中存在的不足之处,在此基础上提出了基于区块链技术的互联网金融征信系统,具有较强的现实意义。本文的研究结论主要有以下几点:(1)区块链的数字签名技术能够帮助征信机构明确数据所有权,其底层数据存储技术能够维护数据的隐私和安全,并结合现有的应用案例进行分析,论证了将区块链技术应用于互联网金融征信中是可行的,可以有效地打破数据孤岛现状、降低征信机构运营成本;(2)基于动态演化博弈模型,采用Matlab仿真分析,结果表明不论征信机构初始的决策如何,通过设定合理有效的激励措施可以促进征信机构选择加入到系统中来;(3)从社会成本角度出发,通过Matlab仿真分析,结果表明对于单个征信机构而言,采用区块链征信的成本要低于采用传统征信方式的成本,同时,随着征信机构逐渐加入到系统中,采用区块链征信的社会总成本不断下降,而传统征信方式的社会总成本不断上升;(4)在区块链征信系统存储效率方面,仿真分析结果表明,随着Hash值计算难度越大,存储征信数据耗费的时间也越长,系统存储征信数据的吞吐量也逐渐下降,同时存储时间与存储数据量呈现较为稳定的线性关系;在系统查询效率方面,随着系统中征信数据总量的上升,查询单条征信数据所花费的平均时间逐渐上升,同时查询时间与查询数据量呈现较为稳定的线性关系;在同步校验效率方面,随着存储数据量的增大,同步校验耗费的时间也越来越长,同步校验时间与数据量成正比例关系。本文的创新点在于不仅从理论层面上进行了分析,还从激励机制、成本和效率等多个角度论证了将区块链技术应用到互联网金融征信中是可行的。但同时也存在着一些缺陷和不足,目前区块链技术刚刚兴起,文中对区块链技术方面的研究还是有些不足,虽然利用区块链技术能够有效解决互联网金融征信的很多弊端,但是具体实现的方式仍处于探索阶段,本文基于区块链技术构建的互联网征信系统只是其中一种可行的方案,虽然符合区块链征信的技术要求,但是其中很多细节仍有待继续完善。