第4章溯源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測試4.1系統(tǒng)環(huán)境本系統(tǒng)開發(fā)模式采用前后端分離的方式，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境介紹見表4.1，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境介紹見表4.2。表4.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境名稱開發(fā)框架開發(fā)工具操作系統(tǒng)-Ubuntu18.04前端系統(tǒng)Vue3.0，springVScode后端系統(tǒng)java1.8，springboot2.1.4，Mybatis2.0.1數(shù)據(jù)庫MySQL5.7SQLyog區(qū)塊鏈HyprelederFabric2.0名稱運(yùn)行環(huán)境操作系統(tǒng)Ubuntu18.04前端系統(tǒng)NodeJS后端系統(tǒng)java虛擬機(jī)HyperledgerFabricDocker19.03.9表4.2系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境4.2HyperledgerFabric環(huán)境搭建4.2.1HyperledgerFabric網(wǎng)絡(luò)搭建在設(shè)計(jì)的溯源系統(tǒng)中，HyperledgerFabric區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是搭建在云服務(wù)器上的，開發(fā)環(huán)境如表4.3所示。表4.3fabric開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境工具操作系統(tǒng)ubuntu18.04系統(tǒng)平臺(tái)阿里云服務(wù)器區(qū)塊鏈運(yùn)行容器Docker20.10.7數(shù)據(jù)庫couchDB系統(tǒng)開發(fā)語言gol.16.5智能合約jave1.8fabric-SDkIntel1iJIDEA2021.3.2由于Fabric網(wǎng)絡(luò)必須運(yùn)行在Docker容器中，因此需要提前拉取特殊的Docker鏡像文件。表4.4為必需的鏡像文件。表4.4Docker鏡像文件項(xiàng)鏡像名稱鏡像版本hyperledger/fabric-toolslatesthyperledger/fabric-ccenvlatesthyperledger/fabric-ordererlatesthyperledger/fabric-peerlatesthyperledger/fabric-couchdblatesthyperledger/fabric-baseosamd64-0.4.21hyperledger/fabric-javaenvlatest4.2.2Fabric區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)部署開始于證書文件的生成，通過配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)明確節(jié)點(diǎn)角色后，利用加密工具為Peer節(jié)點(diǎn)和Orderer節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建身份證書，確保節(jié)點(diǎn)間的通信安全。隨后，生成交易相關(guān)文件時(shí)需定義共識機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，創(chuàng)建包含初始配置的創(chuàng)世區(qū)塊，并生成通道配置交易文件及錨節(jié)點(diǎn)交易文件，為后續(xù)節(jié)點(diǎn)協(xié)同奠定基礎(chǔ)。在節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)階段，依次激活Orderer節(jié)點(diǎn)（負(fù)責(zé)交易排序）、Peer節(jié)點(diǎn)（存儲(chǔ)區(qū)塊鏈副本）和管理節(jié)點(diǎn)（監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)），確保各組件按預(yù)設(shè)角色運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)配置環(huán)節(jié)通過創(chuàng)建通道實(shí)現(xiàn)不同參與者間的私密通信，并將節(jié)點(diǎn)加入通道以建立連接，同時(shí)更新錨節(jié)點(diǎn)配置以維持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B通性。最終的測試階段安裝并初始化鏈碼（智能合約），執(zhí)行調(diào)用與查詢操作驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)功能，確保從證書生成到鏈碼運(yùn)行的全流程完整且穩(wěn)定，從而完成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的部署。完整流程圖見下圖4.2.1.圖4.2Fabric區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)部署圖Fabric網(wǎng)絡(luò)初始化通過Shell腳本自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，首先配置Docker環(huán)境并拉取鏡像，隨后基于configtx.yaml和crypto-config.yaml生成系統(tǒng)通道創(chuàng)世區(qū)塊及組織證書，利用cryptogen和configtxgen工具完成身份認(rèn)證與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)定義。接著啟動(dòng)Orderer排序節(jié)點(diǎn)和Peer節(jié)點(diǎn)容器集群，通過docker-compose編排服務(wù)依賴關(guān)系，設(shè)置資源限制與網(wǎng)絡(luò)映射。待節(jié)點(diǎn)就緒后，執(zhí)行通道創(chuàng)建交易并更新錨節(jié)點(diǎn)配置，確?？缃M織通信。最后部署鏈碼并初始化數(shù)據(jù)，驗(yàn)證交易執(zhí)行與查詢功能，形成完整的去中心化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。部分代碼見圖4.3到圖4.6。圖4.3創(chuàng)建crypto-config圖4.4啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖4.5更新錨節(jié)點(diǎn)圖4.6鏈碼進(jìn)行實(shí)例化4.3登錄管理模塊登錄管理模塊是用戶登錄系統(tǒng)并進(jìn)入主頁面的第一站，負(fù)責(zé)身份驗(yàn)證和權(quán)限分配兩項(xiàng)工作。登錄前需完成注冊操作，注冊界面設(shè)置了角色選擇窗口用戶的注冊身份是在“消費(fèi)者”、“消費(fèi)者”、“消費(fèi)者”、“消費(fèi)者”以及“消費(fèi)者”中選擇一種唯一角色:系統(tǒng)根據(jù)智能合約自動(dòng)判斷其身份合法與否，完成角色認(rèn)證之后填寫賬號、密碼、再次輸入密碼，確認(rèn)無誤之后才顯示注冊成功的提示信息，然后根據(jù)用戶的注冊身份由系統(tǒng)為其發(fā)放并創(chuàng)建對應(yīng)的數(shù)字證書，并根據(jù)不同角色在區(qū)塊鏈平臺(tái)搭建不同的訪問控制規(guī)則。用戶跳轉(zhuǎn)到登錄界面后，勾選登錄角色，直接進(jìn)入不同的模塊。過程如圖4-7和圖4-8所示。圖4.7角色類型選擇圖4.8填寫賬號密碼4.4農(nóng)產(chǎn)品管理模塊農(nóng)產(chǎn)品管理模塊主要用于采集農(nóng)產(chǎn)的種植戶、加工、運(yùn)輸、銷售以及消費(fèi)者的資訊，然后以地理標(biāo)志方式綁定到原始產(chǎn)地，賦予唯一代碼，把該批次的相關(guān)信息提交平臺(tái)后生成批次編號。4.4.1種植管理戶模塊農(nóng)戶要填寫的內(nèi)容有農(nóng)產(chǎn)品名稱、產(chǎn)地信息、種植/采摘時(shí)間等相關(guān)基本資料，完成上傳后，待售的農(nóng)產(chǎn)品就會(huì)生成溯源碼。如圖4-9所示。圖4.9種植戶界面4.4.2加工管理模塊加工商使用平臺(tái)上溯源信息査詢功能(如圖4-10所示)，通過其提供的農(nóng)產(chǎn)品信息生成溯源碼作為憑證，并將加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù)(如商品名稱、生產(chǎn)批次、生產(chǎn)時(shí)間、工廠名稱和地址、工廠電話等)上傳到系統(tǒng)當(dāng)中，經(jīng)由哈希處理之后將鏈上鏈下的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。每一個(gè)農(nóng)產(chǎn)品對應(yīng)一種唯一的溯源碼使用者只需輸入該碼便能查得所有原材料從種植開始到加工完成的全程信息。供應(yīng)商前端界面如圖4-11所示。圖4.10溯源碼查詢圖4.11加工商界面4.4.3運(yùn)輸管理模塊通過HyperledgerFabric記錄了運(yùn)輸狀態(tài)變更事件，并將該變更事件信息上載到物流多方云平臺(tái)，以供物流多方云平臺(tái)在溯源信息查詢(如圖4.10所示)中向運(yùn)輸司機(jī)展示農(nóng)產(chǎn)品加工商所對應(yīng)的溯源碼為運(yùn)輸司機(jī)提供證明，再由運(yùn)輸司機(jī)選擇農(nóng)產(chǎn)品品類、獲取系統(tǒng)自動(dòng)生成的批次號，最后，運(yùn)輸司機(jī)將農(nóng)產(chǎn)品的信息錄入給系統(tǒng)信息上傳云服務(wù)器;后臺(tái)將各種源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化后存儲(chǔ)到分布式的數(shù)據(jù)庫里面完成整個(gè)的從產(chǎn)地-終端全鏈的數(shù)據(jù)錨定，作為以后溯源查詢可信賴的基礎(chǔ)，運(yùn)輸界面如圖4.12所示。圖4.12運(yùn)輸界面4.4.4商店管理模塊商店人員通過溯源系統(tǒng)向加工商購買農(nóng)產(chǎn)品，商店人員和加工商之間的農(nóng)產(chǎn)品交易會(huì)通過智能合約進(jìn)行，交易中產(chǎn)生的信息會(huì)被智能合約存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈中。農(nóng)產(chǎn)品溯源碼綁定了商店人員和加工商之間的農(nóng)產(chǎn)品交易信息和物流信息，商店人員可以使用溯源系統(tǒng)向消費(fèi)者出售農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)產(chǎn)品交易會(huì)通過智能合約進(jìn)行，農(nóng)產(chǎn)品溯源碼綁定了商店人員和消費(fèi)者之間的農(nóng)產(chǎn)品交易信息和物流信息，鏈上的其他節(jié)點(diǎn)用戶也可以通過溯源碼可以查詢商店人員和農(nóng)民之間的交易信息和物流信息。商店界面見圖4.13。圖4.13商店界面4.4.5消費(fèi)者管理模塊以農(nóng)產(chǎn)品溯源碼作為信息聚合載體，讓消費(fèi)者通過系統(tǒng)上溯源的信息查詢,獲知農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)端(農(nóng)作物種植參數(shù))、加工端(加工工藝記錄)流通端(物流軌跡)三個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的全生命周期信息圖譜。消費(fèi)者界面如圖4.14所示。圖4.14消費(fèi)者界面4.5區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)測試本系統(tǒng)基于Fabric分布式架構(gòu)（多節(jié)點(diǎn)部署）開展性能與穩(wěn)定性測試，結(jié)果詳見表4.5。表4.5網(wǎng)絡(luò)測試詳情測試功能測試操作預(yù)期現(xiàn)象實(shí)際現(xiàn)象測試結(jié)果網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性往A節(jié)點(diǎn)寫入記錄1B節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄1B節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄1正常往A節(jié)點(diǎn)寫入記錄2A節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄2A節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄2正常往A節(jié)點(diǎn)寫入記錄3往B節(jié)點(diǎn)寫入記錄4A節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄4B節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄3A節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄4B節(jié)點(diǎn)能夠讀取記錄3正常網(wǎng)絡(luò)可靠性A節(jié)點(diǎn)宕機(jī)正常提供區(qū)塊鏈服務(wù)正常提供區(qū)塊鏈服務(wù)正常B節(jié)點(diǎn)宕機(jī)正常提供區(qū)塊鏈服務(wù)正常提供區(qū)塊鏈服務(wù)正常A，B節(jié)點(diǎn)同時(shí)宕機(jī)無法提供區(qū)塊鏈服務(wù)無法提供區(qū)塊鏈服務(wù)正常測試表明，F(xiàn)abric架構(gòu)具備分布式特性，節(jié)點(diǎn)存活即可正常服務(wù)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。4.5.1測試環(huán)境基于Docker容器作為區(qū)塊鏈共識節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，見下圖4.15.將區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)代碼以及依賴組件打包成單獨(dú)的容器，在資源限制方面使用Docker資源限制功能針對各個(gè)節(jié)點(diǎn)容器分別配置，內(nèi)存分配最大值設(shè)為2G，CPU核數(shù)為0.05，相當(dāng)于單核處理器的5%的資源配額。由此可見，在利用容器技術(shù)的資源隔離特點(diǎn)的同時(shí)能保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行于自己的獨(dú)立的命名空間這樣可以避免出現(xiàn)因系統(tǒng)占用其他進(jìn)程或者其他進(jìn)程占用該節(jié)點(diǎn)的資源而影響測試結(jié)果的情況。圖4.5docker容器配置4.6本章小結(jié)本章以第三章完成的需求分析為指導(dǎo)，在第三章完成的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，成功地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開發(fā)與測試工作。首先介紹了系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境，然后接著進(jìn)行了詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)部署，接著對各個(gè)應(yīng)用界面進(jìn)行展示，完成了基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，最后對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)滿足實(shí)際應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)需求。第5章總結(jié)與展望5.1總結(jié)當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)面臨信息共享能力弱、數(shù)據(jù)易遭篡改及追溯性差等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，構(gòu)建一個(gè)高效、透明的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系顯得尤為迫切。本論文旨在設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于改進(jìn)PBFT共識算法（RBFT）的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)，以區(qū)塊鏈技術(shù)為支撐，確保從農(nóng)田到消費(fèi)者的各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)完整性與可追溯性，從而保障消費(fèi)者的食品安全。該設(shè)計(jì)首先針對PBFT算法因其O(n2)的通信復(fù)雜度導(dǎo)致大規(guī)模節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)性能顯著下降，且動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)增刪與故障恢復(fù)機(jī)制的不足和Raft算法因其順序提交機(jī)制限制了高并發(fā)場景下的吞吐量。從而提出RBFT算法通過融合PBFT的拜占庭容錯(cuò)特性與Raft的高效領(lǐng)導(dǎo)架構(gòu)，采用動(dòng)態(tài)主節(jié)點(diǎn)選舉與星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化通信復(fù)雜度至O(n)，既支持拜占庭容錯(cuò)又突破順序提交瓶頸，在萬級節(jié)點(diǎn)規(guī)模下仍能保持毫秒級延遲與高吞吐量，實(shí)驗(yàn)表明：RBFT在交易時(shí)延和吞吐量性能上均表現(xiàn)出色。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面，首先進(jìn)行了詳盡的系統(tǒng)需求分析，以及RBFT共識算法的特定需求。隨后，論文詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了智能合約以確保數(shù)據(jù)交互的安全與規(guī)范。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，配置了必要的軟硬件開發(fā)環(huán)境，部署并啟動(dòng)了Fabric網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)了RBFT算法、智能合約及前后端系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品信息管理與溯源的各功能模塊。通過網(wǎng)絡(luò)測試，驗(yàn)證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，證明該系統(tǒng)能夠?yàn)楣?yīng)鏈各環(huán)節(jié)用戶提供準(zhǔn)確可信的農(nóng)產(chǎn)品信息管理與溯源服務(wù)。綜上所述，成功地將區(qū)塊鏈技術(shù)與改進(jìn)的共識算法融合應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)，有效解決了現(xiàn)有系統(tǒng)的諸多問題，為提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供了技術(shù)支撐與實(shí)踐參考。5.2展望當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)仍處于發(fā)展完善階段，其相關(guān)研究正不斷向縱深推進(jìn)。在此背景下，所提出的基于Fabric區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)也亟待進(jìn)一步深化研究?；诖?，后續(xù)研究著重從以下兩個(gè)維度展開改進(jìn)與拓展：(1)提升RBFT算法容錯(cuò)性后續(xù)研究的關(guān)鍵目標(biāo)在于，在確保算法運(yùn)行效率不受顯著影響的前提下，將拜占庭節(jié)點(diǎn)的容錯(cuò)能力提升至(n-1)/2。如此，可使該算法更好地適配大規(guī)模公有鏈環(huán)境，增強(qiáng)其在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)條件下的穩(wěn)定性與可靠性，為農(nóng)產(chǎn)品可信溯源系統(tǒng)提供更為堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。(2)研發(fā)區(qū)塊鏈溯源APP與微信小程序隨著智能手機(jī)的快速更新?lián)Q代，手機(jī)在社會(huì)各階層的普及率持續(xù)攀升，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡墓ぞ摺檫M(jìn)一步提升農(nóng)產(chǎn)品可信溯源系統(tǒng)的實(shí)用性和用戶體驗(yàn)，下一階段積極開展區(qū)塊鏈溯源APP和微信小程序的研發(fā)工作。借助這些移動(dòng)端應(yīng)用，用戶可以不受時(shí)間和空間限制，隨時(shí)隨地對農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)進(jìn)行操作，查詢農(nóng)產(chǎn)品的詳細(xì)溯源信息。這不僅能夠增強(qiáng)用戶對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的信任度，還能促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品市場的健康發(fā)展，為農(nóng)產(chǎn)品可信溯源系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的用戶基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)郭天一,谷利芬.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的研究及探索[J].電腦與電信,2023,(09):46-49.DOI:10.15966/ki.dnydx.2023.09.016.[2]于淑悅.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].河北大學(xué),2023.DOI:10.27103/ki.ghebu.2023.000977.[3]王丹蕾,王傳釗.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的溯源系統(tǒng)助力農(nóng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)“真”綠色[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究,2023,(18):79-81.[4]張冰茹,周功建,楊文麗,等.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的漳州農(nóng)產(chǎn)品溯源體系分析與構(gòu)建研究[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè),2021,34(11):51-54+68.[5]王振棋.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的隱私保護(hù)技術(shù)研究[D].山東工商學(xué)院,2023.DOI:10.27903/ki.gsdsg.2023.000128.[6]王鴻杰.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)[D].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2023.DOI:10.27163/ki.gjlnu.2023.000913.[7]曹磊穎.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食用農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)[D].南昌大學(xué),2022.DOI:10.27232/ki.gnchu.2022.003877.[8]黃玥.區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品溯源分析中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2021,39(11):70-72.DOI:10.19695/12-1369.2021.11.22.[9]ShannanL,RonghuaZ,ChangzhengL,etal.P-PBFT:Animprovedblockchainalgorithmtosupportlarge-scalepharmaceuticaltraceability.[J].Computersinbiologyandmedicine,2023,154106590-106590.[10]CaoS,XuH,BrycesonPK.BlockchainTraceabilityforSustainabilityCommunicationinFoodSupplyChains:AnArchitecturalFramework,DesignPathwayandConsiderations[J].Sustainability,2023,15(18).[11]TouhidulAH,ShabnamS,ApubraD,etal.Apeer-to-peerblockchain-basedarchitecturefortrustedandreliableagriculturalproducttraceability[J].DecisionAnalyticsJournal,2023,9.[12]XieH,ZhangK.Dynamicevaluationofapost-pandemicagriculturaltraceabilitysystem,basedontheHFLTS-DEMATELmethod[J].InternationalJournalofQualityReliabilityManagement,2023,40(8):1963-1982.[13]RongkuanW,XiC.ResearchonAgriculturalProductTraceabilityTechnology(EconomicValue)BasedonInformationSupervisionandCloudComputing[J].ComputationalIntelligenceandNeuroscience,2022,20224687639-4687639.[14]DongL,DongR.ResearchonBlockchain-basedTraceabilitySystemforAgriculturalProducts[J].AsianJournalofResearchinAgricultureandForestry,2022.[15]MoyixiL,ShuangyinL,NaL,etal.Trusted-auditingchain:Asecurityblockchainpr