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专利号: 2023102301182
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-09-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于元宇宙的农产品溯源方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1,系统初始化阶段,可信节点生成系统参数,可信第三方生成节点密钥;

步骤2,数据上链阶段,终端数据采集设备采集一个周期T内的农产品数据,并生成上链申请;当区块链网络接收到上链申请时,对上链申请的合法性和真实性进行验证,验证无误后,完成上链;

所述步骤2具体包括以下步骤:

终端数据采集设备Sf收集农产品数据的周期为T,f表示第f个终端数据收集设备,f=1,

2,...,F,用于在周期T内收集第j个农产品生产厂商APj的一种农产品数据,j=1,2,...,m,在周期T内依次采集到t个农产品数据,分别为D1,D2,...,Dt,将t个农产品数据用哈希链的方式生成根,并将该哈希链的根上链,令哈希链的初始值h0为0;

终端数据采集设备Sf收集到农产品数据Di时,i=1,2,...,t,计算对应的哈希链hi=H(hi‑1||Di),将元信息{Di,hi}通过安全信道发送至云服务器中;当周期T截止时,终端数据采集设备Sf得到哈希链的根ht;

若农产品生产厂商未在区块链网络中注册数字化身份,则农产品生产厂商APj向区块链网络发送注册数字化身份申请ReqInfo=(σj||PKj||CheckInfo||TS),其中,CheckInfo为农产品相关信息,PKj为农产品生产厂商APj的公钥,SKj为农产品生产厂商APj的私钥,σj为农产品生产厂商APj使用私钥SKj对注册数字化身份申请ReqInfo的签名,TS为当前时间戳,||为连接符;

区块链网络收到注册数字化身份申请ReqInfo后,对当前时间戳TS的新鲜度进行检查,若TS已过期,则拒绝该注册数字化身份申请ReqInfo;否则,签发节点使用公钥PKj验证签名σj,并检查CheckInfo信息,验证通过后,签发节点对农产品生产厂商APj的第k种农产品相关信息进行签名σjk,k=1,2,...,K;使用哈希函数H将该注册数字化身份申请ReqInfo映射为H(ReqInfo),将H(ReqInfo)作为农产品生产厂商APj的第k种农产品的数字化身份IDjk;

签发节点将农产品数字化身份IDjk、签名σjk和CheckInfo信息上传至区块链网络,通过区块链网络共识后将农产品数字化身份IDjk上链,得到区块链网络交易号FIDjk;签发节点向农产品生产厂商APj发送农产品数字化身份IDjk、签名σjk和区块链网络交易号FIDjk;

终端数据采集设备Sf计算签名σf=Sign(SKf||IDf||IDjk||ht||TS`),将上链申请(SKf||IDf||IDjk||ht||TS`||σf)发送至区块链网络,其中,IDf为终端数据采集设备Sf的数字化身份,SKf为终端数据采集设备Sf的私钥,TS`为当前时间戳;

区块链网络收到上链申请(SKf||IDf||IDjk||ht||TS`||σf)后,检查时间戳TS`是否超过规定的合法时间,若超过,则拒绝终端数据采集设备Sf的上链申请;否则,从区块链节点中检索IDf对应的公钥证书,若不存在公钥证书,则拒绝终端数据采集设备Sf的上链申请,若存在公钥证书,则区块链网络使用公钥证书中的公钥PKf验证签名σf,PKf为终端数据采集设备Sf的公钥;若验证失败,则拒绝终端数据采集设备Sf的上链申请,否则,区块链网络将交易信息(IDf||IDjk||ht||TS`||σf)上链;

步骤3,虚拟农产品生长及农产品流通阶段,对上链的农产品数据进行验证,验证成功后使用农产品数据触发智能合约中的农产品生长函数,元宇宙可视化平台的虚拟农产品开始生长,生长成熟后更新农产品流通轨迹;

所述步骤3具体包括以下步骤:

当农产品数据Di的哈希链的根ht上链成功后,区块链网络向元宇宙可视化平台发送农产品数字化身份IDjk,元宇宙可视化平台根据农产品数字化身份IDjk从云服务器中获取农产品数据D1,D2,...,Dt,以及对应的哈希链的值;

元宇宙可视化平台接收到来自云服务器的农产品数据Di后,计算哈希链的值hi=H(hi‑1||Di),计算t次之后,元宇宙可视化平台得到重新计算的哈希链的根ht`;元宇宙可视化平台从区块链网络中取出原来上链的哈希链的根ht,若ht`与ht不相等,则向云服务器发送数据有误的错误信息,对上链的农产品数据验证失败,并拒绝本次虚拟农产品生长信息;否则,更新本次虚拟农产品生长信息;

当上链的农产品数据验证成功后,元宇宙可视化平台使用D1,D2,...,Dt更新当前虚拟农产品的生长状态;

步骤4,农产品交易阶段,农产品在交易平台上售卖,消费者购买农产品成功后,区块链网络生成溯源码,农产品生产厂商粘贴溯源码,并将农产品邮寄给消费者;

所述步骤4具体包括以下步骤:

消费者P在交易平台上挑选并购买农产品,若消费者P购买了n个农产品生产厂商的农产品,n≤m,随机选择满足 的n个随机数生成购买金额的承诺值,rj为第j个农产品生产厂商APj的随机数;对第j个农产品生产厂商APj,消费者P计算承诺值 ,其中sj为消费者P在农产品生产厂商APj消费的金额, 用于表示消费者P承诺对农产品生产厂商APj的消费金额是正确的, 用于隐藏消费者P在农产品生产商APj的消费金额sj;

消费者P使用公钥PKj将rj加密得到交易金额密文 ,其中 为公钥加

密算法,将交易上链申请(PID||C1||...||Cn||R1||...||Rn||S)发送给区块链网络,其中PID为消费者P随机生成的动态假名,并将消费总金额 发送至区块链网络的可信节点;

区块链网络接收到交易上链申请(PID||C1||...||Cn||R1||...||Rn||S)后,可信节点计S算总承诺值 ,若C与h 不相等,则拒绝交易上链申请,并退

回消费者P的消费总金额S 否则,农产品生产厂商APj使用私钥SKj将交易金额密文Rj进行解密得到 ,其中 为私钥解密算法,并验证 与Cj是否相等,若不相等,则拒绝交易上链申请;

若验证 与Cj相等,则交易上链申请(PID||C1||...||Cn||R1||...||Rn||S)通过区块链网络验证,区块链网络将交易上链申请(PID||C1||...||Cn||R1||...||Rn||S)上链,并生成溯源码(IDjk||FIDjk||APj),其中FIDjk为农产品生产厂商APj的农产品的交易号,将溯源码返回至农产品生产厂商APj;农产品生产厂商APj将溯源码粘贴到农产品上,并邮寄该农产品给消费者P;

农产品生产厂商APj将(rj||sj)通过安全信道发送至可信节点,可信节点计算,验证Cj`与Cj是否相等,若不相等,则返回错误;否则,可信节点将农产品生产厂商APj与消费者P的交易金额sj发送至农产品生产厂商APj;

步骤5,农产品溯源阶段,验证元宇宙可视化平台与消费者之间的身份和数据合法性,再根据验证结果确定开放元宇宙可视化平台的溯源过程查看权限。

2.根据权利要求1所述的一种基于元宇宙的农产品溯源方法,其特征在于:所述步骤1具体包括以下步骤:由区块链网络中的可信节点选择一个q阶乘法循环群G,以及乘法循环群G的两个生成元v和p;

* l

由可信节点选择一个哈希函数H:{0,1}→{0,1} ,l为H输出的比特位数,H将输入的任意长度的二进制串转换成固定长度的输出二进制串;

可信节点选择公钥加密算法EPK(.)和私钥解密算法DSK(.),公钥加密算法EPK(.)用于生成公钥PK,私钥解密算法DSK(.)用于生成私钥SK;

可信节点生成并公开系统参数{G,q,v,p,H,EPK(.),DSK(.)}。

3.根据权利要求2所述的一种基于元宇宙的农产品溯源方法,其特征在于:所述步骤5具体包括以下步骤:消费者P扫描农产品上的溯源码获取(IDjk||FIDjk||APj),选择随机数x作为临时私钥,x x计算Y=v ,计算共享密钥Key=(PKmeta) ,其中PKmeta为元宇宙可视化平台的公钥;计算溯源请求 ,其中,TS0为当前时间戳;消费者P将溯源申请(TrackReq||Y||TS0)发送到元宇宙可视化平台;

元宇宙可视化平台收到溯源申请(TrackReq||Y||TS0)后,检查时间戳TS0是否过期,若过期,则拒绝该溯源申请;否则,计算共享密钥 ,其中SKmeta为元宇宙可视化平台的私钥,计算得到 ,计算 ;

根据溯源码中的APj从区块链网络上取出对应的Cj与Cj``进行比较,若不相等,则将基本信息填写有误的错误提示返回给消费者P;否则,以IDjk为关键字段,从云服务器中取出IDjk所对应的农产品数据Data;

元宇宙可视化平台计算签名σ=Sign(Skmeta,H(Data)),计算溯源信息

,其中TS1为当前时间戳;元宇宙可视化平台把

(TrackMsg||TS1)发送至消费者P;

消费者P收到(TrackMsg||TS1)后,检查时间戳TS1是否过期,若已过期,则丢弃溯源信息TrackMsg;否则,使用共享密钥Key和TS1解出(Data||σ),并使用公钥PKmeta验证签名σ,若验证失败,则拒绝接收农产品数据Data,若验证成功,则使用农产品数据Data计算其哈希链的值ht`,并从区块链网络中查询该哈希链的值ht,若ht`与ht相等,则表示溯源信息真实、完整。