本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及一种基于区块链的物流追踪方法。
背景技术：
随着电子商务的飞速发展以及经济全球化趋势的加剧，物流业正在从传统物流向现代物流转型并成为当前物流业发展的必然趋势。“互联网 快递”释放出巨大活力，快递企业与境内外电商企业深度合作，业务量呈现高速增长态势。根据国家邮政局的最新统计，2016年一季度全国快递业务量累计完成57.7亿件，以第六次人口普查数据来算人均每月4件快递。如此庞大的快递时刻检验着全国快递企业的服务质量，而服务质量是快递企业的核心竞争力。从国家邮政局的快递申诉统计中可知，快递服务主要面临的问题为包裹延误、丢失损毁、投递服务差。
2015年双11购物狂欢节，天猫以912.17亿的交易额刷新记录，京东下单量也超过了其过去五年双十一期间下单量的总和。据星图数据消息，2015年11月11日24小时全网销售额为1229.4亿，产生包裹数6.8亿个，手机的销售额占全网的7.5％。移动互联网的发展和支付手段的进步，在很大程度上促使电商行业出现前所未有的火爆。与此同时，物流行业在享受电商狂欢节带来的业务增长喜悦的同时，也承受着6.8亿包裹派送的压力，许多物流快递的配送站承受着比往常多数倍以上的配送量，爆仓丢包事件频频发生。大多数的包裹是由电商企业用物流快递直接发到消费者的手上，而多数消费者担心私人信息被泄漏，从而会被不良的企业倒卖，所以物流行业的实名制新政在落实上遇到了困难。
除丢包爆仓、错领误领、信息泄漏等问题，大多数的物流企业也要承受着不可预测的意外事故。例如，2015年11月12日，江西一物流车在运输过程中起火，4000余件包裹被烧；2015年11月17日河南许昌一物流货车发生侧翻，导致部分包裹损坏。虽然大多数的物流公司承诺事故中损坏的包裹予以赔偿，但是牵扯信息的可追溯性，落实还有一定的难处。
可见，伴随业务量剧增而产生的如爆仓延误丢包、错领误领、包裹信息难以追溯、私人信息泄露等问题，成为物流业亟待解决的难题，直接关系到物流行业的服务质量与竞争能力。此外，快递配送员通过伪造签名来逃避考核，减少用户投诉也急需改进，这是服务质量提升的重要一环。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于区块链技术的物流追踪方法，该方法利用区块链的不可篡改特点有效保证物流信息的可追踪性，避免快递爆仓丢包、错领误领、伪造签名等问题的发生，也可有效的促进物流实名制的落实。
一种基于区块链的物流追踪方法，应用于具有维护区块链的主节点以及若干个从节点的物流信息网络系统，所述从节点包括用户寄件节点、物流节点和用户收件节点；所述的物流追踪方法如下：
用户寄件节点上传包裹信息到主节点；
主节点针对用户寄件节点上传的包裹信息生成数字指纹，将生成的数字指纹连同相应的时间戳(为生成数字指纹的时间)写入区块链中，并在所有从节点中广播该区块链；
各个物流节点按照包裹的物理空间传送路径依次根据所述的数字指纹以及自身和对应的下一个物流节点的节点信息生成包裹状态信息并由主节点写入区块链；
相应的用户收件节点签收该包裹并形成包裹签收信息上传给主节点以写入区块链中。
本发明的物流信息网络基于身份验证组建而成，实际上在进行物流追踪时，首先采用基于身份验证机制组建物流信息网络。
基于身份验证组建物流信息网络时由等待加入的从节点向主节点发送身份验证请求，主节点接收到身份验证请求后再进行身份验证，身份验证通过则将该从节点加入物流信息网络。
通常从节点发送的身份验证请求携带有该从节点的身份信息(即登记信息)，通过身份验证后主节点将该从节点的身份信息写入区块链以用于节点合法性检查。
本发明中物流节点包括分别对应于快递公司的所有收件员、网点(即物流网点)、中转站、派件员的从节点。
在系统上线之前，可信服务器会审核快递公司的所有收件员、网点、中转站、派件员身份，通过后将相应的节点加入物流信息网络系统，登记信息写入区块链进行备案，并为相应节点生成一对秘钥(公钥和私钥)。对于用户寄件节点、用户收件节点可按同样的方式进行登记备案。整个过程仅需通过主节点开放的接口完成，操作简单。
本发明中节点信息通常包括该节点的身份信息，如节点公钥、节点地址、节点对应的物流网点的名称、联系方式等。
本发明中包裹状态信息反映了包裹在各个物流网点的转运情况，对于任意一个物流节点而言，其形成的包裹状态信息应该包括包裹到达以及离开该物流节点对应的物流网点的时间。
为了符合现有区块链的框架结构，本发明中包裹信息和包裹状态信息上传可以通过从节点向主节点购买积分，并通过发起微小积分交易的方式实现。
为进一步提高可靠性，本发明中仅主节点具有修改区块链的权利，即本发明的区块链为私有链。
数字指纹实际上为包裹信息的电子验证码。作为优选，主节点通过哈希计算针对用户寄件节点上传的包裹信息生成数字指纹。
为提高物流追踪方法的可靠性，所述物流信息网络系统中的主节点和各个从节点均设有一对包括公钥和私钥的秘钥，其中私钥由各节点自己保存，公钥全网(指物流信息网络系统)公开；
任意两个节点之间进行数据传输时：数据发送方利用自身的私钥对待传输的数据签名后发给数据接收方，数据接收方利用数据发送方的公钥验证接收到的数据的签名，所述的节点为从节点或主节点。
用户寄件节点上传包裹信息到主节点时：
用户寄件节点针对包裹(即寄送的包裹)生成包裹信息，再利用自身的私钥对包裹信息签名后上传给主节点，主节点利用该用户寄件节点的公钥对接收到的包裹信息进行验证，若验证通过则将所述的包裹信息存储至一与主节点连接的存储设备中。
寄件需要私钥签名，私钥可根据个人身份实名信息生成，如此可有效解决快递实名制的问题。
由于包裹业务量庞大，本发明中单独采用存储空间进行存储。作为优选，所述存储设备为云存储设备，与主节点之间通过云网络连接。
每个物流节点生成的包裹状态信息由主节点写入区块链的方法如下：
物流节点将生成的包裹状态信息用自身的私钥签名后发送给主节点，主节点用相应的公钥对接收到的包裹状态信息进行验证，验证通过则将该包裹状态信息写入区块链。
用户收件节点通过如下方法签收包裹：
用户收件节点在收到包裹后使用自身的私钥对所述的包裹信息进行签名形成包裹签收信息并发送给主节点；主节点收到包裹签收信息后，采用用户收件节点的公钥进行验证，验证通过后将该签收信息写入区块链。
所述的包裹签收信息包括包裹信息的数字指纹、历史状态信息、签收时间、收件人签名、收件人对应的用户收件节点的公钥。
在实际使用时，由于包裹信息被与主节点相连的存储服务器存储，用户收件节点在接收包裹时，首先需要通过主节点开放的接口获取该包裹的包裹信息，进而获取包裹信息的数字指纹。
主节点每次向区块链写入数据后都广播区块链以供各个从节点更新。
在整个过程中时刻保证从节点中记录有完整的区块链，以便于区块链网络的主节点遭到破坏时，可以从任意一个从节点进行恢复。
本发明中从节点可以pc机，移动智能终端等实现，主节点可以通过pc机、服务器等实现，考虑到数据处理能力，作为优选，本发明中主节点为服务器，进一步优选，可以采用服务器集群实现。
本发明中当物流公司的物流站点发生变化，如增加物流站点或关闭物流站点，同时需要更新现有的物流网络系统：若增加物流站点，则需要在物流网络系统中增添该物流站点对应的从节点；关闭物流站点，则需要在物流网络系统中删除该物流站点对应的从节点。
与现有技术相比，本发明基于私有链的物流追踪方法具有如下优点：
(1)首次将区块链技术应用于物流领域，利用区块链的不可篡改特点保证物流信息的真实性与状态的可追溯性；
(2)根据私有链的特性，该方法可以实现快速高效的物流信息保存与状态信息更新，满足物流实时性要求；
(3)区块链上仅记录了包裹信息的数字指纹，详细信息记录于物流公司服务器上，可有效保护私人信息；
(4)包裹签收需要收件人私钥签名，可有效解决物流行业普遍存在的错领误领、伪造签名等问题；
(5)寄件需要私钥签名，私钥可根据个人身份实名信息生成，可有效解决快递实名制的问题。
附图说明
图1为实施例的基于区块链的物流追踪方法的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例的基于区块链的物流追踪方法实施于如图1所示的物流信息网络系统，该物流信息网络系统包括：主节点、若干从节点以及与主节点连接的存储设备(本实施例为存储服务器)，主节点用于维护区块链，从节点包括用户寄件节点(即寄件人)、物流节点和用户收件节点(收件人)；物流节点包括分别对应于快递公司的收件员、网点(包括始发站、中转站和终点站)、派件员的从节点。
该物流信息网络系统中的主节点和各个从节点均设有一对包括公钥和私钥的秘钥，其中私钥由各节点自己保存，公钥全网公开；
任意两个节点之间进行数据传输时：数据发送方利用自身的私钥对待传输的数据签名后发给数据接收方，数据接收方利用数据发送方的公钥验证接收到的数据的签名的真实性，本实施例的节点为从节点或主节点。
主节点作为该网络系统的网络管理者，计算量大，本实施例中通过服务器(即可信服务器)实现。
从节点为作为主节点的服务器相连的远程客户端，根据从节点的功能，用户寄件节点和用户收件节点可以为pc机或移动终端，与收件员和派件员对应的物流节点可以为pc机或移动终端，其他物流节点多通过pc机实现。
在该物流信息网络系统中，各个主节点和从节点都有独立的网络地址、名称等身份信息。
在系统上线之前，首先基于身份验证的区块链节点加入的方法构建物流信息网络系统：
首先，系统初始化时为可信服务器生成一对秘钥(主公钥和私钥)，同时产生第一个区块，并将其登记信息写入该区块。然后，可信服务器会审核快递公司的所有收件员、网点、派件员身份，通过后为每个从节点生成一对秘钥(包括公钥和私钥)，并将所有登记信息写入区块链进行备案。对于寄件人、收件人可按同样的方式进行登记备案。整个过程仅需通过可信服务器开放的接口完成，操作简单。
区块链中记录有物流信息网络系统中主节点和各个从节点(包括与寄件人、收件员、始发站、中转站、终点站、派件员、收件人对应的节点)的登记信息，以便于对各个节点的合法性进行验证，保证接收的物流信息的真实性和可靠性。
基于上述物流网络系统，本实施例的基于区块链的物流追踪方法如图1所示，包括如下步骤：
步骤1，用户寄件节点上传包裹信息到主节点；
寄件人节点加入网络后，会获取到私钥和公钥地址，可通过可信服务器接口进行包裹信息上传，可信服务器对包裹信息的签名进行校验。本实施例中用户寄件节点基于数字签名技术将包裹信息上传至主节点(可信服务器)，具体过程如下步骤：
s101，用户寄件节点将包裹信息打包，并用私钥签名发送给可信服务器，同时发起一笔从用户寄件节点的公钥地址到可信服务器公钥地址的交易；
s102，可信服务器收到包裹信息后，首先根据用户寄件节点的公钥检查区块链信息获取该用户寄件节点的登记信息，验证用户寄件节点的合法性，验证通过进入下一步处理，否则提示用户不合法；
s103，可信服务器利用用户寄件节点的公钥对包裹信息的签名进行校验，校验通过后将包裹信息发送给物流公司与可信服务器连接的存储服务器进行存储。
步骤2，主节点针对用户寄件节点上传的包裹信息生成数字指纹并连同相应的时间戳写入区块链中，同时确认交易，并在所有从节点中广播该区块链；
可信服务器校验包裹信息通过后，通过哈希计算(sha-256)生成包裹信息的数字指纹，将其作为交易的备注信息，加上交易的时间戳一起写入区块链，然后将写入后的区块链广播给系统所有物流节点以进行更新。
步骤3，各个物流节点按照包裹的物理空间传送路径依次根据数字指纹以及自身和对应的下一个物流节点的节点信息生成包裹状态信息并由主节点写入区块链，
本实施例中节点信息通常包括该节点的身份信息，如节点公钥、节点地址、节点对应的物流网点的名称、联系方式等。包裹状态信息反映了包裹在各个物流网点的转运情况，对于任意一个节点而言，其形成的包裹状态信息应该包括包裹到达该节点的时间、离开该节点的时间。
本实施例中步骤3具体实现过程包括如下步骤：
s301，可信服务器生成包裹信息的数字指纹，用私钥签名后，连同主公钥地址一起打包发送给收件员对应的物流节点；
s302，收件员对应的物流节点收到可信服务器的广播包后，用主公钥地址进行解密获取包裹信息的数字指纹；
s303：待收件员对应的物流节点收到实际包裹后，通过主节点开放的接口获取包裹信息，然后计算包裹信息的hash并与步骤s302中的数字指纹进行比对，若比对成功则生成包裹状态信息(包括当前处理节点的节点信息、下一节点的节点信息)，然后用私钥对包裹状态信息进行签名并发送给可信服务器，同时发起一笔从自己公钥地址到下一节点公钥地址的交易，否则拒收该包裹；
s304,可信服务器收到包裹状态信息后，用收件节点公钥检查签名，检查通过后确认该笔交易，同时将包裹状态信息作为交易备注写入区块链并向所有物流节点广播；
s305，始发节点(即收件员对应的物流节点之后的下一个物流节点)更新区块链，并在收到实际包裹后计算包裹信息的hash，并与区块链上的数字指纹进行比对，比对成功则生成新的包裹状态信息，然后用自己的私钥签名发送给可信服务器，同时发起一笔从自己公钥地址到下一节点公钥地址的交易，否则拒收该包裹；
s305：重复步骤s304和步骤s305，直至包裹到达收件人。
步骤4，相应的用户收件节点签收该包裹并形成包裹签收信息上传给主节点以写入区块链中。
用户收件节点在收到包裹后使用自身的私钥对所述的包裹信息签名形成包裹签收信息后发送给主节点；主节点收到包裹签收信息后，用用户收件节点的公钥进行验证，验证通过后将该签收信息写入区块链。具体过程如下：
s401：收件人接收包裹时，首先通过主节点开放的接口获取包裹信息的数字指纹并与区块链上的数字指纹进行比对，比对成功则使用私钥对包裹信息进行签名形成包裹签收信息并发送给可信服务器，同时发起一笔从自己公钥地址到主公钥地址的交易，比对失败则拒收该包裹；
s402：可信服务器收到包裹签收信息后，用收件人公钥地址验证签名，通过后将信息写入区块链并向全网广播，各从节点同步更新，否则拒绝此收件人签收该包裹。
包裹签收信息包括包裹信息的数字指纹、历史状态信息、签收时间、收件人签名、收件人对应的用户收件节点的公钥。
物流节点上传的包裹状态信息(包括物流点的快递状态变化信息、快递员的配送信息等)直接写入区块链，寄件人(含个人、电商企业、第三方卖家等)上传的包裹信息由可信服务器进行验证并计算数据的数字指纹，将数字指纹记录到区块链进行防篡改保护与跟踪，同时寄件信息数据(即包裹信息)会被存储到物流公司服务器上以备后期验证与查询，保证了物流信息的真实性和可追溯性并降低了保存成本、提高了保存效率。
只将物流信息的数字指纹保存于区块链上，避免了区块链的庞大，同时将数据进行云存储，不仅可以被查阅，还能快速判断云数据是否被篡改。判断云数据是否被篡改时可根据云数据库里的数据计算哈希，然后与区块链上的数字指纹进行对比，若不一致，则判定包裹信息被篡改。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，应用于具有维护区块链的主节点以及若干个从节点的物流信息网络系统，所述从节点包括用户寄件节点、物流节点和用户收件节点；所述的物流追踪方法如下：用户寄件节点上传包裹信息到主节点；主节点针对用户寄件节点上传的包裹信息生成数字指纹，连同相应的时间戳写入区块链中，并在所有从节点中广播该区块链；各个物流节点按照包裹的物理空间传送路径依次根据所述的数字指纹以及自身和对应的下一个物流节点的节点信息生成包裹状态信息并由主节点写入区块链；相应的用户收件节点签收该包裹并形成包裹签收信息上传给主节点以写入区块链中。
2.如权利要求1所述的基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，主节点通过哈希计算针对用户寄件节点上传的包裹信息生成数字指纹。
3.如权利要求1所述的基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，所述物流信息网络系统中的主节点和各个从节点均设有一对包括公钥和私钥的秘钥；任意两个节点之间进行数据传输时：数据发送方利用自身的私钥对待传输的数据签名后发给数据接收方，数据接收方利用数据发送方的公钥验证接收到的数据的签名，所述的节点为从节点或主节点。
4.如权利要求3所述的基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，用户寄件节点上传包裹信息到主节点时：用户寄件节点针对包裹生成包裹信息，再利用自身的私钥对包裹信息签名后上传给主节点，主节点利用该用户寄件节点的公钥对接收到的包裹信息的签名进行验证，若验证通过则将所述的包裹信息存储至一与主节点连接的存储设备中。
5.如权利要求3所述的基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，每个物流节点生成的包裹状态信息由主节点写入区块链的方法如下：物流节点将生成的包裹状态信息用自身的私钥签名后发送给主节点，主节点用相应的公钥对接收到的包裹状态信息的签名进行验证，验证通过则将该包裹状态信息写入区块链。
6.如权利要求3所述的基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，用户收件节点通过如下方法签收包裹：用户收件节点在收到包裹后使用自身的私钥对相应的包裹信息进行签名形成包裹签收信息并发送给主节点；主节点收到包裹签收信息后，用用户收件节点的公钥进行验证，验证通过后将该签收信息写入区块链。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的基于区块链的物流追踪方法，其特征在于，主节点每次向区块链写入数据后都广播区块链以供各个从节点更新。
技术总结