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基于区块链的疫苗冷链物流管理系统 设计与实现

发布时间:2022-08-25 14:47
目 录
第 1 章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 2
1.2研究现状 3
1.2.1疫苗及医药冷链物流追溯研究现状 3
1.2.2区块链研究现状 5
1.2.3总体评价 7
1.3研究内容及框架 7
1.3.1研究内容 7
1.3.2研究框架 8
1.4研究方法 9
1.5研究技术路线 11
1.6研究创新点 11
第 2 章 相关技术研究基础 13
2.1溯源系统分析概述 13
2.1.1溯源方式简介 13
2.1.2溯源技术简介 14
2.2区块链简介 15
2.2.1区块链概念及特征 15
2.2.2区块链技术可追溯性特征 16
2.2.3区块链种类 17
2.2.4区块链结构 17
2.2.5区块链数据管理架构 18
2.3区块链核心技术 19
2.4本章小结 21
第 3 章 疫苗冷链物流管理概念及现状研究 22
3.1疫苗及疫苗冷链物流管理 22
3.1.1疫苗概念及类型 22
3.1.2疫苗冷链物流管理 23
3.1.3我国疫苗现状及冷链物流过程分析 23
3.1.4疫苗生产和流通环节存在的问题 24
3.2我国疫苗冷链物流管理信息追溯发展现状 25
3.2.1疫苗冷链物流管理追溯的现存问题 25
3.2.2溯源的作用 26
iv
3.3区块链应用于疫苗冷链物流管理追溯的优势和可行性 27
3.3.1应用区块链技术的优势 27
3.3.2应用区块链技术的可行性 27
3.4本章小结 29
第 4 章 疫苗冷链物流管理溯源系统的需求与设计 30
4.1系统需求分析 30
4.1.1系统角色需求分析 30
4.1.2系统功能需求分析 32
4.1.3系统非功能需求分析 33
4.2开发平台和节点组织确定 33
4.2.1区块链平台确定 33
4.2.2节点组织确定 35
4.3系统设计 37
4.3.1区块链系统总体架构 37
4.3.2区块链系统功能模块设计 38
4.3.3区块链底层设计 40
4.4数据库设计 43
441数据库E-R图 43
4.4.2数据库信息表 44
4.5系统数据溯源方案设计 45
4.5.1系统整体交易流程 45
4.5.2系统具体交易流程 46
4.6本章小结 48
第 5 章 系统实现与测试 49
5.1相关环境部署 49
5.1.1基础环境配置及介绍 49
5. 1 .2搭建区块链环境 50
5.1.3搭建应用环境 51
5.2疫苗冷链物流管理区块链溯源系统实现技术 51
5.2.1创建区块链系统组织节点 51
5.2.2区块链链码安装 52
5.2.3服务器启动 53
5.3疫苗冷链物流管理区块链溯源系统功能实现与测试 54
5.3.1系统主界面及节点登录界面 54
5.3.2数据上传界面 55
5.3.3数据溯源界面 57
5.3.4功能测试 58
5.4本章小结 64
v
第 6 章 总结与展望 65
6.1研究结论 65
6.2研究不足与展望 65
参考文献 67
攻读学位期间发表的学术成果 71
致谢 72
vi

第1 章 绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
一个国家人民群众的生命健康与本国医药行业的良好发展息息相关,同时医药行 业的发展对我国国民经济的良好发展也是不可或缺的。我国人口众多,公民对医药产 品的需求量较大。近年来随着国家对医药行业的管理力度不断加大,使得我国的医药 产品发展较快,目前我国的医药产品市场在世界上位居第三。疫苗是药品中关注度比 较高的一类,对于其生产加工和物流运输以及最后的使用过程都有着严格的标准,国 家对疫苗全过程的冷链运输管理有着严格的要求。当前,新冠肺炎疫情仍然没有消退, 面对疫情,最有效的办法就是及时接种新冠疫苗。面对突如其来的疫情,我国乃至世 界各国对疫苗的需求量都是巨大的,这给疫苗的运输带来了空前的压力。我们通常所 说的疫苗产品运输实际上指的就是疫苗的全过程冷链运输,运输过程中对温度的控制 有着严格的要求,而且整个过程都要处于低温状态中。因为温度一旦变化过大,就会 对疫苗的活性质量产生影响,甚至导致疫苗失效。总的来说,疫苗冷链运输过程就是 一项系统的冷链物流运输管理过程。
我国曾经发生的疫苗安全事件,多数发生于疫苗的制造与流通等环节。比如在2016 年 3 月,山东省相关机关查获一件疫苗非法案件。这次疫苗案件涉及的总价值接近 6 亿人民币,而且这批疫苗的问题主要出现在冷链方面。经查实,这批疫苗没有经过标 准化的冷链保存就销往全国 20多个省市。这批疫苗的种类主要是二类疫苗。我国的政 府高度重视这次安全案件,李克强副总理已经提出了重要批示:这次的安全案件对社 会危害很大,也暴露出了我国政府在疫苗安全监管方面还是存在的不少漏洞,有关部 门要通过对这次案件抓紧健全监督防控体系,积极履行对疫苗在制造加工、运输贮藏、 注射应用等各环节的监督责任,以防止这种案件再次发生[]。2018 年 7 月15日,吉林 长生生物科技公司出现违法伪造疫苗生产记录的情况。案发后,该公司被国家有关部 门通报。令人更痛心的是:这是因为该集团自 2017 年出现了疫苗问题事件之后,不足 一年的时候就又发生了疫苗安全问题。在此之前,我国其他省份也曾多次出现疫苗问 题事件。由此可见,我国需要对疫苗从生产到接种整个环节增大监管力度,实时有效 地进行数据追溯,并进行追责。
区块链技术最近几年在我国发展迅猛,许多高校和科研院所加大了区块链研究力 度。由于区块链具备了全程留痕、交易数据信息无法伪造等优点,越来越受到国家的 重视。在 2019 年 10 月,中共中央政治局开展了第十八次就中国区块链科技发展历史 与现状的集中学习。习总书记在集体学习中特别强调,各企业和科研单位要全面掌握 区块链科技,进一步将区块链的技术优势和产业特点进行融合,进一步加强政府对区 块链科技发展的支持力度,将区块链科技当作关键的创新突破口,促进区块链产业链 和科技研究创新蓬勃发展。就目前中国区块链的发展情况而言,超过十余个产业已经 开始使用了区块链科技,这些行业包括供应链、能源、社交、金融、保险、公益等。 将区块链技术应用到疫苗冷链物流过程中,势必会对疫苗冷链物流数据进行有效的监 督和追溯。未来,区块链技术一定会在供应链溯源中发挥关键作用。本文将充分发挥 区块链的优点,针对目前的疫苗冷链运输物流监控系统,在疫苗冷链运输物流追溯中 运用区块链技术,并设计一个基于区块链技术的疫苗产品冷链物流管理溯源体系,由 此来解决目前疫苗产品冷链物流管理的追溯问题,最终实现疫苗产品冷链全流程的安 全运行,有效地保障了疫苗产品的活性和质量安全,杜绝疫苗冷链物流数据的恶意篡 改。

1.1.2研究意义
(1)理论意义
当前虽然国内有许多关于数据信息溯源的研究,但是有关疫苗冷链物流管理区块 链数据溯源技术的研究还存在不足。在阅读了大量的文献之后,发现目前的文献大多 只关注区块链的理论和技术优势,而且对疫苗冷链物流管理全程数据的采集、存储和 查询缺乏一套标准的系统体系。本文利用区块链技术的去中心化、分布式账本等优势, 结合物联网终端设备的数据自动采集技术,实现了疫苗冷链数据的自动采集、自动存 储。最后通过利用 Hyperledger Fabric 开发平台对疫苗冷链物流区块链溯源系统进行开 发,为疫苗产品冷链物流运输管理溯源以及其他行业的数据信息溯源管理研究提供了 系统的研究方法和参考,丰富了该领域的理论研究。

(2)现实意义
我国人口较多,有着巨大的疫苗接种需求量。当面我国仍然没有完全战胜新冠肺 炎疫情,我国的新冠疫苗日接种量甚至达到上千万。不可否认的是,我国的疫苗冷链 物流运输设备仍然面临专业化不足的问题,疫苗在现实运输过程中容易出现温度不恒
定及人为调节冷藏设备温度的现象,从而给疫苗的质量带来了威胁,严重威胁了公民 的生命健康。我国的疫苗冷链物流运输同样面临信息化不足的问题。由于缺乏有效的 信息监控和溯源手段,无法对疫苗的质量进行甄别,不能保证疫苗的有效性。
我国的疫苗冷链物流管理需要一套合理有效的溯源系统,从而确保疫苗生产、疫 苗运输及疫苗接种使用安全可靠,同时做到疫苗数据可查询。因此,本文探讨疫苗产 品冷链物流运输溯源管理与区块链技术优势相结合的可行性,提出并建立了基于区块 链的疫苗产品冷链物流管理数据信息追溯体系,实现疫苗产品在供应链全过程中交易 数据记录的上链和追溯功能,有效地解决当前我国面临的疫苗在冷链过程中的问题。

1.2研究现状
随着区块链科技不断发展与应用,人类对区块链科技优势的理解也日渐深入,区 块链技术在交易数据信息溯源管理方面已有广泛的应用。目前有更多的国家、政府、 科研机构和企业都对区块链加大了扶持和研究力度。在区块链不断地发展创新过程中, 越来越多的行业已经可以对区块链技术成熟应用。目前来看,对区块链技术应用最广 的是金融行业,比如供应链金融、数字货币等方面。当然,最近几年,区块链在溯源 管理方面的研究也得到不断发展,在疫苗及医药冷链溯源方面的研究成果比较明显。

1.2.1疫苗及医药冷链物流追溯研究现状
众所周知,疫苗和血浆这两种特殊的医疗物品对冷链物流有着较严格的要求,需 要对这两类产品进行有效的数据信息追溯。有关血液制品溯源方面,Vanany I,Maryani A 等人基于生物自动识别与条形码的技术设计了一种智能可追溯体系,使血浆供应链 上参与者的个人信息在供应链各成员间实现数据共享[2];我国在医疗溯源方面取得了 不错的成绩,但也面临着一些困难。侯姝言,尹艺驰二人在研究中指出区块链技术是 把双刃剑,需要在全面剖析区块链应用模型和特性的基础上,对其进行应用研究[3];在 解决医学数据传输和储存安全性方面,因物联技术可使数据自动采集, Griggs KN 等人 提出利用物联网技术和区块链技术相结合,来提高医学传感器的安全分析[4];再者, Aghili S F, Mala H等提出了一种基于RFID的医学物联网有效性解决方案,以无线射 频识别(RFID)来保证医学信息的可溯源性和安全性[5];韩涛尤其对植入性的医疗设 备系统是否具备溯源性的问题,根据物流公司规模化运营状况,设计了一个具备多场 景混合辨识能力的系统智能优化技术,并将此技术运用于物流溯源体系中[6]。李松涛, 杨一帆,王任芝三人根据中国国家农业原产地追溯规定的研究基础,共同研发了苹果
果实自然生长二维码的关键技术,并系统设计了一个采用云端信息技术和二维码信息 技术的果蔬真实身份辨识方法。消费者只需要通过扫描苹果表面上的标签,便可以查 询到苹果供应链过程所有阶段的信息[7]。魏映乔,郭晓林在分析了我国医药物流现状 的基础上,提出现有的第三方物流公司同样面临着冷链设备缺乏、专业人才欠缺等问 题,需要进一步加强对医药流通企业的监管,并完善各类政策[8]。Kumar R, Tripathi R 认为使用区块链,可以为从供应企业到最终用户的所有过程可追溯服务提供技术基础, 从而识别假冒药品,以此来解决药品安全问题[9]。 Norfeldt L, Botker J 等人提出,在不 远的将来,医疗体系将会含有不计其数的生物数据信息,而当前医疗系统尚无法解决 这个需求,于是提出要对药品进行加密,同时利用区块链技术,根据权限不同,实现 不同级别的可视化功能,有效杜绝了药品质量造假[10]。庄楚鑫利用区块链技术,提出 并设计了一种去中心化的医疗药品供应链协同管理系统,有效地解决了数据篡改、数 据不共享等数据隐私问题[11]。朱一新,徐挺玉二人通过对 ICU 设备的物联网终端节点 的分析,建立了基于联盟链的数据交互平台,解决了系统中心化模型带来的安全隐患 问题【I2】。Yong B, Shen J等人指出了传统的疫苗及医疗产品供应商中存在着数据造假 的问题,并据此研究了采用区块链技术和人工智能学习技术的区块链疫苗产品管理系 统,该管理系统支持对疫苗产品数据信息进行追溯管理。同时使用机器学习模式,能 够让接种医师和注射者提出意见[13]。徐思彦还指出,可以把疫苗产品供应链中所涉及 的各主要参与者,包括当地政府监管单位、制造公司、疾控管理中心、医护工作人员、 相关疫苗产品使用者等全部加入到区块链系统,监管单位将能够很好地通过区块链上 的信息找出问题所在,并进行追责[14]。邵长年认为现在的疫苗市场仍然存在许多安全 问题,认为对整个疫苗生命周期的监管和疫苗流向追溯十分有必要[15]。徐俊,蔡梦欢 等人,结合区块链技术和物联网终端设备,实现了医疗药品在冷链流程中的数据自动 采集、自动上传等功能[16]。O'Leary S T,Hurley L P等人认为大多数疫苗追溯技术采 用了可靠性不高的数据信息存储方法,而不能使用到最先进的数据信息溯源管理技术, 于是建议使用二维码技术集成记录疫苗冷链数据和疫苗接种数据,实现对疫苗的全流 程追溯[17]。王可可,陈志德等人,运用区块链技术去中心化的优点,在分析了中国农 业目前的溯源现状后,提出了一个基于农业区块链联盟链的新技术,来解决中国农业 追溯问题卩8]。Tseng J H, Liao Y C等人建议医院医疗物品的物流运输要重视区块链的 应用,要求医院的医疗产品数据公开透明,将医院药物供应商中的所有成员都加入到 溯源监督体系中[19]。刘芬,许勇二人发现,目前大部分医院医疗药品采购都出现了供

4
应渠道复杂、供应渠道不合理的情况,同时市场监管效率低下。为了使采购管理合理 化、采购数据的交换与共享更加便利,利用区块链技术优势建立了基于区块链技术的 医院药物采购数据共享平台[20]。在分析有关医院物联网应用状况方面, Alblooshi M, Salah K 等研究关于物联网设备所采集数据真实的数据来源以及所属权问题,通过利用 区块链技术,为医院物联网设备创造出一种完整的数据管理与追溯性的架构和解决方 案[21]。禹忠,与郭畅等人合作,为破解在药品追溯中出现的大数据信息易伪造等问题, 在Hyperledger Fabric区块链平台上设计并研发了药品追溯管理系统旳。温川飘,赵妹 婷等人在结合物联网和大数据技术,利用区块链构建第三代中药溯源查询平台,有效 地保障了数据的安全性以及监控的有效性[23]。郭全中教授就长春疫苗事故调查指出, 通过物联网技术+区块链技术的全过程追溯,可以更有效地提高疫苗问题事件的安全处 理能力[24]。 Paolo L, Federica C 等人提交了关于医学药物和设备的集成化物流管理研 究,通过采用基于射频识别技术(RFID)、条码设计和信息读取设备的医疗远程平台技 术,可以创造药物和医疗产品的运输管理数字模型,也可以极大提升对医药物流和医 用产品的追踪查询能力[25]。张文超,李岩二人认为,药品在全世界范围内都存在非法 销售的现象,这会严重影响人类的生命健康安全,尤其是近年来随着互联网的兴起, 有关疫苗产品的违法犯罪行为更加猖獗,因此提出了基于区块链技术的药品追溯方案 [26]。Ioannis P和Nikolaos T为了克服传统医疗器械中面临的包括通讯中断、信息篡改 等危险,共同提出利用区块链优势对医疗器械提供信息保护的方法[27]。周倩建立了涵 盖原料提供者、制造加工商、批发零售店以及消费者和研究中心之间的区块链医学药 物供应链系统,该体系对缓解医药数据信息共享和溯源障碍等问题有很大帮助[28]。

1.2.2区块链研究现状
王凯正以Tomcat作为系统设计的客户端,采用MySQL数据库进行数据存储,研 发并完成了运用区块链技术的众筹平台项目,并在前端进行展示可视化界面[29]。
Pustisek M 和 Kos A 对 Ethereum, Hyperledger Fabric 和 IOTA 三种分布式账本协定做 出了技术性能和安全的评价,为发展区块链应用提出了三个可能的研究框架方向[30]。
Figorilli S, Antonucci F 等人把区块链技术运用到木制品供应链中,采集和保存从木头 切削到加工制成最终商品的所有数据[31]。丁庭琛,与陈世平二人,认为在现有联盟链 实际使用场景中, PBFT 存在效率不足等问题,提出了一种全新的拜占庭容错共识算 法。这种共识算法在原来共识算法的基础上加入了信用等级[32]。王日宏,邢聪颖等人

5
通过研究发现,共识机制在不同领域各有差异。针对联盟链的具体应用场景,从共识 本质、网络模型等角度对 PBFT 算法进行研究,提出一种高效监督的拜占庭容错算法 (ES-BFT)[33]。梁文馨,通过分析疫苗冷链过程的不同数据实体,并结合Fabric架构, 设计了一套基于区块链技术的疫苗追溯方案,并通过演示,展示了系统的各个功能[34]。 在提高联盟链 PBFT 算法共识过程中数据的安全性和效率问题方面,杨龙海,王学渊 等人提出一种基于SM2算法的签名方案[35]。Mai T,Wang J等人,在考虑到区块链具 有分布式存储的优势后,提出把区块链和云计算进行结合,建立去中心化的工业互联 网交易平台[36]。徐浩恺,谭惠东等人认为传统听诊判断受医生主观影响因素较大,而 且传统纸质版的病例携带不方便,容易丢失。结合这种现象,他们研究设计出一种采 用区块链技术的移动电子医学病历体系,可以实现医学数据跨平台和跨地区查询,并 且增强了数据的安全和私密性[37]。在跨境支付方面,朱涛,姚翔等通过区块链 Fabric 平台开发了跨境支付汇款追溯系统,实现了支付汇款各环节的数据及时上传、存储和 共享,而且隐私性较高[38]。 Khaled Salah, Nishara Nizamuddin 等人,共同运用了区块 链技术对农业供应链进行数据信息跟踪溯源,并解决了以往中心化的数据存储方式, 有利于农业供应链的高效率发展[39]。Kang Liu,Wuhui Chen等人利用区块链的综合技 术优势,设计了一种全新的车联网数据交易债务信用机制[40]。 Jian Chen, Zhihan Lv, Houbing Song提出了一个基于区块链技术的人员管理信息系统,并能够解决在大数据 分析中人员管理的安全性问题[41]。吴晓彤,柳平增等人,利用区块链技术的优良特性, 在农产品溯源系统中设计相应的智能合约,从而使系统满足交易流程数据的真实性, 保障了农产品质量信息的安全性[42]。张延华,杨兆鑫等人也设计了一套基于区块链技 术的农产品溯源系统,能够实现农产品全流程的交易数据记录和储存[43]。姚超,唐松 在分析区块链技术与食品溯源相结合的可能性,设计了一套基于区块链技术的食品溯 源信息管理系统,实现了食品供应链全流程的信息分布式存储,并可以实时查询供应 链上相关的数据信息[44]。宋宇航,将医药物流和区块链技术进行结合,解决了传统的 中心化溯源问题,有效防止了医药物流数据的篡改,并利用以太坊作为区块链的开发 平台,设计并开发出了一套基于区块链技术的医药物流溯源管理系统[45]。Kshetri N通 过分析云计算和区块链技术在数据安全方面各自的优势后,认为基于区块链技术更有 利于当前的物联网生态系统发展[46]。李小莉,陈国离等人为了解决目前农业供应链金 融体系存在的信用缺乏、数据篡改等问题,提出了一种基于“区块链+物联网”的农业 供应链金融体系[47]。税收信用体系作为社会信用体系的重要组成部分,崔九九认为利

6
用区块链+人工智能技术可以实现税收信用体系的智能化和体系化建设[48]。林超,何德 彪等人基于SM2数字签名算法设计了一种更加安全的签名证明(UDVSP)方案,该方 案可以有效解决当前电子医疗记录(EMR)数据共享面临的效率低等问题[49]。Galvez J F, Mejuto J C 等人的研究报告指出,区块链科技可以确保在食物供应商中的可溯源 性与安全问题[50]。面对目前电力物联网终端网络存在监控稳定性较低的问题,邓翔基 于区块链技术,研究了一种全新的电力物联网实时监控系统[51]。在当前数据源存在容 易暴露的情况下,邵怀禹等人通过建立一种源数据的唯一数据标识,并结合区块链技 术设计相应的智能合约,实现了物联网数据的上链和访问操作[52]。

1.2.3总体评价
最近几年,由于疫苗产品安全事件屡屡发生,国家不断加大疫苗管控力度,并积 极采取措施加强疫苗产品整个供应链流程的溯源管理。在溯源方面的研究过程中,人 们用到了许多先进的数据采集和数据存储的技术,比如物联网终端设备信息采集技术 等先进技术。由于世界各国对疫苗的监管力度不断加大,以往的疫苗产品交易数据信 息溯源技术已经不能满足现在的要求了,这就需要更为先进的数据追溯技术。
人们在不断探索全新的溯源技术的过程中,逐渐发现区块链技术在疫苗交易数据 追踪方面有着得天独厚的优势。区块链因其具有分布式数据信息存储、全程数据信息 留痕、数据信息不可篡改、数据信息分布式存储等优点,越来越受到各行各业的重视。 目前区块链先技术的主要应用领域有:银行金融、保险、公益、社交等领域。区块链 技术与物联网终端设备信息采集技术的不断融合,为疫苗供应链全过程的交易数据信 息溯源管理提供了新思路。相信在未来,区块链技术会在更多的领域得到应用。

1.3研究内容及框架
1.3.1研究内容
本文在分析了区块链技术、物联网技术、疫苗冷链物流现状的基础上,针对我国 近几年发生的疫苗安全问题事件,设计并实现了一套基于区块链的疫苗产品冷链物流 管理数据信息追溯系统,解决了疫苗产品冷链过程中数据不真实、追责困难等问题。 本文通过研究与物联网技术的结合,实现了疫苗冷链物流数据全程自动上链存储,并 可以实时对疫苗冷链过程中的数据信息进行追溯查询,有效杜绝了数据篡改的情况。 本文的研究内容主要包括以下几个方面:
(1) 提出并论证区块链技术运用到疫苗冷链物流管理追溯中的可行性 在研究了现有疫苗冷链物流溯源管理技术的情况下,分析得出现有疫苗溯源管理
技术的弊端。通过研究分析得出,数据不可篡改、全程留痕是区块链技术具有的独特 优势,而且这些优势已经在很多行业得到了广泛的应用,因此提出将区块链优势合理 运用到现存的疫苗冷链物流管理数据信息溯源系统中。通过比较区块链溯源管理系统 和传统溯源管理系统后,肯定了将区块链技术应用到当前疫苗冷链物流管理数据信息 溯源系统中的可行性。
(2) 研究并实现了区块链疫苗冷链物流管理溯源系统 首先剖析了疫苗从产品研发到用户接种的整个过程,以及在此流程中参与者的角
色,提出在本文的疫苗冷链物流区块链数据信息溯源管理系统中的四个节点,这四个 节点分别是:生产企业、物流公司、监管单位、使用单位。通过系统分析这四大节点 在追溯体系中所承担的角色,设计了疫苗产品数据信息在整个供应链过程中的传输方 法,并结合各节点的职责,形成了系统的总体框架,完成了溯源管理系统的基本模块 划分、模块功能分析、数据库设计以及溯源ID设计等。
完成了以上工作后,进行系统的开发准备,并对开发环境和系统配置进行了介绍。 在综合分析当前的区块链开发工具后,最终选择了 Fabric平台作为本文区块链溯源管 理系统的底层开发平台。通过进行代码编写,实现了区块链系统的智能合约、系统的 可视化以及系统的整体功能。最后通过具体的实例对系统进行测试分析。经测试后得 出结论:系统各节点功能运行良好,满足了当前疫苗冷链物流数据信息的溯源需求。

1.3.2研究框架
全文总共有 6 个章节部分,具体每个章节的研究内容如下:
第一章,绪论。首先介绍了本文的研究背景和意义,通过对背景问题的介绍,分 析了将区块链技术应用到疫苗冷链物流溯源管理中的意义;其次介绍了疫苗、医药物 流追溯和区块链技术的国内外研究现状,对研究现状进行了相关总结评价;接着介绍 了具体的研究内容及研究框架;最后介绍了本论文的研究方法、研究技术路线图和本 文的创新点。
第二章,相关技术研究基础。首先对目前溯源管理系统技术做了相关概述分析, 包括溯源方式的介绍以及具体溯源技术的介绍;接着对区块链技术进行了相关介绍, 包括区块链的概念、特征、种类、区块链技术可追溯性特征以及区块链的核心技术和
基础架构;最后对区块链核心技术做了相关介绍。
第三章,疫苗冷链物流管理概念及现状研究。本章首先介绍了我国目前疫苗及其 冷链物流过程,包括疫苗及疫苗冷链物流管理的定义、我国疫苗的分类、我国疫苗冷 链物流的现状和冷链物流过程分析;接着对疫苗冷链物流数据信息溯源管理进行具体 分析,包括疫苗溯源管理的必要性以及疫苗追溯问题的发展及问题;最后介绍了将区 块链技术应用到疫苗冷链物流追溯方面的优势和可行性,为系统的具体开发和设计奠 定了理论基础。
第四章,疫苗冷链物流管理溯源系统的需求与设计。本章是本文的重点章节,通 过实地调研,结合目前我国疫苗冷链物流的具体状况,对系统进行了充分的需求性分 析,包括系统的角色、功能以及非功能需求分析;其次是对区块链追溯方案进行基础 设计,通过分析目前的几大区块链技术开发平台,并对这几个区块链技术开发平台进 行了比较,最终选择了 Fabric 开发平台作为本文系统的开发平台,在选定开发平台后 设计了四个交易主体;接下来主要是设计部分,包括区块链溯源管理系统设计、数据 库设计以及系统数据溯源方案的设计。
第五章,系统实现与测试。本章主要是展示系统的具体实现及测试过程和结果。 首先介绍了系统开发的硬件以及网络环境等部署;接着对疫苗冷链物流管理区块链溯 源系统实现技术进行了分析,包括创建区块链系统组织节点、链码功能和服务器启动 等介绍;最后是本文系统的各功能实现及测试,通过具体的例子,充分展示了系统的 各个功能。
第六章,总结与展望。该章是包括对全文工作的总结,并对区块链溯源技术的应 用进行展望,同时还介绍了本文研究的欠缺之处以及系统的后续开发和维护。

1.4研究方法
本文主要运用文献分析法、实地调研法、系统分析法对疫苗冷链物流管理数据溯 源进行研究。
(1)文献分析法
通过搜集和整理有关疫苗生产、疫苗冷链运输以及数据溯源管理技术的文献,并 结合学校图书馆数字资源,初步探究了我国目前疫苗冷链物流管理数据溯源的发展以 及应用现状,同时研究了区块链技术的原理和优势,对以往的理论成果和疫苗冷链溯 源方面的研究发展有一定掌握,为本文的写作奠定了理论基础。
(2) 实地调研法
在确定了本文的研究方向后,在导师的引荐下,通过走访调查苏州某智能保温箱 设计研发企业,了解了目前冷链运输设备的发展状况和冷链数据的采集方式,并掌握 了疫苗以及医药冷链的具体流程,这给本文系统的功能需求分析和设计提供了新思路, 能够使本文系统的设计更贴合于实际应用。
(3) 系统分析法
本文把基于区块链技术的疫苗冷链物流管理数据溯源看作是一个由供应链上不同 关键节点组成的具有整体性的系统。结合区块链技术的优势以及供应链管理的工作原 理,利用图例分析和归纳研究等方法,分析出疫苗产品冷链物流在供应链中存在的问 题,比如:数据丢失和篡改、监管效率不足等。最后提出了将区块链技术运用到疫苗 冷链物流管理溯源系统中的系统设计方案。
1.5研究技术路线
查阅文献 实地调研 导师交流
确定论文主题
理论技术支持

1.6研究创新点
通过对比分析前人对区块链溯源管理的研究,本文主要归纳总结了以下三个创新 点。

(1)疫苗安全一直以来都是人们关注的社会热点问题,然而近几年疫苗安全事件 频繁发生,出现问题的原因主要是对数据监管不足以及对疫苗数据进行非法篡改。以 往学者对疫苗数据溯源方面的研究主要是通过本地数据库进行数据查询及追踪,由于 本地数据库存在集权化管理、数据较容易篡改的问题,从而不能保证数据的真实性,
11 这就给疫苗问题溯源管理造成了困难。而本文利用区块链的数据全程留痕、智能协议 等优点,提出将区块链技术运用到疫苗冷链追溯过程中,从而解决疫苗产品数据信息 篡改等当前面临的问题,实现了疫苗产品全流程交易数据信息上链存储,保证了交易 数据信息的真实性。

(2) 针对以往学者只利用本地数据库进行数据存储的现象,本文对疫苗数据存储 采用“双存储模式”,即本地存储和区块链系统存储。在数据查询溯源过程中,只需 要验证二者的数据是否一致,即可判断数据的真实性。当疫苗产品出现问题后,通过 查询不同节点上传的数据,便能很快发现出现问题的原因,有效提高了溯源和追责效 率。

(3) 以往的疫苗冷链数据信息上传,都是由每个单位自己进行上传,没有实现全 供应链的整合,更不能实现疫苗产品数据的有效监管。本文在分析整个疫苗冷链、供 应链全过程后,设计了一套基于区块链技术的疫苗冷链全供应链追溯管理系统,从而 使得全链条的关键环节都公开透明,为保证疫苗产品质量安全以及疫苗产品的全程监 管提供了帮助。利用 RFID 无线射频识别技术实现了疫苗冷链全过程数据信息的自动 收集和上传,并结合核心区块链技术,实现了对疫苗产品全链数据信息的智能监控, 提高了监管单位的监管效率,解决了以往不能对疫苗数据信息进行整合的困扰。
 
第 2 章 相关技术研究基础
在分析了疫苗冷链物流、追溯技术和区块链技术的应用现状后。本章将从溯源系 统技术和区块链相关技术进行展开研究。首先分析目前我国数据信息溯源的现状,并 对溯源技术进行介绍,接着对区块链技术进行综合分析,为后续的需求分析和系统设 计做了相关理论铺垫。
2.1溯源系统分析概述
2.1.1溯源方式简介
当前,许多行业都需要用到溯源管理系统,溯源系统本质是对企业生产的产品进 行信息追溯,从而达到对产品信息的及时查询、控制和追踪。溯源系统是一种信息科 学技术,主要结合了物联网、大数据、人工智能等技术。系统架构大多采用B/S (浏览 器/服务器)或C/S (客户端/服务器)。通过前端和后端进行数据交互,并实现相应的 功能,最后向用户展示溯源查询结果。
疫苗冷链追溯系统主要对疫苗产品从生产加工到运输,最后到用户使用的全过程 进行双向信息查询。在生产过程的重要环节,可以通过物联网等技术手段收集相应的 数据信息,形成最终产品可追溯性“档案”。如果接种的疫苗产品出现质量问题,可 以跟踪和查询产品的可追溯性代码。通过分析这些信息,消费者可以通过可追溯性请 求的结果,直接识别出问题环节和相关操作人员,并追究相关责任,还可以采取适当 的措施来防止发生疫苗产品安全事故。
当下,我国有以下几种疫苗冷链物流管理数据追溯的方法:
(1)书面纸质票据形式。当然这也是最基本、最原始的信息来源证明方式。相关 的疫苗信息,会随生产商将生产好的疫苗和生产过程证明一起提供给分销单位。由于 是纸质版的证明材料,在运输配送过程中容易造成损坏,而且纸质版的材料极易被篡 改,现在一般不提倡使用这种方式。
(2)中心化溯源。这种方式是现代普遍使用的信息化溯源方式。中心化的溯源方 式是将数据信息集中存储到一个数据库中,通过信息集成,将信息储存在条形码或者 二维码中,用户通过扫描二维码,便可以查询到疫苗的生产制造、运输配送等信息, 从而实现疫苗产品的可追溯性。中心化溯源也有其优点:比如可以对产品信息进行集 成,有利于实现产品信息的完整性,同时方便产品信息查询,而且查询成本也比较低。
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但是这种方式也存在一定的缺点,高度的信息集中存储,一旦存储信息的数据库遭到 破坏,就可能导致信息的丢失和修改等问题。在日常生活中,我们随处可见产品包装 上附有产品标签码,图 2-1 是我们日常生活中常见的信息集成溯源标签。
图 2-1 疫苗溯源标签

(3)区块链溯源。这种方式和以往溯源方式不同之处在于:引入了区块链技术以 及物联网等先进信息技术。由于区块链系统具备了交易信息记录分布式的网络结构保 存、数据信息全过程留痕、数据不能被修改、无中心化保存等优点,因此疫苗冷链流 程中的所有参与者包括最终用户都能够被组织形成一条联盟链,冷链数据信息经由各 个节点单位进行实时准确验证后传入到整个区块链体系中,从而提高了数据分析的准 确度。在区块链网络中,监管部门负责对各个参与者进行身份验证,验证通过后的成 员才可以加入联盟链,并且通过设计相应的智能合约,通过共识机制确定并监控参与 者各方的交易情况。

2.1.2溯源技术简介
随着社会的进步和信息技术的发展,相应的溯源技术也得到了飞快地发展。最初 的溯源技术有条码技术、传统数据库技术,再到后来呈现出的物联网、DNA、WSN (无 线传感网)、区块链等技术。接下来介绍两种常用的溯源技术:

( 1)条码技术
条码技术在本世纪中叶被广泛应用到高科技光学、机械、电气和计算机技术中, 具有自动识别功能。它的出现,解决了数据采集难的困境。条码技术具有易操作、成 本低、数据采集快和数据采集量大等优点。
我们日常生活中所见到的条码有两种类别:分为一维的条形码和二维码。一维条 码相对简单,只包含数字、字母和由间距不同、宽窄不同的竖线及阿拉伯数字字符组 成。二维条码即是QR Code,二维条码形状为正方形结构,采用了特殊的几何图形来 保存数据符号信息。经过比较二维码和条形码技术发现,二维码拥有更高的数据存储 率,使用范围也更广泛。综上所述,条码技术在我国相关企业生产制造过程和人们的 实际生活过程中较为常见,条码技术目前拥有完善的技术基础。
( 2)射频识别技术( RFID)
电子标签就是利用了射频识别技术,通过标签和阅读器之间进行无接触形式的数 据通信,整个数据通信过程没有人工进行参与,但是要通过该技术实现无接触方式的 通信识别,需要专门的 RFID 读写设备来识别信息。 RFID 技术可用于所有的溯源系统
中,实现对溯源过程中数据的自动识别和上传。RFID的工作原理如图2-2所示。
图 2-2 RFID 技术原理图

2.2区块链简介
2.2.1区块链概念及特征
( 1 )区块链概念
区块链技术起源于比特币,最初是由中本聪于 2008 年出版的一份文章中所提到 的。在数年后,区块链技术才从理论上进入了实际应用环节。
近年来,尽管全球各地民众对比特币的认识程度不一,不过区块链这个比特币的 底层科技也得到了人们越来越关注。在中央政治局于2019年10月24日开展的第十八 次全国区块链科技集中学习活动期间,习总书记专门指出“各行业要在科技自主发展 创新能力中把区块链科技放在首位,努力把区块链科技当作重点技术突破点进行技术 创新”“积极推动区块链科技落地应用”。“区块链”已进入了公众视线,并成为社 会各界的关注焦点。区块链科技在信息安全方面也是个专业术语,究其实质,区块链 是一种大数据分布式存放的共享数据信息的数据库。在区块链中保存的所有交易数据 信息,均具备全程留痕、不容修改、数据真实透明、可追溯性等优点。正是由于区块 链具有这些优势,才使区块链在各个行业建立了 “信任”机制,提高了行业与行业之 间的信任度。因此,区块链广阔的应用前景不可忽视。

(2)区块链的特征
区块链因其具有去匿名性、中心化、数据信息不可被篡改等特征,有效地解决了 传统的数据中心化存储的弊端,同时能够保证数据信息的真实性和安全性,为各行各 业提供一种全新的数据存储和数据溯源方案。
①去中心化。作为区块链技术的最本质的特征,去中心化是指在区块链系统中, 各个节点组织地位相同,没有哪一个组织对区块链拥有绝对的控制权,也就是说不存 在某个具有集中掌控权的中心部门。上传到区块链的数据交易信息由各个节点维护, 并进行数据信息之间的共享。
②匿名性。从技术角度出发,用户既可以选择使自身在区块链中处于匿名状态, 当然也可以选择向别人提出自己的身份证明。因此,并不需要各个节点必须公开自己 的身份。
③不可篡改。在数据库中输入数据后就代表更新了账户,因此不能对交易记录进 行修改,因为这些数据与之前上传的交易记录之间都已存在生成的“链接”,通过不 同算法,确保上传到数据库的记录是按顺序永久排列的。除非掌握了足够多的节点数 量权限,否则根据目前的网络环境很难对其进行攻击,这有效保证了数据不被篡改。

2.2.2区块链技术可追溯性特征
区块链技术一经问世,就受到各行各业研究者的青睐。因其具有数据去中心化、 数据不可篡改、数据可追溯等优势,有效地保障了各类信息的安全性和可靠性。区块 链技术的这些优点,也杜绝了在数据追溯过程中数据不真实这一现象。未来,区块链 溯源技术会在各行各业中得到进一步应用,必定会逐渐代替传统的数据信息溯源技术。 以下几点是区块链技术具有可追溯性的特征:
(1)区块链技术因其具有高可信度、点对点数据信息传输等特点,提高了数据追 溯时信息的互通性,同时有效畅通了供应链中各单位的信息交流通道,方便了监管单 位接入系统,提高了监管的有效性和及时性。
(2)以往传统的追溯信息由各个单位自己记录、自己保存,很难避免数据篡改的 现象发生。区块链追溯技术能够有效避免这些问题的出现。区块链技术由于其具有数 据信息防篡改、时间戳等特点,能够为用户和各单位在进行数据追溯时提供准确的数 据信息,而不是查询到被篡改的数据信息。
(3)区块链技术基于智能合约和共识算法等优势,实现了数据追溯时数据信息的 连续性,并且能够实时有效地跟踪数据信息。
 
2.2.3区块链种类
(1)公有区块链
公有区块链(Public Block Chains):是指这个世界上的所有社会个人、所有单位组 织都可以在该链条上发出交易,并且所有的参与方均可参与共识。“完全去中心化” 是公有链的最大特点,它的技术门槛相对较低。目前的公有链的具体应用主要有:比 特币和以太坊。公有链,也是第一个实现应用的区块链类型。
(2)联合(行业)区块链(联盟链)
行业区块链(Consortium Block Chains):是指其共识的过程中受节点数量影响最大 的区块链类型,也可以说作为联盟链的区块链是指具有有限个节点数量的公有链,联 盟链也有了自己的准入制度。有了准入制度,可以提高交易性能,避免了纠纷的产生。
(3)私有区块链
私有链(Private Block Chains):顾名思义,也就是说区块链被完全私有化。私有链 权力较为集中,都集中在某一个组织。权限范围可以对外开放,也可以私有化,整个 网络由组织内的成员共同维护。私有链大多应用在企业内部或个人,保护了数据的隐 私性,而且私有链的读写速度较快。
表 2-1 是三种区块链类型的比较。
表 2.1 三类区块链比较表
区块链类型 共识过程 权限大小 中心化程度
公有链 所有节点 完全公开 去中心化
联盟链 部分节点 受限 去中心化
私有链 单一节点 单一组织 无去中心化

2.2.4区块链结构
区块体(Body)和区块头(Header)是区块链的基本组成结构,图2-3具体展示 了区块链的组成结构。每一个区块均包含了这笔交易的全部相关数据信息,是一个数 据集合。如图所示,区块之间的连接是通过哈希数值进行连接的。如果某个区块的相 关数据信息发生了变化,则该数据对应的哈希值也将会发生相应的变化,从而导致整 个区块失去作用。同样, Merkle 根是数据通过层层哈希计算迭代产生的,如果更改 Merkle 根,同样会使区块失去效力,进而使整个区块链数据遭到破坏。
 
2.2.5区块链数据管理架构
利用区块链技术进行数据信息管理的系统平台架构如下图 2-4 所示,包括底层的 数据层,还包括网络层、共识层、合约层以及应用层。
应用层 用户注册 数据交易 数据确权
合约层 智能合约管理制度
共识层 共识机制
网络层 网络协议 数字证书 验证机制 传播机制
数据层 Hash Merkle根链式结构加密技术Nonce
图 2-4 区块链数据管理架构图
下面对区块链数据信息管理系统平台架构的各个层级进行解释。
( 1)数据层
该层包括数据类别等所有有关数据的全部信息,通过链式区块对数据进行存储, 是区块链的最底层的数据库系统,所有区块链中的交易数据信息都存储在最底层的大 数据分析层。
(2)网络层 网络层属于工作机制层,主要有数据验证机制和消息传递机制等,主要作用是同 步区块之间的数据并对这些数据进行验证。区块链网络中的交易在各个节点间的传输 与互动都是在区块链网络层中进行的。
(3) 共识层
各类共识算法均存在于共识层,共识层的作用是能够让区块链系统中的各节点组 织能够在该系统中达成一致协议并建立相应的信任机制,从而使各个节点组织共同来 维护区块链系统中的数据安全。因此看来,该层是所有区块链的核心层。
(4) 合约层
区块链系统运行的智能协议需要在合约层中进行设计,可以根据各个节点的交易 流程和方式来共同制定规则,并通过代码进行编写智能协议,从而使区块链系统中的 各个节点组织共同维护区块链系统的运行,并且共同维护区块链系统中的数据安全, 挺高了供应链上各节点的管理效率,有利于交易顺利进行,并且将交易数据信息实时 上传到区块链系统中。
(5)应用层
应用层可以依据相应的需求,提供多种基于区块链技术的功能,比如节点组织单 位注册、数据信息查询等。

2.3区块链核心技术
(1)共识机制
突破所谓去中心化的信任问题是区块链共识制度建设的重要目的,区块链网络系 统中实际出现的各个节点中间默认互相并不熟悉,而且彼此之间的信任不可靠。各个 节点都无法精确了解区块链网络中的其他节点是否会发生“背叛”和宕机的状况,所 以要求节点组织尽量地确保自身的交易记录中信息的准确性和安全性。当一个区块链 系统中的节点离散程度越大,节点的效能就越低,那么区块链网络对于信息的满意度 就会越高、越安全。有关共识机制的种类有:权益证明(PoS)、工作量证明(PoW)、 实用拜占庭(PBFT)等。
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(2)分布式存储
通常,分布式账本指的是区块链网络组织节点成员中可以共享和复制的数据库。 区块链组织中的数据交易记录在不同节点之间分别进行记账,任何节点组织都是一个 数据交易记账账本,它们都可以参与或监督交易记录。这些节点都是按照链式结构储 存完整的交易数据,而且每个节点的地位是相同的,它们独立运行,根据相应的共识 机制,共同确保数据信息存储的完整性和数据信息的一致性。然而以往传统的数据存 储方式都是中心化的数据存储方式,即所有的数据交易信息都集中存储在具有高权限 的中心化节点组织单位,然后由该节点将交易数据信息同步到系统中的其他节点组织, 在这个过程中很容易出现交易数据信息篡改的现象。
一般的分布式存储结构如下图 2-5 所示。
分布式记账网络
图 2-5 分布式数据存储方式
(3)非对称加密技术
虽然区块链中的数据交易信息公开透明,但是区块链中的节点单位身份信息不对 外公开。为了保护节点用户的隐私权,首先要经过节点成员的批准后才可以查看。区
块链通过“公钥”和“私钥”对数据信息进行加密,这个过程如图 2-6 所示。
4)智能合约
智能合约也叫智能协议,是自动执行预先设计好的规则和条款来约束不可篡改的 可信数据。同时,运行在区块链中的智能合约代码是固定的,无法被破坏或者修改。 智能协议比传统的协议的方式更为安全可靠,确保了区块链内部机制的绝对有效。其 次,智能合约的使用可以减少使用合同的成本。


2.4本章小结
本文重点阐述了溯源技术,区块链的概念定义、技术框架以及区块链核心技术, 并剖析了区块链的共识机理,为以后基于区块链技术的疫苗冷链物流管理追溯系统方 案设计与实现的研究工作提供理论支撑。
第3 章 疫苗冷链物流管理概念及现状研究
第二章主要介绍区块链相关概念、特点以及区块链技术方面的信息。本章首先通 过分析目前我国疫苗运输存在的问题,疫苗作为一种特殊的药品,其质量受温度等因 素影响较大,因此其运输过程有特殊的要求。本章突出疫苗产品全程冷链运输追溯的 必要性,接着提出利用区块链技术来追溯疫苗冷链物流管理全程数据信息,并分析区 块链技术在疫苗冷链物流管理追溯中的优势和可行性。

3.1疫苗及疫苗冷链物流管理
3.1.1疫苗概念及类型
(1)疫苗概念
我们通常所接种的疫苗,是指使用各种病原微生物所制成的用以预防性接种的 生物学成品。
控制、预防传染性疾病最有效、最经济合理的途径就是接种疫苗。作为世界公 共卫生领域最伟大的研究成就,疫苗的发明创造挽回了世界各地区无数人的生命, 也为世界各国控制传染病的蔓延做出了巨大贡献。
(2)疫苗类型
①按疫苗活性分类
活疫苗:人们在特殊环境中促使病毒或者细菌变异,使其失去毒性或致病性, 但是仍保留繁殖能力和免疫性,从而制成的带有活性的微生物制剂。人们在接种该 类疫苗后在人体内可以进行繁殖,但不会导致人们发病。这类疫苗通常有:脊髓灰 质炎疫苗、麻疹疫苗等。
死疫苗:死疫苗一般指的是灭活疫苗,通常是指先对病毒或细菌在特殊环境中 进行培养,然后通过使用化学试剂或者加热的方式将其灭活从而制成的制剂。常见 的灭活疫苗有手足口病疫苗、新型冠状病毒灭活疫苗等。
②按政府是否无偿提供分类 一类疫苗:政府免费提供的,公民必须在规定时间内接种,比如脊灰类疫苗、 麻疹疫苗等。

二类疫苗:通常需要公民自费购买,比如狂犬病疫苗、流感疫苗等。
3.1.2疫苗冷链物流管理
( 1 )疫苗冷链物流管理的定义
由于疫苗产品自身的特性,对其生产制造、物流仓储等环节都需要制定严格的管 理制度。疫苗冷链物流管理,是指疫苗产品在社会再生产过程中,依据疫苗产品的实 体流动方向,结合科学的管理方法,并应用基本的管理原理,对疫苗产品冷链活动进 行合理的规划、设计和协调等,使疫苗产品的各个冷链物流环节实现最佳的运作,从 而达到降低疫苗产品冷链物流运输的成本和确保疫苗产品质量安全的一项系统管理工 程。

( 2 )疫苗冷链物流运输与一般物流运输的区别
①疫苗冷链物流运输比一般物流运输成本高
普通货物运输的条件要求较低,一般不需要对货物进行运输预处理,通过普通的 火车即可实现货物的运输,而且我国公路网和铁路网较发达,因此普通货物的运输成 本相对较低。而疫苗产品的冷链物流运输的成本要比普通货物运输的成本高很多。首 先,疫苗产品自身价值较高,在运输前需要对产品进行制冷预处理;其次,疫苗产品 全程运输都需要处于温度恒定的环境中,一旦温度不恒定,可能会导致疫苗产品失效。 要想实现运输环境的温度恒定,就需要专门的设备和特殊的冷藏车来保障。由于疫苗 产品制冷设施和疫苗运输冷藏车都需要投入较大的资金,因此疫苗产品冷链物流运输 成本要比普通货物的运输成本高。
②疫苗冷链物流运输对信息技术的要求较高
疫苗与人类的生活与健康密切相关,人们对疫苗冷流物流的需求也逐渐提高。作 为疫苗冷链物流运输的重要保障,疫苗冷链物流的信息技术不断提高和优化,才能更 好地为疫苗冷链物流运输起到保驾护航作用。
然而在现实生活中,疫苗冷链物流运输经常出现“断链”现象,这样一来使得疫 苗产品的质量得不到保证。所以,要在疫苗冷链物流运输的过程中应用更先进的信息 技术,提高物流疫苗冷链物流运作的信息化和智能化,使疫苗数据信息在全过程实现 共享,避免疫苗在冷链物流运输过程中出现“断链”现象。

3.1.3我国疫苗现状及冷链物流过程分析
( 1 )我国疫苗现状
我国人口众多,对疫苗的需求量较大,因此我国拥有数量庞大的疫苗生产制造和
疫苗研发单位。据统计,我国拥有 30 多家大型疫苗产品生产制造企业,有 40 多种疫 苗的生产和研发品种,疫苗产品年产量高达 10 亿剂。当然,我国每年还会从国外进口 部分疫苗。
以往国家对疫苗流通的监管力度不如现在大,疫苗一般在生产企业生产完成后, 直接由生产企业将疫苗产品销售给经销商,经销商再根据需求将疫苗出售给疾病预防 控制中心,然后由疾控中心将疫苗分发到疫苗接种点提供给消费者使用。当我国出台 了《药品疫苗流通领域和预防性注射条例》后,我国疫苗采购方式改为由相关部门统 一采购。尽管疫苗做到了统一采购,但是这两类疫苗由于本身的特点和需求不同,其 流通方式也存在一定的差异。
两类疫苗流通过程的区别如图 3-1 所示。
图 3-1 两类疫苗流通过程

(2)我国疫苗冷链物流过程分析 完整的疫苗冷链过程包括疫苗产品的生产制造、疫苗产品的冷链运输、疫苗产品 的冷存冷储以及疫苗接种。
目前我国的疫苗冷链物流过程分为四个阶段: 第一阶段,从疫苗生产制造企业生产完疫苗产品开始,通过冷链运输,从配送中 心运输到省级疾病预防控制相关机构为止;
第二阶段,是指疫苗产品从省级疾病预防控制相关机构运送到市级医疗卫生机构; 第三阶段,是疫苗产品从市级医疗卫生机构运送到县级卫生机构; 第四阶段,指的是将疫苗产品从区县级疾病预防控制中心运送到社区卫生服务中 心,并完成疫苗接种。

3.1.4疫苗生产和流通环节存在的问题
目前我国疫苗问题事件主要出现在疫苗产品冷链运输过程中。当然,在疫苗产品 生产环节也存在一定的问题。
(1)疫苗产品冷链运输环节不规范
即使疫苗本身产品质量安全,生产过程和生产厂家也合规,但是只要流通过程不 规范,如不合格的冷链运输系统、经销商非法经营导致疫苗活性降低,就会导致使疫 苗产品失效,无法预防和治疗相关疾病。过去,二类疫苗的流通不如一类疫苗那么严 格。疫苗制造商可以向疫苗制造商和分销商免费销售他们生产的疫苗。同时,分销商 利用自身固有优势直接从厂家采购疫苗,并将其销售给疫苗接种单位或防疫机构,增 加了疫苗的流通,降低了疫苗的安全性和稳定性。在修改后的《药品疫苗流通管理条 例》中,减少了疫苗产品销售单位的违法经营行为,从一定程度上减少了疫苗产品流 通领域中的一些问题隐患。

(2)疫苗产品生产不规范
疫苗生产过程中容易造成生产不规范的现象有很多,比如疫苗生产原材料质量存 在问题。由于疫苗是通过具有活性的物质生成制造的,因此原材料的生物特性和质量 安全对疫苗的生产至关重要。目前有些疫苗制造商为了节约成本,没有对疫苗原材料 进行合理的保存和管理,导致原材料部分或全部失效,并依然通过这些原材料进行疫 苗的加工生产,严重影响了疫苗的质量安全。同时目前还存在疫苗生产单位生产加工 工艺不完善、设施设备配备不齐全等现象。更有甚者,为了减少浪费并获得更高的经 营生产利润,生产商将过期的疫苗进行生产日期修改,然后把修改过生产日期的疫苗 继续流行市场,严重威胁人民的生命健康安全。

3.2我国疫苗冷链物流管理信息追溯发展现状
3.2.1疫苗冷链物流管理追溯的现存问题
由于很多疫苗事故的出现,疫苗可追溯性的重要性也逐步提高。因此追溯码在医 药物品与疫苗产品之间进行数据追溯过程中起到了关键性作用。但是,目前建立的医 疗物品追溯体系都采取集中保存数据信息的方法。如果要构建一种符合公众需要的可 追溯性体系,仍然有许多问题需要解决。

(1)中心化
中心化现象广泛存在于目前的各个行业。中心化,是指产品数据信息的采集、维 护以及数据追溯系统的建立都是依靠单个组织来完成的,这个组织在追溯系统中拥有 高度的控制权。疫苗产品数据信息溯源管理系统主要依靠疫苗供应链上的核心企业来 维护,这个核心企业掌握疫苗的生产制造、冷链运输等环节的全部数据,这造成了疫
苗产品数据信息的高度中心化。

(2)数据信息易篡改
疫苗生产制造原材料供应企业、疫苗分销商和监管单位都可以维护溯源系统的各 自交易记录账本,因为它们都是疫苗冷链物流供应链体系中的获益者。在信息不利于 自身利益的时候,可以选择伪造疫苗产品数据信息,从而使可追溯性变得不必要。所 有产品数据信息集中在中心企业,这会导致数据不可靠,容易篡改,而且也可能威胁 到其他企业的有关数据信息安全。

(3)体系不全面 疫苗冷链溯源系统结构是非常复杂的,疫苗冷链系统是一种包括了原材料提供商、 制造公司、运输企业、基层防控组织、疫苗接种单位、疫苗使用者等角色在内的疫苗 运输过程。目前的可追溯体系中仅包括基本的数据信息,包括疫苗基本数据、疫苗产 品冷链物流数据等,无法涵盖整个冷链流程的全部数据,也缺乏有关物流运输配送模 式、物流过程温度控制信息、路径等过程信息。

3.2.2溯源的作用
消费者在接种疫苗后,若疫苗产品存在问题,可能会对接种用户的健康带来一定 的威胁。这些问题的出现,大多是因为疫苗产品质量问题。为了保障消费者的权益, 有必要对疫苗产品进行双向或全供应链流程的数据信息追溯。
(1)针对疫苗产品生产单位 对疫苗产品全流程进行数据信息追踪,有利于加强企业的产品质量管理,能够为 企业减少一些不必要的成本,有利于生产单位收集信息,从而更好地掌握疫苗产品的 运输及使用状况。目前,很多生产企业已经将产品质量追溯体系的建立加入到企业管 理中。如果出现疫苗产品质量问题,便能够通过产品数据追溯系统及时找到存在的问 题,并根据问题及时进行产品分析,这样可以为企业和消费者尽可能减少不必要的损 失。

(2)针对疫苗产品接种者 对于消费者来说,他们最关注的是疫苗产品的质量问题。消费者可以通过疫苗产 品数据信息溯源管理系统随时获取疫苗产品的生产制造数据信息、冷链物流运输信息 以及接种使用信息。一旦出现疫苗问题事件,消费者可以通过该系统进行问题追责, 及时找到责任方,切实维护自身的合法权益。

(3)针对监管单位
监管单位可以通过溯源管理系统,及时掌握疫苗产品的来源以及使用去向,同时 能够掌握疫苗产品的各项信息,有利于提高监管单位的监管力度和效率,规范各个企 业的经营过程,能够很好地杜绝违法犯罪行为。

(4)针对物流运输单位
物流运输单位可以通过区块链溯源管理系统,及时掌握疫苗产品的库存信息以及 疫苗产品在途运输相关数据信息。物流运输公司可以根据这些数据信息合理地规划疫 苗产品的运输路线,不断提高疫苗物流运输公司的物流管理水平。

3.3区块链应用于疫苗冷链物流管理追溯的优势和可行性
3.3.1应用区块链技术的优势
区块链技术因其具有数据信息不可篡改、交易数据信息全程留痕等技术优势,使 得越来越多的生产制造企业和物流运输企业运用区块链技术进行数据信息溯源。利用 区块链技术进行疫苗产品冷链物流管理追溯,能够确保疫苗产品整个冷链物流管理过 程数据信息的安全性和完整性,有利于对疫苗问题事件进行追责,同时能够提高监管 单位的监管效率。

3.3.2应用区块链技术的可行性
区块链技术应用到疫苗产品冷链物流溯源管理系统中的可行性主要体现在两个方 面:一是避免了数据中心化存储的问题;二是保证了数据的真实性和有效性。
(1)去中心化。
传统的数据溯源方式是中心化的溯源方式。主要是通过供应链上的核心企业通过 服务器将收集到的信息上传到数据库进行保存,在进行数据溯源时,消费者通过服务 器登录界面进行登录,并进行数据信息查询溯源,如图 3-2所示。
而基于区块链技术的溯源管理系统要求供应链上的各单位作为区块链系统的节点 进行数据信息上传,数据信息会上传到区块链溯源管理系统中。借助于区块链技术的 去中心化优势,将数据分布式存储在区块链系统中。数据库图 3-2 中心化溯源方式

(2)保证数据的真实性和有效性
疫苗冷链物流溯源管理系统中的数据信息是系统中各个节点组织负责采集上传的, 这些数据信息采集后,一份保存在本地系统服务器数据库中,另一份同样的数据会上 传到区块链系统中。由于区块链系统具有数据不可篡改的优势,有效地保证数据的真 实性。疫苗使用者在进行数据验证时,通过对比本地系统数据库中的数据信息与区块 链系统的数据信息是否具有一致性,便可以掌握疫苗产品的数据真实性。对比一致,
 
3.4本章小结
本章主要对疫苗及其冷链物流管理过程进行综合分析。首先介绍了疫苗产品的定 义以及我国疫苗产品的两种分类,同时介绍了疫苗产品冷链物流管理的定义和疫苗产 品冷链物流运输与一般货物运输的区别;接着介绍了我国目前疫苗生产及需求现状, 并对疫苗产品的流通过程进行具体分析,同时分析了我国疫苗生产和流通环节中存在 的问题;其次对我国目前疫苗冷链物流管理信息追溯发展现状进行分析,包括分析目 前疫苗冷链物流数据追溯存在的问题以及追溯的必要性;最后分析了将区块链技术应 用到疫苗产品冷链物流管理追溯中的优势和可行性。
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