本发明属于隐私计算应用领域，涉及区块链技术、零知识证明技术、rsa累加器技术，承诺技术。具体涉及一种基于区块链的可追溯和可验证的碳足迹计算方法。
背景技术：
1、产品碳足迹是产品在原材料获取、制造、运输、销售、使用以及废弃的整个生命周期中直接与间接产生的温室气体排放总量。产品碳足迹计算量化产品生命周期各阶段的温室气体排放情况，是企业制定减排方案的依据，同时也可以帮助消费者在选择产品时做出更环保的购买决策。产品供应链复杂，碳排数据源分散、碳数据真实性保障难、隐私性高等，对隐私保护的产品碳足迹计算以及计算的可验证和可追溯提出了需求。
2、产品碳足迹计算通常采用监测(monitoring)、报告(reporting)、核查(verification)机制(简称mrv机制)。监测阶段是通过一些技术手段获取与产品碳足迹计算相关的数据；报告阶段是根据监测数据和计算准则，计算产品碳排放量并生成碳排放报告；核查阶段是对碳排放报告进行核实，保证报告的正确性与合规性。目前的mrv方案主要有两种方式：
3、1.传统的mrv：传统的mrv方案会在定义的产品碳足迹计算边界内进行计算，在监测阶段通常采用人工方式采集数据，并且通过纸质文件记载监测数据，在报告阶段采用大量的人工操作对记录的数据进行分析并汇编成碳排放报告，在核查阶段通过人工审查的方式逐步审核碳排放报告。传统的mrv方案存在着容易出错、成本高、耗时长等问题。
4、2.数字化的mrv(digital mrv，d-mrv)：随着物联网、大数据、云计算以及区块链技术的产生和发展，将这些技术应用在mrv系统中形成数字化的mrv系统是发展趋势。目前在纺织品、奶制品、牛肉等碳足迹计算中，已经初步形成了一些d-mrv系统，这些系统通常是采用物联网设备进行实时的碳源数据监测，并将采集到的数据存放到云平台进行产品碳足迹计算，生成排放报告。但是这些系统存在碳数据隐私泄露的风险，同时也没有对碳源数据，计算过程等的验证，造成难以对碳计算过程的正确性和规范性进行评价。对此，也有个别研究工作开始考虑碳数据隐私保护下的可验证的产品供应链碳足迹计算，验证主要是对计算源数据的验证和计算过程的验证。但对于审计机构、政府机构以及消费者来说，它们希望能够追溯到整条产品供应链的碳足迹计算数据及计算过程，但目前这方面工作还未有研究工作开展。
5、中国专利文献cn104735129b提出一种基于物联网及云计算平台的纺织业实时碳计算系统，该系统利用物联网设备进行计算数据的采集，将数据上传到云计算平台上进行纺织品碳足迹计算。但是该系统存在碳数据隐私泄露的风险，同时没有提供对产品碳足迹计算数据和计算过程的验证和追溯。
6、综上，需要研究在碳数据隐私保护下的产品碳足迹计算方法，并且能够对计算源数据、计算成员、计算过程和结果的验证和可追溯，从而有效评价产品碳足迹计算的科学性和规范性。
技术实现思路
1、本发明提出一种基于区块链的可追溯和可验证的产品碳足迹计算方法，采用区块链技术、零知识证明技术、承诺技术、rsa累加器技术，实现产品供应链节点组织在本地计算的方式保护企业的机密数据，以及在这个前提下解决产品碳足迹计算可追溯性和可验证性的问题。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、一种基于区块链的可追溯和可验证的产品碳足迹计算方法，如图1所示，产品结构如图2所示，方法架构如图3所示，pcf的计算是由产品供应链上的成员一级一级地聚合而成，由下面的公式表示：
4、
5、其中pcfpro表示产品碳足迹，adaj是计算企业第j个活动数据，efaj是计算企业第j个活动数据对应的碳排放因子，gwp为全球变暖潜势。pcf3.1、pcf2.1、pcf1.1、pcf1.2表示一级供应商根据二级供应商提供的pcf、自身活动数据以及碳排放因子计算出的pcf值，以此类推，产品供应链上的成员都按照这种方式计算pcf。
6、具体的产品碳足迹计算方法包括以下步骤：
7、步骤1：隐私保护的产品供应链追溯模型构建：基于区块链、零知识证明等技术建立产品从原材料阶段开始到生产制造阶段的隐私保护的供应链追溯模型，实现产品从原材料和零部件的采购、运输到加工过程的可追溯性；
8、步骤2：可验证的产品碳足迹计算：原材料供应商和生产制造企业在本地分别计算原材料、零部件和产品生产制造的碳足迹，然后由生产制造企业进行融合，生产制造企业和供应商均会利用零知识证明技术证明碳计算过程的正确性，然后由区块链进行验证，并对碳源数据进行承诺处理和区块链存证，实现隐私保护且可验证的碳计算；
9、步骤3：产品碳足迹可信追溯：根据产品供应链追溯模型，结合rsa累加器技术可以追溯参与产品碳足迹计算的供应链成员的真实性。进而结合承诺技术可以追溯产品供应链上生产制造企业和供应商计算的碳足迹值和计算数据。
10、进一步地，步骤1中，隐私保护的产品供应链追溯模型构建过程如下：
11、步骤1.1：产品供应链中各级成员需要将产品供应链相关的信息保存在本地服务器中；
12、步骤1.2：各级成员利用pedersen承诺计算产品供应链信息的承诺，然后产品供应链各成员根据不同类型的产品操作和产品供应链信息在本地生成产品供应链关系证明，利用产品供应链信息数据作为私有数据输入，并用公开数据生成witnessrel和publicwitnessrel，最后用r1csrel,pkrel,witnessrel生成关系证明proofrel；
13、步骤1.3：将步骤1.2生成的证明和承诺上传至区块链上，区块链调用产品供应链关系证明验证合约，利用验证密钥vkrel对证明进行验证；
14、步骤1.4：验证通过后，区块链调用产品供应链成员累加器合约将产品供应链成员加入到rsa累加器中并计算最新的累加器状态值amem，同时在区块链上维护成员素数列表，然后调用存储合约存储产品供应链信息的承诺；
15、步骤1.5：当所有成员添加完成时，更新成员的存在性证明，并将证明保存在产品供应链中各级成员的本地服务器上。
16、进一步地，步骤2中，可验证的产品碳足迹计算过程如下：
17、步骤2.1：计算企业发起碳计算请求，产品供应链上各级成员会将自身的碳足迹计算在区块链上存证并逐级传递；
18、步骤2.2：计算企业利用物联网设备监测活动数据、碳排放因子并保存在本地服务器中，对于数字化程度不高的企业，可以用人工方式进行采集，同时计算企业会验证上游供应商提供的碳足迹值的正确性；
19、步骤2.3：计算企业利用步骤2.2中监测到的活动数据、碳排放因子、所有一级供应商的pcf值来进行计算，从而生成计算企业的pcf值；
20、步骤2.4：利用pedersen承诺计算活动数据和pcf的承诺，利用零知识证明算法生成产品碳足迹计算过程证明，产品碳足迹计算过程证明的生成是利用活动数据、上游供应商的pcf值、本地服务器计算得到的碳排放值作为私有数据，将碳排放因子作为公开数据生成witnessacc和publicwitnessacc，最后用r1csacc,pkacc,witnessacc生成计算过程证明proofacc；
21、步骤2.5：将活动数据、pcf的承诺以及产品碳足迹计算过程证明上传到区块链上，由区块链调用产品碳足迹计算过程证明验证合约，利用验证密钥vkacc进行验证，验证通过之后区块链调用存储合约将活动数据和pcf的承诺存储到区块链上。
22、进一步地，步骤3中产品碳足迹可信追溯过程如下：
23、步骤3.1：审计机构首先获取产品供应链各级成员的成员存在性证明、成员素数列表以及累加器最新状态值amem；
24、步骤3.2：利用成员存在性证明、成员素数列表和累加器最新状态值amem进行成员验证，如果是非成员证明验证通过，则代表该成员没有参加计算过程，需要问责，如果成员证明验证通过，则进行计算数据的追溯过程；
25、步骤3.3：审计机构向该成员索要参与此次产品碳足迹计算的计算数据，用pedersen承诺计算这些数据的承诺，向区块链发送查询请求，调用数据查询合约得到区块链中存储的计算数据承诺，将两者进行对比以追溯计算数据的正确性。
26、相较于现有的技术方案，本发明的有益效果为：
27、1.本发明通过零知识证明技术对碳足迹计算过程生成证明并在区块链上验证的方式保证计算过程的可验证性以及通过在区块链上记录pcf承诺的方式保证pcf的可验证性，使产品碳足迹计算具有可验证性。
28、2.本发明通过零知识证明技术和承诺技术建立了隐私保护的产品供应链模型，同时利用rsa累加器管理成员信息并在区块链上存储计算数据承诺，保证了参与产品供应链的碳足迹计算成员和计算数据的可追溯性，使产品碳足迹计算具有可追溯性。
29、3.本发明通过引入区块链技术，利用区块链的防篡改、去中心化、数据可追溯等特性，将数据承诺记录在区块链上有助于数据的验证与追溯过程，并且借助区块链实现了分布式存储，能够避免单点故障问题。
1.一种基于区块链的可追溯和可验证的产品碳足迹计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于区块链的可追溯和可验证的产品碳足迹计算方法，其特征在于，步骤1中，隐私保护的产品供应链追溯模型构建过程具体如下：
3.如权利要求1所述的一种基于区块链的可追溯和可验证的产品碳足迹计算方法，其特征在于，步骤2中可验证的产品碳足迹计算过程具体如下：
4.如权利要求1所述的一种基于区块链的可追溯和可验证的产品碳足迹计算方法，其特征在于，步骤3中产品碳足迹可信追溯过程具体如下：
