摘要：疫苗在流通过程中的信息管理不到位往往会引发诸如数据缺失、追责难等安全问题，从而威胁到国民健康。为此，本文提出了一种基于星际文件系统（Inter Planetary File System，IPFS）和区块链技术的疫苗信息追溯方法。文章从区块链的去中心化、防篡改等特性入手，引入IPFS来达到减轻链上数据压力的目的，并利用激励机制进一步提高数据可信度，增强了疫苗信息的安全性，实现了全生命周期的疫苗信息可追溯。其对于免疫规划工作的顺利实施具有十分重要的意义。

关键词：区块链；IPFS；疫苗；数据安全

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.008

中图分类号：TP 311.13" " " " " " " " "文献标志码：A" " " " " " 文章编码：1672-7274（2025）01-00-03

Research on Vaccine Traceability Method Based on IPFS and Blockchain Technology

ZHU Jixining， LI Yujie， XU Jiachen， CHEN Yangyang， YAN Lan

（Nantong University of Science and Technology， Nantong 226001， China）

Abstract： Inadequate information management during the circulation of vaccines often leads to security issues such as data loss and accountability， posing a threat to national health. Therefore， the article proposes a vaccine information tracing method based on Inter Planetary File System （IPFS） and blockchain technology. The article starts with the decentralization and tamper proof features of blockchain， introduces IPFS to alleviate data pressure on the chain， and uses incentive mechanisms to further improve data credibility， enhance the security of vaccine information， and achieve traceability of vaccine information throughout the entire lifecycle. It is of great significance for the smooth implementation of immunization planning work.

Keywords： blockchain; IPFS; vaccines data security

疫苗安全与国民健康、公共卫生安全息息相关。作为实现群体免疫不可替代的手段，疫苗被广泛应用于传染病的防治工作中。然而，从生产出厂到接种完成的过程中涉及的环节众多，许多方面都会对疫苗安全造成威胁，存在数据易篡改、信息可信度差、追溯难等问题。因此，本文提出了一种基于IPFS和区块链技术的疫苗追溯方法，以期实现疫苗信息的安全存储和追溯，提高数据真实性、可信度以及管理效率。

1" "区块链与IPFS概述

1.1 区块链技术

区块链是一种按时间顺序将数据块组合成链条的特殊数据结构，这样的数据块就叫做区块。存储在区块中的数据借助密码学方法实现不可篡改和不可伪造。区块链网络中的所有节点参与数据维护，既实现了数据备份的分布式，也实现了数据记录的分布式，因此它具有去信任、去中心化、分布式等特点，在信息追溯领域具有广泛的应用[1]。

1.2 IPFS

IPFS是一个P2P的网络超媒体协议，能够去中心化地永久性储存文件。在IPFS网络中，每个文件都会被赋予一个独一无二的哈希值，这个哈希值是根据每个文件的内容计算得到的，因此，文件既不会被重复存储，也不会被恶意篡改，能够大大降低存储成本，减少资源浪费；在IPFS网络中查询目标文件时，只需查询它的哈希值，与传统数据库依据存储路径查询文件的方法相比，极大地提高了查询速率；上传到IPFS网络中的文件会被分散成很多份，每一份都存储在不同节点，这样的存储方式使得下载文件的速度远远快于中心化存储模式[2]。

2" "疫苗信息管理目前存在的问题

2.1 中心化管理

传统的疫苗信息管理系统中心化程度高，往往由供应链上的核心机构或者委托给可信的第三方进行数据管理。在这种模式下，中心节点拥有疫苗信息的录入、修改等绝对权限，掌握了疫苗生产、冷链运输、医疗机构接种等所有信息，数据面临篡改风险且真实性难以保障，存在极大的安全隐患。

2.2 信息孤岛现象

在疫苗流通过程中参与的角色众多，产生的数据量大，且不同的区域大多独立管理，数据的跨区域同步性差，存在信息孤岛现象。这就造成了供应链上游和下游之间数据衔接不畅，记录不完整，使得疫苗安全事件发生时追溯难，追责更难。

2.3 链上存储成本高

目前，在疫苗追溯领域运用区块链技术进行数据存储的研究不在少数，但随着区块链的广泛应用，链上数据量也在以极快的速度增加。如果将完整的疫苗信息全部上链，存储的数据越多，所需的存储成本也就越高，且一定程度上会导致上链速度降低，同时可能会出现“数据爆炸”的情况。因此，为了减轻链上数据压力，对上链前的数据进行处理十分有必要。

3" "基于IPFS和区块链技术的疫苗追溯

方法

3.1 架构设计

疫苗供应链全过程主要由生产、运输和接种三个环节组成，区块链的去中心化、链式结构等特点有助于维护各环节疫苗信息的安全性和完整性，而利用IPFS存储上链前的疫苗原始信息又可以缓解区块链上的数据压力，所以本文提出了基于IPFS和区块链技术的疫苗追溯方法，旨在实现疫苗全生命周期可追溯。

如图1所示，从整体架构的角度来看，本文所述追溯方法可以分为前端交互界面、IPFS和区块链网络三个部分。

前端交互界面用于疫苗信息的上传和查询。供应链上主要涉及的用户类型有生产商、运输公司、疾控中心、基层接种点。用户登录成功后，可以上传各自所在环节的疫苗信息，这些疫苗原始数据首先会存储到IPFS中，然后生成唯一的哈希值，再将哈希值上传至区块链网络。接种人及其他有查询需求的人员可在疫苗信息查询界面检索相关疫苗信息，实现追溯和监督操作。

IPFS的主要任务是对采集到的疫苗原始数据进行前置处理。疫苗全生命周期的信息量大，直接存储到区块链中会降低数据上链的速度，且导致区块链中的数据越来越多，出现容量问题。在该系统中，无须加密的信息可以直接上传到IPFS中，获得对应的哈希值；需要进行加密处理的敏感信息，可以加密后再上传，然后将哈希值存储到区块链中。经过处理的数据，一方面可以减小其所占内存，提高上链速度并保障数据不可篡改；另一方面，可以实现去重，避免因失误导致的无意义的重复数据。

区块链网络是整个系统中的核心部分，它的主要任务是实现疫苗信息的安全存储并为后续的查询和追溯提供技术支撑。区块链网络上的节点由疫苗供应链上的参与者组成，彼此之间完全平等，共同参与共识。此外，区块链可以对外提供交互接口，与前端实现信息交互。前端产生的疫苗信息会以交易的形式打包成区块，通过区块链网络共识后上链，安全、完整地进行存储。

3.2 工作流程

3.2.1 注册登录阶段

访问疫苗追溯系统的用户需要先通过资格审核以获取授权，获得授权的用户才能进行注册和登录操作。国家监管部门线下对疫苗供应链涉及的有关单位进行资格审核，通过审核的单位将获得一个授权码CT，用户可以凭借CT并以身份证号作为用户名进行实名注册。注册成功后，获得相应的用户信息（用户名ID和密码PW），随即生成一对公私密钥对，公钥P公开，私钥S由用户自行保存；若授权码无效，说明该用户未通过线下授权，不得进行注册，服务器拒绝访问。

3.2.2 数据采集与录入阶段

生产环节的疫苗信息主要包括原材料供应商名称、原材料名称及数量、疫苗生产商名称、疫苗名称、数量、批号、生产日期、失效日期、签发机构。流通环节的疫苗信息包括物流公司名称、冷藏车车牌号、驾驶员姓名、疫苗名称、批号、数量、运输过程的环境参数。其中，冷链运输过程中的环境参数如温度、湿度等数据采用传感器技术对环境变化进行实时监测[3]。接种环节的疫苗信息包括接种点名称、疫苗名称、批号、数量、剂次、接种医生姓名、受种人姓名及证件号、接种时间和留观情况[4]。

疫苗供应链上不同环节上传的具体疫苗信息各不相同，但由于均需先上传至IPFS，再上传到区块链进行存储，所以实际上是将经过IPFS处理后得到的疫苗信息哈希值组装成交易，再打包成区块上链的。此外，在生产到接种结束的全过程中，以疫苗最小包装为单位赋予一个唯一标识码，作为交易结构的一部分。此标识码是疫苗的唯一身份识别，与疫苗各环节产生的数据进行关联，也是追溯阶段实现各环节信息整合的基础。具体交易结构如图2所示，Num是疫苗标识码，Hash是疫苗信息的哈希值，Sig是数字签名。

图2 疫苗信息交易结构

用户登录系统后上传相应环节的疫苗信息，并利用私钥加密疫苗原始数据。加密后的数据上传至IPFS中，IPFS检测其是否为重复信息。若是，执行删除操作；若不是，保存到IPFS中并返回唯一对应的哈希值Hash。IPFS将返回的疫苗信息哈希值发往区块链进行处理，利用用户的私钥S生成数字签名Sig，然后与哈希值、Num一起组装成交易发往区块链进行验证。若交易验证通过，则通过共识后上传至区块链网络，上传成功；反之，信息无效，需重新上传。

3.2.3 查询与追溯阶段

当发生疫苗安全事件时，可以进行查询和追溯。一般分为两类情况，一种是接种者要求查询自己所接种过的疫苗的相关信息，另一种是供应链上的其他用户或监管部门有查询需要。接种者在接种后默认获得授权，有权进入系统进行注册登录和查询操作，输入自己的身份证号码和疫苗产品的标识码Num，然后提交查询申请。如果身份证号码存在，说明该用户确为接种者，批准其提交的申请并进入下一步，否则重新输入。通过批准后，系统利用其输入的标识码Num，调用后台API，查询出链上对应区块中的疫苗信息哈希值Hash和数字签名Sig，利用密钥对应的公钥P解密，验证交易信息是否有效。若验证通过，则说明信息未被篡改，依据Hash到IPFS中检索出对应的疫苗原始数据，返回给申请人；否则，说明信息已被篡改，系统发出警告。除接种者以外，供应链上的其他授权用户如需查询疫苗信息，可仅利用标识码Num作为检索依据。

3.3 激励机制

与其他领域相比，疫苗供应链上涉及的参与者之间信任度一般较高，但仍存在一定的利益关系和竞争关系，尤其是生产和运输环节的参与者。在区块链网络中，为了鼓励节点主动共享信息，参与交易的验证和共识，需要设置一定的激励机制。结合实际情况，本文采用基于价值的激励机制，即通过增加激励的方式促使节点上传可信的疫苗数据。诚实的节点将获得一定数量的“疫苗币V-coin”奖励，可以降低其参与共识时所需的计算资源开销，并可以通过消耗V-coin的方式查询链上疫苗信息[5]。而恶意上传不实信息的节点将会被扣除其账户中相应的V-coin。当某个节点的账户上V-coin数小于零时，取消其准入权限。

4" "结束语

本文将IPFS和区块链技术结合起来，运用到疫苗信息的存储和追溯中去，保障了数据的完整性、有效性和不可篡改。同时，设置了激励机制，进一步增强了链上数据的可信度，降低了节点作恶的可能，实现了疫苗全生命周期可追溯。■

参考文献

[1] 袁勇，王飞跃．区块链技术发展现状与展望[J]．自动化学报，2016，42（4）：481-494．

[2] Zong X， Hu Z， Xiong X，et al. Federated Parking Flow Prediction Method Based on Blockchain and IPFS[C]//International Conference on Intelligent Technologies for Interactive Entertainment. Springer， Cham， 2022．

[3] 李玉江．现代信息技术在冷链物流监控系统中的应用[J]．自动化应用，2023，64（S1）：211-213，216．

[4] 朱季希凝，王杰华，丁卫平，等．基于双链结构和国密算法的疫苗溯源方案[J]．计算机工程与设计，2023，44（7）：1961-1968．

[5] 高春祺，李雷孝，史建平．结合区块链的车联网可信认证与激励机制综述[J]．计算机科学与探索，2024，18（11）：2798-2822．

基金项目：2023年江苏省南通理工学院科研项目，区块链技术在疫苗安全信息化管理中的应用研究（编号2022XK（Z）23）。

作者简介：朱季希凝（1996—），女，汉族，江苏南通人，助教，硕士研究生，研究方向为信息安全、区块链。

李玉洁（1994—），女，汉族，江苏连云港人，讲师，硕士研究生，研究方向为信息安全、区块链。

徐佳陈（1995—），男，汉族，江苏南通人，助教，硕士研究生，研究方向为人工智能，信息安全，医学图像。

陈洋洋（2003—），女，汉族，安徽六安人，本科在读，研究方向为物联网、区块链。

颜" " 兰（2004—），女，汉族，江苏宿迁人，本科在读，研究方向为物联网、区块链。