基于區塊鏈技術的生鮮乳利潤指數保險設計

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（1南京大學匡亞明學院 2南京師范大學強化培養學院3南京大學生命科學學院 江蘇南京210023）

農業保險有利于保護“三農”，在我國農村經濟健康穩定發展方面發揮著重要作用，然而現有保險產品仍缺乏對市場風險的保護，如價格波動和滯銷風險。此前已有學者提出農產品價格保險在我國的實施，例如廖楚暉（2012）以上海蔬菜價格保險為例進行研究，田輝（2016）指出我國發展農產品價格保險的難點和原則，張峭（2013）研究雞蛋價格保險，又在后兩年陸續提出生豬價格保險（2015）與基于期貨市場的農產品價格保險產品設計與風險分散（2016）。許多國外學者研究牲畜產品，包括牛奶在內的市場風險管理，Cabrera and Solis（2008）曾多次討論保險、保費與毛利率等因素之間的關系，M.Valvekar（2010）推薦的乳制品生產商曾參與LGM-D制定采購計劃節省保費。本文基于區塊鏈技術，引入成本產出理念，設計了生鮮乳利潤指數保險，該保險區別于傳統的農業保險，注重對市場風險的規避，引入了生鮮乳利潤指數，并輔以區塊鏈技術保障所獲交易信息的真實安全，在性質上更偏向商業化，但通過對模型參數的更改也可用作國家扶貧計劃的政策性保險，其對國家支持“鄉村振興”等基本戰略實施的意義也是不言而喻的。

一、生鮮乳利潤指數保險設計背景

（一）我國生鮮乳市場背景

隨著時代的進步和生活水平的提高，乳制品在我國的市場需求增大，致使奶牛的數量增長。但因缺乏合理的市場風險管理工具，生鮮乳的價格幾番大波動。在“三鹿”等事件發生后人們對進口乳制品的過度信賴及政府對乳制品進口的優惠政策，導致外國奶大量進入我國市場。加之經濟周期、季節因素及一些不利因素的影響，我國生鮮乳價格波動較大。因生鮮乳保質期短，滯銷時成本高，奶農倒奶、含淚殺牛等事件在真實的發生。由于目前生鮮乳市場沒有完善的期權、期貨制度，奶農和奶牛養殖場不能使用這種方式去對沖風險。而相比于政府采買和補貼，保險在效率上具有更大的優勢。

現有的保險產品主要是為了彌補自然災害、動物疾病或者事故造成的損失風險，對市場風險規避仍缺乏有效措施。

（二）保險市場的風險因素

第一是定價不合理。由于市場上長期缺乏針對此類農產品的保險產品，潛在客戶群意識不到該保險的價值；同時，買賣雙方對具體條例的制定都缺乏經驗，尤其是保險公司提供的保險定價及承諾的賠付金額也不能完全與投保人的意向吻合。

第二是信息不對稱（此處特指投保人關于保險標的或被保險人的信息多于保險人的情況）。該情況可分為兩方面，一是投保人的道德風險。投保前，潛在的投保人須自己承擔風險造成的損失，故注意防范風險。然而一旦投保，風險不再只由投保人承擔，保險人要承擔部分或全部的損失，投保人可能不再謹慎，愿冒更大的風險以追求最大利益。此外，為獲得保險，一些投保人會選擇隱瞞事實，甚至有意通過信息不對稱騙保。保險受眾廣泛，參差不齊，交易方式多樣，具體的交易信息保險公司無法詳盡獲知，不能排除投保人對交易記錄篡改以騙保的情況。二是保險業的“逆向選擇”。保險人不能區分高質量客戶和低質量客戶，只能以估計的市場總體風險水平為據設定一個統一保費。然而，由于高質量客戶和低質量客戶自身風險不同，低質量客戶比高質量客戶更愿意購買保險，故市場的總體風險水平比預估要高。

（三）區塊鏈的發展應用

正值互聯網飛速發展新時期，區塊鏈技術興起并風靡，互聯網與各行業的結合順應發展的大趨勢。區塊鏈具有去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改性、匿名性等特點。將區塊鏈技術應用于商品交易，方便的同時也讓賬目不可偽造，增加透明度，減少信息不對稱。在基于區塊鏈的電子交易平臺上，保險公司可獲取絕對真實的農戶采買飼料和賣出生鮮乳的記錄，以測算出生鮮乳利潤指數。

（四）國家扶貧政策的支持

國家現在推廣的是精準扶貧政策。推進精準扶貧，是緩解貧困、實現共同富裕的內在要求。該保險產品應用了基于區塊鏈技術的電子交易平臺，可以將貧困的奶農精準識別出來，精確管理貧困奶農的信息并確保扶貧資金的去向透明化。

農業保險主要分為政策性的和商業性的。生鮮乳利潤指數保險主要是針對中大規模的奶農和奶牛養殖場的商業性農業保險，但是針對系統識別出的貧困奶農，也可以設計一款基于國家補貼的賠付率較高的政策性保險，相對于政府直接給予貧困奶農補助金更科學合理，更符合國家支農惠農政策。

二、利潤指數保險設計可行性分析

（一）市場分析

總體來看，乳制品產業鏈包含上游的養殖奶牛和生產生鮮乳的農場，中游的乳制品加工企業，以及下游的終端消費者，而本文關注的生鮮乳市場即由生鮮乳供應商與乳制品加工企業組成。從生鮮乳市場歷年的價格波動來看，供給端是主要驅動因素，同時飼料、需求和庫存也對生鮮乳價格形成影響。供給奶牛存欄量和年均單產量決定生鮮乳供給。奶牛的存欄量統計的是某一時刻奶牛（包括犢牛期、成年期、泌乳期、干奶期等）的實有數。奶牛從犢牛期到泌乳期需要一定的時間，因此產能的增減會滯后于存欄量的變化。一般來說，存欄量主要受生鮮乳價格影響，但會相對滯后；因為奶農（特別是對價格比較敏感的小規模散養戶）往往會依據當期的生鮮乳價格制定下一期奶牛的養殖量。奶牛年均單產對生鮮乳供給影響作用較快，但會受到季節、疫病、特殊天氣、飼養技術、奶牛品種等綜合因素的影響，其中天氣的影響最大。特殊天氣比如連續干旱、洪水等對奶牛年均單產影響頗大。因此，對主要產奶區天氣情況的了解有助于預判當地牛奶產量的變化。

（二）需求

乳制品終端消費決定乳制品的需求，從而間接決定了生鮮乳的需求。從全球市場來看，全球乳制品人均消費基本處于不斷上漲的趨勢，但是對于我國生鮮乳市場而言，僅需考慮我國乳制品消費市場即可。21世紀以來我國乳制品人均消費保持了較長時間的迅猛上漲勢頭，但在2015年乳制品消費量增速放緩，在2017年又有所回暖。從整體經濟狀況來看，在經歷了2008年全球金融危機和2010年歐盟債務危機之后世界經濟自2017年第一季度開始恢復增長，GDP增速穩步提升，直接刺激消費的全面復蘇。

（三）成本

飼料成本占奶農養殖成本的絕大多數（約占74%）。對比國內外飼料成本指數，國內目前總體規模并不經濟，養殖成本偏高，奶農盈利能力整體較弱。我國國內奶農使用的飼料主要是玉米、豆粕和苜蓿，在2013年后奶農飼養成本總體高于國際平均水平。由于飼料成本偏高推高了國內奶農養殖總成本，同時國內生鮮乳又受到國外低價奶粉進口的沖擊而價格偏低，國內奶農整體處于接近盈虧平衡點的水平。

（四）客戶分析

2008年之后，我國的奶牛養殖在養殖規模、單產、質量水平上均發展到了一個新的階段。單產水平自2008年的4.58噸/頭年上升至6.4噸/頭年，上升31%。同時我國奶牛養殖規模化水平顯著提高，存欄100頭以上規模養殖比重自2008年的19.5%上升至2015年的48.3%。總的來講，奶牛養殖規模化水平大幅提高，然而相比主要奶牛養殖國仍有較大差距。近年來，隨著生鮮乳銷路不暢、乳品企業收購標準不斷提高、奶牛養殖效益不斷下滑，奶站和散養戶退市現象嚴重。因此在目前的生鮮乳市場上，規模較大的養殖場或相應上游企業是主要的生鮮乳供應商。

三、利潤指數保險產品設計

（一）生鮮乳利潤指數的引入

1.生鮮乳價格指數的確定。生鮮乳價格指數反映了不同時期生鮮乳價格水平的變化方向、趨勢和程度。有三種常見的價格指數，分別是生鮮乳市場價指數（Milk Price，MP），與傳統豬糧比類似的奶糧比指數（Milk-to-Feed Price，MFP）以及牛奶和飼料的市場價差指數（Income Over Feed Cost，IOFC）。

生鮮乳市場價指數（MP）只考慮到了產品的價格波動而沒有考慮成本的價格波動，對奶農來說有套利的空間，作為保險標的顯然是不合適的。當由于成本價降低而導致生鮮乳市場價降低時，奶農的實際利潤可能并沒有損失，但仍可以要求保險公司進行賠付。當由于成本價上漲幅度高于生鮮乳市場價時，奶農會遭受損失但不能獲得保險公司的賠付。由于以生鮮乳市場價為標的的保險可以看作一份生鮮乳的看跌期權，奶農甚至可以通過套期保值的方式來獲利。

奶糧比指數（MFP）與國內最盛行的價格指數豬糧比指數類似，是生鮮乳市場價與飼料市場價的比值。由于飼料成本占生鮮乳生產過程中成本的主要部分，這樣的比值基本反映了收入和成本的比值。奶糧比指數考慮了飼料的價格波動，當奶糧比低于某給定值時保險公司給予賠付。但是奶糧比指數，包括國內的豬糧比指數，當奶糧市場價向同一方向波動時可能變化不明顯，從而導致遭受損失的奶農不能得到賠付。舉例來說，當奶糧比同為2，生鮮乳市場價分別為2元/公斤和4元/公斤時，奶農的利潤顯然有較大差別。因此，奶糧比指數仍不能很好地反映生鮮乳生產的價格風險。

市場價差指數（IOFC）和奶糧比指數一樣，考慮了飼料價格波動的風險。與奶糧比指數相比，市場價差指數更好地反映了奶農的實際收益，即便當奶糧市場價向同一方向波動時，依然可以很精確地估計出奶農實際收益的變化。與此同時，由于引入了飼料市場價格指數，價差指數保險可以看作是一份生鮮乳的看跌期權和多份飼料組成部分的看漲期權的組合，相比單獨的生鮮乳市場價指數的波動更為隨機。從基本的經濟學角度來看，飼料的市場價與生鮮乳的期貨價應該有很大的相關性，因而這種期權的組合對奶農來說沒有套利空間。不僅如此，由于現在飼料的市場價與未來生鮮乳市場價的相關性，以價差指數為標的保險還有著規避未來風險的一定作用。

2.價差指數的數學表示。價差指數的一般形式為：

其中Pmilk為全國主產地生鮮乳的市場價（元/公斤），Pi為第i種主要飼料的市場價（元/公斤），mi為生產一公斤生鮮乳所需第i種主要飼料的質量。

一頭600kg重的奶牛產奶約為25kg。本文選用苜蓿干草、玉米、大豆粕、棉仁粕、小麥麩為主要飼料代入價差指數的公式，得到了本文設定的價差指數的數學形式：

其中Palfalfa為海關總署統計的苜蓿干草的到岸價（由于我國畜牧業所用苜蓿干草大多為國外進口，國產與進口的比值約為4︰6，國內市場價約為進口價的70%，因此將苜蓿干草的市場均價設定為苜蓿干草到岸價的0.88倍）；Pcorn為國家統計局統計的全國玉米市場價，Pbean為國家統計局統計的全國豆粕（粗蛋白含量≥43%）的市場價，Pcotton為Wind數據庫統計的全國棉粕的市場平均價。由于國家統計局沒有小麥麩市場價的數據，本文將Pwheat設為有統計記錄的陜西、河南、黑龍江和四川四地的小麥麩市場價的平均值。

3.生鮮乳利潤指數的確定。市場價差指數已經可以非常好地刻畫奶農實際利潤在市場價格波動風險下的波動情況。由于基本的需求-供給關系，市場價和銷量存在顯著的相關性，因此宏觀來看，市場價差指數已經全面地描述了在整個市場中奶農整體利潤的真實波動。從2015年以來，生鮮乳市場價在震蕩中逐漸回暖，主要飼料的市場價也逐漸走低，若以市場價差指數為標準，生鮮乳市場整體處于上升的趨勢。

然而，仍然有許多新聞表明奶農的生活質量并沒有隨著牛奶市場的回暖而獲得提高，倒奶殺牛的新聞依然不時出現。誠然，市場基本的供需關系決定了市場價和銷量之間的相關性，但這樣的相關性是針對乳制品加工企業而言的。對于散戶奶農來說，生產出的生鮮乳被乳制品加工企業收購的比例并不一定與市場價相關。很多乳制品加工企業可能有自己的牧場，在市場環境較好的情況下，該牧場產量也正好較高，因此雖然整體市場的銷量上升，但對個體奶農而言可能被收購量并沒有上升，甚至反而有一定的下降。

在這種情況下，由于被收購量與生產量之間可能存在較大的差異，再使用市場價差指數（IOFC）顯然就不太合適了。因此，本文將被收購量和生產量放入本文的保險標的中一起考慮，引入了一種新的指數——生鮮乳利潤指數（Raw Milk Profit Index，RMPI），其數學表達形式為：

其中：mproduce為生鮮乳的實際生產量，msale為生鮮乳的實際被收購量，Pcost為主要飼料市場價的加權平均。

通過生鮮乳利潤指數（RMPI），本文可以更好地跟蹤奶農每年整體收益的真實波動情況，也可以在奶農由于市場價格波動或是奶企收購量發生變化而遭受損失時進行保險的賠付，幫助奶農規避這樣的風險，使得殺牛倒奶盡可能減少。

（二）基于大數據和區塊鏈技術的風險防范

由于保險具有一定的專業性和復雜性，保險人和消費者之間存在一定的信息不對稱，欺詐也由此產生。目前的理賠流程需要在投保人、保險人和再保險人之間進行頻繁且耗時的書面交接，欺詐者因此可以借機就同一損失向多個保險人索賠，而保險經紀人也可以通過私售保單來獲取保費。而使用區塊鏈技術可以很好地解決這些問題。

區塊鏈技術可以保證交易數據的真實與安全。基于區塊鏈的分布式賬本將交易信息分布在網絡中不同的節點存儲，不同于傳統的中心化記賬方案，沒有任何一個節點可以單獨記錄賬目，從而避免了單一記賬人被控制或者被賄賂而記假賬的可能性。另一方面，由于記賬節點足夠多，理論上講，除非所有的節點被破壞，否則賬目就不會丟失。此外只有在具有數據擁有者授權（公鑰和私鑰）的情況下才能夠訪問到存儲在節點上的數據，而在訪問的過程中需要各個節點完成共識機制。所謂共識機制就是所有記賬節點之間怎么達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。區塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用于不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。通過建立共享性區塊鏈系統可以有效杜絕重復保險，或利用同一保險事故進行多重索賠的情況，以及投保人通過偽造交易信息騙取保費或是保險經紀人私售保單收取保費等情況。由于本文的保險標的是生鮮乳利潤指數，其中包含有奶農及奶牛養殖場每年的實際生產量和被收購量，基于區塊鏈的電子交易平臺可以有效防止投保人通過偽造信息來騙取保費。此外數字證書還建立了所有權機制，避免了身份偽造。

在保障交易數據的同時，數據挖掘與機器學習等信息學手段也能夠根據市場的調查以及歷史交易信息及時調整投保比率、預期賠付比率、保險收縮因子等，確定最終科學的投保費用，從而盡可能地做到對定價風險的防范。

四、生鮮乳利潤指數保險保金與保費的測算

本文以生鮮乳利潤指數作為保險標的，因此規定的賠付標準線為：

其中mproduce為當年該奶農牧場的生鮮乳的實際總產量，α為全國奶農的平均被收購比，β為保險的收縮因子，Pmilk，average和Pcost，average的定義如下：Pmilk，average=（Pmilk，-1+Pmilk，-2）/2；Pcost，average=（Pcost，-1+Pcost，-2）/2。Pmilk，-1和Pcost，-1分別表示上一年（去年）十二個月生鮮乳市場價的均值和飼料的加權平均市場價的均值，Pmilk，-2和Pcost，-2分別表示上兩年（前年）十二個月生鮮乳市場價的均值和飼料的加權平均市場價的均值。

該奶農當年的生鮮乳利潤指數為：

其中msale為當年該奶農牧場的生鮮乳的實際被收購量，Pmilk為當年十二個月生鮮乳市場價的均值，Pcost為當年十二個月飼料的加權平均市場價的均值。

賠付條件為：RMPIreal＜RMPIGuaran-teed；賠付金額為：μ=RMPIGuaranteed-RMPIreal。

本文將通過蒙特卡洛模擬的方式來計算保險的費用。由于目前無法搜集到全國奶農的生鮮乳平均被收購比例，常數α無法給出。在這里由于僅僅給出計算的過程，具體的數字可以獲得資料后再調整，定義α=0.8。類似的，保險的收縮因子β在后期應用中可根據公司的財務情況以及該保險市場的具體反映情況進行調整，在這里僅僅給出一個計算的例子，定義αβ=0.75。通過市場調研以及對已有的市場價的分布分析，筆者認為將市場價格設為服從對數正態分布最為符合市場情況。以2015年4月至2017年8月的市場價為樣本，以下數據均已標準化。見下表。

將以上數據作對數化處理，分別計算均值（mean_k）和標準差（sd_k），進而本文假定各商品的月均市場價服從均值為mean_k、標準差為sd_k的對數正態分布（k=1︰6）。樣本空間取為10 000年，每年有12個月的月均市場價，因此每年的年均市場價可由對該年的12個月均市場價求平均得到。

由于本文設定全國奶農的生鮮乳平均被收購比例α=0.8，將單位換算為元/噸，也可以假設每個奶農每年的被收購比服從均值為log800的對數正態分布。假定每年有10 000家奶農在本公司進行投保，便可以得到每年每家奶農的實際被收購量 msale（i，j），它是一個10 000×10 000的矩陣。這樣便可以計算每家奶農每年的生鮮乳利潤指數RMPIreal。

2015年4月至2017年8月生鮮乳和各主要飼料的市場價 單位:元/千克

由于在之前已經規定了αβ=0.75，賠付標準線RMPIGuaranteed也很容易計算。具體計算公式不再列示。在計算過程中，由于有與過去市場價相關的式子的存在，本文在模擬時采用了滾動時間窗（rolling window）的方法，將Pmilk（-1），Pmilk（0），Pcost（-1），Pcost（0）均設為已知數據集的均值，然后逐年推進計算，很容易得到最終保費的表達式：

通過蒙特卡洛模擬，本文得到了在給定常數α=0.8，αβ=0.75下的保費和預計賠付率，即：保費為1.681元/噸，賠付率4.185%。

注意：此處給出的保費和預計賠付率是在預設平均被收購比并對收縮因子取了任意定值而測算出的。由于平均收購比在目前有統計的資料中無法獲得，現在通過調整收縮因子開展對各種實際情況的保費測算沒有意義。因此，該保費與賠付率只是本文為了展示該保險保費的具體測算過程而舉的一個例子，其具體數值沒有實際意義。

在未來若是通過收集資料確定了生鮮乳平均被收購比例α，可以通過調整保險收縮因子β的值和不同的保費來應對不同的市場情況和個體奶農情況，并獲得預期的收益。對于規模較大的奶牛養殖場，需要稍稍上調保費來防止該奶農因大規模損失而造成的較大風險，并且期待獲得一定的利潤。對于賠付歷史較多的奶農，需要通過上調保費以及降低收縮因子β來降低損失，提高收益。以上提到的都是本文作為商業性保險所面向的中大規模奶農和養殖場。對于小規模的個體散養戶來說，可以和政府部門合作，推出與政府扶貧政策相對應的政策性農業保險。由于政府扶貧政策的貼補，可以通過提高收縮因子，保費大部分由政府承擔的方式，極大地提高預計賠付率，盡量降低個體奶農在生鮮乳市場上遭受的風險損失，提高他們的生產積極性。在政府承擔大部分保費的情況下，如果需要給出和一般政策性農業保險類似的較大的賠付率，賠付率可能會超過50%。這種情況下，收縮因子β（β≤0）可以用擴張因子 γ（γ＞0）來代替。這樣的政策性農業保險將和政府的惠農支農政策緊密契合，真正做到保障個體奶農的切身利益。

五、現實意義

（一）有助于保障奶農及奶牛養殖場的權益

對于金融知識不豐富的普通奶農，無法使用期權期貨等工具時，保險是其可以分擔風險的主要形式。他們可以利用保險的調節機制打破 “緊缺漲價——買牛擴容——滯銷降價——倒奶殺牛”的怪圈。在自身經營并不能達到預期利潤或有巨大虧損時，保險可以給他們帶來一些的經濟補償，一定程度上保障他們的權益。

（二）有助于區塊鏈技術的多領域結合應用與推廣

區塊鏈技術現在正處于蓬勃的發展階段，在互聯網發展的新時代，區塊鏈技術與保險行業的結合能夠使普通的人對于看似高深的區塊鏈技術的應用有了更多更立體的了解，有利于區塊鏈技術的全面推廣。

（三）有助于助力保險業供給側改革的創新

供給側結構性改革旨在調整經濟結構，使要素實現最優配置，提升經濟增長的數量和質量，指引著未來各行業發展創新的基本方向。供給側改革的主要路徑是去產能、去庫存、去杠桿、降成本和補短板。積極嘗試新興險種，探索“保險+”新模式，是保險參與“供給側”戰略方向的主要路徑。本保險的設計就是在此背景下，助力“供給側改革”的一次創新，對民生、經濟的發展具有強烈現實意義。

（四）有助于全面實施鄉村振興戰略

黨的十九大報告提出了鄉村振興戰略。保險的設計緊密契合黨的號召，維護農民利益，支持農業發展。2017年中央農村工作會議也表達了對 “三農”工作的重視，金融工具運用其中是重要一環。生鮮乳利潤指數保險也符合《中共中央、國務院關于深入推進農業供給側結構性改革加快培育農業農村發展新動能的若干意見》所明確提出的“持續推進農業保險擴面、增品、提標，開發滿足新型農業經營主體需求的保險產品，采取以獎代補方式支持地方開展特色農產品保險。鼓勵地方多渠道籌集資金，支持擴大農產品價格指數保險試點。”