區(qū)塊鏈技術在種業(yè)大數(shù)據(jù)中的應用

劉海洋 曹永生 方 溈 陳彥清

（中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京100081）

我國種業(yè)自《種子法》實施以來進入了快速發(fā)展的階段，育種水平不斷提高，種子質(zhì)量明顯增強。但是由于種業(yè)的準入門檻低、利潤空間巨大、市場監(jiān)管有難度等問題，使得種子從研發(fā)到市場流通銷售各環(huán)節(jié)都存在缺陷。在育種研發(fā)環(huán)節(jié)，各育種單位研究內(nèi)容重復、分散、分工不清，導致育成的品種多、突破性品種少；在品種登記及品種權(quán)交易環(huán)節(jié)，由于知識產(chǎn)權(quán)保護環(huán)境較差，使得品種權(quán)有效保護不足，導致實際銷售品種與包裝聲明的審定品種并不一致；在制種繁種及銷售環(huán)節(jié)，由于眾多的種子分銷商多、小、散、亂，知識產(chǎn)權(quán)意識不足，種子溯源繁瑣，導致市場出售的種子同物異名，經(jīng)常出現(xiàn)套牌、假冒、侵權(quán)等現(xiàn)象；在市場監(jiān)督環(huán)節(jié)，由于維權(quán)成本高、種子溯源困難，所以種子市場流通難以進行有效的監(jiān)管。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，利用行業(yè)數(shù)據(jù)對行業(yè)進行監(jiān)督管理是各行業(yè)的發(fā)展趨勢。在種業(yè)領域中，種子從研發(fā)到市場流通各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)構(gòu)成了種業(yè)大數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的各個參與方包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機構(gòu)、育種單位、種子公司、種子經(jīng)銷商、種子購買者。將種業(yè)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效地利用可以更好地促進種業(yè)領域向標準化、規(guī)范化方向發(fā)展。種業(yè)領域天然存在著育種范圍廣、種子用戶多、銷售地區(qū)偏遠的特點，在精準農(nóng)業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代，采用完全中心化的數(shù)據(jù)管理手段難以實現(xiàn)種業(yè)大數(shù)據(jù)領域中大規(guī)模用戶參與及交互的管理。種子知識產(chǎn)權(quán)及商標權(quán)是由分散于全國各地的種子局進行監(jiān)管，但是由于育種環(huán)節(jié)信息溝通不暢、種子售賣渠道難以追溯，造成種子維權(quán)難、確權(quán)難的問題。

區(qū)塊鏈技術采用分布式數(shù)據(jù)管理方式，不僅可以解決育種科研中假數(shù)據(jù)、錯數(shù)據(jù)的問題，還可以建立一套完整的、可追溯的種子交易體系，將科研育種、品種審定、品種出售以及種子商標等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)有機地結(jié)合，對記入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以及參與種子交易中的每一筆資金的結(jié)算進行監(jiān)管。采用區(qū)塊鏈技術可以通過低成本的數(shù)據(jù)存儲技術保障在種業(yè)各環(huán)節(jié)用戶的交易合法、安全及數(shù)據(jù)的真實可信。本文從區(qū)塊鏈技術的原理出發(fā)，提出一種區(qū)塊鏈技術在種業(yè)大數(shù)據(jù)領域的應用設想，并從數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、擴展層以及應用層對區(qū)塊鏈技術的應用方式進行分析。最后，針對區(qū)塊鏈技術及種業(yè)大數(shù)據(jù)領域目前的發(fā)展現(xiàn)狀，給出目前區(qū)塊鏈的應用局限分析。

1 區(qū)塊鏈技術概述

區(qū)塊鏈是將數(shù)據(jù)按照時間順序進行保存，并借助密碼學方式對數(shù)據(jù)進行加密的類似于鏈表的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈可以分為區(qū)塊頭、區(qū)塊體以及鏈式結(jié)構(gòu)3 個部分，通過3 個部分的結(jié)合可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)易追溯、難篡改的特點。區(qū)塊頭中存儲的是表征該區(qū)塊的身份信息，包括上一區(qū)塊的散列值、時間戳、Merkle 根，通過這3 個基本的數(shù)據(jù)就可以完全表示出這個區(qū)塊在鏈中的位置。區(qū)塊體中包含了實際需要保存的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過加密算法加密之后以Merkle 樹的形式組織在一起。在每一個區(qū)塊頭（除創(chuàng)世區(qū)塊）中都包含父區(qū)塊的散列值，通過這種方式可以形成一條從創(chuàng)世區(qū)塊到當前區(qū)塊的區(qū)塊鏈。同時，由于每一個區(qū)塊頭中都包含著該區(qū)塊形成時的時間戳，所以形成的區(qū)塊鏈還具有時序性。隨著時間的積累，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)會越來越多，在形成20 個區(qū)塊之后，某一個節(jié)點偽造區(qū)塊數(shù)據(jù)的概率接近于零。

狹義的區(qū)塊鏈技術是指區(qū)塊鏈這種按照時間順序存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；廣義的區(qū)塊鏈技術指的是應用區(qū)塊鏈進行數(shù)據(jù)存儲的配套技術及其算法，即區(qū)塊鏈技術體系。區(qū)塊鏈技術體系是指應用區(qū)塊鏈技術進行實際應用開發(fā)時的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、核心機制以及智能合約的綜合體系，其中包含區(qū)塊鏈的分布式賬本存儲、組網(wǎng)方式、廣播機制、共識機制、激勵機制等。基于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲的組網(wǎng)方式是P2P（Peer to Peer）網(wǎng)絡，采用P2P 組網(wǎng)方式可以實現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的去中心化及節(jié)點平等化。如果要實現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的節(jié)點完全平等，還需要廣播機制、共識機制等核心算法的支撐。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、P2P 組網(wǎng)方式、廣播機制是構(gòu)成區(qū)塊鏈技術體系的三大核心要素，由這3 部分要素可以實現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的去中心化、節(jié)點平等化以及數(shù)據(jù)可追溯、難篡改的特點。共識機制、激勵機制的應用可以促進公有鏈的維護以及發(fā)展，但隨著私有鏈、聯(lián)盟鏈的出現(xiàn)以及區(qū)塊鏈3.0 時代的到來，智能合約以及更多類型的共識機制、激勵機制在迭代更新，區(qū)塊鏈技術體系隨著新的應用場景不斷地出現(xiàn)并隨之擴大。

2 種業(yè)大數(shù)據(jù)領域中的區(qū)塊鏈技術

2.1 種業(yè)大數(shù)據(jù)領域應用需求分析 種業(yè)大數(shù)據(jù)是指在種業(yè)領域各環(huán)節(jié)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的集合，其中包括的基礎數(shù)據(jù)有品種審定、保護、登記、推廣數(shù)據(jù)及種子生產(chǎn)經(jīng)營許可、生產(chǎn)經(jīng)營備案、進出口、質(zhì)量檢測、監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)，種子從研發(fā)到市場流通過程中所產(chǎn)生的科研育種、種子商標、植物新品種權(quán)、種子流通渠道、種子售后及保險等數(shù)據(jù)都是種業(yè)大數(shù)據(jù)的組成部分。隨著我國種業(yè)市場的規(guī)范化發(fā)展，種業(yè)領域產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越多，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的參與方也隨之增多，合理有效地應用種業(yè)大數(shù)據(jù)可以對種業(yè)領域進行有效監(jiān)督。國內(nèi)種業(yè)領域由于育種范圍廣、品種審定周期長、銷售地區(qū)偏遠等特點造成了種子銷售渠道難以溯源，種子在進入市場銷售之后出現(xiàn)套牌、假冒、侵權(quán)等行為以及植物新品種確權(quán)難、維權(quán)難的問題。各種業(yè)公司和科研單位在育種時不能及時有效溝通，造成了前期科研育種中資源的浪費。采用區(qū)塊鏈技術體系構(gòu)建的多方參與的、去中心化的數(shù)據(jù)存儲共享方案恰好可以解決目前種業(yè)領域中的問題，將種業(yè)大數(shù)據(jù)應用區(qū)塊鏈這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行保存，保證了數(shù)據(jù)的安全；利用P2P 組網(wǎng)方式可以提高數(shù)據(jù)的共享與前期科研育種時的溝通效率，利用區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)具有易追溯、難篡改的特點，可以解決種子銷售渠道溯源難、種子維權(quán)、確權(quán)難的問題。

針對種業(yè)大數(shù)據(jù)中前期科研育種數(shù)據(jù)溝通不暢、作物品種審定周期長以及后期確權(quán)難的問題，可以利用區(qū)塊鏈這種低成本且具有數(shù)據(jù)難篡改、易追溯優(yōu)點的數(shù)據(jù)存儲方案。將科研育種環(huán)節(jié)中的育種數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈中，建立育種及植物品種信息追溯系統(tǒng)，可以根據(jù)時間順序在后期種子確權(quán)和維權(quán)中提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。基于區(qū)塊鏈技術體系，建立種業(yè)領域育種及種子所有權(quán)歸屬私有鏈，將育種單位的育種信息及品種所有權(quán)進行分布式存儲，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的所有網(wǎng)絡節(jié)點（各育種單位）共同維護育種信息及品種信息，使得保存于區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)公開透明，為前期科研育種信息溝通不暢以及后期維權(quán)難、確權(quán)難提供可靠的數(shù)據(jù)保障。

針對種業(yè)大數(shù)據(jù)銷售環(huán)節(jié)中產(chǎn)生套牌、假冒、侵權(quán)的問題，基于區(qū)塊鏈技術體系建立種子交易溯源系統(tǒng)可以監(jiān)管種子在市場流通中的每一筆資金。將種子交易中各級經(jīng)銷商的種子售賣途徑及售賣渠道的數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈進行存儲，可以方便快捷地進行種子銷售環(huán)節(jié)的溯源，這樣可以保證每一批種子都能找到源頭。采用區(qū)塊鏈技術體系中的廣播機制、P2P 網(wǎng)絡，再加上適合種子交易溯源系統(tǒng)的激勵機制，促使全網(wǎng)各節(jié)點共同維護種子交易數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的真實可信，為打擊種子銷售環(huán)節(jié)中的套牌、假冒、侵權(quán)現(xiàn)象提供透明化的數(shù)據(jù)。

將種業(yè)各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈技術體系進行存儲以及安全驗證，會促進種業(yè)大數(shù)據(jù)向標準規(guī)范發(fā)展，從而形成種子市場交易數(shù)據(jù)、種子所有權(quán)及植物新品種權(quán)數(shù)據(jù)的共同維護型區(qū)塊鏈“生態(tài)”，形成一個良性的數(shù)據(jù)循環(huán)，促進種業(yè)領域向更加標準規(guī)范的方向發(fā)展。

2.2 層級架構(gòu)分析 應用區(qū)塊鏈技術體系構(gòu)建育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和種子交易溯源系統(tǒng)可以將育種到銷售各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈存儲系統(tǒng)中，從而解決種業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲與驗證問題，為之后種子維權(quán)難、確權(quán)難提供可依賴的數(shù)據(jù)。基于區(qū)塊鏈技術體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應用層級架構(gòu)如圖1 所示。

育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中存儲的是各育種單位的育種信息、品種經(jīng)過審定之后的審定信息、種子商標及包裝的信息，種子交易溯源系統(tǒng)中存儲的是種子在經(jīng)過各級經(jīng)銷商銷售之后的交易信息。數(shù)據(jù)層中應用區(qū)塊鏈進行數(shù)據(jù)的保存，將每一個育種單位的育種信息經(jīng)過Hash 運算之后以Merkle 樹的形式組織在一起，將形成的Merkle 根保存在區(qū)塊頭中，區(qū)塊頭包含著時間戳、當前區(qū)塊的Hash 值、上一區(qū)塊的Hash 值。這樣將前期科研育種及品種審定信息存儲，如果在后期發(fā)生種子確權(quán)難的問題時，可以提供區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中各節(jié)點都達成共識的數(shù)據(jù)，從而解決品種權(quán)確權(quán)難的問題。基于區(qū)塊鏈技術體系的種子交易溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中存儲的是品種經(jīng)過審定后在市場中的流通信息，將各級種子經(jīng)銷商的種子交易信息以區(qū)塊鏈形式存儲于數(shù)據(jù)庫當中，可以防止市場中假種子、套牌種子的出現(xiàn)，為種子維權(quán)提供可靠的數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡層的組網(wǎng)方式是P2P 網(wǎng)絡，由于育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和種子交易溯源系統(tǒng)的應用場景不同，所以P2P 網(wǎng)絡中的節(jié)點也不同。育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的網(wǎng)絡節(jié)點是各育種單位，種子交易溯源系統(tǒng)中的網(wǎng)絡節(jié)點是各級種子經(jīng)銷商。在科研育種階段，育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的某一網(wǎng)絡節(jié)點可以通過廣播機制進行全網(wǎng)的育種信息的廣播，全網(wǎng)50%以上節(jié)點驗證之后可以存儲到數(shù)據(jù)層中，育種信息廣播及驗證機制可以避免育種環(huán)節(jié)的重復區(qū)，也可以在后期的種子確權(quán)過程中通過時間順序確定種子歸屬權(quán)。種子交易溯源系統(tǒng)中網(wǎng)絡節(jié)點代表著種子的各級經(jīng)銷商，根據(jù)種子市場實際的應用場景，網(wǎng)絡上各節(jié)點發(fā)布種子交易數(shù)據(jù)，得到種子交易雙方與第三方公正機構(gòu)的認可即可將數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈當中。利用P2P 組網(wǎng)方式可以讓種子生產(chǎn)銷售各環(huán)節(jié)的參與方共同貢獻數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全性與可信度。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應用層級架構(gòu)

擴展層包括基于區(qū)塊鏈技術體系的共識層、激勵層、合約層。育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的共識層不同于一般公有鏈的共識機制——需要通過工作量證明機制來取得區(qū)塊的記賬權(quán)。由于我國品種審定和植物品種權(quán)是由農(nóng)業(yè)部門承擔，所以育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的共識層證明機制采用單機構(gòu)證明機制，這也符合聯(lián)盟鏈的構(gòu)成條件，只要聯(lián)盟中具有認證資質(zhì)的節(jié)點通過該審定品種的信息，就可以將該品種信息記錄到區(qū)塊鏈當中。種子交易溯源系統(tǒng)與育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)應用場景不一樣，種子交易溯源系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄需要各級經(jīng)銷商以及銷售點來共同維護，不具有聯(lián)盟鏈的特點，所以需要共識機制與激勵層的激勵機制協(xié)調(diào)進行區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的維護。在種子交易溯源系統(tǒng)中設置一個相對簡單的工作量證明機制，然后通過激勵層激勵機制的配合，可以使得種子交易溯源系統(tǒng)的每一個網(wǎng)絡節(jié)點都參與到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的維護當中，這樣可保證種子交易溯源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)真實可靠且具有公信力。

基于區(qū)塊鏈技術的種業(yè)應用合約層利用非對稱加密技術，賦予每一個網(wǎng)絡節(jié)點公鑰與私鑰，這樣在記錄每一條關于品種信息及種子交易信息時，都能唯一確定交易雙方及品種權(quán)所有者。合約層還可以利用目前比較成熟的智能合約技術，將品種審定信息及品種所有權(quán)以數(shù)字簽名的形式進行保存，并將品種審定及種子所有權(quán)授予流程編寫智能合約程序建立在種業(yè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡層之上，這樣通過智能合約可以控制種子所有權(quán)及品種審定的流程，促使保存于區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)更加規(guī)范 合理。

基于區(qū)塊鏈技術體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應用將數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、擴展層的核心機制與算法部署到網(wǎng)站、APP、第三方應用等，用戶通過應用層可以進行數(shù)據(jù)的查詢以及交互，實現(xiàn)種業(yè)數(shù)據(jù)的互聯(lián) 互通。

2.3 共識機制與激勵機制 種業(yè)大數(shù)據(jù)的各參與方是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的節(jié)點，育種及植物新品種信息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和種子交易溯源系統(tǒng)的參與方包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、育種單位、種子公司、種子經(jīng)銷商、種子購買者及售后保險公司。

育種及植物新品種信息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的品種審定、保護、登記、推廣以及科研育種等信息構(gòu)成了該區(qū)塊鏈體系的總賬本，即區(qū)塊鏈中實際存儲的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)中網(wǎng)絡節(jié)點達成共識的機制可以采用弱中心化的共識機制，由于我國品種審定及植物新品種權(quán)的保護都是由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機構(gòu)進行維護，所以在進行品種審定及植物新品種權(quán)的記賬時，可以由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、育種單位、種子公司三方進行記賬。政府、種子企業(yè)、育種單位三方進行記賬之后，通過廣播機制進行全網(wǎng)廣播，在達到全網(wǎng)50%以上節(jié)點同意之后可以將品種審定數(shù)據(jù)和植物新品種權(quán)數(shù)據(jù)記入到區(qū)塊鏈當中。這樣“弱中心化”的共識機制不僅可以通過政府、種子企業(yè)、育種單位三方的公信力進行背書，而且有全網(wǎng)50%以上的參與節(jié)點的同意也可以保證節(jié)點參與數(shù)據(jù)的維護，通過這種方式將品種審定及植物新品種權(quán)數(shù)據(jù)記入到區(qū)塊鏈當中，所有的數(shù)據(jù)可追溯、難篡改。

種子交易溯源系統(tǒng)中的制種繁種、各級經(jīng)銷商經(jīng)銷渠道、種子流通等數(shù)據(jù)構(gòu)成了該區(qū)塊鏈系統(tǒng)的總賬本。該系統(tǒng)的參與方包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機構(gòu)、各種子公司、各級種子經(jīng)銷商、種子購買者。該系統(tǒng)記錄的是種子從制種繁種到購買使用的流通信息，所以在達成共識的時候不能確保所有的最終購買者都能參與到購買信息的提供與記賬當中，所以該區(qū)塊鏈系統(tǒng)的共識機制采用“分級共識”。大型種子公司到中高級經(jīng)銷商的種子銷售渠道數(shù)據(jù)在上游經(jīng)銷商和下游購買者兩方達成共識之后，通知農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機構(gòu)進行審核，三方通過之后可以將種子上游售賣信息存儲到區(qū)塊鏈當中。考慮到眾多的小經(jīng)銷商以及購買者只有在種子出現(xiàn)假冒現(xiàn)象時才會進行數(shù)據(jù)追溯，所以小經(jīng)銷商和種子購買者的共識機制可以在維權(quán)過程中通過種子購買者、小經(jīng)銷商及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機構(gòu)的共識之后進行數(shù)據(jù)的追溯和保存。通過這樣的“分級共識”，可以做到種子交易溯源系統(tǒng)中的上游經(jīng)銷數(shù)據(jù)和下游經(jīng)銷數(shù)據(jù)根據(jù)不同的需求進行不同方式的共識，使記入?yún)^(qū)塊鏈當中的數(shù)據(jù)真實可靠。

育種及植物新品種信息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與種子交易溯源系統(tǒng)的激勵機制可以采用“積分式”對參與數(shù)據(jù)貢獻的節(jié)點進行激勵。育種及植物新品種信息鏈中的信息提供方是各育種單位及種業(yè)公司，在政府、種子公司、育種單位三方達成共識記入?yún)^(qū)塊鏈中的品種審定及新品種信息之后，可以給予育成品種的單位一定的積分激勵，該積分的使用規(guī)則可以由政府、種子公司、育種單位共同制定。種子交易溯源系統(tǒng)的信息鏈可以給予中高級經(jīng)銷商一定的激勵，通過激勵鼓勵各級經(jīng)銷商將種子的銷售渠道信息進行記賬。

2.4 智能合約與密鑰機制 智能合約作為區(qū)塊鏈技術體系中的創(chuàng)新機制，可以通過將代碼部署到區(qū)塊鏈上的形式進行日常帶有條款事務的強制執(zhí)行。育種及植物新品種信息鏈中可以根據(jù)品種審定、植物新品種賦權(quán)的法律程序編寫代碼部署到區(qū)塊鏈當中，通過程序化的腳本進行品種審定與植物新品種權(quán)的觸發(fā)。利用智能合約在進行品種權(quán)的確定及轉(zhuǎn)移過程中，通過智能合約可以確定品種權(quán)的權(quán)限、品種權(quán)的交易周期及失效條件等具體的程序。對于種業(yè)領域中多方參與、信任度不高的品種賦權(quán)及審定程序，應用智能合約可以降低管理成本，還可以在品種維權(quán)時避免不必要的爭議。種子交易溯源系統(tǒng)中的智能合約應用范圍會更加廣泛，由于種子交易溯源信息鏈中存儲的是種子流通信息，可以通過智能合約進行交易雙方賬號、金額、品種權(quán)等信息的維護。將智能合約部署到種子交易溯源信息鏈，只有在種子買賣雙方共同確認的條件下才會觸發(fā)種子交易流通信息進行全網(wǎng)節(jié)點的廣播及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機構(gòu)的審核達成三方共識，將數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈當中。本文提出的育種及植物新品種信息鏈和種子交易溯源信息鏈都是“弱中心化”的私有鏈，共識機制采用的是政府、種子企業(yè)、育種單位三方達成的共識，所以還是有權(quán)限相對較高的節(jié)點存在。如果將智能合約這種程序化的腳本部署到育種及新品種信息鏈和種子交易溯源鏈當中，可以為全網(wǎng)節(jié)點提供更好的去信任條件，所有的記賬行為都是在合約條件下執(zhí)行，可以保證在大量終端參與情況下達到更高級別的信任。

區(qū)塊鏈技術體系的最終目的是要達到去中心化的效果，全網(wǎng)所有的節(jié)點擁有相同的數(shù)據(jù)操作權(quán)限。但是由于種業(yè)大數(shù)據(jù)中的品種審定、植物新品種賦權(quán)等法律行為必須有政府部門進行監(jiān)管，所以本文將育種及新品種信息鏈和種子交易溯源信息鏈最終采用“弱中心化”的共識機制，政府、企業(yè)、育種單位三方達成共識的情況下即可記入?yún)^(qū)塊鏈的記賬行為。借鑒區(qū)塊鏈應用的典型密鑰管理機制，種業(yè)大數(shù)據(jù)中的區(qū)塊鏈應用采用公鑰、私鑰相互配合的機制進行區(qū)塊鏈世界中的身份識別、數(shù)字簽名等行為。育種及植物品種信息鏈和種子交易溯源信息鏈的每一個網(wǎng)絡節(jié)點都擁有一個公鑰和私鑰，公鑰用于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的身份識別以及信息的上傳，私鑰用于記賬及共識達成后的數(shù)字簽名。通過私鑰可以計算得出公鑰，但是通過公鑰不能反推私鑰，這樣的密鑰管理可以結(jié)合共識機制和智能合約進行區(qū)塊鏈的記賬，保證每一個區(qū)塊的信息都可以確定是哪個節(jié)點進行記錄及交易的。這樣的非對稱密鑰機制可以完全保證種業(yè)大數(shù)據(jù)中需要保密數(shù)據(jù)的安全及信息鏈的真實可信。

3 局限性分析

根據(jù)種業(yè)大數(shù)據(jù)中實際產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及區(qū)塊鏈技術體系運行機制，本文將基于區(qū)塊鏈技術體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應用分解為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、擴展層（包括共識層、激勵層）、應用層4 層模型。但是由于種業(yè)大數(shù)據(jù)包含數(shù)據(jù)項多、數(shù)據(jù)范圍廣，基于區(qū)塊鏈技術搭建的應用還存在以下3 點局限：一是由于區(qū)塊鏈技術體系是假設P2P 網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都能獨立完成區(qū)塊鏈信息的記錄、支付、路由的功能，但是在種業(yè)領域中要求所有的節(jié)點都具備該功能是不現(xiàn)實的，尤其在種子交易溯源系統(tǒng)中，多數(shù)的經(jīng)銷商可能并不具備區(qū)塊鏈體系要求的所有功能，無法完成區(qū)塊鏈上的完整交易。這種情況下只能依靠高級經(jīng)銷商進行區(qū)塊鏈的記錄及支付功能，低級的經(jīng)銷商采用驗證機制完成數(shù)據(jù)的準確性；二是由于育種及銷售范圍廣，銷售地區(qū)較偏遠的限制，不能保證育種信息、品種審定信息及交易信息快速安全處理，需要設置更好的共識機制來完善品種信息溯源系統(tǒng)及種子在交易系統(tǒng)的共識層；三是區(qū)塊鏈技術體系構(gòu)建應用中存在的資源浪費問題，品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)及種子交易追溯采用聯(lián)盟鏈的方式可以避免網(wǎng)絡節(jié)點“挖礦”造成的算力浪費，但是全網(wǎng)各節(jié)點需要同時參與共識的達成，造成了各節(jié)點的網(wǎng)絡資源浪費及共識結(jié)果延遲，所以需要設計更加符合種業(yè)應用場景的工作量證明機制和激勵機制，使得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點的網(wǎng)絡需求降低、共識過程 更快。

4 總結(jié)與展望

區(qū)塊鏈技術作為去中心化、去信任化的技術體系以及分布式數(shù)據(jù)存儲解決方案，使得金融領域的傳統(tǒng)管理方式發(fā)生了創(chuàng)新與本質(zhì)的改變，區(qū)塊鏈3.0時代的到來要求將區(qū)塊鏈技術體系應用到社會的各個領域中。本文提出了基于區(qū)塊鏈技術體系在種業(yè)大數(shù)據(jù)中的應用設想，并對其局限性進行分析。通過區(qū)塊鏈技術，種業(yè)領域的監(jiān)管者（農(nóng)業(yè)部門）可以更好地將種業(yè)領域各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲，然后基于這些數(shù)據(jù)進行種子市場的監(jiān)管，無需中心化的網(wǎng)絡即可發(fā)揮監(jiān)管職能，并可以通過分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)容納種業(yè)領域的各個育種單位及種子企業(yè)進行數(shù)據(jù)的共同監(jiān)管和維護，解決目前農(nóng)作物品種確權(quán)難、維權(quán)難的問題，在精準農(nóng)業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的時代更好地支撐未來種業(yè)行業(yè)的發(fā)展。