區(qū)塊鏈技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用研究

范長英

摘 要：可追溯性已成為食品供應(yīng)鏈管理中的一個(gè)關(guān)鍵要素，尤其是在食品、藥品等安全敏感部門，上游（制造商、生產(chǎn)商等）和下游（分銷商、批發(fā)商等）供應(yīng)鏈成員需要存儲和處理與可追溯性相關(guān)的信息，以便向國家當(dāng)局和要求更高的客戶提供證明。消費(fèi)者也對食品溯源寄予厚望。然而，現(xiàn)代食品溯源網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性及其碎片化阻礙了良好可追溯機(jī)制的發(fā)展。本文對使用區(qū)塊鏈技術(shù)解決食品溯源中的相關(guān)問題進(jìn)行應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：區(qū)域鏈;食品溯源

1.引言

農(nóng)產(chǎn)品可追溯性在食品溯源的各個(gè)階段捕獲、存儲和傳輸有關(guān)食品、飼料、食品生產(chǎn)動物或物質(zhì)的充分信息，隨時(shí)檢查產(chǎn)品的安全性和質(zhì)量控制、向上追蹤和向下追蹤。可追溯性系統(tǒng)有三個(gè)基本特征：（1）所有成分和產(chǎn)品的單位/批次標(biāo)識;（2）關(guān)于它們何時(shí)何地移動和轉(zhuǎn)化的信息;（3）連接數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

可追溯性被認(rèn)為是食品行業(yè)的一項(xiàng)新質(zhì)量指標(biāo)。在食品溯源中存儲和處理用于跟蹤的敏感案例信息在全世界都是強(qiáng)制性的。可追溯性被視為改善食品安全系統(tǒng)、原材料質(zhì)量、庫存管理的戰(zhàn)略工具，也是競爭優(yōu)勢的來源。可追溯性系統(tǒng)幫助企業(yè)識別原因和范圍，并解決安全或質(zhì)量控制問題。

2. 物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈技術(shù)

可追溯性驅(qū)動的食品溯源管理基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等新技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用程序提供產(chǎn)品的實(shí)時(shí)信息以及整個(gè)生產(chǎn)和分銷過程中的污染信息。IoT應(yīng)用解決了資金限制實(shí)際問題，并設(shè)計(jì)優(yōu)化食品供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序和相關(guān)技術(shù)，如射頻識別，可以通過實(shí)時(shí)查詢和控制數(shù)字化信息來徹底改變行業(yè)。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且豁?xiàng)技術(shù)進(jìn)步，通過在分布式環(huán)境（如供應(yīng)鏈）中提供信任，有可能改變服務(wù)。它可以提供從終端消費(fèi)者到工廠或農(nóng)場的向后控制，繞過傳統(tǒng)的管理機(jī)構(gòu)，確保更快、更安全的交易。例如，支持區(qū)塊鏈的應(yīng)用程序在不損害隱私和安全的情況下，增強(qiáng)了食品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中不同合作伙伴之間的信息共享。

3. 基于區(qū)塊鏈的食品溯源可追溯性框架

盡管采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用帶來了巨大的好處，但食品溯源中仍然存在各種障礙。例如，食品溯源網(wǎng)絡(luò)如今變得越來越復(fù)雜和支離破碎。這種復(fù)雜性使得識別和跟蹤全球化食品溯源網(wǎng)絡(luò)中的產(chǎn)品和流程變得極其困難。在這種情況下，可追溯性已成為一項(xiàng)要求，不僅要確保食品溯源的安全性，還要確保遵守食品安全法規(guī)、了解產(chǎn)品的生命周期。信息缺失或無法獲取可能導(dǎo)致糧食不安全和消費(fèi)者健康問題。此外，參與者之間不共享與可追溯性相關(guān)的信息，因?yàn)樗麄冇凶约旱目勺匪菪詸C(jī)制，并且不可避免地存儲其獨(dú)特的可追溯性記錄。這種信息共享障礙對核心參與者在食品安全和質(zhì)量方面構(gòu)成了重大風(fēng)險(xiǎn)，也阻礙了外部利益相關(guān)者檢查監(jiān)管合規(guī)性。可追溯性相關(guān)信息的可靠性也是當(dāng)今的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。這對于具有眾多供應(yīng)商、不同監(jiān)管機(jī)構(gòu)和數(shù)百萬客戶的全球化食品溯源網(wǎng)絡(luò)來說尤其如此。

本文將以農(nóng)產(chǎn)品為用例場景，并將相應(yīng)的需求和功能映射到基于區(qū)塊鏈的架構(gòu)中。總體方法框架包括以下步驟：（1）確定生態(tài)系統(tǒng)要求：根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的理論發(fā)現(xiàn)和當(dāng)前實(shí)踐狀態(tài)，確定技術(shù)和管理過程要求。（2） 生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的開發(fā)：前一步中定義的需求被仔細(xì)地轉(zhuǎn)換為具有特定基礎(chǔ)設(shè)施特征的分布式信任架構(gòu)。特別是，開發(fā)了系統(tǒng)的組件和子系統(tǒng)，并定義了它們的接口。（3） 系統(tǒng)實(shí)施、測試和驗(yàn)證：采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)構(gòu)建系統(tǒng)，同時(shí)確保其可操作性。

作為食品，人們最關(guān)心的是食品從種植到加工過程中施肥、用藥的安全性，以確保最終客戶的安全和高質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源框架如下圖1所示：

4.區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用溯源優(yōu)勢

區(qū)塊鏈技術(shù)在溯源中的使用有顯著的優(yōu)勢，并在提高信任、效率、質(zhì)量和彈性方面具有各種好處。

（1）將可追溯性過程的總體處理降至最低，從而降低相關(guān)可追溯性相關(guān)的運(yùn)營成本;

（2）從食品溯源可追溯性過程中消除隱藏成本和紙張負(fù)載。智能合約部署所提供的自動化（通過智能合約強(qiáng)制執(zhí)行幾乎所有與可追溯性相關(guān)的功能）也可以作為一種成本降低機(jī)制。此外，智能合約的自動執(zhí)行功能保證了冗余，并實(shí)時(shí)同步相應(yīng)的信息。

（3）提供了良好的可審計(jì)性和信任性。它考慮到了法規(guī)遵從性的重要性，特別是在食品等安全敏感行業(yè)，在這些行業(yè)中，可追溯性成為各種供應(yīng)鏈利益相關(guān)者（消費(fèi)者、供應(yīng)鏈管理者、公共決策者和特殊利益集團(tuán)）持續(xù)關(guān)注的問題。

（4）提高了向消費(fèi)者提供的產(chǎn)品/服務(wù)的整體質(zhì)量和安全性。例如，改進(jìn)管理產(chǎn)品召回和/或產(chǎn)品質(zhì)量的過程控制。此外，任何對食品數(shù)據(jù)的篡改都可以立即識別和防止。最終向客戶提供的高質(zhì)量食品加強(qiáng)了食品溯源參與者的業(yè)務(wù)連續(xù)性。此外，區(qū)塊鏈的固有特征增強(qiáng)了交換的可追溯性記錄的準(zhǔn)確性、可信度、及時(shí)性和可用性。

5.總結(jié)和展望

本文提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的食品溯源可追溯性框架。區(qū)塊鏈被用作分布式防篡改監(jiān)管鏈機(jī)制，智能合同被用作管理SC利益相關(guān)者和流程以及產(chǎn)品定義和創(chuàng)建的自動化機(jī)制。

盡管提議的區(qū)塊鏈支持的食品供應(yīng)鏈可追溯性方法提供了重要依據(jù)，但應(yīng)考慮一些限制。區(qū)塊鏈技術(shù)不適合存儲大量數(shù)據(jù)，人們認(rèn)識到可伸縮性是需要解決的主要挑戰(zhàn)之一，這源于確認(rèn)、驗(yàn)證交易所需的時(shí)間。例如，多層食品溯源網(wǎng)絡(luò)需要在相對較短的時(shí)間內(nèi)處理大量交易;因此，可能會出現(xiàn)可伸縮性問題。未來的研究還可以側(cè)重于提供可互操作的功能和標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)。

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基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（軟科學(xué)）項(xiàng)目“ 區(qū)塊鏈技術(shù)支撐下供應(yīng)鏈信息共享管理模式創(chuàng)新研究”（編號：2020RKA07032）。