基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信源追溯體系研究

朱西方

河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程學(xué)院

0 引言

“三農(nóng)”問題關(guān)系國計(jì)民生，是政府工作的頭等大事。農(nóng)產(chǎn)品相較于工業(yè)制品供應(yīng)鏈更加復(fù)雜，保質(zhì)期更加短暫，涉及種植、加工、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售等諸多環(huán)節(jié)，監(jiān)管難度可想而知。本文從區(qū)塊鏈入手，利用信息傳播與追溯原理，用技術(shù)改造生產(chǎn)，構(gòu)建一套行之有效的監(jiān)管體系，杜絕相互推諉，使各環(huán)節(jié)透明安全。

1 現(xiàn)狀研究

農(nóng)產(chǎn)品的溯源系統(tǒng)，始于1997年發(fā)生于歐盟國家的瘋牛病起源問題追查。根據(jù)數(shù)據(jù)管理方式，農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)分為中心化系統(tǒng)和去中心化系統(tǒng)。目前企業(yè)使用的溯源系統(tǒng)大多數(shù)是中心化的。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種典型的去中心化系統(tǒng)，其通過算力強(qiáng)弱來控制系統(tǒng)，可以有效地避免數(shù)據(jù)的人為干預(yù)。Climate Minde于2015年研究了一套草莓生產(chǎn)信息記錄系統(tǒng)，其將草莓生長信息通過傳感器記錄并存儲(chǔ)上鏈，作為草莓生長溯源的依據(jù)。Agri Digital公司于2016年首次利用區(qū)塊鏈技術(shù)完成了稻谷的銷售，成功提升了當(dāng)年的銷售量，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增加了收入，也激起了區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈應(yīng)用研究上的熱潮。在國內(nèi)，北大荒集團(tuán)2018年利用區(qū)塊鏈技術(shù)成功實(shí)施北大荒優(yōu)質(zhì)大米追溯項(xiàng)目，有效保護(hù)了產(chǎn)品品牌形象。京東科技在2020年打造出自有區(qū)塊鏈追溯平臺(tái)，為其產(chǎn)品溯源提供保障，目前已接入千余品牌商。趙麗、馮銳敏、潘孜萍利用二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了蔬菜、云冠橙等農(nóng)產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)；李琳、孫書謹(jǐn)?shù)妊芯苛嘶赗FID技術(shù)的追溯系統(tǒng)。新冠疫情的突發(fā)也進(jìn)一步加速了區(qū)塊鏈技術(shù)的研究，人們正嘗試將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到感染人群追蹤以及病毒溯源中，通過技術(shù)為人類攻克病毒助力。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)在信源追溯上的天然優(yōu)勢(shì)

2.1 去中心化

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種按照時(shí)間順序?qū)⒏鱾€(gè)信息單元通過加密技術(shù)組合成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一種技術(shù)，其信息來自于全網(wǎng)，而非單一中心，這與傳統(tǒng)的信息管理方式有極大差別。中心化技術(shù)管理簡單，維護(hù)方便，缺點(diǎn)在于信息管理權(quán)限過于集中，一旦中心管理出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上表現(xiàn)為一旦監(jiān)管部門監(jiān)管缺失或監(jiān)管不嚴(yán)，則會(huì)導(dǎo)致問題難以溯源，區(qū)塊鏈技術(shù)使用全民監(jiān)管代替中心監(jiān)管，同時(shí)數(shù)據(jù)全網(wǎng)存儲(chǔ)，最大限度地保障了數(shù)據(jù)的透明性。

2.2 安全可追溯

區(qū)塊鏈技術(shù)的信息塊通過非對(duì)稱加密技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全，通過智能合約技術(shù)使得整個(gè)數(shù)據(jù)操作真實(shí)可見，利用數(shù)字簽名保障每條上鏈信息的可追溯。同時(shí)以分布式賬本的形式存儲(chǔ)，確保了信息的安全及不可修改。這些天然優(yōu)勢(shì)正是當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈所缺少的。

3 區(qū)塊鏈農(nóng)產(chǎn)品信源追溯體系構(gòu)建

3.1 功能體系

農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的主要參與對(duì)象是生產(chǎn)者、加工者、儲(chǔ)運(yùn)者、銷售者、監(jiān)管者以及消費(fèi)者，因此體系的功能設(shè)計(jì)也將圍繞這些對(duì)象展開，功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈農(nóng)產(chǎn)品信源追溯體系功能

（1）生產(chǎn)者。模塊是農(nóng)產(chǎn)品生長信息采集，通過在農(nóng)田中安裝傳感器，自動(dòng)采集作物生長的各種參數(shù)信息，如種苗品種、生長周期、光照時(shí)間、等有關(guān)作物生長的必要信息。該模塊通過傳感器自動(dòng)采集并經(jīng)過加密處理后實(shí)時(shí)上傳，避免人為干預(yù)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

（2）加工者模塊主要涉及食品的加工企業(yè)，有資質(zhì)的加工企業(yè)通過認(rèn)證后可獲得系統(tǒng)授予的數(shù)字簽名，將企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)采集農(nóng)產(chǎn)品加工的單位或個(gè)人、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期、出廠日期、食品添加劑、配料表、生產(chǎn)環(huán)境、包裝材料等一系列加工信息，通過系統(tǒng)授予的數(shù)字簽名加密后上鏈存儲(chǔ)，可以起到有效溯源作用。

（3）儲(chǔ)運(yùn)者模塊中農(nóng)產(chǎn)品從農(nóng)田到消費(fèi)者手中必定需要交通運(yùn)輸及倉庫存儲(chǔ)，這其中若出現(xiàn)問題也將會(huì)影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。該模塊涉及的環(huán)節(jié)較多而且零碎復(fù)雜，解決方案是在每臺(tái)運(yùn)輸車輛及存儲(chǔ)倉庫中通過傳感技術(shù)自動(dòng)采集如時(shí)間、地點(diǎn)、人員、溫度、濕度、保鮮手段等儲(chǔ)運(yùn)信息

（4）銷售者模塊將記錄農(nóng)產(chǎn)品從銷售商進(jìn)貨開始到賣出產(chǎn)品這段時(shí)間商品的各項(xiàng)參數(shù)信息，如銷售地點(diǎn)、銷售單位、進(jìn)貨時(shí)間等各類信息，這些信息作為結(jié)尾完善供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)。

（5）監(jiān)管者系統(tǒng)將使監(jiān)管者的監(jiān)管方式多樣化，可以使用傳統(tǒng)方式實(shí)地查看，也可以實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)數(shù)據(jù)，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，即使出現(xiàn)問題也能快速溯源并解決問題。同時(shí)，監(jiān)管者既可以是政府機(jī)構(gòu)，也可以是普通民眾，這樣可大幅節(jié)省監(jiān)管成本與難度。

（6）消費(fèi)者模塊中消費(fèi)者購買到農(nóng)產(chǎn)品后可通過產(chǎn)品編碼信息，調(diào)取該產(chǎn)品在區(qū)塊鏈上存儲(chǔ)的完整生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)運(yùn)及銷售信息，產(chǎn)品信息的透明及可追溯將極大增加消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的信任，產(chǎn)品出現(xiàn)問題消費(fèi)者亦可依據(jù)供應(yīng)鏈信息向有關(guān)部門投訴建議。

3.2 物理體系

在物理架構(gòu)上，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、合約層和應(yīng)用層幾塊組成，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信源追溯體系模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 感知層

感知層模塊主要由供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的傳感器和信息采集工具組成，承擔(dān)著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作。通過射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、定位系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)等自動(dòng)收集當(dāng)前發(fā)生的事件及各項(xiàng)參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部世界的感知。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)層

感知層獲得的數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸與存儲(chǔ)，綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上各項(xiàng)信息，通過藍(lán)牙、紫蜂（ZigBee）、第五代移動(dòng)通信息技術(shù)（5G）、通用無線分組業(yè)務(wù)（GRPS）以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)無人干預(yù)管理。

3.2.3 核心層

區(qū)塊鏈技術(shù)的核心層，數(shù)據(jù)最終將包裝成區(qū)塊信息，經(jīng)數(shù)字簽名認(rèn)證后加入鏈路中，且所有上鏈數(shù)據(jù)必須遵守智能合約，全網(wǎng)公開并且操作完全透明，同時(shí)可將部分法律法規(guī)嵌入體系架構(gòu)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)行為進(jìn)行規(guī)范約束。

3.2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層直接與用戶進(jìn)行交互，可根據(jù)使用對(duì)象開發(fā)定制系統(tǒng)，如查詢系統(tǒng)、監(jiān)管系統(tǒng)、認(rèn)證上鏈系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)、投訴系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)人與人、人與供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)之間的連接、溝通與控制。

4 區(qū)塊鏈溯源技術(shù)應(yīng)用案例效果分析

北大荒農(nóng)墾集團(tuán)八五〇農(nóng)場有限公司使用了區(qū)塊鏈農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)全農(nóng)場種植的綏粳18、三江6號(hào)品種的水稻進(jìn)行全方位的視頻監(jiān)控，并收集其種植節(jié)點(diǎn)等參數(shù)信息，涉及種植田地共計(jì)2萬余畝。在使用區(qū)塊鏈質(zhì)量追蹤系統(tǒng)后，該公司以此為賣點(diǎn)推銷產(chǎn)品，當(dāng)年銷售量大幅提高，同時(shí)公司品牌形象獲得進(jìn)一步提升，增強(qiáng)了消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的信心，推動(dòng)稻米獲得更大的附加值，促進(jìn)了整個(gè)地區(qū)稻米產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

京東農(nóng)場是京東針對(duì)特色農(nóng)業(yè)與地方政府合作，利用區(qū)塊鏈信源追溯系統(tǒng)打造的特色品牌產(chǎn)業(yè)。其利用成熟的視頻捕捉系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)田中發(fā)生農(nóng)事行為，并自動(dòng)上傳至系統(tǒng)，避免人為錄入導(dǎo)致的過失事故發(fā)生。在系統(tǒng)部署后，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)多用人工除草代替殺蟲劑，盡量減少化肥使用。產(chǎn)品到消費(fèi)者手中后，消費(fèi)者可通過二維碼查詢產(chǎn)品詳細(xì)信息，使消費(fèi)者增強(qiáng)了產(chǎn)品信心。即使出現(xiàn)問題，企業(yè)也能夠快速溯源找到問題所在。通過區(qū)塊鏈追溯系統(tǒng)，企業(yè)找到了新的利益增長點(diǎn)。

5 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信源追溯體系作用探討

傳統(tǒng)溯源及質(zhì)量監(jiān)控方法需要人工參與，效率低下，該系統(tǒng)可將追溯時(shí)間縮短到秒級(jí)。同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品易腐爛變質(zhì)且難以斷定變質(zhì)時(shí)間，一旦出現(xiàn)問題，傳統(tǒng)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)商家容易出現(xiàn)糾紛，互推責(zé)任，而該體系記錄清晰，一旦上鏈不能更改，杜絕了責(zé)任不清問題，方便政府監(jiān)管。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的數(shù)字簽名及非對(duì)稱加密技術(shù)也使得品牌造假難度升級(jí)，增強(qiáng)了品牌的防偽能力。另外，使用該系統(tǒng)也在無形中提升了品牌形象，增強(qiáng)品牌親和力。