基于區塊鏈技術的有機食品溯源體系

李建軍 蘇芳媛 楊 玉 楊 芳

(1. 哈爾濱商業大學計算機與信息工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028；2. 黑龍江省文化大數據理論應用研究中心，黑龍江 哈爾濱 150028；3. 黑龍江東方學院，黑龍江 哈爾濱 150066)

新冠疫情使很多行業發展緩慢，暴露了傳統供應鏈的脆弱性，進一步促進了線上消費，在這種新型消費方式下，有機食品的質量安全也就更加重要。有機食品溯源的實現是保障有機食品質量安全的有力工具。因此，溯源管理是中國有機食品發展的必要環節。一個好的溯源管理體系不僅能讓消費者更深入地了解產品、保障消費者的健康，更能提升企業品牌的口碑。一切信息都將數據化、透明化，使有機食品的質量安全更有保障，從而更加利于維護有機農業的可持續發展。研究擬提出基于區塊鏈技術的有機食品溯源體系在實施構建時的相關問題及對應策略，使溯源方案具有可行性和高效性，旨在為促進有機食品溯源體系的完善提供依據。

1 有機食品溯源

1.1 有機食品行業現狀

有機食品是指無污染的天然食品，主要來源于有機農業的生產體系，按照國際有機農業生產的統一要求和相應的標準進行生產加工。有機食品是當前世界公認的優質安全食品，逐漸成為人們首選的食用產品。由圖1可知，近5年有機食品的產量趨于穩定，證明了有機市場處于快速穩步發展階段。

如圖2所示，2015—2016年中國有機食品市場規模大幅增長，是有機食品行業取得飛速進展的兩年。近幾年，整體市場規模的增長幅度降低，有機食品行業已取得顯著成績，整體發展趨于穩定。

1.2 有機食品溯源的意義

根據世界衛生組織2020年4月30日發布的統計數據[1]，估計有6億人(幾乎占世界人口的10%)因食用受到污染的食物而患病，每年直接導致42萬人死亡，間接導致3 300萬人死亡。食用安全、健康的食物可以激發人體免疫力，對抗各種疾病。

數據來源：中國報告網圖1 2015—2020年中國有機食品產量統計Figure 1 Statistics of China's organic food production in 2015—2020

數據來源：前瞻產業研究院圖2 2013—2023年中國有機食品行業市場規模統計情況及預測Figure 2 Market size statistics and forecast of China's organic food industry in 2013—2023

現今，在全球有機食品貿易背景下，生產商和消費者存在嚴重的信息不對稱現象，對有機食品認知的缺乏，使得消費者在消費時無法作出確切的選擇，導致其對有機食品安全缺乏信任。Ringsberg等[2]認為，食品的可追溯性有助于在供應鏈中迅速找出導致食品安全缺陷的原因，提出了食品可追溯性的實施對于確保食品安全具有重要意義。因此，有必要建立完善的有機食品溯源體系，而區塊鏈是一個共享數據庫，其中存儲的數據或信息，具有“不可偽造”“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護”等一系列技術特點。基于這些特點，區塊鏈技術擁有了堅實的被選擇以及信任的基礎，具有廣闊的運用前景[3]。唐衍軍等[4]論證了區塊鏈技術在食品冷鏈質量安全監測的適用性，研究了區塊鏈的創新應用對食品冷鏈質量安全管理的提升效果；陳薇伶等[5]針對生鮮農產品供應鏈的發展進行了研究，引入區塊鏈技術以促進傳統生鮮農產品供應鏈的轉型升級，為打造高效、有序的生鮮農產品安全體系奠定了基礎。

因此，構建基于區塊鏈技術的有機食品溯源體系，并對體系的具體構建進行分析研究，提出相關問題及策略建議，對于有機農業質量安全的保障有一定的推動意義，可加快鄉村振興的步伐。

2 基于區塊鏈技術的有機食品溯源

目前有機食品的溯源體系多是基于物聯網技術，參與主體多且分散，不能以中心化方式運作，基于這些問題，提出將有機食品溯源與區塊鏈相結合。溯源體系的整體框架如圖3所示。

圖3 溯源體系框架圖Figure 3 Traceability system framework

2.1 溯源體系中區塊鏈技術的應用機理

區塊鏈有去中心化、防篡改性、安全性、開放性等技術特性[6]。將區塊鏈技術應用至傳統的有機食品溯源體系中，有助于提高溯源進程的運行效率、降低溯源信息被篡改的風險、對有機食品質量安全問題進行有效溯源。

2.1.1 去中心化特性提高溯源進程效率 區塊鏈技術是一個共享的分布式賬本，由無數節點組成，鏈上記錄的信息在多個節點均有備份，這些節點通過區塊鏈網絡端口可對記錄存儲的相關信息進行查詢。這種架構去除了對于中心化集中式管理的依賴，解決了有機食品流通過程中信息不對稱的問題，各參與實體共同維護同一賬本[3]，并且對參與者來說是安全的，可以隨時訪問區塊鏈[7]，打破了溯源進程中不同環節間的信息孤島問題，減少各參與者重復核對信息的時間，有效提高了溯源進程的運行效率。區塊鏈技術去中心化的特性彌補了傳統中心化數據流通的缺陷，其結構如圖4所示，多方實體共同參與，消除了對于集中式管理機構的依賴。

圖4 區塊鏈的去中心化結構Figure 4 Decentralized structure of blockchain

2.1.2 防篡改性及安全開放性助力質量安全問題的有效溯源 區塊鏈技術因其防篡改性的特點，可以保證信息數據上傳至區塊鏈后的真實性。信息上傳至區塊鏈中后，會被附上時間戳[8]，便不再允許修改和刪除，只能增加新信息或者備注信息，降低了有機食品在流通過程中的信息篡改機率，保障了溯源信息的真實可信性。

數據由多個節點共同維護，整個參與區塊鏈的實體都可隨時訪問各節點的信息，根據鏈上存儲的信息可以迅速追溯到數據被上傳時的時間節點，避免了單節點數據被攻擊致損壞的風險。區塊鏈技術為有機食品溯源體系的構建提供了顛覆性的解決方式，為有機食品溯源提供了有效技術支撐，高效助力有機食品質量安全的有效溯源[9]。

2.2 有機食品溯源體系的建設

基于區塊鏈技術的有機食品溯源體系在具體實施建設時，主要體現在有機食品的生產加工環節、質量安全檢查環節、倉儲環節、運輸環節以及最后的銷售環節中，各個環節的數據信息都應被真實詳細地進行記錄，便于后續的溯源信息查詢。

2.2.1 生產加工環節 生產加工環節是整個溯源體系的起點，溯源體系從此處開始建設。在該環節中，需要實時監測和記錄有機食品在生產時的選種、環境條件、加工工藝、設備、時間等信息，持續進行生產追蹤。生產加工完成后，所有的有機食品都賦予唯一的食品追溯信息碼，便于入庫掃描記錄以及后續的追溯信息查詢。

2.2.2 質量安全檢查環節 在有機食品生產完成后，進入市場流通之前，質量檢查單位要根據《有機產品國家標準》中提到的有機食品質檢的標準進行質量安全檢查，將檢查的結果上傳至區塊鏈中，并與對應的食品追溯信息碼相結合，進行記錄和存儲，并對合格的產品賦予如圖5所示的標志圖，質量檢查不合格的產品應該被淘汰，不能允許其進入市場。

圖5 有機食品合格標志Figure 5 Organic food qualification mark

2.2.3 倉儲運輸環節 質量檢查合格后允許有機食品進入市場流通，需要先進行倉庫存儲以及將產品運輸到各市場中。在倉庫存儲中，利用無線傳感技術實現有機食品貯藏環境的實時監控，包括溫度、濕度監控記錄定期上傳至區塊鏈中，保障質量安全，避免環境因素導致的有機食品損壞；在有機食品出入庫運輸時，要進行追溯信息的掃描，實現對有機食品流通路徑的完整詳細記錄，從而實現食品的可追溯性。

2.2.4 銷售環節 銷售有機食品時，通過新型射頻技術對食品追溯碼進行掃描[10]，產生的有機食品銷售信息，將其記錄并存儲在數據庫中，從而保證了有機食品信息的完整性和可追溯性，實現對有機食品質量安全的監管，也使得消費者可以通過食品追溯信息碼獲得購買產品的所有詳細信息。

以上各環節的實現不僅需要區塊鏈的技術支持，還需要生產商、購銷商、政府部門、消費者等作為方案的參與實體，這些參與實體在方案中的作用概述如圖6所示。

圖6 參與實體的作用概述Figure 6 Overview of the role of participating entities

3 有機食品溯源體系建設存在的問題

3.1 安全體系不健全

有機食品溯源體系的底層區塊鏈雖然大大提高了追溯信息數據的效率，但成本相對較高，因而建設進程緩慢。有機食品溯源體系的建設涉及到有機食品生產、加工、運輸、銷售以及監管等各方面，在有機食品生產和加工過程中，要詳細記錄各種數據及信息，并設立相關數據庫進行存儲。在產地、倉庫、運輸車等安裝數據采集記錄的現代化電子設備，安排人員進行采集記錄以及對設備進行定期維護。這是一項長期且耗資較大的工程，農戶、中小型食品企業等難以承擔，配合意愿較低，因此目前的有機食品溯源安全體系并不健全。

3.2 信用體系不完整

隨著中國有機農業的發展，一些問題也逐漸突顯出來，如有機食品假冒成本過低，消費者難辨真假等。全國每年平均曝出上萬起與有機食品安全相關的問題事件，某些企業將“有機”作為營銷噱頭進行虛假售賣、宣傳。并且大部分消費者對于有機理念的認識還存在一定的偏差[11]，信息不對稱現象層出不窮，有機非有機食品混合銷售的現象在有意無意地誘導欺騙消費者，抬高了非有機食品的價格，擾亂了有機市場，導致有機市場機制的混亂現象較為嚴重，這會降低消費者對有機食品的信任程度，從而導致不完整的有機食品溯源信用體系，不利于溯源體系的構建。

3.3 物聯網融合不夠

溯源體系的構建會隨著有機食品品種及參與溯源的企業數量的增加而不斷擴增物聯網設備的數量、數據的傳輸量以及數據的計算量，因而溯源體系的建設對數據傳輸、計算以及響應速度的要求會不斷提高。然而有機食品的溯源與物聯網融合的模式下，所有設備之間的連接和通信需要通過中心化的網絡及通信實現，而這種中心化組網模式的可維護性、穩定性和擴展性相對較差，同時增加了運維的成本。這種融合的模式顯然不能滿足有機食品溯源體系的建設，需要去中心化的模式來彌補。

3.4 技術標準不統一

目前有機食品溯源行業缺乏完備的統一的技術標準及法規，影響了溯源體系策略的推廣和應用。然而在溯源方面，不同的企業追溯信息標準不一致，不同的品牌采集的信息也不一樣，有機食品上的身份標識也不完全一致，有些有機食品信息完整，包括生產時間、生產地、生產環境、流通時間、流通地點等，然而有些有機食品上的信息卻只有生產地和生產時間，這些技術標準的不統一提高了溯源技術實施時的難度，不利于有機食品溯源體系的構建，也阻礙了更多有機食品相關企業加入溯源體系。

4 基于區塊鏈技術的有機食品溯源體系建設建議

區塊鏈作為新型互聯網技術，在應用到有機食品溯源時仍然面臨挑戰，有機食品溯源體系的建設是一項涉及多科目、多領域、多層次的長期工程，而有機食品的質量安全是實現有機食品溯源的關鍵環節，結合有機食品溯源體系的建設，提出以下對策建議。

4.1 健全有機食品溯源安全體系

為逐步健全有機食品溯源安全體系，可嘗試先試點再推廣的路徑。首先從重點地區、重點有機食品類型或重點生產商、企業作為切入點，逐步突破。通過小范圍的試點工作可帶動更多地方的農戶、企業等逐步開展有機食品的溯源管理，不斷擴大有機食品溯源體系建設的規模。其次應加大監管力度，建立有機食品認證的相關制度，相關部門應定期對從事有機認證的機構進行檢查，逐步培育出權威、知名可信的認證機構；確定質量跟蹤責任主體，保障消費者有順暢的申訴渠道，有效促進有機食品溯源體系的早日健全。

4.2 完善有機食品溯源信用體系

一方面，盡可能地統一有機食品相關的認證標準，從而保障有機食品的質量安全。另一方面，健全完善有機食品追溯工作制度[12]，制定與有機食品相關的召回機制等，以便快速鑒別、調查和控制有機食品質量安全事件，明確有機食品質量安全責任主體，進一步完善有機市場的經營主體實名備案、原產地證明、質量檢測準入、不合格產品退出等制度，引導和鼓勵市場經營主體建立電子臺賬，將一切數據信息電子化地進行存儲，方便商戶經營也有利于有機食品流通過程中的信息記錄、查詢。要嚴格落實有機市場的食品質量安全主體責任，規范市場交易行為。加大宣傳力度，向經營者開展追溯體系建設政策和業務知識宣講，努力打造規范化的有機市場，使得有機食品溯源信用體系完整可信。

4.3 優化區塊鏈與有機食品物聯網融合

區塊鏈技術的特性可以彌補物聯網中的缺陷，因此與有機食品溯源物聯網相融合后，會為有機食品溯源體系提供更好的底層框架，提高其可擴展性和靈活性，保障區塊鏈的交易速度與有機食品溯源體系中所需要處理的海量數據相匹配。有效利用區塊鏈技術可為用戶隱私提供保障的機制，優化其與有機食品物聯網的融合框架，能夠有效彌補集中式物聯網帶來的數據安全、隱私和管控問題，推動有機食品溯源體系的進一步演進，更好地為有機食品溯源體系服務。

4.4 建立統一規范的有機食品溯源標準

有機食品相關電子商務管理部門應當盡快形成溯源體系中涉及的統一標準，規范有機食品溯源體系的應用以及發展，使有機食品溯源信息在全網具有一致性，使各企業、農戶、散戶等在使用基于區塊鏈技術支撐的有機食品溯源體系時，使用一種數據格式就可以完成所有數據信息的同步上傳，不需學習更多繁雜的操作技術。這為有機食品溯源體系中的數據信息管理提供了便捷，進一步推動了有機食品溯源體系的構建、應用以及推廣。

5 結語

有機食品溯源有廣闊的發展前景，讓有機食品從生產、加工到運輸銷售，從產地到消費者手中，這其中的每一個環節都有數據信息可尋，無論哪個環節出現問題，都能在最短時間內找到問題源頭，把危害降到最低，這就需要一套完整的溯源體系。當前，除了溯源體系之外，還需要有相關的法律、標準和檢測等一系列要素來保障有機食品的質量安全。