基于可信區塊鏈和可信標識的糧油食品全供應鏈信息追溯模型

張 新 彭祥貞 李 悅 王小藝 趙峙堯 許繼平*

（1.北京工商大學人工智能學院，北京 100048；2.北京工商大學北京市食品安全大數據技術重點實驗室，北京 100048；3.北京工商大學中國輕工業工業互聯網與大數據重點實驗室，北京 100048）

1 引言

糧油食品包括原糧、成品糧和食用油等，是國民生活的必需品[1]。保障糧油食品供應的安全，對國民生命健康、社會和諧發展具有重要意義。糧油食品供應鏈包含生產、加工、倉儲、運輸、銷售等多個參與環節[2]，供應鏈循環周期較長，且每個環節中威脅糧油食品安全的因素較多。糧油食品供應鏈目前存在生產環節農藥化肥過量、加工環節添加劑不明、儲運環節信息缺失以及銷售環節假冒偽劣等諸多問題[3]，對公眾健康構成嚴重威脅。因此，亟待建立安全有效的糧油食品全供應鏈可信追溯平臺，以提高全供應鏈各環節的參與透明度和可靠性，同時，能夠有效保障消費者權益以及提升監管的高效性。

傳統的糧油食品溯源系統多為中心化的模式，由部分核心企業集中采集管理供應鏈環節的數據，并將數據存儲到中心化的服務器，但中心化的管理模式安全性較低，易受篡改攻擊等缺陷。盡管部分企業采用二維碼、RFID（Radio Frequency Identification）等標識技術進行供應鏈環節數據的追蹤，但其并不能保障數據的透明度與可靠性[4]。因此，傳統溯源模式并未消除消費者對糧油食品安全可靠方面的疑慮。

區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本技術，它通過加密、共識等機制保證上鏈的數據不可篡改和偽造[5]。近年來，區塊鏈的應用從以比特幣為代表的加密數字貨幣逐漸滲透到金融、醫療、政務、司法、公益、商品防偽和食品安全等各個領域[6]。區塊鏈的去中心化架構以及數據不可篡改和偽造的技術特性[7]為解決糧油食品全供應鏈可信追溯提供了一種行之有效的解決方案[8]。

本文基于可信區塊鏈和可信標識，設計了一套糧油食品全供應鏈的可信追溯模型，提供從生產環節到最終消費者手中整個過程的信息，并保證數據安全可靠。在發生食品安全事故時，食品溯源系統可以快速準確高效地定位問題發生的環節，并找到問題的根源、追蹤問題產品去向，明確責任企業并追究責任，降低食品安全事故造成的不良影響，對解決食品安全問題具有十分重要的意義。

2 相關工作

2.1 可信區塊鏈

區塊鏈是由分布式數據存儲、點對點網絡傳輸、加密算法、共識機制等計算機技術支持的分布式賬本技術，本質上是分布式數據庫[9]。由于近年來區塊鏈的安全性能不斷提升，區塊鏈已被廣大研究學者稱為可信區塊鏈。可信區塊鏈中的每個數據塊包括一個區塊頭和一個區塊體。區塊頭由當前區塊塊版本、當前哈希值、前一個區塊塊哈希值、時間戳和一個隨機數組成[10]。區塊體由數據結構組成，其中包含區塊經過驗證的、區塊創建過程中生成的所有交易記錄。這種由加密算法加密的鏈狀數據結構確保可信區塊鏈中的數據不會被篡改，從而保證整個供應鏈中所有環節的數據安全。同時，通過共識機制，可信區塊鏈網絡中的所有節點都參與了數據認證過程[11]。可信區塊鏈保證了鏈上數據的一致性和真實性，解決了傳統集中式系統存在的“信息孤島”、數據不透明等問題[12]。部署在可信區塊鏈網絡中的智能合約在達到一定的觸發條件時，可以自動執行由所有節點聯合驗證的預設程序碼。由于執行過程和結果對整個網絡中的所有節點都是公開透明的，可信區塊鏈可以有效地解決所有節點之間的信任問題[13]。因此，它可以幫助增加整個供應鏈的生產、加工、倉儲、運輸、銷售和最終消費各參與環節之間的信任，并且確保整個糧油食品供應鏈可追溯數據的安全性和可靠性。

近年來，由于區塊鏈2.0時代的到來，涌現出眾多學者利用區塊鏈與糧食供應鏈溯源系統相結合，進而設計出安全、可靠、高效的溯源方案。Salah[14]等人提出了一種基于以太坊智能合約技術以及星際文件系統的大豆供應鏈溯源解決方案，有效提升了大豆供應鏈溯源系統的信息透明度及可追溯性。Tao[15]等人提出了一種基于區塊鏈智能合約的綜合評價模型，自動地對食品產業鏈進行食品質量檢測及預警，提高了食品產業鏈的安全性與可信度。毛典輝[16]等人提出了一種基于區塊鏈智能合約的信用評估系統，提升了對食品供應鏈監管的有效性。Lin[17]等人提出了一種基于區塊鏈和EPC 信息服務的食品安全追溯原型系統，并通過以太坊智能合約避免了信息交互過程中可能發生的數據篡改及敏感信息泄露等問題。

2.2 可信標識

標識技術作為一種直接有效的承載信息的重要手段，對于糧油食品全供應鏈中信息追蹤與溯源的重要性不言而喻[18]。近年來，如何有效利用標識技術跟蹤和追溯糧油食品全供應鏈中生產、加工、倉儲、運輸、銷售等各個參與環節產生的數據，并確保溯源系統中數據的實時、安全和可靠性成為溯源行業的一大研究熱點。目前在溯源行業廣泛采用的標識技術包括條碼、RFID、NFC（Near Field Communication）、EPC（Electronic Product Code）以及其他基于物聯網的電子標識技術[19]。其中，條碼技術包含一維條碼和二維碼。一維條碼受限于其存儲容量較低多用于結合傳統的中心化數據庫進行簡單的產品編號，不適用于數據信息繁多、冗雜的應用場景。二維碼因其信息密度較高、容量大、容錯能力強、成本較低、使用方便靈活的特點，能夠更好的適用于基于區塊鏈的糧油食品全供應鏈溯源的場景[20]。無線射頻識別（RFID）技術作為一種非接觸式的射頻識別技術[21]，通過讀寫器對附著在產品上的RFID 電子標簽進行讀寫操作[22]，也正得到越來越多食品供應鏈溯源領域研究者的關注，但因RFID標簽的成本以及安全性等問題，其在未來大規模商用之前仍面臨著挑戰[23][24]。

基于條碼[25]、RFID[26]等技術的食品供應鏈溯源系統研究由來已久[27][28]，錢建平[29]等人設計開發了一種基于二維碼和RFID 技術的小麥面粉可追溯系統，該系統的應用保證了小麥面粉的質量與安全，同時有效降低了召回成本。Caro[30]等人提出了Agri-BlockIoT，一種基于物聯網和區塊鏈的農產品溯源解決方案，并且支持擴展物聯網傳感器設備，保證了數據的透明、容錯以及不可篡改等。TSANG[31]等人提出了一種基于區塊鏈和物聯網技術的食品溯源系統（BIFTS）,對食品的全生命周期質量追溯管理提供了支持。Saikat[32]等人設計了一種基于物聯網技術的食品供應鏈實時質量監控架構，供應鏈各環節通過掃描RFID 標簽更新區塊鏈中的數據，提高了各環節數據的透明度，保障了食品質量以及發生食品質量安全事故時的高效召回。

本文基于可信區塊鏈和可信標識進行糧油食品全供應鏈的信息追溯。利用區塊鏈去中心化、透明度高、數據不可篡改和偽造等特性結合條碼等標識技術，對糧油食品全供應鏈生產、加工、倉儲、運輸、銷售等各環節數據進行跟蹤和追溯，能夠有效提高糧油食品全供應鏈環節信息的透明度與可靠性。對于形成安全、可信、高效的糧油食品供應體系具有重要意義。

3 糧油食品全供應鏈信息追溯模型

在對可信區塊鏈和可信標識調研與最新研究成果分析的基礎上，本節首先對糧油食品全供應鏈進行信息解析，在此基礎上，利用可信區塊鏈與可信標識設計了糧油食品全供應鏈信息追溯模型框架。

3.1 糧油食品供應鏈分析

糧油食品供應鏈循環周期較長且參與方較多，且每個環節幾乎都嵌套有其他的環節，例如在生產環節中包含倉儲、運輸過程甚至是簡單的粗加工過程，加工、銷售等環節也離不開基礎的運輸、倉儲等環節，其復雜性和風險因素不可控等性質決定了傳統的溯源方案效率較低且可信度較差[33]。本節基于對糧油食品全供應鏈各參與環節的剖析，抽象出了糧油食品全供應鏈參與環節中最為典型的五個環節，即生產環節、加工環節、倉儲環節、運輸環節和銷售環節。由這五個典型環節組成的糧油食品全供應鏈抽象模型對于不同的糧油食品供應鏈具有較高的適配性和靈活性，可根據不同的糧油食品供應鏈實際情況進行擴展適配。本文提出的糧油食品全供應鏈典型環節如圖1所示，后續的研究工作也將基于此典型環節展開。

圖1 糧油食品全供應鏈典型環節Fig.1 Typical links in the whole supply chain of grain and oil food

糧油食品全供應鏈典型環節的數據信息主要為供應鏈上各個環節通過物聯網設備及人工所采集的數據信息。供應鏈中每個參與環節采集的信息經過驗證之后進入基于可信區塊鏈構建的追溯系統，從而實現對某一批次產品的整個供應鏈環節信息進行高效地跟蹤和追溯。

3.2 模型總體框架

基于可信區塊鏈和可信標識的糧油食品全供應鏈信息追溯模型框架由采集端、客戶端以及存儲模塊組成。采集端包含生產、加工、倉儲、運輸以及銷售五個供應鏈典型環節以及相應的采集設備；客戶端包含五個典型環節所對應的企業用戶、監管部門和消費者,三者可通過溯源系統對數據信息進行驗證與查詢，除此之外，每個客戶端內部嵌有標識生成模塊；存儲模塊由區塊鏈以及云端數據庫組成。模型各個部分由定制化的智能合約直接相互調用實現互聯互通。本模型基于區塊鏈原理，結合智能合約技術和標識解析技術，設計了糧油食品可信追溯模型，模型框架示意圖如圖2所示。

圖2 模型框架示意圖Fig.2 Schematic diagram of the model frame

4 模型機制設計

在糧油食品可信追溯模型框架基礎上，本研究設計符合該模型的基于可信區塊鏈的可信標識機制、多模存儲機制、可信追溯機制3 種運行機制。3 種機制能有效契合糧油食品供應鏈形成可信追溯，從而提高糧油食品的質量安全。可信標識機制實現了糧油信息的高效、可信追溯；多模存儲機制解決了糧油食品冗雜的數據存儲，分擔了區塊鏈鏈上數據的存儲壓力；可信追溯機制實現了糧油食品全供應鏈信息在各環節之間的可信流轉，保證了溯源信息從采集到銷售的可信性。并且定制化設計智能合約，實現了可信標識機制、多模存儲機制以及可信追溯機制的內部運行邏輯封裝，確保模型運行的流暢性。

4.1 可信標識機制

基于“可信區塊鏈+可信標識”所設計的可信標識機制用于在整個供應鏈中跟蹤數據信息。該機制包含了客戶端系統內嵌的標識生成模塊具體的樣式、生成標識的具體流程、標識的設計等。

可信標識機制首先在糧油食品供應鏈的各個環節對相關數據進行驗證和調整，并通過智能合約記錄在區塊鏈系統中，通過相關設備收集數據后自動執行。在供應鏈的生產環節中，糧食作物生產信息首先由相關人員通過客戶端錄入系統，然后通過智能合約進行驗證和標準化后進入可信區塊鏈網絡，并且通過智能合約反饋驗證供應鏈中的相關身份信息。

該機制在加工過程中打印相應的標識碼，用于后續產品的識別。所生成的標識碼通過嵌入區塊鏈系統中的智能合約進行驗證，使用區塊鏈的智能合約技術可以使身份機制變得可信。在加工環節中，由于應用標識碼查詢該環節數據會降低實際工作的時效性，故采用當下較為便捷的二維碼技術將標識碼中信息與加工環節信息存入二維碼，以便于工作人員通過掃碼槍查詢信息。同時將相關產品信息添加到系統中，經過智能合約的驗證和標準化后進入區塊鏈網絡，進而實現包含標識碼的二維碼信息識別的可信度。在產品生產加工的最后階段，由于產品在供應鏈中循環，產品的二維碼被印在產品的外包裝上，作為后續識別和驗證的依據。產品識別機制在倉儲、運輸、銷售環節的操作原理和流程相似，只是沒有新的實體二維碼生成，只有其區塊鏈系統中的內容更新，故在此不在闡述。圖3 顯示了基于可信區塊鏈的可信標識機制的組成及其工作原理。標識碼技術通過結合區塊鏈智能合約技術實現了糧油食品在供應鏈中信息流轉的透明、安全和可信。

圖3 基于區塊鏈的可信標識機制Fig.3 Trusted identity mechanism based on blockchain

在打印識別碼過程中，通過嵌入式標識碼生成模塊根據所上傳的信息生成相應的標識碼，具體編碼如圖4 所示，其中包含了首部與后綴兩部分，首部包括了種類代碼、公司代碼、行業代碼、國家代碼；后綴包括了信息代碼、流程代碼、環節代碼。

圖4 編碼示意圖Fig.4 Coding Diagram

4.2 多模存儲機制

由于糧油食品全供應鏈是食品供應鏈中最繁多、冗雜的，加之其供應鏈涉及環節較多，從生產到銷售需要采集、記錄、上傳的全部數據量十分龐大且復雜，如果全供應鏈各環節的數據全部存儲在區塊鏈上會出現成本高、負擔大、效率低等問題。因此本機制設計了基于區塊鏈和云數據庫的多模存儲機制，即將龐大的產品在供應鏈中流轉的基礎數據存入云數據庫，再將云數據庫中的基礎數據與區塊鏈節點中產品標簽信息等標簽數據一同進行哈希運算得到的哈希值存入區塊鏈中，從而保證區塊鏈系統運行的成本與效率。圖5 展示的是基于區塊鏈和云存儲的糧油食品全供應鏈多模存儲機制。

圖5 基于區塊鏈和云數據庫的數據多模存儲機制Fig.5 Data dual-mechanism storage model based on blockchain and cloud database

糧油食品全供應鏈各環節上傳到區塊鏈上的數據要遵循智能合約的約束，只有滿足智能合約條件要求的數據才能上傳成功。同時，智能合約會對供應鏈不同節點上傳的數據進行格式的統一，然后通過數字簽名技術對數據進行驗證并上傳存儲至云數據庫。全供應鏈各環節產生的大量基礎數據上傳至云數據庫的具體過程為：對產品的大量基礎數據進行哈希運算來獲得數據摘要，系統通過非對稱加密技術來生成公鑰和私鑰，數據摘要由私鑰加密如公式1 所示，其中skp為私鑰，D為標準化后的數據，Ds為數據摘要。加密后的數據摘要作為簽名值與基礎數據一起上傳到云數據庫后，云數據庫將使用公鑰對接收到的加密數據摘要(簽名值)進行解密，如公式2 所示，其中pkp為公鑰，RDS為云數據庫。解密完成后的數據摘要與對基礎數據用同樣哈希運算方法獲得的數據摘要進行對比，若對比結果一致則證明數據真實可靠未經篡改，大量基礎數據順利存入云數據庫中；若結果不一致說明數據經過了篡改則不能通過驗證，無法存入數據庫。通過數字簽名技術，各個企業節點存入云數據庫的數據均有效可信，因此云數據庫中大量基礎數據的真實性得到保證。同時，由于區塊鏈網絡中僅存儲由云數據庫中的基礎數據與產品標簽數據經哈希運算后產生的數據摘要，因此，保證了糧油食品全供應鏈信息溯源系統的效率和性能。

在多模存儲機制的基礎上，本研究設計了SDSC（Storage Data smart contract）和VDSC（Verify Data smart contract）兩種智能合約來封裝多模存儲機制的邏輯規則，SDSC如算法1所示，VDSC如算法2所示。其中H(i)為用戶唯一身份哈希，Data為采集到的初始數據，D為標準化后的數據，Ds為數據摘要，RDS 為云數據庫，R為交互記錄。

數據多模存儲機制通過可信區塊鏈、數字加密技術、智能合約等技術將供應鏈上企業各個環節數據安全、可靠的存儲在云數據庫中，從而保證了云數據庫中大量數據的真實性。同時，由于區塊鏈網絡只將基礎數據和產品標簽數據散列生成的數據摘要存儲在云數據庫中，從而保證了高效的供應鏈績效。

4.3 可信追溯機制

基于糧油食品全供應鏈典型環節，在可信標識機制和多模存儲機制的基礎上，本文所設計的糧油食品全供應鏈信息可信追溯機制如圖6所示，通過可信區塊鏈和可信標識結合實現的糧油食品全供應鏈各環節信息采集、存儲、傳輸的可信。

圖6 糧油食品全供應鏈可信溯源機制Fig.6 Credible traceability mechanism of the whole supply chain of grain and oil food

糧油食品供應鏈每個環節產品標簽信息與云數據庫中基礎數據經過哈希運算得到哈希值，并由獨自維護的區塊鏈節點將數據摘要發送到區塊鏈上，隨后廣播至全網，全網所有節點通過共識過程驗證后存入最新的數據區塊，由此產生糧油食品全供應鏈可信追溯區塊鏈。終端消費者或者監管機構通過客戶端掃描商品二維碼或在追溯系統輸入待查詢批次的產品代碼進行糧油食品全供應鏈信息的追溯，產品代碼直接定位到包含本產品信息的特定區塊頭，調出本產品所有流通環節數據進行產品追溯。通過對二維碼設置不同權限，可實現消費者、監管者等不同追溯場景的應用，監管者通過客戶端掃描商品二維碼可實現對商品全供應鏈各環節所有信息的追溯，極大提升了對糧油食品監管的有效性，同時在發生糧油食品安全事故時也能高效追蹤，準確定位問題環節。消費者的權限則僅限于一般商品信息及流轉信息，對于生產加工過程中的企業敏感信息則不會展示給普通消費者，從而在一定程度上實現對環節參與者的保護。

與此同時，本機制設計了標識解析智能合約LRSC（Logo resolution smart contract）來實現可信追溯機制的邏輯封裝，如算法3 所示，其中code 為標識碼，Dc為標識碼中信息，Dd為本環節數據。標識增添信息如公式3 所示,其中，Ds為數據摘要。標識信息增添完成后，合約將現在的Ds作為新的數據摘要，進而生成新的標識隨商品流轉至下一環節。

本節設計的上述糧油食品全供應鏈信息追溯機制，通過運用可信區塊鏈和可信標識實現了糧油食品全供應鏈信息的可信追溯，同時，區塊鏈與云數據庫相結合的存儲模式改善了追溯過程的效率和成本，二維碼標識不同權限的設計保護了糧油食品全供應各環節的參與者，提高了追溯系統可接受程度的同時也有效保證了糧油食品全供應鏈信息追溯的透明度、可信度以及監管的高效性。

5 結果與分析

在糧油食品全供應鏈可信追溯模型和3 種機制基礎上，本節對糧油食品全供應鏈信息追溯模型進行了運行流程分析，并基于Hyperledger Fabric 建立了糧油食品可信追溯系統，通過實例對系統運行進行了實用性驗證。

5.1 模型運行流程分析

基于糧油食品全供應鏈環節可信追溯模型，當用戶或監管部門通過溯源系統發起溯源請求時，貫穿于追溯系統中的數據流可分為數據上傳與信息追溯兩個過程。數據上傳過程主要包含糧油食品全供應鏈環節的數據上傳過程及區塊鏈系統中數據的運行流程溯源，信息追溯過程主要為用戶通過終端掃描溯源標識碼發起溯源請求。系統模型運行流程示意圖如圖7所示。

圖7 系統模型運行流程示意圖Fig.7 Schematic diagram of the operation process of the system model

系統中數據具體流程描述如下：

（1）在糧油食品的生產環節，生產者通過客戶端將糧食谷物等的種植、收獲及批次等相關數據信息經過哈希運算以及加密后上傳至可信區塊鏈系統，產品收獲后，可信區塊鏈系統根據產品批次信息生成溯源標識碼；

（2）在糧油食品的加工環節，加工企業首先通過掃描來自生產環節基礎產品的標識碼獲取產品批次信息，并通過可信區塊鏈系統進行驗證，驗證通過后加工企業將產品的干燥、去殼等處理以及相應的加工處理環節的信息經過哈希運算加密后上傳至可信區塊鏈系統；

（3）在糧油食品的倉儲環節，倉儲企業首先通過掃描上游加工產品的溯源標識碼獲取產品的批次、加工環節等信息，并通過溯源可信區塊鏈系統進行驗證，驗證通過后倉儲企業將產品相應的倉儲信息，如倉庫、出入庫時間等經過哈希運算并加密后上傳至可信區塊鏈系統；

（4）在糧油食品的運輸環節，運輸企業通過掃描產品的溯源標識碼獲取產品批次、倉儲等信息并通過可信區塊鏈系統進行驗證，通過驗證后將產品的運輸車輛、人員、路線等運輸信息經哈希運算并加密后上傳至可信區塊鏈系統；

（5）在糧油食品的銷售環節，銷售企業通過掃描產品的溯源標識碼獲取產品批次及運輸信息并與可信區塊鏈系統進行驗證，通過驗證后將產品的相應銷售信息，如銷售時間、地點、人員等經哈希運算加密后上傳至可信區塊鏈系統；

（6）最終消費者或監管部門等用戶通過追溯系統客戶端掃描產品的溯源標識碼，追溯系統通過識別溯源標識碼中的產品批次信息，定位到溯源系統中相應批次的產品，從而發起溯源請求，可信區塊鏈溯源系統可將糧油食品的全供應鏈環節的信息反饋給消費者或監管部門。

5.2 系統化實現

本文基于糧油食品供應鏈信息追溯模型建立了糧油食品可信追溯系統原型系統。該原型系統使用的Linux 版本為16.0.0，Ubuntu 版本為20.04.1。在此基礎上，使用Hyperledger Fabric 2.1 開源框架進行搭建，其中docker版本為20.10.7，Go語言版本為1.17.2。系統采用Kafka共識機制，對于5大經典環節以及監管機構本文設置了5 個組織、10 個節點以及3個排序節點進行原型系統搭建，系統界面圖如圖8所示。

圖8(a)展示的為系統的登錄界面，用戶選擇相應的類別登錄系統從而獲取權限；圖8(b)展示的為系統的主界面，主界面由兩部門組成，上方為商家廣告輪播圖，下方為近期系統的登錄次數展示以及近期受到攻擊的稻米批次數量；圖8(c)展示的為企業上傳相關數據界面，其中包含糧油種類、批次、環節、企業名稱、時間、數據摘要等信息；當掃描某個環節的二維碼時，顯示產品對應供應鏈環節的可追溯性信息（圖8(d)）。可靠的可追溯性系統根據二維碼的產品編號定位有關產品批次、時間和其他供應鏈環節的特定信息。監管機構和管理員等高級人員可以通過產品二維碼追蹤產品在整個供應鏈中的流通情況。普通用戶（如消費者）只能查詢產品的基本非敏感信息。

圖8 原型系統界面示意圖Fig.8 Schematic diagram of the prototype system interface

5.3 系統運行結果分析

為了實現對糧油食品全供應鏈的信息溯源，保證供應鏈全流程信息的透明，需要對糧油食品全供應鏈各個環節信息的采集、傳輸以及存儲可能面臨的安全因素進行分析。

采集安全方面，由于糧油食品全供應鏈環節較多，各環節數據較多且復雜，此外各環節參與人員素質參差不齊，因此糧油食品全供應鏈信息追溯模型中的信息采集不可避免的面臨較大的安全風險。如在生產環節，農戶或生產企業可能由于信息化水平較低，對糧油作物等的信息采集不夠及時準確；加工環節中加工企業的實際加工工序、添加劑等信息也無法保證其真實性；糧油食品全供應鏈環節中信息采集過程的復雜性決定了任何溯源模型均無法保證采集數據的絕對安全。

傳輸安全方面，糧油食品全供應鏈中各環節的數據傳輸時通過智能合約判斷數據是否符合要求，只有在當前企業或農戶等參與者采集上傳的數據符合區塊鏈系統中智能合約的預置條件時數據才能上傳并繼續進行驗證。不符合區塊鏈系統中智能合約預置條件的數據則通過重新處理并上傳驗證。因此，對于糧油食品全供應鏈中各環節的信息傳輸，智能合約的應用能夠有效保證數據傳輸的安全性。

存儲安全方面，由于糧油食品全供應鏈可信追溯模型基于區塊鏈架構進行設計，供應鏈各環節中的存儲節點屬于相關企業或個人掌握，因此各節點數據的存儲具有一定安全性風險。但任一環節中存儲數據的人為修改均無法通過可信區塊鏈系統的共識驗證，供應鏈各環節中任何數據篡改行為都會被檢測到，因此其分布式存儲架構保證了糧油食品全供應鏈各個環節的數據具有較高的存儲安全性。

為進一步確保本研究的安全性能，本研究針對設計的糧油食品供應鏈可信追溯系統進行了安全性測試，本文以稻米為測試對象，針對東北地區某時間段的稻米進行溯源查詢，當掃描某個環節的QR 碼時（圖9（a）），顯示產品對應供應鏈環節的可追溯性信息（圖9（b））。

圖9 溯源信息查詢圖Fig.9 Traceability information query diagram

該時間段內涉及稻米批次共1568 次，溯源信息準確率為100%，該結果表明本系統能有效做到可信溯源。除此之外，本研究對某稻米加工企業進行標識碼信息驗證統計，統計圖如圖10 所示。選取測試時間為2021 年第一季度，受全球新冠影響，該加工企業的產量逐漸恢復。從圖中可以看出，在第一個月測試數量為45,000 批左右，第2 個月46,200 批左右，第三個月47,500 批左右，其篡改數量近乎為0，結果表明，該系統能夠依據環節的遞進對標識碼進行實時驗證，實現標識碼的安全傳遞，從而保證糧油食品的可信溯源。

圖10 標識碼驗證統計圖Fig.10 Identification code verification statistics

6 結論與未來展望

本文基于可信區塊鏈和可信標識設計了糧油食品全供應鏈可信溯源模型，實現了對糧油食品生產、加工、倉儲、運輸及銷售等全供應鏈環節信息進行追溯，能夠為消費者或監管部門便捷的提供產品全供應鏈各環節的具體信息，并通過區塊鏈、智能合約的應用，在一定程度上保證溯源信息的安全可靠。溯源模型能夠規范糧油食品相應企業生產過程及保證產品質量，對解決糧油食品安全問題具有重要意義。

但是，本文所提出的溯源模型并不等于防偽，由于糧油食品供應鏈各環節進入區塊鏈系統前數據采集的真實性無法保證，此外溯源追蹤的本質并非商品，僅為作為商品標識的二維碼，雖然二維碼中包含了產品的唯一標識碼，但仍無法保證流轉過程中的商品品質真實性問題，因此這也成為制約區塊鏈溯源體系落地的一大痛點，源頭上通過權威的中心化機構認證可減小虛假信息被認證并上鏈流轉的危害。

后續的研究將重點圍繞上鏈前源頭數據采集真實性保障方面，結合物聯網節點設備進行數據自動采集，減少或避免人為的干預，同時，配合監督與懲罰機制，以提升數據采集的真實性與安全性。此外，嘗試建立可兼容不同企業追溯子系統的溯源模型，同時提高供應鏈各環節溯源的模塊化水平，以提升糧油食品全供應鏈信息追溯模型的開放性與靈活性。