區塊鏈支持下的山區農產品信息共享平臺架構探究

閆衛坡郭亞琳王青安以達胡琪韓云偉

(1.西南科技大學環境與資源學院，四川 綿陽 621010；2.四川省環境政策研究與規劃院，四川 成都 610041)

引言

山區農產品信息不對稱是制約我國農業發展的主要瓶頸，農產品信息平臺建設是實現農業信息化，加快推進農業現代化的重要組成，是全面建設社會主義現代化國家的迫切需要。在國家大力提倡農業信息化建設的新形勢下，以“互聯網”為代表的現代信息技術在農產品供應鏈[1-3]、農產品電子商務[4，5]、農產品追溯[6-8]、農產品物聯網[9，10]等信息平臺建設中發揮了重要作用。研究表明，基于傳統互聯網技術的農產品信息平臺為實現農產品信息共享與交流提供了解決途徑，在一定程度上促進了農產品信息化的發展與建設。但是，由于長期以來，我國農業生產呈現出以個體農戶為單位的分散化、小規模化、低組織化的經營特征[11]，并顯著體現于山區農業的發展；加之農業生產的周期性、農產品市場參與者知識的局限性、市場體系不健全等因素的綜合影響[12，13]，現有農產品信息平臺信用體系的建立仍然依靠很多“中心”(如機構、第三方或中介等)，信息的真實性、及時性難以保證[14，15]，平臺用戶間無法形成可靠的信任關系，山區農產品生產者與需求方對于農產品質量、價格、供求等信息資源的掌握仍然是不對稱的，而無法形成農產品的有效供給。

作為對現有互聯網技術的升級和突破，區塊鏈技術具有去中心化、透明化、不可篡改、可追溯等顯著特征[16-19]。區塊鏈技術支持下的山區農產品信息共享平臺將在保證數據信息真實性、準確性的同時，在不同交易主體間建立可靠的信任關系，有效解決農產品信息不對稱問題。本文基于區塊鏈技術的特點與優勢分析，在農產品信息數據庫構建的基礎上，提出“區塊鏈+農產品”信息共享平臺體系架構，為解決山區農產品供需信息不對稱問題提供新的突破口，以推進農業信息化建設、實現農產品的有效供給。

1 基于區塊鏈的農產品信息共享平臺構建

1.1 區塊鏈及其優勢

區塊鏈(block chain)是一種全新的去中心化基礎架構與分布式賬本數據庫，具有去中心化、不可篡改、可追溯、多個獨立節點共同維護、可編程和安全可信等特點[20-22]。作為一種大規模的協作工具，區塊鏈通過對分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法、智能合約、P2P網絡技術等計算機技術的創新性組合應用[23-25]，將傳統單方維護的孤立數據庫整合并分布式的存儲于多個節點上，構建了一個多方參與的、多中心的信任體系，實現了在沒有第三方中介機構協調下的可信數據共享和點對點的價值傳輸。即，通過“多中心化(或弱中心化)”和“共同信任”機制，區塊鏈有效解決了多主體之間的信息共享和復雜交易成本問題。因此，區塊鏈的核心思想是分布式、去中心化，最大特性則在于對信任機制的重構。

1.2 設計思路

在山區農產品信息共享平臺構建中，數據的可靠性和參與主體之間的信任問題是需要關注的重點和難點。如表1所示，借助區塊鏈的去中心化、開放性、透明化、信息不可篡改等技術特征[7]，農產品信息平臺數據的可靠性與安全性得到增強；同時，在區塊鏈技術支持下，供給方、需求方之間共享信息次數只要足夠多，就可以在平臺中建立起良好的互動關系，實現在無需信任的情況下構建一個去中心化的可信任系統，同時可實現農產品交易過程中各參與主體的多方共贏。

表1 區塊鏈技術與農產品信息平臺的融合性分析

1.3 框架體系

圍繞山區農產品供給側與需求側，應用數據融合、信息提取、數據分析等技術手段，綜合集成農產品生態地理、統計資料、科技服務等信息數據庫；基于區塊鏈的分布式系統架構，建立由生產者、銷售者、消費者及相關監管機構共同參與、維護的農產品信息共享平臺框架體系，如圖1所示。

圖1 基于聯盟區塊鏈的農產品信息共享平臺框架體系

1.3.1 數據基礎

利用GIS數據存儲模型、網絡信息采集技術[26]，綜合集成農業地理信息空間數據(包括農業基礎地理、自然資源、生態環境、自然災害、農業生產等數據)、農產品統計數據(包括農產品批發市場、質量安全、價格等信息)、農業支持服務數據(包括農業政策法規、科技信息、實用技術等信息)等，構建山區農產品基礎信息數據庫，見圖2，實現農產品多元信息的空間可視化和充分利用[27]，有效消除“信息碎片”和“信息孤島”，為山區農產品信息共享平臺構建提供基礎數據支撐。

圖2 山區農產品基礎信息數據庫框架

1.3.2 鏈條設計

目前，根據不同的應用場景需求，區塊鏈大致可分為公有鏈、聯盟鏈以及私有鏈3大類[28]。其中，公有鏈通常被認為是完全開放和去中心化的，是指某一區域內的所有人都可訪問的區塊鏈，分布式系統的任何節點均可參與鏈上數據的讀寫、驗證和共識，使得公有鏈系統具有較高的公信力，適用于完全開放的場景；聯盟鏈是部分去中心化的區塊鏈，節點的加入必須符合聯盟鏈預先設定的規則，其共識過程受到預定義節點的控制，使其比公有鏈有更快的速度，適用于多個實體構成的組織或聯盟。

基于區塊鏈在不同場景下的應用模式，結合農產品流通主體多元化、分散化及其流通過程復雜性的特點，以聯盟鏈為農產品信息共享平臺主體架構，見圖1，在保證農產品流通參與主體間去中心化、可信共享環境形成的條件下，有助于信息平臺的快速運行和有效監管。

2 實證研究

2.1 研究區選擇

岷江上游地處青藏高原向四川盆地過渡地帶，是一個藏、羌、回、漢等多元民族文化交融共生的人文地理單元[29]，見圖3。作為中國西南山地獨特的生態地理過渡區，岷江上游高山峽谷地貌特征顯著，區內聚落呈現大分散、小聚居的分布格局，并形成了以種植業、牧業為主的農業地域類型。當前，岷江上游仍然以農業人口為主(農業人口占到區域總人口的70%)，耕地為聚落內部主要的土地利用類型[30]，農業生產多為糧食作物(小麥、玉米、青稞、洋芋、豆類等)、經濟作物(蘋果、花椒、甜櫻桃、青紅/脆李、核桃等)。由于自然條件的限制，該區域社會經濟發展遲緩，且農產品信息不對稱而造成農產品滯銷等現象頻繁發生，特色優質農產品市場發展滯后，嚴重影響了該地區農戶生活質量的提高與改善。

圖3 岷江上游民族聚落空間分布

2.2 岷江上游農產品信息共享平臺構建探究

利用區塊鏈技術，以岷江上游農業生態地理空間數據庫為數據源，提出區塊鏈技術支持下的岷江上游農產品信息共享平臺體系架構，為解決區域農產品供需信息不對稱問題提供新的途徑，推動實現農產品資源的有效供給和優化配置。

2.2.1 農業生態地理空間數據庫

岷江上游農業生態地理空間數據庫以SPOT-2/4(1999年，10m全色波段和20m多光譜波段)、SPOT-5(2008—2009年，5m全色波段和10m多光譜波段)、SPOT-6(2013年，1.5m全色波段和6m多光譜波段)影像資料為主數據源，綜合野外調研數據、統計數據而得，涵蓋地形、氣候、土壤、植被、聚落生態位空間分布、土地利用等內容。以理縣為例，其農產品生態地理特征如圖4所示。

圖4 岷江上游理縣農產品生態地理特征

2.2.2 農產品信息共享聯盟鏈

區塊鏈技術支持下的岷江上游農產品信息共享平臺以分布式、去中心化為主要特征，各節點能夠平等地進行信息交換、存儲著同樣的信息，并享有相同的權利，共同協作完成系統的更新和維護。在區塊鏈技術支持下，區域內個體農戶可獨立發布農產品供給信息，個體商戶和消費者均可參與到農產品需求信息的記錄，形成精細化的分布式農產品信息數據庫。

為便于系統的維護和組織管理，分別按照流域、縣域2個尺度，見圖5，構建農產品信息共享聯盟鏈體系，每一個聯盟節點之間可實現直接對接、共享、交流數據。其中，在縣域尺度，農戶、商戶、消費者組成了農產品信息共享的聯盟鏈節點；流域尺度聯盟鏈節點由各個縣域聯盟鏈構成，每個縣域將作為一個獨立單元發布農產品供需狀況、交易信息等。

圖5 岷江上游農產品信息共享聯盟鏈體系示意

以縣域為例，基于共同遵守的聯盟規則，農產品信息發布路徑：農戶/商戶/消費者農產品供需信息的分布式數據庫(節點小賬本)→縣域聯盟鏈→縣域農產品供需信息的分布式數據庫(共有大賬本)→縣域聯盟鏈→每個農戶/商戶/消費者同時擁有節點小賬本和共有大賬本，見圖6。

圖6 縣域尺度聯盟鏈的農產品信息發布路徑

同時，結合農業生態地理空間數據庫，集成GPS定位技術、地理信息技術、數據庫技術等先進手段，可將農產品信息與農業生態地理信息進行精準對接，實現農產品屬性信息的實時可視化和空間定位。基于此，政府等相關管理機構可開展更為詳細、精確農產品的市場形勢分析，以進一步完善農業決策服務支持體系。通過建立多方主體共同參與的區域農產品信息共享平臺，實現了農產品信息的互聯互通，有助于推動農產品資源整合與優化配置。

3 結論與展望

信息共享平臺建設是解決信息不對稱的有效途徑。區塊鏈作為一種分布式賬本數據庫，具有去中心化、開放性、透明化、信息不可篡改等特點，其應用的最大價值在于最大限度地消除信息不對稱，為實現信息的真正共享提供基礎技術支撐。本文基于山區農產品供給側與需求側，應用現代化信息技術手段，集成農產品多元化信息，構建精細化的農產品信息分布式數據庫，提出區塊鏈技術支持下的山區農產品信息共享聯盟鏈體系架構。同時，基于區塊鏈技術的山區農產品信息共享平臺，在農產品生產者、銷售者、消費者及相關監管機構之間構建了一個去中心化的可信任系統網絡，實現了多主體間農產品供需信息的交流與共享。

區塊鏈技術支持下的信息共享平臺構建，為具有分布式、隨機性、互動性、參與性、市場化特征的公共服務、碳交易、能源交易等行業問題解決提供了新的思路和手段。作為一種新興技術，區塊鏈尚處于發展的初期階段，仍存在隱私泄露等安全和技術缺陷[16]。“區塊鏈+”的實現，需要區塊鏈技術本身的深入發展、區域基礎設施的完善、技術政策的支持、信息化網絡的普及應用，以及與大數據、云計算、物聯網等現代化技術的有效融合，以此進一步提高信息共享平臺的實用性與可操作性。