區塊鏈技術在食品溯源領域的研究現狀

馮 盼，劉文粘

（鄭州科技學院信息工程學院，河南 鄭州 450064）

全球化的食品生產現狀使消費者更加關注食品的安全性以及供應鏈的可追溯性，而實現食品供應鏈的可追溯可以保證食品的安全質量并提高人們的消費信心。區塊鏈技術因其不可篡改的特點，為基于區塊鏈的各種應用提供了目前最為可靠的安全性和可信度[1]。近年來，在食品安全領域，將區塊鏈技術與供應鏈管理結合已經成為一種新的趨勢。

1 食品供應鏈溯源概述

食品可追溯性的定義在國際上尚未統一，歐盟與國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）將可追溯性描述為在生產、加工及銷售的各個環節中對食品、飼料、食用性禽畜以及可能成為食品或飼料組成成分的所有物質的追溯或追蹤能力[2]。本文將食品可追溯性定義為食品在供應鏈的任一環節中，能夠隨時追蹤其狀態及運轉情況的能力。

2 區塊鏈技術概述

區塊鏈是結合密碼學技術、網絡協議以及共識機制形成的一個分布式賬本，比特幣（Bitcoin）、以太坊（Ethereum）、超級賬本（Hyperledger）是基于區塊鏈技術的三大主流平臺。本文參照文獻[3-5]，對比了三大主流平臺（表1）。

表1 區塊鏈平臺對比表

3 區塊鏈與食品溯源

區塊鏈技術的特性能很好地滿足食品溯源領域對供應鏈中信息真實性和追溯性的要求。孫志國等[6]指出，食品安全溯源體系引入區塊鏈技術將帶來革命性的改變，可低成本、高效率地解決食品安全領域存在的信任難題；CREYDT 等[7]指出，將區塊鏈技術與物聯網相結合可以徹底改變食品工業。

3.1 研究現狀

區塊鏈在食品溯源領域還屬于起步階段，目前相關研究主要集中于從底層架構上對整個區塊鏈系統進行重新設計、利用現有主流區塊鏈架構優化系統的安全性兩方面。

3.1.1 設計系統方面

TIAN[8]在2016 年首次提出將區塊鏈與RFID 技術相結合用于農產品供應鏈溯源；2020 年，劉宗妹[9]在Fabric 平臺上使用Go 語言開發鏈碼，初步建立了一個食品溯源查詢系統。KIM 等[10]分析了將溯源數據聚集至一個公共鏈的優勢與不足，優勢在于公共鏈能為消費者提供最大的透明度，但也因此泄漏了供應鏈中不同組織的商業隱私。針對這一矛盾，XU 等[11]提出Off-Chain 和On-Chain 相結合的數據管理架構，并利用該架構使用區塊鏈技術建設了一個可追溯系統[12]。食品生產過程中涉及環節眾多，數據量大，考慮到商業隱私與系統性能，在設計系統時使用雙鏈的數據管理結構更合適。

3.1.2 優化系統方面

2018 年，MONDAL 等[13]使用基于對象證明的身份驗證協議，通過在物理層集成傳感器以及在網絡層集成區塊鏈技術，提高食品供應鏈溯源的安全性；2019 年，李明佳等[14]從溯源體系頂層架構出發，指出了區塊鏈技術在系統數據庫層與通信層的技術落腳點。

3.2 區塊鏈技術應用建議

3.2.1 區塊鏈平臺的選擇

在Ethereum 和Hyperledger 兩個區塊鏈平臺上均可以實現食品溯源應用的開發[9-10,15]。在網絡延遲和CPU 負載方面，Hyperledger 相比于Ethereum 有更好的性能，但Ethereum 具有更高的靈活性和可靠性。因此在選擇區塊鏈平臺時，應考慮屬性與能力，選擇更契合的平臺。

3.2.2 區塊鏈平臺評價標準

現有的相關研究多集中于系統的設計及優化，有部分文獻在區塊鏈平臺上對所設計的系統架構進行了深入研究，文獻均聲稱實現了食品的可追溯性，但尚未有文獻對所設計系統實現可追溯性的質量進行明確說明。筆者認為，研究學者將焦點集中于區塊鏈技術為溯源系統帶來安全性的同時，應該考慮到所設計系統實現可追溯性的質量。對此，分別從系統性能和追溯質量方面提出了一些評價標準，如表2 所示。

表2 追溯系統評價標準表

3.2.3 區塊鏈技術的安全性保障

現有文獻中，學者們在設計系統時因為區塊鏈技術固有的安全性，便默認所設計的系統也是安全的，這一想法有失偏頗。實際上，在整個溯源系統架構中，除了區塊鏈涉及的部分之外，仍然需要依靠諸如RFID標簽、傳感器等諸多物聯網設備來掃描跟蹤食品的狀態數據。因此，若不能保證傳感器以及傳感器與區塊鏈之間通信網絡的安全性，數據在上傳區塊鏈的過程中便可能被篡改，導致數據不可靠。因此，在設計基于區塊鏈技術的食品溯源系統時，應對所設計架構的安全性進行全面分析，對存在安全隱患的部分設置相應的防御措施，如對RFID 讀寫器與標簽之間的通信進行加密等，而實際需采取的措施還應根據具體的系統架構來決定。

4 結論

本文總結分析了區塊鏈技術在食品溯源領域的研究現狀，并基于研究現狀提出了區塊鏈技術應用的相關建議，以期為相關研究提供啟發與借鑒。