基于區塊鏈的農產品供應鏈溯源管理研究

朱盼盼 張予倩 康豫 陳晨

摘 要：針對目前農產品溯源體系中存在的數據真實性、完整性難以保障，溯源數據共享傳遞效率低，監管協作機制不完善等問題，將區塊鏈技術與農產品供應鏈相結合，構建基于區塊鏈的農產品供應鏈溯源方案，實現農產品供應鏈數據正向跟蹤和逆向溯源、數據加密保證不可篡改及安全運行，保障農產品質量，增強消費者對農產品的信心，革新農產品供需關系。

關鍵詞：農產品；供應鏈；區塊鏈；溯源

高效可靠的農產品追溯體系能夠全面、準確追溯產品整個生命周期，提高產品質量管理水平，為消費者提供可靠信息，及時回應消費者關切，對于確保產品質量、增強消費者信心及農業健康生態的構建具有重要作用。然而，目前溯源系統存在溯源數據集中存儲、信任感低且安全性受限等挑戰，使得真正發揮溯源價值變得相當困難。傳統農產品溯源系統存儲節點單一，數據偽造、篡改成本低，可信度低。數據采集方面，農產品追溯管理的基礎是采集錄入完整、真實的信息，然而，受限于數據錄入者的素質，源頭數據質量難以保證，參與主體可能因為自身利益，故意錄入虛假信息，僅僅依靠個體的自覺性來保障信息安全是極為不現實的。此外，農產品供應鏈上的溯源信息為各個獨立個體所擁有，溯源信息共享效率低。再者，溯源過程監督體系不夠完善，供應鏈各環節職責界限模糊，缺乏統一有力的監管部門和信息反饋平臺，導致溯源過程難以真實反映，難以實現準確有效監管。

區塊鏈憑借其去中心化、公開透明、加密保護和防篡改的特點，在產品可追溯性方面具有不可比擬的優勢，不僅可以有效克服中心化追溯系統諸多痛點，提升產品溯源信息準確性，而且利用智能合約可以縮短流通時間，提升產品新鮮度，優化流通價值鏈?；趨^塊鏈的農產品溯源具有全流程跟蹤記錄、鏈上信息不可篡改、方便共享等優勢，為供應鏈場景下實現農產品可追溯提供了新思路。全程跟蹤記錄，可為農產品質量管控提供更多支持?；趨^塊鏈的信息生成方法，將產品從生產、加工、運輸、銷售等環節的數據打包成塊，加上時間戳，形成區塊鏈，與農產品的供應鏈流程完美融合，可實現全程跟蹤記錄。傳統溯源系統中的數據只存儲到一個中央數據庫中，數據容易被篡改，安全性較低?；趨^塊鏈的農產品溯源系統中，數據存儲在多個節點，相互監督，彼此制約，在提高溯源效率的同時，增加了數據篡改難度，保證產品追溯數據的可信度。區塊鏈的實時記錄、不可篡改和公開透明特點，使得監管機構和消費者一旦發現產品安全問題，可以通過查詢產品溯源信息，追根溯源，實現源頭可查、責任可查，形成產品質量管控全過程管理，促進行業自律。

一、國內外發展現狀

（一）農產品溯源發展

農產品溯源起源于歐盟的“瘋牛病”事件，瘋牛病暴發給農業帶來了巨大的負面影響，也給歐盟各國食品監管部門帶來巨大壓力。為了扭轉這一局面，歐盟于1997年開始研究建立牛肉相關產品的核查和登記制度，追溯從養殖到銷售的全過程信息，助力快速識別問題食品的范圍和責任，實現快速召回，保護消費者權益。我國于1995年通過《中華人民共和國食品衛生法》，對全國食品衛生工作做了全面部署。進入21世紀以來，先后發生了多起影響消費者身體健康的食品安全事件。為此，我國加大了食品安全追溯制度建設力度。2022年，完善農產品全產業鏈質量安全追溯體系寫入中央一號文件。

（二）區塊鏈在農產品溯源中的應用

區塊鏈憑借其技術優勢，為農產品供應鏈溯源提供了新思路，國家在政策上給予了較大鼓勵和支持。2017年國務院《關于積極推進供應鏈創新與應用的指導意見》指出，利用區塊鏈技術建立供應鏈信用評價機制。2019年國家互聯網信息辦公室《關于第一批境內區塊鏈信息服務備案編號的公告》中指出，基于區塊鏈的溯源應用是重點方向。2021年工業和信息化部、中央網信辦聯合發布《關于加快推動區塊鏈技術應用和產業發展的指導意見》，明確要將區塊鏈應用滲透到經濟社會多個領域，在產品溯源、數據流通、供應鏈管理等領域培育一批知名產品，形成場景化示范應用。同年，農業農村部《關于拓展農業多種功能促進鄉村產業高質量發展的指導意見》要求把區塊鏈技術引入農業產加銷各個環節。

二、基于區塊鏈的溯源管理

（一）用戶需求分析

農產品溯源可分為前向傳遞信息溯源和后向信息溯源。其中，前向溯源是從生產者到消費者的信息溯源，可以直觀地記錄農產品流通過程；后向溯源是指當發生食品安全問題時，從供應鏈終端消費環節追溯農產品供應鏈信息，從而快速確定發生問題環節及對應的相關負責人。按照參與主體的不同，農產品供應鏈溯源用戶可分為企業需求、監管需求和消費者需求。對于企業，溯源系統最重要的作用是為顧客提供可信來源證明，提高產品競爭力，提升品牌效益；對于消費者，重要的是可以利用溯源系統獲取可靠信息，驗證產品質量，當發現產品存在質量安全問題時，可以及時向有關部門投訴；對于監管者，重要的是要借助溯源平臺對問題產品及時召回，完成追責，規范企業行為。

（二）區塊鏈技術選擇

區塊鏈按照應用方式及訪問管理權限可以大致分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈三種。其中，公有鏈也稱為無許可區塊鏈，任何來自不同背景的成員和組織都可以參與到系統中進行交易、挖掘和參與系統維護工作。整個區塊鏈網絡中沒有確定的驗證節點，因為它對所有成員都是公開透明的，所有用戶都可以訪問。這種完全授權的方式允許網絡中的每個成員可以在任何時候檢查區塊鏈的任何部分，驗證區塊鏈中數據的正確性。私有鏈在準入原則上與公有鏈相對立，整個系統權限由單個組織或者私人控制，私有鏈被用于多個組織之間私有數據的交換和共享，整個網絡傾向于集中化，由控制規則的組織或個人決定哪些節點可以參與。相對于公有鏈，私有鏈無須花費很多的資金和算力來達成共識，更廉價、快速。聯盟鏈是一種在準入原則上處于公有鏈與私有鏈中間的區塊鏈形式，整個區塊鏈系統不是由單個組織控制的，但也不是完全開放的，而是由多個機構或組織聯合管理的，每一個組織或機構都分別操作著一個或多個節點，共同維護區塊鏈網絡。三種類型的區塊鏈各有千秋，需要針對不同的應用場景選擇合適的區塊鏈類型，公有鏈適用于需要更高穩定性與安全性，但是不追求較高交易速率的場景；對于強調隱私性、內部監督及交易速率的應用場景，私有鏈或者聯盟鏈更為適宜。本研究結合農產品供應鏈特點和溯源業務需求，選擇構建以供應鏈多元主體組成的聯盟鏈為基礎的溯源體系。

（三）溯源方案構建

圍繞產品全生命周期涉及的所有節點及關鍵質量信息，選擇符合其特點和用戶需求的區塊鏈平臺，構建由供應鏈中多元主體參與的聯盟鏈，其溯源架構如圖1所示。

采集層結合物聯網技術，獲取產品質量所有相關數據。數據層由區塊和數據庫組成，將區塊鏈接組成區塊鏈，進行數據存儲。存儲主要采用關系型數據庫與區塊鏈相結合的方式進行。網絡層負責各節點間的數據通信。共識層多個節點共同驗證交易的共識機制保證系統的安全性和穩定性，提高系統運行效率。合約層自動執行滿足約定條件的交易，并將其交易信息上鏈共享。應用層提供滿足其需求的統一信息查詢、數據錄入等服務支持，向不同用戶提供不同的功能。信息錄入系統中涉及生產、加工、運輸和銷售等。生產環節主要的參與主體是農戶，農戶負責將產地信息，澆水施肥、采摘等生產信息上傳錄入區塊中，利用數字簽名技術對其進行驗證，經過驗證后的信息在整個區塊鏈上同步保留、存儲。加工環節主要的參與主體是加工商，加工商對來自生產環節的農產品進行初加工或深加工，并將信息進行更新上鏈。物流環節主要的參與主體是物流商，物流商將產品位置移動、運輸方式、環境等數據上鏈共享。銷售環節主要的參與主體是銷售商和消費者。銷售環節信息溯源不僅有助于品牌培育、提高產品競爭力，而且基于消費信息的分析，可挖掘客戶需求，提供個性化服務，提高消費者滿意度，促進銷售。借助信息查詢系統，消費者可查詢農產品全生命周期信息，政府可以進行正向追蹤、反向追溯，對問題產品倒查追責。基于農產品供應鏈溯源邏輯設計智能合約，滿足約定規則時可自動執行。符合要求的企業注冊登錄上傳數據，農產品生產商、加工商和銷售商信息上鏈之后，消費者和監督部門可以利用溯源碼在查詢頁面查看溯源的相關信息。

（四）系統功能測試

通過系統功能測試可驗證農產品供應鏈溯源系統能否實現供應鏈數據正向跟蹤和逆向溯源、數據加密保證不可篡改及安全運行。滿足要求的企業用戶進行注冊登記，借助共識機制和智能合約，進行數據上傳共享，并同步到所有分布式賬本中，審核驗證。對農產品供應鏈生產企業的各個生產環節按生產先后關鍵順序，進行數據采集、數據登記畫像、上鏈存證，通過成品賦碼，形成區塊鏈溯源一物一碼。在倉儲流通銷售過程中，采集倉儲流通過程上鏈，對應一物一碼實現關聯，并在銷售時對接銷售系統，記錄銷售訂單編號、銷售時間、銷售方、購買方相關信息，實現全過程可信追溯，供消費者查詢和監管部門抽查，及時確認問題產品責任主體。

三、結語

本研究針對傳統農產品供應鏈溯源系統中存在的問題，結合農產品供應鏈特點，引入區塊鏈技術，提出基于區塊鏈的農產品供應鏈溯源方案，滿足產品生產、加工、運輸、銷售、消費、監管等各方關于農產品質量把控和溯源的業務需求，以有效提高農產品溯源的精準度、安全性和運行效率。

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