區(qū)塊鏈技術(shù)在葡萄酒產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中的研究與應(yīng)用

摘要：該文分析了當(dāng)前葡萄酒供應(yīng)鏈管理面臨的挑戰(zhàn)，包括復(fù)雜性、信息不對稱、假冒偽劣葡萄酒泛濫以及可追溯性和透明度不足等問題。隨后，詳細探討了區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)細節(jié)。基于實際需要，闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在葡萄酒供應(yīng)鏈中的具體應(yīng)用，涵蓋了供應(yīng)鏈信息記錄與管理、溯源與認證、防偽與品牌保護以及智能合約的應(yīng)用。旨在利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決葡萄酒供應(yīng)鏈管理的問題，提高可追溯性和透明度，同時增強品牌保護和質(zhì)量認證。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)；葡萄酒供應(yīng)鏈；可追溯性

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.048

中圖分類號：TP 311.13" " " " " " " " "文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-0-03

Research and Application of Blockchain Technology in the Supply Chain of Wine Industry

WEI Jianglong， ZHANG Yutong

（Ningxia Hope Information Industry Co.， Ltd.， Yinchuan 750002， China）

Abstract： The article analyzes the challenges faced by current wine supply chain management， including complexity， information asymmetry， proliferation of counterfeit and inferior wines， and insufficient traceability and transparency. Subsequently， the key technical details of blockchain technology were discussed in detail. Based on practical needs， this article elaborates on the specific application of blockchain technology in the wine supply chain， covering the recording and management of supply chain information， traceability and authentication， anti-counterfeiting and brand protection， and the application of smart contracts. Intended to use blockchain technology to solve the problems of wine supply chain management， improve traceability and transparency， while enhancing brand protection and quality certification.

Keywords： blockchain technology; wine supply chain; traceability

1" "當(dāng)前葡萄酒供應(yīng)鏈面臨的挑戰(zhàn)

1.1 信息不對稱

信息不對稱是葡萄酒供應(yīng)鏈管理面臨的另一個重要問題。在供應(yīng)鏈中，不同環(huán)節(jié)的參與者擁有不同的信息和數(shù)據(jù)。這種不對稱可能導(dǎo)致信息不足或不準確的情況，使得供應(yīng)鏈中的各個環(huán)節(jié)難以協(xié)調(diào)一致[1]。

1.2 假冒偽劣葡萄酒

葡萄酒市場上的假冒偽劣產(chǎn)品問題一直存在，并嚴重損害了品牌聲譽和消費者信任。制假者往往會偽造葡萄酒的產(chǎn)地、品質(zhì)和來源信息，使得消費者難以分辨真?zhèn)巍．?dāng)前的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)難以確保葡萄酒的真實性，因為傳統(tǒng)的追溯信息可能容易被篡改或偽造。這使得保護品牌和確保葡萄酒質(zhì)量成為了一個重大挑戰(zhàn)。

1.3 可追溯性和透明度不足

供應(yīng)鏈中的可追溯性和透明度問題也是當(dāng)前葡萄酒供應(yīng)鏈管理面臨的挑戰(zhàn)之一。消費者越來越關(guān)心葡萄酒的來源、生產(chǎn)條件和質(zhì)量保證。然而，傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈系統(tǒng)往往無法提供足夠的信息來滿足這些需求。供應(yīng)鏈中的信息記錄分散，不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)難以整合和共享，導(dǎo)致了可追溯性和透明度的不足。這使得消費者難以獲得他們所期望的關(guān)于葡萄酒的信息，同時也影響了供應(yīng)鏈的管理水平。

2" "區(qū)塊鏈技術(shù)細節(jié)

2.1 區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是其技術(shù)基礎(chǔ)之一，它采用了鏈式的數(shù)據(jù)組織方式。每個區(qū)塊包含了一定數(shù)量的交易數(shù)據(jù)，而區(qū)塊之間通過哈希值相互鏈接，形成了一個不可篡改的鏈。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證了交易的順序性和一致性，同時也確保了數(shù)據(jù)的安全性，因為任何一個區(qū)塊被篡改都會影響后續(xù)區(qū)塊的哈希值，很容易被檢測到[2]。此外，區(qū)塊鏈的分布式特性意味著數(shù)據(jù)存儲在多個節(jié)點上，提高了數(shù)據(jù)的可靠性和抗攻擊性。

2.2 共識算法的選擇

共識算法在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用，其核心目標是確保節(jié)點之間就交易的有效性達成共識。其中，工作量證明（PoW）算法引入了數(shù)學(xué)難題的解決作為確認交易的依據(jù)，具體而言，每個節(jié)點必須找到一個特定的數(shù)字（稱為“Nonce”），使得區(qū)塊頭的哈希值小于一個特定的目標值（難度）。這一過程可以用數(shù)學(xué)公式表示為：H（Block Header + Nonce） lt; Target Value。通過不斷調(diào)整難度目標值，PoW確保了區(qū)塊的平均產(chǎn)生時間約為10 min，同時由于計算難度的增加，確保了網(wǎng)絡(luò)的安全性。與之相反，權(quán)益證明（PoS）算法基于持幣者的權(quán)益（Token Quantity）來確定其被選為區(qū)塊生產(chǎn)者的概率，該概率可以表示為：Probability = （Node's Tokens） / （Total Tokens in Network）。這種數(shù)學(xué)化的方法為PoS提供了一種環(huán)保且高效的共識機制，同時也激勵持幣者積極參與網(wǎng)絡(luò)的維護，從而提高了其安全性。

2.3 加密技術(shù)與安全性

區(qū)塊鏈技術(shù)依賴于先進的加密技術(shù)來保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性。交易數(shù)據(jù)和區(qū)塊的內(nèi)容都經(jīng)過加密處理，確保只有具備相應(yīng)權(quán)限的節(jié)點才能夠訪問和解密數(shù)據(jù)。非對稱加密和哈希函數(shù)等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于區(qū)塊鏈中，提供了強大的安全保障。

2.4 分布式賬本的管理

區(qū)塊鏈的分布式賬本是多個節(jié)點之間共享的數(shù)據(jù)庫，因此需要有效的管理機制。分布式賬本的同步和一致性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)，因為不同節(jié)點可能在不同時間更新數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈通過共識算法來解決這個問題，確保所有節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中達成一致的狀態(tài)[3]。

2.5 智能合約開發(fā)與執(zhí)行

智能合約是區(qū)塊鏈中的自動化執(zhí)行代碼，用于管理和執(zhí)行特定條件下的交易或協(xié)議。智能合約的開發(fā)需要編程技能，并且必須嚴格測試以確保其正確性。一旦部署到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，智能合約將自動執(zhí)行合同條件，無需中介或第三方干預(yù)。智能合約的開發(fā)和執(zhí)行提供了自動化的業(yè)務(wù)邏輯，有助于降低交易成本，加速交易處理，并減少人為錯誤的風(fēng)險。

3" "供應(yīng)鏈信息記錄與管理

3.1 葡萄種植和采摘的信息記錄

區(qū)塊鏈上的每個交易都有一個唯一的交易哈希值，通過SHA-256哈希函數(shù)進行計算，保證了交易數(shù)據(jù)的不可篡改性。這些哈希值通過以下數(shù)學(xué)公式計算：

（1）

交易數(shù)據(jù)包括有關(guān)種植地點、種植者、采摘時間和條件等詳細信息，這些信息被加密和哈希后存儲在區(qū)塊鏈上。只有在網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點都驗證了這些信息的正確性后，交易才能被添加到區(qū)塊鏈上。這通過共識算法（如PoW或PoS）來實現(xiàn)，確保了數(shù)據(jù)的準確性和不可篡改性。

智能合約是另一個關(guān)鍵技術(shù)，它是用于自動執(zhí)行交易的計算機程序。在葡萄采摘完成后，智能合約可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件自動觸發(fā)付款：

（2）

這個智能合約將根據(jù)交易的狀態(tài)自動執(zhí)行，無需人為干預(yù)，從而提高了交易的效率。

3.2 溯源與認證

通過區(qū)塊鏈技術(shù)，葡萄酒供應(yīng)鏈的溯源和認證過程變得更加可信和高效。每個葡萄酒批次的信息都以區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行記錄，其中包括以下關(guān)鍵數(shù)據(jù)：

（1）生產(chǎn)地點（Producer Location）：以地理坐標（緯度和經(jīng)度）的形式記錄，用數(shù)學(xué)公式表示為：

（3）

（2）釀造時間（Brewing Time）：以時間戳（Timestamp）形式記錄，用數(shù)學(xué)公式表示為：

（4）

（3）釀造工藝（Brewing Process）：詳細描述了葡萄酒的制作工藝，包括溫度、壓力、發(fā)酵時間等參數(shù)，這些參數(shù)可以使用數(shù)學(xué)符號表示。消費者可以通過掃描葡萄酒瓶上的二維碼或標簽來訪問區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，使用特定的查詢操作，如Merkle Tree的驗證算法，以確保數(shù)據(jù)的完整性和真實性。Merkle Tree是一種用于驗證大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其根哈希值（Root Hash）通過遞歸地計算交易哈希值而生成，從而確保數(shù)據(jù)沒有被篡改。這一過程可以用如下的數(shù)學(xué)公式表示：

（5）

式中，為所有與葡萄酒批次相關(guān)的交易哈希值。

通過區(qū)塊鏈技術(shù)和數(shù)學(xué)公式的應(yīng)用，消費者可以追溯到葡萄的種植地點和采摘時間，以及葡萄酒的制作過程的細節(jié)，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量和正宗性[4]。區(qū)塊鏈技術(shù)通過不可篡改的數(shù)據(jù)記錄和數(shù)學(xué)驗證方法，提供了高度可信的認證和溯源機制，提升了葡萄酒供應(yīng)鏈的可信度和可追溯性。

（4）運輸和存儲監(jiān)控（Transportation and storage monitoring）。葡萄酒的運輸和存儲條件對其品質(zhì)影響巨大。可將區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備結(jié)合，監(jiān)控運輸過程中的溫度和濕度。這些實時數(shù)據(jù)被記錄在區(qū)塊鏈上，為消費者和監(jiān)管機構(gòu)提供了一個透明、不可篡改的品質(zhì)保證記錄。筆者通過一些模型進行了優(yōu)化，如動態(tài)規(guī)劃，動態(tài)規(guī)劃可以用于確定最優(yōu)的運輸路徑和存儲策略，模型原理如下：假設(shè)有n個階段，每個階段有m個可能的狀態(tài)，需要求出最優(yōu)解。可以定義一個n×m的狀態(tài)值函數(shù)V（i，j），其中i為階段，j為狀態(tài)。狀態(tài)值函數(shù)表示在第i個階段達到第j個狀態(tài)的最優(yōu)值。狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程可表示為：

（6）

式中，k為第（i-1）個階段的狀態(tài)；C（i，j）為從狀態(tài)k到狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移成本或收益。最后，通過反向回溯，筆者確定最優(yōu)解的具體路徑和決策序列。

（5）消費者驗證（Consumer verification）。當(dāng)消費者購買葡萄酒時，他們可以通過掃描瓶身上的二維碼訪問區(qū)塊鏈上的記錄，驗證葡萄酒的產(chǎn)地、釀造信息和運輸歷程。通過所記錄的數(shù)據(jù)，消費者可以確信他們所購買的葡萄酒是真品，并了解其背后的故事。

3.3 防偽與品牌保護

區(qū)塊鏈技術(shù)在葡萄酒產(chǎn)業(yè)的防偽和品牌保護方面具有顯著的應(yīng)用潛力。每個葡萄酒瓶都被賦予唯一的標識符，這個標識符的信息被存儲在區(qū)塊鏈上，其中包括生產(chǎn)地點、生產(chǎn)時間、釀造工藝等詳細數(shù)據(jù)。這個標識符的生成可以使用數(shù)學(xué)公式來確保其唯一性，例如：

（7）

式中，為生產(chǎn)地點的坐標；是釀造時間的時間戳；為葡萄酒的類型。通過這種方式，每個葡萄酒瓶都擁有唯一不可偽造的標識符。當(dāng)消費者購買葡萄酒時，他們可以通過掃描產(chǎn)品上的二維碼或標簽來訪問區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈技術(shù)確保了這些數(shù)據(jù)的不可篡改性，任何嘗試偽造或篡改數(shù)據(jù)的行為都會被立即檢測到。這一過程借助了區(qū)塊鏈中的智能合約，智能合約可以使用如下的數(shù)學(xué)公式進行驗證：

（8）

如果數(shù)據(jù)驗證未通過，智能合約可以自動報警或拒絕交易，從而保護了消費者免受假冒偽劣產(chǎn)品的侵害。這種防偽機制不僅有助于品牌保護，還提高了品牌聲譽和市場信任度。

3.4 智能合約在葡萄酒供應(yīng)鏈中的應(yīng)用

首先，智能合約可以用于自動化付款過程。例如，在葡萄酒交易完成后，智能合約可以自動觸發(fā)付款給供應(yīng)商，而無需涉及第三方金融機構(gòu)或手動支付操作。這減少了支付延遲和風(fēng)險，提高了交易的效率。智能合約可以用數(shù)學(xué)公式表示為：

（9）

其次，智能合約可以驗證供應(yīng)鏈參與者的身份。每個參與者都有一個唯一的數(shù)字身份，這些身份信息存儲在區(qū)塊鏈上，并可以用數(shù)學(xué)符號來表示：

（10）

這確保了只有合法的供應(yīng)鏈參與者才能參與交易，從而增加了交易的可信度和安全性。

4" "結(jié)束語

總之，區(qū)塊鏈技術(shù)為葡萄酒產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈管理帶來了革命性的改變，解決了諸多問題，并為消費者提供了更可靠的產(chǎn)品信息和質(zhì)量保證。葡萄酒產(chǎn)業(yè)可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)更高效、可追溯和可信的供應(yīng)鏈管理，從而提升行業(yè)的整體發(fā)展水平。

參考文獻

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[4] 王璐．MDS公司連續(xù)并購的動因及效應(yīng)分析[D]．南昌大學(xué)，2020．

作者簡介：魏江龍（1989—），男，漢族，陜西渭南人，中級工程師，本科，研究方向為區(qū)塊鏈技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與實踐。

張羽彤（1994—），男，漢族，四川雅安人，本科，研究方向為葡萄酒行業(yè)與區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新融合。