區塊鏈在溯源領域的應用

劉宗媛，劉曦子

〔1.賽迪（青島）區塊鏈研究院，山東青島 266000；2.賽迪智庫網絡安全研究所，北京100846〕

1 引言

溯源是一個能夠連接產品生產、檢驗、監管和消費各個環節的生產控制系統，能夠對產品進行正向、逆向、不定向的追蹤管理，實現產品來源可查詢、去向可追蹤，保障了產品的質量安全。中國的消費市場正在進入一個全新的可追溯時代，產品溯源成為社會上的熱點問題。國家治理層面正在強調“可追溯”在產品方面，尤其是食品與藥品安全等領域，以及市場監管中的作用。截止到2019年10月，我國已頒布的溯源相關政策法律法規有15項。其中，《重要產品追溯追溯術語》《重要產品追溯追溯體系通用要求》《重要產品追溯追溯管理平臺建設規范》《重要產品追溯交易記錄格式總體要求》《重要產品追溯核心元數據》《重要產品追溯產品追溯系統基本要求》等六項重要產品追溯國家標準在同一天發布實施。

在行業規模上，根據商務部統計，全國58座大中型城市已建成肉菜流通追溯體系，覆蓋8萬余家企業、50萬余家商戶，品種涉及豬牛羊雞肉、數百種蔬菜水果及水產，中央管理平臺累計接收追溯信息66.6億條，日均接收追溯信息450多萬條。截至2019年10月，通過在全球企業庫中統計查詢溯源的相關企業，目前存續狀態的企業多達1000家。

在技術創新上，現有的溯源技術分為兩大類，一類是標簽類，另一類是系統集成類。標簽類的溯源技術主要有三種：一是條碼加上產品批次信息（如生產日期、生產時間、批號等）；二是二維碼，消費者只需要通過帶攝像頭的手機拍攝二維碼，就能查詢到產品的相關信息；三是RFID無線射頻技術，在產品包裝上加貼一個帶芯片的標識，產品的流向都可以記錄在芯片上。系統集成類的溯源解決方案主要包括企業自建平臺、第三方云平臺及政府建立的溯源平臺三類。

表1 我國溯源相關政策法律法規梳理

盡管重要產品追溯的國家標準已經制定完成，但是市場上假冒偽劣、以次充好的現象屢見不鮮，例如疫苗事件、紅心鴨蛋事件、三鹿奶粉事件等，迫切要求廣大企業利用信息技術為產品提供質量保證。這是因為目前現代食品種養殖、生產等環節繁復，食品生產加工程序多、配料多，食品流通進銷渠道復雜，出現食品安全問題的概率大大增加，相應的追溯和問責的難度也在不斷上升。

2 溯源行業存在問題

2.1 溯源信息易被篡改

目前，普遍采用的溯源技術解決方案，不論是標簽類還是系統集成方案類均采用中心化架構。中心化的溯源系統無法自證清白，這是目前溯源行業的根本問題。傳統溯源行業的系統數據庫主要是企業自建的數據庫中心或者系統技術服務方提供的云數據庫，數據控制管理權集中在企業方。因為其自身是流轉鏈條上的利益相關方，所以存在著企業篡改賬本，使溯源流程失效的可能性。當問題產品出現或者對賬本信息不利時，可以對溯源數據進行修改或刪除，存在故意規避自身責任的漏洞風險。同時，面臨著外部風險，存在黑客攻擊系統數據庫的安全隱患，將數據進行盜取來進行真數據假產品的市場仿冒惡劣手段。

2.2 供應鏈上數據信息共享不充分

目前，產品溯源的覆蓋范圍有限，絕大多數產品溯源只延伸到產品深加工階段，沒有涉及原材料溯源及物流運輸溯源領域。究其根源在于供應鏈上的各個供應商、物流商、生產商、零售商信息封閉，各自管理系統獨立運行，難以建立多方共同信任體系和隱私保護體系，信息孤島現象嚴重，導致中心化的溯源手段無法沿供應鏈條延伸，降低了傳統溯源方法的真實性和公信力。

2.3 溯源信息責任主體難確定

溯源體系建設要達到責任可究的目標，但是傳統溯源行業無法自動確認責任主體和問題的根源，仍然需要依靠監管部門的執法和企業內部的質量安全控制，系統真正要確定責任的時候還是要靠人來管理。因此，存在數據不對稱、監管不及時的現象，當產品出現質量事故、食品安全問題時，生產企業作為責任主體方，要承擔相應的社會責任與法律責任，但是生產企業擁有溯源數據的唯一控制權，無法避免企業為了逃避責任選擇修改或刪除溯源數據的情況發生，因此無法確認具體的責任主體，最終將無法對問題產品進行針對性的處理。

2.4 用戶信任難以建立

我國食品工業起步晚，現行的食品安全國家標準1600余項，其中推薦性標準1200余項，強制性標準400余項，我國食品安全主要指標數量與西方發達國家基本相當，但是強制執行標準數量比例較低。標準約束力低下導致了市場經營的誠信度不足，以及行政監管不力、監管體制存在漏洞等問題存在。難辨別、難溯源的假冒偽劣產品，不僅侵犯了消費者的權益，在食品、藥品領域甚至威脅到了人們的生命安全。食品安全事故頻發，已經嚴重打擊了中國消費者對食品安全的信心，用戶信任難以建立。

3 區塊鏈如何賦能溯源行業

區塊鏈通過加密算法、點對點網絡、共識算法等技術體系，為交易雙方提供了一種安全、高效、可靠、透明的商業交易模式。區塊鏈技術以特定的方式形成了一種新的去中心化數據記錄與存儲體系，并給存儲數據的區塊鏈打上時間戳使其形成一個連續的、前后關聯的信任的數據系統，這種系統的架構與溯源的行業特征天然契合，使得區塊鏈技術更易應用于溯源行業。

3.1 區塊鏈能夠保證溯源數據的完整性、真實性、連續性

區塊鏈是區塊按時間順序生成、以鏈的方式組合在一起的分布式賬本系統，一旦新區塊完成共識并加入到區塊鏈上，則記錄的數據就再也不能被改變或刪除，保證了數據庫的完整性和真實性。區塊鏈利用時間戳、共識機制等技術手段，保證了溯源環節上各企業節點上鏈數據的真實不可篡改。應用了區塊鏈技術的“去中心化分布式記賬法”將所有信息公開記錄在“公共賬本”上，并只能錄入無法修改，同時通過復雜的加密算法，使得數據難以被攻擊和篡改。

3.2 區塊鏈有助于打破多部門、多業務主體之間的信息孤島

區塊鏈有助于打破供應鏈上的各個供應商、物流商、生產商、零售商之間的信息壁壘，建立溯源多主體之間的協同業務處理系統。區塊鏈通過自身分布式架構體系以及相應的共識協議、激勵機制，把溯源數據存儲在每一個參與數據共享的企業節點上，且參與的企業節點都會記錄結果并進行驗證，這樣就構建了一個全網共識、全網監督的共享賬本，所有參與方都能夠實時訪問網絡上的數據。利用區塊鏈的共有數據、防篡改、分布式和數字化合約的特點，能夠將復雜的業務層面協調問題，轉化為技術層面的數據流通問題，溯源產品全生命周期上鏈可以提供信息的全程可查詢，有效地解決多部門信息協同的難題，使得商品、物流等溯源數據公開透明，降低溝通協作成本。

3.3 區塊鏈公開透明的數據賬本有利于政府和消費者進行溯源監管

應用區塊鏈技術構建商品供應鏈全行業共享賬本后，消費者以及第三方機構能夠隨時監測各個節點數據的傳輸與流通，保證了存儲數據受多方監督，降低了審計和合規性的成本，有利于政府和消費者進行溯源監管，達到責任可究的目標。

3.4 區塊鏈能夠為傳統溯源行業建立多方共識下的用戶信任機制

為了實現商品來源可查、去向可追、責任到人的用戶需求，越來越多的企業和地方政府都在積極建設和參與商品安全追溯體系。只要將商品追溯信息實時上傳到區塊鏈上，每個節點都將不可更改和刪除，最大程度確保溯源信息的真實性和可信度。鏈上的任何業務流程都需要經過全網參與主體的認證、共識，這樣就形成了一個全網監督互信、共同維護治理的溯源系統。數據記錄者在每一個區塊中都蓋上一個時間戳來記賬，標志信息的錄入時間，而且所有的網絡節點都能夠獲得上鏈數據，任何人想要篡改都需要再次獲得全網共識，這樣就形成了一個基于技術的信任體系。區塊鏈溯源可以解決商品在生產、加工、物流、銷售等流通過程當中的信息傳遞和信任問題，有助于建立用戶信任機制。

4 區塊鏈溯源技術解決方案

4.1 業務流程

溯源應用的業務從開始到結束的整個過程中，包含生產、行業、城市、區域、用戶等多個節點和原料、工廠、物流、倉儲、零售、購買與展示等諸多環節。要想對業務應用進行溯源追蹤，需要對溯源應用的生命周期進行管理。

圖1 區塊鏈溯源業務流程示意圖

具體而言，區塊鏈溯源的應用模塊包括針對區塊鏈的數據存儲基礎設施的溯源平臺、針對數據生產方的多渠道數據交互的業務系統、針對用戶的溯源應用的溯源查詢以及針對監管方的審計通道的第三方系統。

基于區塊鏈的高可靠性、分布式數據庫的溯源平臺模塊：主要負責提供數據的存儲、查詢及日志保存等基礎業務；針對數據生產方多種數據交互渠道的業務系統模塊：主要負責各個數據生產方能夠完成數據同步、數據上鏈、數據查看等重要工作；針對用戶的溯源終端程序溯源查詢模塊：主要負責提供可訪問數據接口，如桌面網站、移動APP、微信小程序等多類型應用；針對監管機構、數據分析機構等溯源數據需求群體的第三方程序模塊：主要負責提供多種數據版本。

4.2 技術架構

區塊鏈溯源應用總體技術架構分為四個層級結構，這些層級描述了區塊鏈溯源應用當中典型的功能模塊。同時，為了保證區塊鏈溯源的完備性，還需要對參與的主體進行可信身份認證，保證溯源數據有對應的產生主體；監管服務開放了對外接入政府、企業等溯源系統的接口，保證了區塊鏈溯源的可擴展、可跨鏈等。區塊鏈技術溯源應用的總體架構圖如圖4所示。

圖2 區塊鏈溯源的應用模塊

基礎服務層提供了基本的互聯網基礎設施及信息服務，采用云計算基礎設施為上層架構組件提供了運行環境，物聯網能夠可信采集源頭溯源數據，區塊鏈保證溯源數據的真實性，最后結合其他技術，對溯源數據進行安全存儲、分析、計算，提供高效、精準的數據服務。

核心技術層是區塊鏈溯源系統的核心組成部分，是集中應用區塊鏈核心技術組件的地方。共識機制與分布式賬本保證了網絡的分布式一致性和公開透明性，智能合約實現了業務的緊耦合，減少人為操作，輔以其他技術保證區塊鏈技術的安全、可控、可視等。

服務層為區塊鏈溯源應用提供了區塊鏈相關服務，保證了服務的高可用性、高便捷性。通證作為區塊鏈服務特色體系，能夠為企業提供更加豐富的服務場景，提高用戶的參與度與粘性度，也是眾多企業在設計區塊鏈溯源時的重要一環。

應用層是溯源數據的輸入輸出端口，企業與個人可以上傳溯源數據，消費者可以掃碼接收溯源數據，同時也可以接入物聯網設備、企業其他管理系統，是區塊鏈溯源系統與外界的接口。區塊鏈技術在“基礎服務層”和“核心技術層”有重要作用。在其他層級主要依托于成熟的IT技術。

5 區塊鏈溯源應用案例

5.1 京東：扶貧跑步雞

圖3 區塊鏈通用技術架構

（1）基本介紹：京東利用對產品防偽和全程追溯體系豐富的業務經驗，針對每個商品，記錄從原材料采購到售后的全生命周期閉環中每個環節的重要數據。通過物聯網和區塊鏈技術，結合大數據處理能力，與監管部門、第三方機構和品牌商等聯合打造防偽和全鏈條閉環大數據分析相結合的防偽追溯開放平臺。平臺基于區塊鏈技術，與聯盟鏈成員共同維護安全透明的追溯信息，建立科技互信機制，保證數據的不可篡改性和隱私保護性，做到真正的防偽和全流程追溯。

（2）技術方案：京東區塊鏈防偽溯源的技術框架共六層，包括存儲層、基礎組建層、功能層、管理層、訪問層和用戶層，如圖4所示。

使用區塊鏈聯盟鏈方式存儲參與主體相關數據，通過組件化形式靈活配置相應功能，包括數據采集、數據傳輸、交易查詢、溯源碼管理、商品管理等功能，為用戶端和租戶端提供相應的模塊化管理，同時可以為用戶提供應用場景的服務。目前，京東已形成了一整套專業防偽追溯與互動營銷整體解決方案，打造了適用于種植與養殖企業、品牌商、第三方機構、政府監管等多主體不同應用場景，支持跨主體信息采集，將商品生產、加工、包裝、出廠等信息，結合京東倉儲出入庫、訂單、物流等信息，實現商品全程品質信息可追溯。京東借助區塊鏈服務平臺—智臻鏈，組建防偽追溯聯盟鏈，共建共享可信安全數據環境。

（3）應用成果：一是已形成全流程追溯體系解決方案，從原料、工廠、物流、倉儲、零售、購買和展示全流程信息覆蓋。防偽溯源已覆蓋多個品類。目前，已經與超過500家國內外頂級品牌商開展合作，在生鮮、農業、母嬰、高端酒類、美妝、3C二手、全球購、奢侈品、線下商超等應用場景已形成落地解決方案。二是與政府及第三方機構開展合作，形成合力。2017年6月，聯合商務部、農業部、工信部、國家質檢總局成立京東品質溯源防偽聯盟；2017年7月，聯合跨國品牌、海關商檢成立跨境溯源聯盟，通過協同合作，致力于搭建一個跨境商品精準追溯的生態體系；為促進消費品產品質量提升、品牌建設，京東與工信部消費品工業司于2017年10月開展合作，共同推進乳制品追溯體系建設；2017年10月，京東與商務部簽署戰略合作協議，雙方將在數據共享、精準扶貧、防偽追溯、供應鏈創新應用等方面形成政企合力，服務經濟發展大局，支持宏觀決策和改善民生，通過多領域、多層次合作，深化數字商務實踐，推動電子商務提質升級，助力供給側結構性改革；2018年1月，京東與北京商務委開展戰略合作共建重要產品追溯體系；2018年4月，京東與檢科院簽署戰略合作協議，雙方將著眼于行業發展，通過質量戰略合作，把線上消費渠道的產品質量管理水平推向一個新高度，促進行業規范化發展。產品銷量呈爆發式增長。區塊鏈防偽溯源這一技術的創新為商品提供品質保障，618期間售出的防偽溯源商品同比增長超過200倍，為消費者的品質購物保駕護航。

圖4 京東區塊鏈防偽溯源的技術框架

5.2 太一云：中國食品鏈平臺

（1）基本介紹：中國食品鏈平臺從食品領域出發，以食品安全溯源為出發點，通過區塊鏈技術手段和區塊鏈治理思想結合的方式，建立一個面向全球的安全可信、可追溯的食品生產和流通體系，推動中國食品行業轉型升級。

（2）技術方案：中國食品鏈平臺采用太一云自主開發高效的底層區塊鏈平臺，平臺架構設計以數據存證和通證模型為兩個主要的核心，安全可靠地集成了通過權威第三方測試的太一云超導網絡，擁有多項專利產權，平臺在保證上層應用的性能需求同時，對接口進行抽象和封裝，支持用戶更靈活的構建應用。同時，采用食品護照對產業鏈企業和消費者進行可信身份認證與登記，采用衛星授時與定位技術，以靜態數據與動態數據相結合的方式，對食品的生產加工與流通進行追蹤，并按照時間戳順序記錄食品交易轉移行為，實現食品信用信息不斷的傳遞，保障食品的安全與可信。

（3）應用成果：平臺已經完成對贛南臍橙、新疆大棗、五常大米、青海野生黑枸杞、安華黑茶等產品的信息上鏈溯源，正在籌備更多產品的上鏈溯源，以這些產品以及企業為基礎，逐步構建起食品行業信用體系，解決食品安全問題。

5.3 智鏈：區塊鏈大農場平臺

（1）基本介紹：由智鏈（ChainNova）設計的“區塊鏈大農場”平臺是要通過溯源信息解決食品安全問題，實現快捷便利流通以及提高農民真實收入。利用的物聯網設備包括智能化的育苗大棚、水田環節采集設備、蟲情測報儀、作物長勢監控設備、視頻監控設備等，覆蓋了糧食生產的各個環節，可采集到空氣環境、作物生態參數、水環境參數、氣象環境參數、視頻等多種信息，實時獲取的信息直接上鏈，能夠提供真實的第一手數據。種植階段的這些數據經過離線分析還會反饋給生產現場為作物生長提供合適水、肥等環境。

圖5 中國食品鏈平臺架構圖

（2）技術方案：智鏈設計了“區塊鏈大農場”平臺基礎架構，區塊鏈技術在整個“區塊鏈大農場”平臺架構中處于底層，而整個“區塊鏈大農場”的業務還嵌入了實時計算、大數據處理、人工智能等模塊。此外，由于大農場將會產生巨大的數據量以及并發數據，必須有高效的實時計算和大數據平臺來承載對接IoT（Internet of Things），而為了讓用戶更好的認知整個溯源歷史，同時在大數據的基礎上做了數據可視化等。智鏈“區塊鏈大農場”溯源平臺的整體架構圖如圖6所示。

（3）應用成果：目前區塊鏈大農場平臺主要用于北大荒高度組織化的“基地+農戶”的經營模式上，北大荒1,296萬畝黑土地、覆蓋3萬多農戶、40萬多種植工人、9種IoT采集標準、112個電子表單、63個種植標準、23個風險點閾值、1639個細節字段、55個關鍵節點的農業大數據與區塊鏈結合，激活北大荒農業大數據的沉睡價值。

5.4 海爾：食聯網平臺

（1）基本介紹：海爾食聯網平臺是基于海爾食聯網生態，使用“區塊鏈+物聯網”技術為用戶打造的健康生活物聯網平臺。針對目前食品溯源行業鏈條不統一、成本壓力大、假溯源魚目混珠的現狀，平臺匯集各行各業的優秀企業，成立溯源聯盟。共同梳理行業內及行業間協同問題，解決問題，實現聯盟成員間的良性互動，開展協同創新、標準創制、運營工作，保證溯源業務的持續性和規范化。

該追溯平臺通過區塊鏈搭建公平、透明的安心食材增值風險生態。有效地保護用戶及生態資源各方的數據安全，有效加強聯盟間信任度、減少信任摩擦。生態各方根據權重建立聯盟節點，通過事前預設的智能合約自動分享生態增值，實現生態多方得利的商業模式。平臺銷售的生態產品全流程可溯源，建立優勝劣汰的生態規則和全網用戶驗證的交互體系，持續迭代和優化生態，實現“良幣驅逐劣幣”的良好競爭氛圍，讓用戶放心購、安心食。

（2）技術方案：底層基礎，通過基礎架構優化、智能合約擴展、服務端接口包裝以及智慧化容器管理等策略引入，完成平臺的安全性，擴展性和易用性等多方面升級。

基于易用性的原則，平臺支持區塊鏈節點的一鍵生成、一件啟停。同時，為了滿足擴展性需求，平臺在提供標準化智能合約模板的同時，為用戶提供了自定義合約開發在線IDE（Integrated Development Environment，集成開發環境）。在運維監控方面，打造以聯盟鏈為單位的區塊鏈瀏覽器，提供節點信息、區塊信息及交易信息的查詢。

圖6 “區塊鏈大農場”溯源平臺架構圖

圖7 技術架構圖

（3）應用成果：目前，食聯網食品溯源資源方已擴展到40家農場、溯源生態產品達到139個、2家認證機構、3家檢測機構以及超過10條銷售渠道，受眾用戶達到100萬以上，預計生態收入達到2000萬元。

6 結束語

隨著人類物質生活的逐漸提高，人們的關注點已經從“量”向“質”在發生巨大的變化。同時，在各類產品、品牌迅速集聚的社會，如何保證產品的質量也是各類廠商關注的重點問題。展望未來，在溯源領域，產品全生命周期追溯將成為重要發展方向，多種技術融合發展成為趨勢，區塊鏈溯源應用的商業化進程加速。