物聯網+區塊鏈助力食品質量安全保障

史亮 張復宏 劉文軍

摘 要：農業供給側改革背景下，應加強果蔬農產品質量安全體系的建設。近年來，物聯網技術在農業方面的應用得到快速發展，使得傳統農業迎來了新的變革，同時區塊鏈技術的出現又彌補了農業物聯網的不足，為農業物聯網數據的存證和溯源提供了依據。通過物聯網+區塊鏈技術不但解決了生產者和消費者信息不對稱問題，也為安全可靠的可追溯性提供了保障。

關鍵詞：農業供給側改革；物聯網；區塊鏈；果蔬農產品；信息不對稱

中圖分類號：S38 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530013

基金項目：2018年山東省自然基金面上項目“基于物聯網情景的果蔬農產品多維管控機制研究”（項目編號：ZR2018MG013）；山東“雙一流 ”獎補資金資助（ 項目編號：SYL2017XTTD08）

*為本文通訊作者引言

2019年中央一號文件再次強調要實施農產品質量安全保障工程，健全監管體系、監測體系、追溯體系。果蔬農產品的安全問題是食品安全領域的重要問題?，F階段我國正處于農業供給側改革關鍵時期，果蔬農產品的質量安全體系建設更是迫在眉睫。這不僅是食品安全的內在要求也是應對國際競爭和適應消費升級的必然選擇，具有現實迫切性。隨著我國經濟的快速發展，消費結構也開始逐步升級，消費者對高品質農產品的需求越來越旺盛。高品質農產品的生產成本較高，由于信息不對稱，普通消費者僅憑主觀難以判斷一個產品的基本信息以及信息的真實性。在我國，果蔬農產品市場是廣泛存在著供求信息不對稱問題，農產品質量安全信號傳遞的失真是造成農產品安全問題的最重要的原因之一；信息在源頭或者傳遞過程中不能保證信息的可靠性和安全性，同時信息的不對稱導致無法實現可追溯性。因此，果蔬質量問題就不斷產生。

1 果蔬農產品質量安全問題的現狀的分析

改革開放以來，農村土地承包的生產方式有效地保障了果蔬農產品的供給，但是粗放式的果蔬生產方式和果蔬質量監管缺失導致果蔬農產品質量安全事件屢屢發生。果蔬農產品的涉及范圍較廣，導致果蔬質量安全的原因錯綜復雜。就種植環節而言，例如種植環境中的土壤、大氣以及水質等一旦出現問題果蔬的農產品質量安全很難獲得保障；而化肥農藥的過量使用，使得果蔬農產品的表面農藥殘留量過高，對農產品的質量造成嚴重影響。從倉儲物流環節來看，由于果蔬農產品具有鮮活易腐的特性，一旦倉儲技術和設備落后，果蔬農產品往往很容易腐爛變質。通風不暢、氧氣和二氧化碳的比例不合適、乙炔的濃度的影響和保鮮劑的違規使用，致使果蔬農產品在倉儲物流環節面臨諸多質量安全隱患。在銷售環節，一旦采用了化學手段進行保鮮，還會對果蔬質量安全問題造成更多不良影響。

而農業物聯網+區塊鏈技術在農業中的運用為上述問題的有效解決提供一套完整的處理方案。果蔬農產品在整個產業鏈的數據是可以利用現代技術采集、傳輸并識別的，換言之果蔬農產品在生產、倉儲物流、消費環節中影響質量安全的因素可以用數據展示出來，從而使消費者可以根據數據來判斷哪些農產品是優質農產品，哪些存在質量安全問題。從而使優質農產品脫穎而出實現優質優價。

2 信息不對稱的產生原因分析

生產者、消費者之間的信息不對稱是導致農產品難以實現優質優價的根本原因。因此，探討信息不對稱引發的原因成為有效管控農產品質量安全的重要核心問題。

2.1 信息不公開導致的信息不對稱

傳統的果蔬供應，消費者無法得知種植環節果蔬生產者使用了多少農藥、農藥的殘留量等；在倉儲物流環節也不可能知曉果蔬農產品被添加了多少防腐劑、食品添加劑、有沒有受到病菌的侵害等信息；銷售環節也很難獲取倉儲的環境以及化學藥劑的使用情況等信息。因此可以說果蔬農產品的質量安全情況，消費者幾乎是一無所知。甚至由于信息不對稱，普通消費者僅憑主觀難以判斷一個產品的價值。比如無公害果蔬和普通果蔬在表面上很難分辨，在信息不對稱的情況下，消費者會逆向選擇，選擇普通蔬菜，甚至會選擇農藥以及保鮮劑超標的不合格農產品，致使優質產品被淘汰，劣質農產品逐漸占領市場。同時信息的不對稱也導致無法實現農產品的可追溯性。

2.2 信息不可靠導致的信息不對稱

2.2.1 數據綁定不可靠

現實世界中的物體無法和數字世界中的物體綁定，不能形成唯一的標識，易于被偽造和復用。雖然有些農產品標簽標注了種植地等的基本信息，但這種標簽不是物體與數字的映射，一旦生成將不能添加、修改，這種標簽可以被復制或者被非法者用在別的農產品上以假亂真。

2.2.2 數據采集不可靠

數據采集過程中多個環節需要依靠人工系統錄入，容易出現造假的現象，從而使數據存在很大的不可靠風險，如內部員工可以按照意愿隨便更改數據，改掉對企業不利的信息，導致數據真實存在卻可能與現實情況不真實。

2.2.3 數據存儲不可靠

很多防偽溯源系統的數據是中心化存儲，有被系統內部人員和黑客篡改的風險。中心化存儲的依賴于統一的中央數據庫，對中心數據庫實行有效攻擊即可破壞整個系統。無論內部人員還是黑客想要篡改相對于分布式存儲要容易得多，分布式存儲把信息存入每個節點，而所有節點可以遍布世界各地，并且所有節點都是一樣的，沒有主次之分想要修改數據，必須修改51% 的節點，否則修改少量數據庫是沒有用的，系統會默認賬本節點多的為真，并永久存儲，大大降低了數據被篡改的風險。

3 解決信息不對稱理想方案的探討

因為信息不對稱使得消費者對農產品的認可和信譽程度降低，不利于現代農業的長遠發展。要保證果蔬農產品質量安全，必須從根本上解決信息不對稱的問題。目前解決信息不對稱的主要辦法依然是基于物聯網技術建立食品溯源體系。這就要求食品溯源體系采集的數據要可靠，存儲的數據要安全。

物聯網技術在防偽溯源領域可以完成數據綁定，通過物聯網設備綁定現實世界物體，為現實世界物體產生了一個可以映射到數字世界的唯一標識；通過物聯網設備采集果蔬農產品的原始數據，并直接上傳，避免了人工參與錄入的問題。要想使得數據可靠存儲安全，僅物聯網還不夠，還需要區塊鏈技術的支撐。區塊鏈技術具有去中心化、去信任化、開放性、不可篡改等特點，區塊鏈的數據簽名和加密技術讓全鏈路信息實現了防篡改，解決了交易過程中信息安全的問題，如圖1所示。以果蔬農產品防偽溯源系統為例，闡述如何將物聯網設備和區塊鏈技術相結合解決信息不對稱問題。果蔬防偽溯源系統主要包括3個系統：數據采集系統、數據存儲上鏈系統、數據驗證系統。

3.1 數據采集系統

數據采集系統主要依靠物聯網設備（各種傳感器）采集數據。物聯網首先通過各種傳感器設備采集各種農業數據，并對數據進行格式轉換，最后利用各種網絡及現代信息傳輸渠道進行數據傳輸。數據決策中心實現農業數據全方位立體式收集，并定期發往通信基站。基站會將所有消息發往消息中間件，由于大量物聯網設備可能會產生海量數據內容，消息中間件在此處也可以起到緩沖作用。

3.2 數據存儲上鏈系統

為保證果蔬農產品交易環節的數據完整性，數據存儲上鏈系統需要將種植時間、種植地點、農藥殘留量、化肥使用量、土壤水分、空氣溫濕度、倉儲物流等信息存儲和上鏈。存儲：由于物聯網設備產生的各類果蔬農產品的數據量非常龐大，而區塊鏈本身的存儲是有限的，導致不能直接將所有數據直接存儲到鏈上，所以原始數據就需要有一個中間存儲介質來存儲。中間存證介質可以是分布式文件系統，也可以是去中心化的文件系統。該系統會定時將一定量的消息匯集生成文件，并存放到文件存儲介質上。上鏈：該系統會使用 SHA-256 算法對存儲文件進行數據摘要計算，通過獨自維護的區塊鏈節點發送到區塊鏈上，記入區塊鏈，并將返回值存入數據庫，得到此文件的數字簽名和寫入時間戳。然后系統發起一筆區塊鏈交易，將文件的存儲路徑、文件數字簽名、上一筆交易地址 （Pre Hash） 放進交易的備注字段進行上鏈。區塊鏈交易一旦經過各個節點的共識確認，便會廣播出去，其他節點接收到新數據并進行匹配，如符合要求存儲到自己的賬本中，交易里存儲的內容就不可篡改。

3.3 數據查詢和驗證系統查詢

消費者購買果蔬農產品后，通過掃描果蔬上的二維碼（或者感應設備內RFID芯片信息 ），即可查詢到果蔬的整個生命周期信息，包括種植時間、種植地點、農藥殘留量、化肥使用量、土壤水分、空氣溫濕度、物流信息、區塊鏈最后交易地址 （Last Hash） 等。驗證查詢：消費者根據區塊鏈最后交易地址（Last Hash），去區塊鏈瀏覽器查詢最后一筆交易信息，依據交易備注字段中存儲的文件路徑去下載相應果蔬農產品的數據文件，并可以計算數據文件的數字簽名與鏈上存儲的文件數字簽名進行對比匹配，從而確定文件內容是否被篡改；還可以依據 Pre Hash 向后查找歷次交易，進行驗證。

4 結論

在農業供給側結構性改革背景下，我國食品安全問題急需解決，尤其是日常必不可少的果蔬農產品。因此解決果蔬農產品安全問題是我國可持續發展的重中之重。本文在分析導致果蔬質量安全問題主要原因的基礎上，通過物聯網+區塊鏈技術的結合，為有效解決生產者和消費者信息不對稱問題提供了一套可行方案，也為安全可靠的可追溯性提供了保障。但物聯網+區塊鏈技術的運用上處于起步階段，需要政府給予適當的政策扶持和補貼，進而帶動以優質果蔬農產品為中心的產業鏈發展，為消費者提供了安全優質的果蔬農產品，進而為商家提供了品牌溢價，實現了多贏。

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