基于區(qū)塊鏈的稻米供應(yīng)鏈可追溯模式研究

馬非凡 劉宏宇

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319）

水稻是我國主要的糧食作物。近年來，我國水稻質(zhì)量安全問題頻繁出現(xiàn)，給消費(fèi)者購買和食用帶來了很大影響，居民對(duì)稻米的質(zhì)量安全問題關(guān)注度越來越高，越來越多的學(xué)者開始對(duì)稻米溯源系統(tǒng)展開研究。我國農(nóng)產(chǎn)品追溯應(yīng)用起步較晚，雖然近年來有了一定發(fā)展，但是隨著人們需求的增加，農(nóng)產(chǎn)品追溯模式在應(yīng)用過程中出現(xiàn)一系列問題，如溯源標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)造假、追溯信息不精確等。

基于此，以提高可追溯信息的可信度為目標(biāo)，針對(duì)現(xiàn)有供應(yīng)鏈可追溯模式存在的問題，采用區(qū)塊鏈智能合約、哈希加密算法，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)相互監(jiān)督制約，使其具有去中心化、可觀察、可驗(yàn)證、信息共享等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)稻米的實(shí)時(shí)可信溯源。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用 區(qū)塊鏈技術(shù)最早應(yīng)用案例在2008年，中本聰（Satoshi Nakamoto）發(fā)表了《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子貨幣系統(tǒng)》，提出了基于密碼學(xué)原理和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的一種不依賴信任機(jī)制的電子貨幣交易系統(tǒng)。2017年，中國人民銀行成立了數(shù)字貨幣研究所，同年基于區(qū)塊鏈的數(shù)字票據(jù)交易平臺(tái)進(jìn)入試運(yùn)行階段且測(cè)試成功，區(qū)塊鏈技術(shù)使金融進(jìn)入了一個(gè)新的層級(jí)[1]。2019年，Kamble等基于區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈中可追溯性問題進(jìn)行了研究，農(nóng)業(yè)可追溯信息的可信性有了可靠依據(jù)[2]。

1.2 基于區(qū)塊鏈的可追溯性研究現(xiàn)狀 丁慶洋等根據(jù)信息追溯和防偽技術(shù)存在的問題設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的信息追溯和防偽模型，介紹了該平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)牛肉制品的信息追溯和防偽[3]。董云峰等設(shè)計(jì)了一套基于區(qū)塊鏈的糧油食品全供應(yīng)鏈的可信追溯模型，構(gòu)建了“鏈上+云數(shù)據(jù)庫”的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，確保了其數(shù)據(jù)安全可靠[4]。汪家偉等利用區(qū)塊鏈技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)茶葉可信溯源系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)，提高了消費(fèi)者對(duì)茶葉真實(shí)的可信度[5]。基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品可追溯性研究越來越多，但是關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)于稻米供應(yīng)鏈的研究較少。

1.3 稻米供應(yīng)鏈可追溯研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)大量相關(guān)學(xué)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈質(zhì)量追溯系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用展開了研究，其中對(duì)稻米供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)的研究較多。張高強(qiáng)等選擇三個(gè)地域的稻米和三個(gè)加工程度對(duì)稻米溯源進(jìn)行研究，基于電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定不同加工程度下稻米元素含量，據(jù)此特征構(gòu)建了稻米溯源系統(tǒng)[6]。于合龍等利用物聯(lián)網(wǎng)、射頻識(shí)別和條碼技術(shù)對(duì)琿春水稻追溯系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提高了糧食生產(chǎn)企業(yè)管理效率，保障了水稻質(zhì)量安全[7]。李芳等采用B/S架構(gòu)、Apache服務(wù)器和MySQL數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)開發(fā)了稻米質(zhì)量追溯系統(tǒng)，為消費(fèi)者提供了快速溯源服務(wù)[8]。

2 稻米供應(yīng)鏈的現(xiàn)有可追溯模式

2.1 稻米供應(yīng)鏈 本次研究的稻米供應(yīng)鏈?zhǔn)侵阜N子公司售賣種子，到家庭農(nóng)場(chǎng)種植戶培育種植，經(jīng)原糧企業(yè)收購轉(zhuǎn)至加工企業(yè)進(jìn)行增值處理，再經(jīng)物流至銷售商，最終到達(dá)消費(fèi)者的整體鏈條。與現(xiàn)有供應(yīng)鏈不同的是物流節(jié)點(diǎn)，經(jīng)加工節(jié)點(diǎn)處理后，可有兩種不同的方式流通至下游。一種是銷售商直接與加工企業(yè)聯(lián)系購買，加工企業(yè)將其物流外包給物流公司，該運(yùn)輸方式一般是以零擔(dān)運(yùn)輸或快遞形式存在；另一種是加工企業(yè)將產(chǎn)品直接賣給電商平臺(tái)，再經(jīng)其物流到達(dá)消費(fèi)者手中，所有權(quán)發(fā)生了轉(zhuǎn)移。

2.2 稻米供應(yīng)鏈的可追溯性模式及存在問題 可追溯性是追蹤食品轉(zhuǎn)移的情況，目前我國稻米可追溯體系的研究主要分兩大塊。一是產(chǎn)地判別技術(shù)的研究；二是可追溯技術(shù)的研究。產(chǎn)地判別是針對(duì)稻米利用其各指標(biāo)地理化特征作為名字標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻米產(chǎn)地和新鮮程度鑒別的一種方式。可追溯技術(shù)包括可追溯信息標(biāo)識(shí)、編碼、傳輸?shù)燃夹g(shù)。盡管我國現(xiàn)在對(duì)于稻米供應(yīng)鏈的可追溯性研究越來越多，但是現(xiàn)有模式仍然存在以下問題。

（1）溯源標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯起步較晚，追溯體系中多部門制定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，各部門之間相互獨(dú)立地建設(shè)個(gè)性化追溯系統(tǒng)，使得追溯系統(tǒng)中出現(xiàn)了不同的溯源編碼，對(duì)整條溯源鏈信息的共享、機(jī)制的協(xié)調(diào)造成了嚴(yán)重影響[9]。

（2）追溯信息不精確。稻米供應(yīng)鏈中影響其品質(zhì)的因素眾多，如種子質(zhì)量、收割濕度、加工程度等，并且其節(jié)點(diǎn)較分散，數(shù)據(jù)信息量龐大。同時(shí)，多部門分權(quán)管理也導(dǎo)致追溯系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈的全過程進(jìn)行精確追溯。

（3）數(shù)據(jù)容易失真。稻米供應(yīng)鏈涉及種子公司、種植戶、原糧企業(yè)等主體，整個(gè)溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源眾多，數(shù)據(jù)繁雜，難于控制，上游環(huán)節(jié)如種子公司的信息傳至消費(fèi)者容易出現(xiàn)失真現(xiàn)象。同時(shí)，利用射頻識(shí)別技術(shù)的稻米供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)中雖然稻米標(biāo)簽唯一，但還有可能出現(xiàn)篡改數(shù)據(jù)標(biāo)簽的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真[10]。

3 基于區(qū)塊鏈的稻米可追溯模式分析

由于現(xiàn)有的稻米供應(yīng)鏈追溯模式存在溯源標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、追溯信息不精確、數(shù)據(jù)容易失真等問題，本文提出基于區(qū)塊鏈的稻米可追溯模式，要求各節(jié)點(diǎn)個(gè)體進(jìn)入該條供應(yīng)鏈就要遵循基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理模式，即遵循智能合約的規(guī)范；針對(duì)數(shù)據(jù)失真問題，采取哈希加密算法，把任意長(zhǎng)度的輸入通過散列算法變換成固定長(zhǎng)度的輸出。據(jù)此，對(duì)稻米供應(yīng)鏈進(jìn)行安全可靠溯源，對(duì)各節(jié)點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行有效監(jiān)管和信息共享，提高可追溯信息的商業(yè)價(jià)值。

3.1 智能合約模式概述 稻米供應(yīng)鏈有著大量的多源數(shù)據(jù)，十分繁雜，為此提出以太坊智能合約。各節(jié)點(diǎn)上傳到區(qū)塊鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要遵循智能合約的規(guī)范，否則無法上傳成功。供應(yīng)鏈上所有節(jié)點(diǎn)指定合約內(nèi)容，編寫并生成代碼，編譯后發(fā)布在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，接著各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)合約內(nèi)容進(jìn)行有效驗(yàn)證，通過后進(jìn)行全網(wǎng)廣播完成部署，再將此合約存于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上傳的交易數(shù)據(jù)和結(jié)果存儲(chǔ)都會(huì)被另外的節(jié)點(diǎn)復(fù)制同步，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有與另外節(jié)點(diǎn)相同的精確副本。

數(shù)據(jù)上傳時(shí)，智能合約用函數(shù)調(diào)用接收交易，觸發(fā)事件，合約開始執(zhí)行，執(zhí)行完成后各節(jié)點(diǎn)若都正確通過驗(yàn)證，系統(tǒng)將執(zhí)行結(jié)果廣播至全網(wǎng)并將結(jié)果存入各節(jié)點(diǎn)的區(qū)塊鏈中。另外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)以太坊賬戶，并具有唯一標(biāo)識(shí)的以太坊地址，每個(gè)交易都將與特定的地址或賬戶相關(guān)聯(lián)。

3.2 模式設(shè)計(jì) 種植戶創(chuàng)建購買種子的合同，種子公司生產(chǎn)稻谷種子，并通過哈希算法保存種子發(fā)芽率、化學(xué)成分、質(zhì)量和休眠信息，向種植戶出售的稻谷種子使用標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行識(shí)別。所有相關(guān)信息上傳至智能合約驗(yàn)證，通過后全網(wǎng)廣播完成部署。種植戶從種子公司購買種子進(jìn)行分塊耕種，安裝攝像頭自動(dòng)拍攝種植過程中的光照、施肥等信息并將其上傳，所有圖像均經(jīng)過數(shù)字簽名且加蓋時(shí)間戳，歸屬于特定參與者。若圖像存在不正確或欺詐，智能合約將自動(dòng)編程對(duì)其處以罰款。供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)均以類似形式通過智能合約達(dá)成協(xié)議最終完成部署廣播至全網(wǎng)。

在稻米供應(yīng)鏈中使用區(qū)塊鏈追溯模式優(yōu)勢(shì)在于所有參與者都可以獲得可驗(yàn)證和不可修改的信息，例如在整體條件未更改的情況下，加工企業(yè)和原糧企業(yè)之間出售的谷物質(zhì)量不得更改，加之所有節(jié)點(diǎn)都了解谷物相關(guān)信息，因此不能將質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同的谷物混合在一起售賣。而且，使用每批次可追溯的標(biāo)識(shí)符跟蹤所有實(shí)體之間的交易，進(jìn)一步確保了質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)性。現(xiàn)有稻米追溯系統(tǒng)引入?yún)^(qū)塊鏈，上傳數(shù)據(jù)不會(huì)被任何參與者以分散的方式篡改，無需任何中介，減少了一些繁雜的傳輸過程，提高了可追溯信息的可靠性。

4 結(jié)語

本文在區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用的環(huán)境下，提出一種基于區(qū)塊鏈的追溯模式，介紹了現(xiàn)有稻米供應(yīng)鏈追溯模式，分析了該模式如何應(yīng)用于追蹤稻米供應(yīng)鏈，即利用哈希函數(shù)加密數(shù)據(jù)、智能合約跟蹤執(zhí)行交易活動(dòng)，消除第三方，實(shí)現(xiàn)整個(gè)農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的稻米可追溯性，提高可追溯信息的商業(yè)價(jià)值，重塑消費(fèi)者購買優(yōu)質(zhì)稻米的信心。但是，該模式在研究中也存在一些不足，比如稻米供應(yīng)鏈中種植戶沒有能力安裝攝像頭，只能靠人工錄入數(shù)據(jù)或上傳圖像，容易出現(xiàn)造假問題；各參與者交易時(shí)記錄虛假數(shù)據(jù)，被智能合約識(shí)別后參與者的處理問題，都是需要深入研究并優(yōu)化的方面。