基于聯盟區塊鏈的農產品質量安全高效追溯體系分析

羅靜

摘要：隨著社會的進步和國民經濟的發展，人們對食品安全的重視程度越來越高，怎樣才能讓廣大國民吃得更安全，已然成為現代農業急需研究的重點議題。該文主要分析了以聯盟區塊鏈為依托的農產品質量安全高效追溯體系構建方法。

關鍵詞：農產品;質量安全;追溯體系;區塊鏈

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）06-0272-02

自中華人民共和國成立以來，我國國民對于生活質量的需求逐漸由吃得飽轉變為吃得好，再轉變為現在吃得安全，這也給農業生產經營帶來了更大的挑戰。如何才能實現對農產品生產、加工、運輸以及銷售等多個環節的有效融合，形成對農產品的全面追蹤，使人們吃得放心、吃得健康，值得我們深思。

1農產品質量安全追溯需求分析

所謂農產品可追溯，是對農產品自生產開始直至消費結束中各階段質量安全所進行的追蹤。作為關乎民生的重點問題，農產品安全一直受到社會各界的普遍關注，構建起具有良好高效性，同時可信程度更高的質量安全追溯系統，屬于目前優化食品安全，確保國民身體健康的重要基礎。國內外專家對農產品追溯系統的研究一直在進行當中，而隨著現代互聯網技術以及物聯網技術的優化發展，使農產品的質量安全追蹤逐漸步入新的時代，通過對物聯網、數據庫、云存儲以及信息采集等高新技術的應用，實現了對系統中各環節的優化與改進。然而，利用大數據進行數據信息記錄存在以下兩個方面的問題：1）區塊鏈共識算法會引發記錄速度方面的問題。雖然所有人都能實現對比特幣區塊鏈的自由使用，不過每秒僅能寫入七筆是其最大的極限;2）參與節點數在界限性方面的問題。即便是用于商業用途的區塊鏈，在參與節點數量大于幾十個的時候，其性能也會出現嚴重惡化。

2農產品質量安全追溯系統設計

2.1DSAI系統

為實現對農產品質量安全追溯過程中安全存儲以及大數據存儲等方面問題的有效解決，提出一種以區塊鏈技術為基礎的農產品信息存儲方案（英文縮寫為DSAI），此方案通過對去中心化星際文件系統（IPFS）的應用實現對存儲問題的有效解決。

2.1.1系統結構

為確保農產品質量追溯系統具有良好的可行性與整體性，需要為系統整體配置包括采集層、應用層以及存儲層三大模塊。其中，采集層主要包括各類物聯網的傳感器模塊，能夠實現對數據的實時收集，繼而向節點服務器進行上傳。隨后，通過服務器使其被寫入數據存儲層內的分布式存儲系統以及區塊鏈當中。最后，應用層與以數據系統服務為基礎的應用程序之間進行相關聯。

2.1.2信息采集

該模塊構成主要包括GPS模塊、GPRS模塊以及溫濕度傳感器，能夠依據溫度及濕度所呈現的變化對農產品實際生產環境進行準確記錄，并由GPS模塊開展農產品定位以及信息采集節點的劃分。由傳感器經過傳輸的數據則用于對農產品數據進行存儲過程的質量檢測，如果發現其中包含不符合要求的情況，將無法加以存儲、運輸以及銷售。

2.1.3數據存儲

數據存儲層當中，將數據存儲在以區塊鏈與分布式存儲為基礎的系統當中，而基于區塊鏈對于傳感器大數據在實際輸入和輸出效率方面的考量，系統需要對節點服務器所獲取的傳感器數據進行自動封裝，并向存儲系統上傳，從而緩解區塊鏈在大數據存儲方面的壓力。事務屬于數據存儲的主要載體，因此可以說向區塊鏈進行存儲的數據是以一系列事務所構成的，然而由于區塊鏈自身無法實現對事務結構的判斷，所以要針對數據表示進行自定義處理，以借助于數據標識實現對數據的查詢。先要在全網范圍內對數據標識進行公布，隨后于區塊鏈的共識階段對共識機制進行設置，與虛假貨幣之間具有一定區別，農產品質量追溯在數據方面具有較強的多元性，這也就造成無法簡單地通過工作量證明或者權益證明實現共識。系統結合拜占庭容錯算法以實現共識，繼而獲得過半的全節點共識，從而實現對區塊鏈向交易的寫入。

2.1.4應用層

系統應用層中主要包括對農產品相關信息數據的處理、追溯客戶端構建、系統中各層間交互。針對農產品相關的各項信息數據進行分析，能夠充分了解農產品處于供應鏈整體中容易出現問題的環節，從而便于采用更具針對性的措施縮減損害。利用對追溯客戶端的構建，能夠在最大限度上實現對農產品所采取的大眾監視度。對于追溯過程整體的構建，需要在系統各層間通過交互形式完成，系統算法對于農產品信息數據所呈現的精確處理效果，將會直接決定系統最終所呈現的效率。

2.2平臺建設

2.2.1關鍵控制點

出于農產品目前所普遍出現的質量問題以及安全危害，應用FMECA（即故障模型效應以及關鍵分析1方法，對農產品全過程追溯中的每個關鍵環節控制點以及控制指標進行篩選，繼而為農產品全過程追溯的最終實現形成良好支撐。通過FMECA方法對農產品追溯過程中的關鍵控制點進行分析的過程中，需要就故障模式、影響（FMEA）以及危害性（CA）角度進行具體分析，結合追溯鏈中故障模式的實際嚴重程度、影響、危害性以及概率等級，對實用數據進行對比和分析以確認最終的關鍵控制點。

2.2.2追溯機制

通過對我國農產品質量安全管理相關法律法規以及編碼規范的研究，利用信息分類法針對以時空編碼為基礎的追溯編碼進行研究。針對追溯編碼進行設計研究，融合農產品實際生產結束的時間、生產地點坐標和產品線數量，合成一個具有唯一性并且可以實現有效標識的時空追溯碼。可以將此碼當作主鍵并存儲到數據庫，同時對產地、加工、消費以及流動等諸多環節的各類信息進行保存。可以應用EAN/UCC-128編碼技術以及失控編碼，以確認編碼方式。

2.2.3身份認證

利用北斗衛星導航技術所具備的授時定位功能，針對農產品生產、運輸以及銷售各方開展授權認證處理，確保平臺當中各個參與主體信息的真實性與可靠性。對流通過程的各個環節要進行多次認證，繼而事前防范農產品質量方面所出現的安全事故。在事故出現之后，能夠對引發事故的原因進行快速定位，同時對同一批次的農產品進行緊急召回。

2.2.4平臺構建

結合農產品質量安全追溯的整體框架以及相關規范，對其相應時空追溯碼加以整合，采取B/S架構以及Java語言，同時應用SSH框架，構建起同時面對農產品種植、生產、運輸、銷售、消費、監管部門以及第三方質量檢驗部門的多方平臺。

3農產品追溯視域下聯盟區塊鏈與物聯網間的融合

就農產品追蹤相關問題來說，對區塊鏈的應用目前仍然需要面對物聯網傳感器中數據量較傳動區塊鏈更大的問題，因此區塊與交易生產速度相對較差，很難實現對農業追蹤的供給，應該說區塊鏈屬于一類具有局限性的資源。所以，在對區塊鏈和物聯網數據之間進行融合的過程中，需要對存儲方案進行改進以實現對大量數據的支持，并且不應該對網絡以及存儲資源形成浪費。為了確保區塊鏈存儲系統能夠順利進行，應該使單筆交易變得足夠小，繼而實現一定程度上的區塊擴容。

先要利用各數據節點針對傳感器數據加以收集，并將其存人到鏈下存儲系統當中，通過對IPFS的應用，在存儲系統中針對數據加以過濾處理，利用縮減重復數據的方式實現數據的第一步簡化。在完成數據過濾以后，需要將數據對象相應傳感器數據進行封存（將其看作是一個交易），隨后把交易Hash廣播至區塊鏈網絡當中。其具體實現過程可以呈現為以下算法：

數據檢驗以及封裝算法

輸入農產品數據信息和生成Hash。

輸出如果信息合格，便將Hash存人到區塊鏈;如果信息不合格，便要重新開始加以信息采集處理。

while階段傳感器數據并未完全錄入

do傳感器數據監測

if傳感器數據能夠符合要求

then填人到事務數據集當中

else舍棄數據，隨后檢查問題，最終進行重新錄入

endwhile

有關提高區塊鏈交易量的問題主要在于交易速率的提升，利用擴容的方式時應該充分考量網絡所具備的承載能力f網絡寬帶以及存儲容量能夠足夠支撐體量更大的區塊），如果容量已經達到上限，無法及時對新塊數據進行處理，有可能會造成數據對象狀態出現改變的情況下，數據仍然沒有被寫入到區塊鏈當中，繼而帶來十分嚴重的交易延遲問題。此外，孤塊率的提高會導致網絡節點不一致性變得更為嚴重（主要表現為分叉變多），繼而對區塊鏈實際安全性能造成影響。

區塊鏈的可應用場景具有較強的多樣性，對交易性能形成影響的主要因素包括區塊形成間隔、公共節點數量、區塊大小以及孤塊率，所以若想實現對具有良好安全性、高效性區塊鏈系統的設計，需要就以上幾個方面的因素進行具體考量。

4結束語

總而言之，隨著各類現代科學技術的發展，以聯盟區塊鏈為依托的農產品質量安全高效追溯體系已然成為目前農業行業的研究重點，值得廣大科研人員投入更多時間和精力對其進行更為深入的研究，同時對國外的一些先進管理經驗和技術加以借鑒，繼而與我國農業發展與國民農產品需求的整體隋況相結合，創建出一套更加符合我國國情的農產品質量安全追溯體系，為國家經濟建設注入新的活力。