基于區塊鏈的食品供需網信息協同模式

何靜，蘇文杰

上海海洋大學 經濟管理學院（上海 201306）

近年來，隨著我國食品需求與食品產量的穩步提升，食品貿易的國際競爭力逐漸加強，食品企業為了穩固未來的競爭地位，越來越多的企業在保證食品安全健康的前提下開始注重滿足消費者對食品多樣化、高品質的需求。因此，食品企業可以通過多企業聯合共同組建供需網，在滿足消費者需求的基礎上進一步提高食品在全球的流通效率。但是，隨著加入食品供需網企業數量的增加與成員企業間合作范圍的延伸，供需網的結構也就變得更加復雜，供需網信息協同的難度也逐漸加大。食品供需網企業間實現信息協同有利于帶動企業參與食品安全追溯系統的構建，保證食品物流運輸的安全性，提升流通效率，提高政府監管部門的監管效率，減少各企業的利益摩擦[1-3]。然而現實中，供需網成員存在信息協同成本高、信息不對稱、成員間合作意愿存在差異等現象，導致供需網成員企業間無法實現充分的信息共享[4]。區塊鏈技術的出現為食品供需網信息協同的實現創造了條件。

區塊鏈作為一種基于互聯網的分布式賬本技術，具有分散性、可追溯性、集中維護和信息不能篡改等特點[5]。目前，學者們在金融、物聯網、供應鏈等領域利用區塊鏈技術進行了積極探索，已經獲得了許多成果。在金融領域，區塊鏈技術不僅能防范道德風險，而且能夠降低交易成本，對如今金融行業的安全提供了重要幫助[6]。在物聯網領域，區塊鏈技術可以更加便利地將設備與互聯網連接，為人們生活中人機交互提供安全高效的平臺[7]。在供應鏈領域中，區塊鏈技術可以搭建一個全新的去中心化的協作模型，通過智能合約，促進企業之間的信息交流與合作，從而實現降低合作管理成本、提高產品品質、滿足消費者需求的目標[8]。

區塊鏈技術去中心化的理念與供需網的多功能性、充分開放性、內涵包容性等特征非常契合。因此基于供需網理念，通過借助區塊鏈技術，建立一個去中心化、智能化、透明化的信息協同平臺，來優化食品供需網成員企業間的信息協同流程，提高食品供需網的信息協同水平，實現食品供需網整體的協同效益。

1 食品供需網的信息協同

食品供需網（Food supply and demand network，FSDN）是指以保障食品安全為基礎，以全球資源獲取、全球生產加工、全球銷售為目標，通過多種“供需流”在相關企業、組織和機構之間由“供需流”交互作用而形成的一種多功能開放式的供需一體化網絡結構[1]。如圖1所示，“供需流”是指流動于多個企業及消費者之間的供應和需求，它可以是物流、資金、信息等顯性供需，也可以是人才、技術、管理等隱性供需，多種“供需流”之間以一種非常密切的相關性相互依存；食品供需網更加注重成員企業的核心優勢，通過“供需流”對企業間核心優勢進行互補，對食品企業經營過程重構，形成利益一致、優勢互補、資源共享的多功能開放型供需網絡。

圖1 食品供需網網絡結構模型

食品供需網信息協同是指在政府法律法規政策的支持下，通過第三方提供的網絡平臺，在供需網運作模式的基礎上，實現食品的生產、加工、流通、銷售等環節中動態合作與動態信息交流[9]。通過第三方提供的信息協同平臺，食品生產企業可以根據加工企業或者批發市場等企業的需求，動態匹配合適企業簽訂完成合作契約，契約一旦達成除非契約雙方同時毀約，否則企業必須執行，在銷售過程完成后，契約自動失效，各成員企業在食品供需網中繼續保持活躍狀態，并繼續努力提升自身的核心優勢，保持互動及信息交流，為以后的合作需求做準備。

2 基于區塊鏈的食品供需網信息協同模式

2.1 供需網信息協同模式概念模型描述

基于區塊鏈的食品供需網信息協同模式概念模型中的主體部分包括食品供需網、金融機構和食品監管機構，借助區塊鏈的集成化功能將三個主體有機的連接在一起，如圖2所示。在該協同模式中，任意主體之間能夠直接進行點對點的信息交流與信息共享，同時，能夠利用區塊鏈智能合約技術實現食品供需網中多成員間在食品監管機構的監管下與金融服務機構共同構建一個具備信息交流、信息共享、信息鑒別、信息監督功能的協同生態體系。

圖2 基于區塊鏈技術的食品供需網信息協同模式概念模型

基于區塊鏈技術的點對點的信息交互方式是食品供需網企業、金融機構、監管部門根據共建原則對各自的信息進行分享；管理企業負責對信息化平臺進行物理設施、系統建設的日常維護。他們的訪問權限根據企業性質不同，從信息化平臺中所獲取的信息類型不同。

圖3 基于區塊鏈技術的食品供需網點對點信息交互模式

2.2 信息協同模式的參與主體

1) 食品相關企業或企業聯盟。具體包含食品生產商、食品加工商、食品分銷商、食品企業聯盟、線上供應鏈、線下供應鏈等多種類成員，這些成員是區塊鏈信息協同模式的發起者，也是食品供需網信息協同的主要服務對象。食品供需網成員間可以借助區塊鏈信息協同平臺與供需網上游、中游、下游企業直接進行交易，并以分布式方式將食品的交易信息打包為區塊進行記錄存儲。

2) 相關的金融機構。在食品的生產和流通中，食品供需網中的成員企業之間會出現許多金融需求（如：貸款、購買保險、會計審計等），由于金融機構存在了解客戶真實信用困難的問題，因此金融機構在為食品供需網企業提供服務時，可以從信息平臺獲取供需網企業的交易行為信息，為金融機構提供信用評估幫助。

3) 食品監管機構。食品監管部門很難實時動態掌握食品生產的安全情況，存在管理成本高、食品生產真實信息獲取困難、信息時效性差等問題。將相關政府部門接入信息協同平臺（如：稅務、工商、食品衛生監督局等），可以根據監管要求為其開通特定的信息查看權限，動態監管供需網上的產品流、物流、信息流、資金流等多種供需流。

4) 區塊鏈管理企業。區塊鏈信息協同平臺需要專業人員進行平臺搭建、信息維護等專業性的技術支持，需要專業的管理企業負責維護，但是區塊鏈管理企業并沒有訪問信息的權限，只能查看系統基本配置。

2.3 食品供需網信息協同模式的技術框架

基于區塊鏈技術的食品供需網信息協同模式的技術架構包含了應用層、共識層、合約層、激勵層、數據層、網絡層[10]。基于食品供需網的特點，對該區塊鏈信息協同模式進行了多層面平臺構建，如圖4所示。

1) 應用層。應用層包含了該區塊鏈的應用范圍，即食品供需網成員、金融機構與監管機構接入區塊鏈信息協同平臺后進行的基本操作；消費者可以借助平臺的基本功能實現食品信息查詢及安全追溯。記錄在案的數據帶有時間及數據提供者的信息，保證了信息記錄的真實性。另外，所有數據以區塊的形式記錄在鏈中，可以最大程度地避免數據的丟失。

2) 共識層。食品供需網成員依據“互利共贏”的協同管理機制將所有的合作約定轉化為算法封裝在共識層內。隨著區塊鏈的發展，共識機制已由最早的PoW共識發展為PoS（Proof of stake，股份授權證明）、PBFT（Practical Byzantine fault tolerance，拜占庭容錯）等多種類型[11]。該層最重要的作用是能夠通過共識機制避免因食品企業間信任度低而造成的合作機會喪失的問題。考慮到食品供需網信息協同模式的多中心的結構更加符合成員間地位平等的原則，所以區塊鏈共識層采用PoS共識。

3) 合約層。合約層主要包括了實現智能合約前的各類腳本代碼、合約部署及合約測試。智能合約是為了實現區塊鏈賬本記錄功能，也是食品供需網信息協同模式的核心內容，由食品供需網所有成員、食品監督機構、金融機構共同簽署，最后以代碼形式記錄在區塊鏈上的協議。區塊鏈系統將自動執行協議操作，實現食品供需網成員的動態履約，降低合作成本。整理了適合編入食品供需網區塊鏈信息協同平臺的部分智能合約，如表1所示。

表1 食品供需網區塊鏈平臺智能合約

4) 網絡層。網絡層包含了區塊鏈網絡接入管理、消息傳播協議等要素，通過設計特定的傳播協議和數據驗證機制，使得食品供需網中的所有成員都能參與區塊信息的校驗，保證食品信息的真實性。

5) 激勵層。激勵層提供一種激勵措施，包括發行機制、分配機制、云計算服務獎勵等，每個參與成員都有獲得獎勵的機會，通過激勵層的設計可以鼓勵更多的食品企業加入供需網并積極參與區塊鏈協同平臺建設。這里的激勵形式可以是數字貨幣也可以是電子代幣，獎勵主要來源于供需網成員根據約定貢獻出的部分利潤和成員因違規受到的利益懲罰。

6) 數據層。隨著食品供需網成員的增加，食品供需網成員之間會產生大量信息，并在各成員之間產生流動。為了實現信息共享的穩定，需要區塊鏈管理企業提供網絡、運營維護服務，通過非對稱加密技術與Paxos算法保證區塊鏈信息的安全性。

圖4 食品供需網信息協同模式的技術架構

3 基于區塊鏈技術的食品供需網信息協同模式的優點

食品供需網成員之間信息的高效流轉是實現食品供需網協同的基礎，也是實現供需網協同的重要途徑。基于區塊鏈技術的可靠性、無法篡改性、透明性等特征，可以總結出基于區塊鏈技術的食品供需網點對點信息協同模式存在以下幾個方面的優點。

1) 提高食品企業間的信息共享程度。該平臺能夠根據食品企業信息的共享意愿調整食品供需網信息的公開度，分享食品企業的必要信息，保證食品企業的機密信息安全，實現食品供需網參與主體之間實現個體與整體的協同。最大程度地提高信息共享程度，從而有助于食品企業在合作過程中實現動態信息交流。

2) 提高食品企業間的動態穩定性。面對高度不確定的市場，食品供需網企業需要積極尋求合作并根據市場需求調整企業的合作成員，實現動態調整以滿足消費者對食品的個性化、多樣化、安全溯源的需求。為了保證食品供需網在協同過程中的穩定性，可以借助區塊鏈信息平臺幫助監管部門動態監測食品信息，利用智能合約及時與具有敗德行為的企業終止合作，從而實現食品供需網成員的動態調整。

3) 有助于實現食品企業間互利共贏。區塊鏈信息化平臺的分布式存儲方式，保證企業信息的安全性，有利于培養食品企業的核心競爭力，避免核心企業主導食品產業的現象，實現企業間地位平等。同時，有助于實現供需網協同管理工作的標準化，減少節點間的碰撞，更加有利于食品供需網企業間打破國界，促進跨企業信用體系的建立。從而有助于我國食品供需網的全球化建設，吸引更多的食品企業加入供需網，有助于食品企業間充分合作，實現互利共贏。

4 結語

食品供需網成員企業間的信息協同是跨部門、跨企業、跨平臺的多元主體之間基于合作需求而發生的信息交互過程，所以在實際操作中找到一種科學有效的信息協同模式對組建和維持食品供需網穩定至關重要[12]。區塊鏈技術的發展與應用，為實現食品供需網成員間互信度與成員信息共享的時效性目標提供了機遇。基于食品供需網理念，針對食品供需網成員中存在的信息協同成本高、信息不對稱與成員間合作意愿存在差異的矛盾，通過利用區塊鏈技術中多聯盟區塊鏈的多中心優勢，提出了基于區塊鏈技術的食品供需網信息協同模式構建的設想，將食品企業與企業聯盟、金融機構、政府監督機構與消費者有效地聯系在一起，建立了多主體的區塊鏈信息協同模式，并對模式中區塊鏈技術架構中應用層、共識層、合約層、激勵層、數據層、網絡層進行分析。此次信息協同模式的構建將有助于提高食品企業間信息共享程度，提高食品供需網的動態穩定性，進而有利于實現食品供需網成員企業間互利共贏。