區塊鏈助推數字減貧及農業現代化建設：架構與應用 ***

李東坡 羅浚文

〔 DOI〕 10.19653/j.cnki.dbcjdxxb.2021.01.009

〔引用格式〕 ?李東坡，羅浚文.區塊鏈助推數字減貧及農業現代化建設：架構與應用[J].東北財經大學學報，2021，（1）：86-96，封三.

〔摘要〕數字經濟是全球未來的發展方向，數字技術將為中國鞏固精準扶貧成果和實現農業農村現代化提供助力。區塊鏈具有防篡改、可追溯、保密、開放等特點，正在引領全球新一輪技術和產業變革，也為數字減貧和農業發展模式創新提供新機遇和新思路。在扶貧重點區域中，一個最大的共同點是農業的弱質性和農業基礎薄弱，在這些區域中，減貧與推動農業發展具有高度契合性，區塊鏈在扶貧和農業領域中具有廣闊的應用價值。區塊鏈在農業現代化建設中的應用涵蓋食品安全、農產品貿易、精確農業、金融和保險、農地流轉等多個方面。中國具備良好的區塊鏈研發基礎、持續穩定增長的農業經濟、成功案例的示范帶動，為農業區塊鏈的建設提供了難得的發展環境。同時，中國也面臨區塊鏈技術與農業存在兼容難點、技術尚不完全成熟、人才培養滯后等問題。因此，要繼續鼓勵核心技術研發，以教材、課程和專業建設為突破口加速專業人才培養。此外，還要創新科研體制和產業政策，從稅收減免、人才評選、職稱認定和業績評優等方面鼓勵區塊鏈技術與農業現代化建設的深入結合。

〔關鍵詞〕數字減貧;數字經濟;區塊鏈;農業現代化

中圖分類號：F33/37 ???文獻標識碼：A ???文章編號：1008-4096（2021）01-0086-12

一、引 ?言

2020年10月29日，黨的十九屆五中全會通過《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》（下文簡稱《建議》），指出中國已轉向高質量發展階段的同時，城鄉區域發展和收入分配差距依然較大。《建議》提出，2035年基本實現農業現代化、中等收入群體顯著擴大、城鄉區域發展差距和居民生活水平差距顯著縮小的目標，必須建立農村低收入人口和欠發達地區幫扶機制，實現鞏固拓展脫貧攻堅成果同鄉村振興有效銜接，推動現代服務業同現代農業、數字經濟和實體經濟的深度融合，提升公共服務、社會治理等數字化智能化水平。2019年10月24日，中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習。習近平總書記在主持學習時指出，區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用，全球主要國家都在加快布局區塊鏈技術，中國在區塊鏈領域擁有良好基礎，要加快推動區塊鏈技術和產業創新發展，積極推進區塊鏈和經濟社會融合發展。黨中央對區塊鏈技術及其集成應用的前瞻性部署，顯示區塊鏈技術在通過推廣數字化技術減少城鄉差距、鞏固區域性減貧成果方面的巨大潛力;《建議》為推動區塊鏈的發展和核心技術創新、全面建成小康社會后鞏固脫貧成果、加速數字減貧和農業產業升級指明了方向。

從世界各國農業發展規律來看，中國農業經歷了從以體力和畜力勞動為主的農業1.0，到基本完成以農業機械為主要生產工具的農業2.0，正處在以農業生產全程自動化裝備支撐下的農業3.0。隨著互聯網技術的發展，以區塊鏈、物聯網、大數據、云計算和人工智能為主要技術支撐的智能農業（即農業4.0）疊加而至，構成農業現代化的制高點，代表未來農業發展的方向。同時，中國經濟改革進入深水區、農業發展環境正發生深刻變化，也要求必須推動信息技術融入現代農業產業體系和價值鏈，擺脫高投入和高資源環境代價的發展道路。從現實來看，中國農業依然面臨經營主體規模小且高度分散、產業鏈條漫長，以及農民在農產品市場和價格形成中處于被動地位等問題，化肥、農藥過量使用造成食品安全和環境問題壓力重重，土地流轉和農業生產資料補貼效率低下，農業保險普及率低和索賠難等問題仍未解決。黨的十九大明確，2020—2035年，在全面建成小康社會的基礎上基本實現社會主義現代化;到21世紀中葉，建成富強、民主、文明、和諧、美麗的社會主義現代化強國。全面建成小康社會后，保障和提高農村特別是農村低收入群體生活水平，依然是社會主義現代化建設的短板。特別是農村絕對貧困人口實現脫貧并不意味著農村貧困的消失和扶貧工作的結束，要進一步鞏固建設成果，繼續縮小城鄉收入差距、防止返貧。區塊鏈技術可以為緩解上述問題提供安全、便捷、低成本的數字化平臺，使農民進入市場更容易、全產業鏈的農產品溯源更簡便、信息更透明、農業損害索賠更加智能化，區塊鏈農業將迎來爆發期^[1]。

二、文獻綜述

區塊鏈技術隨著比特幣的出現而引起關注。2008年，中本聰（Nakamoto）詳細描述了創建一套不需要銀行等第三方機構介入、依靠數字貨幣加密技術，匿名雙方可直接完成交易的“點對點”（P2P）交易系統。Nakamoto^[2]為比特幣交易提出了近乎完美的底層技術，超越現有電子貨幣（如支付寶和微信支付）的局限性，真正將數字貨幣帶入了嶄新的階段。中本聰這一開創性研究更大的意義在于，為幾乎所有社會經濟領域帶來顛覆性的技術革命，特別是對交易者而言，他們很難在中心化帶來的高成本與直接交易隱藏的高風險之間進行選擇。該論文提出了交易（Transaction）、區塊（Block）和鏈（Chain）的概念，后來的研究者將該技術統一稱為區塊鏈（Blockchain）。憑借開放、安全、低成本和可追溯等方面的優良特性，區塊鏈技術在金融、信息通訊、征信、版權交易、產品溯源、游戲、醫療、電商等領域快速推廣應用，其他眾多產業部門也在積極探索對接區塊鏈技術^[3-4]。

近年來，中外很多學者開始關注和研究區塊鏈對經濟社會產生的影響，區塊鏈經濟學的研究框架也在形成過程中。邵奇峰等^[5]結合比特幣、以太坊等區塊鏈平臺，從區塊鏈數據、共識機制智能合約、可擴展性、安全性等方面論述了區塊鏈的原理與技術，總結了區塊鏈與傳統數據庫對比的優勢、劣勢及發展趨勢。Davidson等^[6]指出，區塊鏈不僅僅是信息和通信技術的創新，還促進了新型經濟組織和治理的創新，基于新制度經濟學和公共選擇經濟學，分別以創新和治理為中心提出了兩種區塊鏈經濟學的方法。范忠寶等^[7]總結了區塊鏈的內涵、關鍵技術模式和應用價值，展望了區塊鏈技術的發展前景和應用中的注意事項。徐忠和鄒傳偉^[8]從經濟學角度解釋和研究區塊鏈的功能，根據對區塊鏈內通證（Token，即加密數字權益證明）的使用情況，梳理了目前區塊鏈的主要應用方向。Fran等^[9]綜述了過去10年在排名靠前的科學期刊上發表的區塊鏈相關文獻，對供應鏈、業務、醫療保健、物聯網、涉密和數據管理等不同部門中的區塊鏈應用程序進行了全面分類，確定了關鍵主題、趨勢和新興研究領域，還指出了區塊鏈技術的局限性及其對不同部門和行業的影響。張亮和李楚翹^[10]梳理了近5年區塊鏈研究的總體狀況，分析了區塊鏈對經濟社會發展的影響及存在爭議，界定了區塊鏈經濟的基本原理、內在規律和發展趨勢。

也有學者將研究重點聚焦于區塊鏈技術在農業中的應用，此類課題日漸成為農業信息化的熱點^[11]。李喬宇等^[12]從“通證經濟”的概念出發，針對現階段中國農業發展狀況探索了區塊鏈應用于農業的切入點指出，農業區塊鏈主要的應用場景在農業物聯網和農產品溯源等方面，但并沒有論述典型事例。Andreas等^[13]探討了區塊鏈技術對農業和食品供應鏈的整體影響，分析了現有代表性項目的成熟度和收益性，以及未來的挑戰和潛力。Gerard^[14]的報告梳理了區塊鏈技術的基本原理和類型，以及共識算法、智能合約等概念，分析了全球范圍內在農業生產和流通領域引入區塊鏈系統的機遇和挑戰，并且記錄了一些關于農業區塊鏈投入使用的案例。孫忠富等^[15]結合中國農業發展面臨的挑戰，列舉了區塊鏈在智慧農業創新發展中可能的應用領域，并且提出了推進區塊鏈在農業領域應用的對策建議，但同樣并沒有給出國內外具體的應用案例。劉光星^[16]、賈海剛和孫迎聯^[17]開始關注將區塊鏈技術引入精準扶貧的法治和機制創新問題。

綜上所述，區塊鏈技術的研究論文數量雖然增長較快，但仍然存在以下三方面不足：一是在應用性研究中，與金融、信息通訊等領域相比，在農業和扶貧領域如何推廣區塊鏈的研究成果較少;二是區塊鏈對接農業的研究，大多集中于介紹某項技術的應用或論述宏觀發展趨勢，能夠既解釋清楚區塊鏈技術原理又結合在農業領域應用的案例研究較少;三是能夠提出中國農業發展區塊鏈技術對策建議的研究成果尚不多見。

著眼于彌補現有文獻的不足，本文結合國內外最近研究進展、結合技術層面的理論分析與應用領域的案例探討，為借助區塊鏈技術推動數字減貧和發展現代農業提供理論支持。本文的研究目的是圍繞數字扶貧這一主題，考察中國發展農業區塊鏈的機遇和挑戰，有針對性地提出政策建議，體現理論研究的現實價值。本文系統總結了區塊鏈的基本架構、運作流程和主要特征，結合國內外案例，考察其在農業領域的應用潛力和現狀，分析中國發展農業區塊鏈的重大機遇和挑戰，并且提出針對性的政策建議。

三、區塊鏈的基本架構與主要特征

（一）區塊鏈的基本架構

區塊鏈本質上是一串由數據塊（區塊）相互關聯形成的網絡系統，類似于一本賬簿，每個區塊相當于一張賬頁。如圖1所示，一個區塊主要分為兩部分：區塊頭和交易數據。區塊頭記錄的是這個區塊的元數據，包括區塊的高度（即在鏈上的位置編號）、版本號、創建的時間戳（Timestamp）、前后兩個區塊鏈的哈希（Hash）值、用于計算工作量證明的Nonce值和難度目標、梅克爾（Merkle）樹的根哈希值。交易數據部分用梅克爾樹的方式記錄了一定時間（比特幣為10分鐘）內產生的所有交易信息，每個區塊可以記錄數百或上千條交易信息^[18]。在一個區塊鏈中，最早被構建的第一個區塊稱為“創世塊”，只包括自身的哈希值。后面每個區塊都包含兩個哈希值，分別是驗證上一個區塊（父區塊）和該區塊信息有效性的識別碼。通過兩個哈希值之間的前后指向關系，所有區塊依次相連就構成了區塊鏈。

哈希值是利用特定算法，將任意長度的二進制明文串（輸入）轉化成的固定長度二進制串（輸出），可以通過Go、Python等計算機語言編程得到。只要輸入和算法固定，利用有限時間和設備、電力等資源就能夠計算出相應的唯一哈希值。但是，這一過程是不可逆的，即不能通過輸出值倒推出輸入的內容。輸入數據稍做改動就會產生完全不同的哈希值（即“高靈敏性”），也不會發生不同輸入得到相同輸出的現象（即“避免碰撞”）。哈希值的這些特性，使其在客觀上起到了為區塊鏈加密的作用^[19]。

梅克爾樹（Merkle Ttree）相當于區塊鏈信息的數字指紋或DNA，可以驗證交易數據在鏈上各節點傳遞過程中是否已經被篡改。從創建過程來看，是自下而上分層的哈希二叉樹。先在最底層利用SHA256算法求出每筆交易的哈希值。然后，以此作為“葉子節點”兩兩相連再次代入SHA256算法，得到上一層32個字節的哈希值。如果“葉子節點”只有奇數個，則需要復制最后一個節點。如此循環歸結到最上層單個節點，得到梅克爾根的哈希值。這個值又相當于每個區塊的數字指紋，詳細記錄其中包含的所有交易數據。即便對交易數據稍做修改都會引起梅克爾根值發生很大變化、進而改變整個區塊的哈希值。任意變動父區塊的數據也會導致子區塊和后面所有區塊的數據（哈希值）發生變動。因此，要修改任意一個區塊鏈的數據只能將后續所有區塊都重新生成。但是，重新生成區塊面臨著巨大的工作量。當后面存在6個以上區塊時，巨大的工作量和時間、資源消耗造成實際上不可能全部篡改這些區塊的數據。正是這種歷史數據不可更改的特性，確保了區塊鏈具有較高可信度和安全性。

（二）區塊鏈運作的流程

在區塊鏈網絡中，由每個參與者（Peer）控制的計算機終端構成一個節點（Node），彼此平等、獨立擁有全網數據的副本，稱為分布式存儲（Distributed Storage）。區塊鏈本質上是分布式賬本技術，各個節點構成一個對等網絡（Peer to Peer Network），又稱P2P網絡。每個節點通過唯一對應的密碼（即私鑰）和地址（即經哈希運算得到的公鑰，相當于用戶名）來管理自己的“錢包”。圖2展示了在區塊鏈上完成交易的過程。

第一，創立交易。交易雙方經過協商達成協議，買方使用存儲在“錢包”中的地址和私鑰進行數字簽名，證明自己對數字貨幣的所有權，并且不能被其他人更改。

第二，鏈內廣播。由買賣的某一方在區塊鏈上發出申請，通過P2P網絡的泛洪（Flooding）路由協議等廣播通知鏈上所有節點的參與方。如果后續被任一節點驗證無效，則停止在區塊鏈上的廣播。

第三，檢查確認。各個節點在區塊鏈的本地副本上分析數字簽名、驗證買方身份合法性，以及是否有足夠的貨幣余額，即區塊鏈上所有指向該節點的未完成交易輸出（UTXO）。所有節點驗證通過后，交易信息被記入各節點副本中。

第四，封裝區塊。在10分鐘內產生的所有交易通過各節點驗證后，被分別集中打包構成一個候用區塊。每個參與者都可以對未記入區塊鏈的交易內容進行記錄。為了避免多節點同時記賬帶來的信息混亂，每次只有一個參與者能夠將自己記錄的內容寫入區塊鏈，并且獲得相應的收益。以比特幣為例，在2009年1月創立之初，每個區塊獎勵獲勝節點50個比特幣，此后每4年減少一半，預計到2140年，約2 100萬個比特幣將全部發行完畢。此外，交易方還要支付給記賬節點一定的交易費用。

第五，競爭記賬權。區塊鏈會根據某種資源的占有率來決定記賬權歸屬，經各節點普遍認可的決定機制稱為分布式共識（Distributed Consensus）。其中，最常用的工作量證明（Proof of Work，PoW）依據的資源是計算能力。其他的共識機制中，權益證明（Proof of Stake，PoS）依據各節點持有的加密貨幣數量，委托權益證明（Delegated Proof of Stake，DPoS）則是指用戶將自己持有的加密貨幣換成股票，從而競爭記賬并獲得獎勵的權利。

PoW的具體過程如下：第一步，生成用于給記賬權節點發放獎勵和手續費的交易創幣（Coinbase）交易，并且與其他所有將要寫入區塊的交易組成列表，通過梅克爾樹算法生成梅克爾樹根哈希值。第二步，將其和區塊版本、父區塊哈希值、時間戳、難度目標和Nonce值等字段打包組裝成80字節的區塊頭，采用SHA256等運算求出區塊頭的哈希值。第三步，難度值決定產生一個合法區塊所需要的哈希運算次數。例如，比特幣系統為了保證平均每10分鐘產生一個區塊，每產生2 016個區塊（需2周時間）會根據全網算力的變化所有節點自動統一調整難度值。調整公式：新難度值=舊難度值×（過去2 016個區塊花費時長/20 160分鐘）。難度目標值是最大目標值與當前難度值的比率，最大目標值為恒定值。第四步，參與競爭的節點不斷修改區塊頭中的Nonce字段值（通常是遞增1），對每次變更后的區塊頭做雙重SHA256運算。當結果值小于當前網絡的目標值時則解題成功，工作量證明完成。競爭記賬權的行為和參與者又分別稱為“挖礦”和“礦工”。

第六，記賬上傳。率先完成工作量證明的參與者在鏈上廣播解題答案。經多數節點驗證后得到記賬權，把新區塊記入已存在的區塊鏈中，每個節點都更新本地副本。

第七，交割轉賬。數字貨幣從買方轉移到買方的“錢包”，記賬的“礦工”賬戶轉入相應收益，以補償其“挖礦”所進行的高強度運算和設備、電力等資源付出。

（三）區塊鏈的主要特征

區塊鏈依靠加密算法、分布式記賬和共識機制等技術，在鏈上各節點間構建起了一種新的信任體系、實現了安全、可驗證、平等的價值傳輸，打破了傳統的中心化機構對授信的壟斷，以及由此帶來的低效率、信息不對稱等問題。總體而言，區塊鏈具有以下五個方面的特征^[7-18]。

第一，分布式結構。分布式結構（Decentralized），可以直接翻譯成“去中心化”。軟件系統的網架結構包括三種模式：單中心、多中心和分布式，區塊鏈的“點對點”（P2P）模式指的是第三種，第二種雖然存在多個中心也屬于“去中心化”結構，這是區塊鏈的顛覆性特點和核心優勢。所有數據的存儲、傳輸、驗證和交易都通過各節點的電腦或手機等終端上的應用程序完成，不依賴于任何中心化的硬件或機構。實現點對點達成共識基礎上的直接交互，可以實現實時交易結算，使交易更加自主、簡單和節約資源。所有節點具有同等的權利和義務，排除了被銀行、信用卡公司和征信機構等中心化代理的風險，加速了資金和資產的流通、提升了價值的流動性。分布式結構還意味著系統中的數據塊由所有具備記賬功能的節點共同維護，任一節點數據的損壞或滅失都不會影響整個系統的運作，也降低了節點參與人故意作惡的道德風險。

第二，防篡改性。區塊鏈采用分布式記賬技術，鏈上每個節點都可以復制持有一份完整的數據。任何人要改變區塊鏈里的信息，至少要有能夠控制鏈上51%節點的算力，這顯然幾乎無法做到。每個新區塊保留時間戳，嚴格按照時間先后順序被上傳到鏈上。區塊鏈采取不可逆的單向哈希算法，將父區塊身份識別哈希值和所有交易信息壓縮換算成新的唯一身份密碼。內部數據信息的任意改動都會導致哈希值的徹底改變，從而被后續的節點所察覺和排斥。借助分布式系統各節點的工作量證明等共識算法，可以用強大的算力消耗或代幣數量等增加破壞系統難度。所有這些技術要求都使得篡改區塊內的數據成本極高，而擁有足夠強算力的節點可以通過競爭記賬權獲取更多的獎勵和收益。

第三，可追溯性。分布式記賬、時間和哈希換算上的不可逆性，使得每個節點的行為數據都被所有節點清晰無誤地記錄下來，參與各方只能自動化依規處理，避免欺詐、偽造等失信行為。此外，也便于監管機構實時監控、追蹤和還原鏈上活動，提高監管透明度和工作效率。

第四，保密性。各節點之間基于正確的地址和算法即可進行彼此識別和數據交換，無須獲取對方的真實身份，也不需要傳統的通過第三方認證中心（Certificate Authority，CA）頒發數字證明進行實名認證。采用公鑰公布地址、私鑰進行簽名和身份認證相配合的方法，使鏈上交易具有高度的匿名性，解決了中心化機構數據存儲不安全的問題。

第五，開放性。區塊鏈技術通常是開源的，除了交易各方的私有信息被加密外，公共鏈的代碼高度透明、對所有人開放，任何人都可以通過公開接口查詢鏈上數據。以太坊（Ethereum）等區塊鏈平臺還具有圖靈完備性（即代替計算機解決所有問題）和高度靈活的腳本代碼系統，支持用戶創建高級貨幣、精確定義智能合約（Smart Contract）、開發應用終端。

四、區塊鏈在扶貧和農業領域的應用

（一）區塊鏈在扶貧和農業中的應用基礎

在扶貧重點區域中，一個最大的共同點是農業的弱質性和農業基礎薄弱，在這些區域中，減貧與推動農業發展具有高度契合性，區塊鏈在扶貧和農業領域中具有廣闊的應用價值。自中本聰發表《比特幣白皮書》以來，區塊鏈的發展經歷了以加密貨幣為核心的1.0版（2008—2015年）、以智能合約和以太坊為代表的2.0版（2016—2017年）。2018年，區塊鏈開始進入3.0版，突破數字世界、提高每秒交易數（TPS）等性能，完善政策法規標準和技術設施建設，更好地服務實體經濟^[4]。從世界范圍內來看，區塊鏈在農業領域的應用尚處于起步階段，與金融、數字憑證、生活服務等領域存在較大差距。但是，區塊鏈是分布式記賬、信息公開透明、難以篡改和偽造、互信開放的平臺，也是可追溯、低成本、高效率的交易方式，能夠促進農產品更好地融入現代流通體系，提高食品安全保障能力和交易結算效率，在農業生產補貼、金融保險和農戶減貧等多個領域具有廣闊發展空間。近年來，區塊鏈在農業中的推廣應用勢頭強勁，隨著專門的分布式賬本不斷涌現，深度和廣度都在逐漸擴展^[20]。這些都在客觀上不同程度減少了貧困發生率，鞏固了精準扶貧工作的成效（如表1所示）。

（二）區塊鏈在扶貧和農業中的應用場景

1.區塊鏈+精準扶貧

精準扶貧的兩大難點在于困難群體的動態監測和扶貧資金的透明使用，因此，也為區塊鏈技術發揮作用提供空間。2017年5月，貴陽市政府聯合網錄科技有限公司推出首個“區塊鏈+精準扶貧”項目，在貴陽白云區紅云社區試點推行區塊鏈扶貧民生工程，借助鏈上數據提高政府民生資金使用透明度，讓助殘濟困工作發揮最大效用，為轄區困難群眾提供精準公平服務^[21]。2020年，中國人壽貫徹“金融扶貧保險先行”理念，推出“頂梁柱”項目，為全國建檔立卡貧困戶18—60周歲勞動力提供一份專屬扶貧公益保險。引入區塊鏈技術實現承保數據實時對接，把“頂梁柱”項目打造成了一本“公共賬簿”，實現項目參與方共同記賬和監督，任何一方都無法篡改賬目。提高了項目公開透明度，確保扶貧資金透明使用、精準投放和高效管理，真正做到了讓捐贈者放心、讓受保人收益。在捐款人、公益機構和受保人之間形成一套透明高效的扶貧模式^[22]。

2.區塊鏈+食品安全

把農產品的整個供應鏈嵌入區塊鏈驅動的系統中，可以讓農場與智慧農業系統相結合，采集和保存農業生產一線數據。包括農作物產地、從播種到收獲的作業時間，不同生長周期當地氣溫、降水、日照量，灌溉用水、化肥、農藥、土壤物理、化學和生物學特性、有無經過有機農產品、良好農業規范（GAP）認證等參數。在加工環節，采集和保存作業環境數據、是否引入危害分析和臨界控制點（HACCP）、國際標準化組織食品安全管理體系審核標準（ISO22000）等認證信息。通過射頻識別（Radio ?Frequency ?Identification，RFID）標簽和傳感器等物聯網技術進行監控，將這些信息打包傳上區塊鏈，使每件商品自帶唯一的溯源碼。使用手機應用軟件掃描溯源碼即可查到產品全流程信息，為食品行業建立可信的“數字身份證”。

利用區塊鏈技術可以對農產品實施分布式監管，能夠提前發現食品安全隱患，及早查明污染源，預防疾病甚至挽救生命，還可以縮小問題食品范圍、提高應對處置效率，維護企業和消費者利益、減少食品浪費。這樣，不僅增強零售商和消費者對產品的信心、提高政府部門的監管效率，也從源頭上促使農戶和食品加工企業提高食品安全保障意識，為排除食品安全隱患、發生問題后追溯責任創造條件。區塊鏈憑借內容透明、不可篡改的分布式加密賬本，實質上是建立了一種依托技術背書的低成本信任機制。所以，引入區塊鏈能夠解決食品供應鏈信用確立、誠信維護、失信追責等方面的困難。

相對于農業對接區塊鏈的其他領域，通過建立全程追溯和誠信保障機制保障食品安全受到關注最多、發展得最為成熟。IBM是最早宣布區塊鏈開發計劃的公司之一。2017年8月，IBM與沃爾瑪、雀巢等世界十大零售及食品供應商達成協議，利用IBM開發的區塊鏈溯源網絡Food Trust幫助這些公司提高供應鏈的可視性和可追溯性^[23]。加入該網絡的食品類企業還在不斷增加。2019年11月，法國高檔食品公司Labeyrie及意大利面知名公司Gruppo Grigi加入Food Trust，溯源追蹤挪威熏鮭魚產品和品牌意大利面Aliveris^[24]。IBM還與金融科技加區塊鏈公司9thGear、沃爾瑪和清華大學合作開發Apilot項目，旨在借助區塊鏈提高中國豬肉及其他食品分銷和供應鏈的安全性^[20]。2017年4月，A股上市公司“中南建設”與“北大荒”合資成立農業區塊鏈技術與平臺“善糧味道”，借助區塊鏈公司“智鏈Chain Nova”的技術支持，在農產品的生產、檢測、流通、銷售全流程引入區塊鏈技術，每件商品都含有被區塊鏈認證的時間戳、地理戳、品質戳。類似的案例還包括美國嘉吉（Cargill）公司的Honeysuckle White火雞追溯系統，科技公司“太一云”和江西贛州市政府合作推出的“鏈橙”項目，華為的“農業沃土云平臺”，螞蟻金服、天貓與菜鳥物流助銷五常大米，眾安科技和連陌科技的“步步雞”項目，慧聰國際資訊有限公司、佳沃股份的農業全產業鏈品質溯源平臺等。

3.區塊鏈+農產品交易

在基于區塊鏈構建的點對點（P2P）農產品交易平臺上，農戶和加工、銷售、消費等各環節的參與者都是平等的節點，所有信息公開透明、不能篡改。這不僅降低了農戶參與交易的難度，增加了農戶在農產品價格博弈中的話語權，也突破傳統市場的空間局限，為在更廣闊市場上尋找貿易伙伴創造了條件。區塊鏈憑借低成本信任機制，為農戶尋找到誠信可靠的農產品經銷商、保障價格公平、交易安全增加了一道屏障。所有各方都可以使用分布式類賬本建立信任，降低或免除了逐個評估對方可信度、履行合同能力的必要性，也節省了大量費用。區塊鏈技術還可以減少農產品貿易的中間商和經紀人，降低農產品因產地和市場高度分散所帶來的交易成本。區塊鏈的點對點資金轉賬和智能合約機制在交易條件成立時自動觸發付款程序，為農產品交易提供幾乎零成本、安全快捷的支付手段。這方面值得關注的案例包括美國初創公司Pipeline Food利用區塊鏈為種植有機產品的農民提供生產數據的簡化錄入和第三方認證機構共享、回收貨款等服務，農民收入比種植傳統作物增加1倍;澳大利亞農業供應鏈追蹤企業Block Grain利用區塊鏈技術為農民提供實時交易和支付服務，使農戶實現最大收益;中農網通過區塊鏈把買賣雙方的信息向產業鏈各方公開，建立起正向的信譽生態，并且提高了各項的交易效率、降低了交易成本;Wine Chain中國是全球首個基于區塊鏈和溯源技術的紅酒交易平臺，其基于區塊鏈技術+物聯網+溯源技術，解決了紅酒供應鏈的產品質量保真、追責、信任缺失等問題。

4.區塊鏈+精確農業

精確農業是一種可持續發展的農業模式，是利用遙感（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、數字攝影測量系統（DPS）和專家系統（ES）構成的5S等技術，獲取和監測以平方米計量區域的作物生長環境、長勢狀況，精細準確地調整各項農業管理措施，在每一環節上最大限度地優化各項農業投入、獲取最大經濟和環境效益^[25]。這些數據上傳區塊鏈平臺后能夠永久保存，防止數據丟失和被篡改，促進數據在鏈內不同節點之間的分享和傳播;利用智能合約機制還能促進數據的交互合成，為大數據和云計算提供方便。區塊鏈的應用還可以使農民和零售商只需使用智能手機掃描產品上的二維碼，就可以追溯購入的化肥農藥、噴霧、灌溉、土壤光照氣溫測量器具等信息的來源和特性。這樣不僅可以確認生產資料的質量真實可靠，還有利于推進水肥一體化、自動化作業，減少生產過程中的資源浪費和環境污染。澳大利亞農業供應鏈追蹤企業Block Grain，利用區塊鏈和物聯網技術詳細記錄土壤、天氣、耕作方法、種子類型等信息。物聯網初創企業Filament公司通過獨立的網絡連接傳感器，監測農場的土壤條件，播報防篡改的氣象數據、短信提醒、機械協議、GPS定位等信息。

5.區塊鏈+農業金融

以比特幣和金融科技（Fin Tech）為代表，金融業是區塊鏈最先落地、最成功活躍的領域^[23]。但是，農業金融一直是中國金融體系中的薄弱環節，農業金融主要依賴農商行、農信社的網點，往往難以深入到鄉鎮以下的廣大農村。農企和農戶一般貸款額度小、經營分散、抵押資產少、缺乏具有公信力的經營和信用狀況記錄，難以獲得正規渠道的信貸支持。區塊鏈借助分布式記賬和共識機制保證農企和農戶信息的真實性和不可篡改性，擺脫申請貸款時對銀行、征信機構等中介機構的依賴，利用智能合約實現不同節點之間基于鏈上公信機制的直接、自動放貸，以較低的成本解決農業融資難問題。區塊鏈技術還大幅減少了交易中的人工干預，提高農產品貿易特別是跨國支付的效率。中國農業銀行利用區塊鏈技術推出“農銀e管家”電商金融服務平臺，將生產企業、分銷商、縣域批發商、農家店、農戶的歷史交易數據，以及每天產生的新數據都寫于鏈上。隨著區塊鏈網絡不斷擴大和用戶持續增多，逐步積累形成可信度高、不可篡改的交易記錄數據庫。

6.區塊鏈+農業保險

農業生產周期較長、供應過程對時效要求較高，容易受到各種病蟲、氣象等災害影響而造成很大的經濟損失。為保護農企和農戶利益，必須大力發展農業保險服務。但是，農業保險面臨確保災損數據真實、可追溯、難以篡改等方面的挑戰，影響到定損、理賠的客觀公正性^[15]。將區塊鏈技術應用于農業保險，可以確保投保節點用戶數據真實可靠，可極大地簡化業務辦理流程、降低保險公司評估成本和承保風險，防止農戶因災反貧。智能合約會在檢測到農業災害發生后自動啟動定損和賠付流程，極大地提高了賠付辦理的效率、激發農企和農戶的參保熱情。作為區塊鏈技術助力農業保險的案例，國元農業保險為“步步雞”項目提供了農業保險，只要通過區塊鏈上的數據，即可實時傳遞信息，降低了保險和信貸的風控風險及評估成本。知安華農業保險推出了商業性區塊鏈肉鴨養殖險，并且于2018年9月同山東濟寧鄒城市香城鎮房桃村養殖大戶簽下了第一份保單^[26]。

7.區塊鏈+農地流轉

推動農村土地承包經營權的有序流轉，是隨著中國城市化進程不斷加快、解決農村土地閑置、推動農業實現“第二次飛躍”的必然選擇。農村土地承包經營權登記和流轉往往程序繁瑣，信息記錄保存需要大量人力、物力和財力投入。囿于法律意識和成本等方面的限制，存在很多流轉手續不規范、監管困難、信息不對稱等問題，進而容易引發糾紛和欺詐。區塊鏈憑借分布式結構、數據公開透明和防篡改等特點，能夠以很低的成本公開、高效、詳細地為土地的確權和流轉進行電子存證。區塊鏈的智能合約和共識互信機制還有利于擴大農地的流轉范圍、簡化流轉程序、保障雙方的合法權利。此外，區塊鏈以其分布式結構、防篡改、可追溯、保密、開放、智能和互信等優良性能，可以被廣泛應用于多個涉農領域。例如，將農戶的投入產出、種植養殖結構、農機具購置信息等保存到鏈上后，就能隨時跟蹤核實其農業生產經營情況、實現智能化發放農業補貼、管理農機設備和農資、推廣農業技術、控制農業污染，甚至還能夠分析農戶家庭收入，自動啟動精準扶貧程序。依托區塊鏈在保障信息安全、公開和難以篡改等方面的特性，區塊鏈技術在農業領域的應用空間還會進一步拓展。

五、中國農業推廣區塊鏈的機遇與挑戰

（一）中國發展農業區塊鏈的合理性與優勢

1.中國擁有發展區塊鏈的良好基礎

中國已經將發展區塊鏈技術上升到國家戰略層面。2016年12月，國務院頒布《“十三五”國家信息化規劃》，首次提及區塊鏈技術并將其列為重點前沿技術，要求加強基礎研發和前沿布局、以搶占新一代信息技術主導權。此后，商務部和財政部發布《關于開展供應鏈體系建設工作的通知》（2017年8月）、國家網信辦發布《區塊鏈信息服務管理規定》（2019年2月）等多個政策文件都對發展區塊鏈作出詳細部署。對區塊鏈產業發展的政策體系也在逐漸完善，各地從產業高度定位，積極出臺發展扶持政策^[3]。

區塊鏈發展正漸趨理性和規范，各級政府也在收緊數字貨幣發行和融資監管。在工信部指導下，中國電子技術標準化研究院于2016年發布《區塊鏈參考架構》和《區塊鏈數據格式規范》，2017年開始制定《信息技術區塊鏈和分布式賬本技術參考架構》。2017年9月，央行等7部門聯合發布《關于防范代幣發行融資風險的公告》，停止各類代幣發行融資活動。2018年8月，銀保監會等5部門發布《關于防范以“虛擬貨幣”“區塊鏈”名義進行非法集資的風險提示》。同時，中國也在加快區塊鏈技術標準化步伐。

中國國內區塊鏈產業鏈條已經初步形成，包括硬件制造、平臺建設、安全保障，以及行業投融資、媒體、人才等保障產業發展的服務。出現了一大批初具規模的公司，業務范圍從支付、保險、證券等金融領域延伸到了物聯網、工業、農業等實體經濟，以及電子商務、游戲、社交等新興領域^[4]。

2.農業為區塊鏈提供了廣闊發展空間

中國正在進入智能農業（即農業4.0）時代，在國內農業發展環境出現深刻的變化和世界農業發展大勢的背景下，一系列農業發展戰略的提出，為中國農業更好地接納區塊鏈技術提供了政策基礎和平臺。《“十三五”國家信息化規劃》專門對推進農業信息化進行部署，提出實施“互聯網+現代農業”行動計劃，強調推動信息技術與農業生產、經營、市場流通、資源環境融合。2018年，中央一號文件提出大力發展數字農業，實施智慧農業林業水利工程和食品安全戰略，推進物聯網試驗示范和遙感技術應用，加強農業投入品和農產品質量安全追溯體系建設，健全農產品質量和食品安全監管體制。2019年，中央一號文件突出強調深入推進“互聯網+農業”，擴大農業物聯網示范應用，推進重要農產品全產業鏈大數據建設。2020年初，農業農村部和中央網信辦（2020）發布《數字農業農村發展規劃（2019—2025年）》，部署加快推進農業區塊鏈大規模組網、鏈上鏈下數據協同等核心技術突破，加強農業區塊鏈標準化研究，推動區塊鏈技術在農業資源監測、質量安全溯源、農村金融保險、透明供應鏈等方面的創新應用。

在一系列利好政策作用下，人工智能和物聯網技術與農業的結合日漸緊密，為區塊鏈在農業中的應用創造了條件。作為一個密切關聯的整體，物聯網、人工智能和區塊鏈技術分別主要解決數據信息的采集和輸入，處理和輸出，存儲、安全和智能控制。從現實來看，現代物流、信息技術已經延伸到了農村，共享經濟和移動支付逐漸融入農民日常生活，農村勞動力受教育年限、返鄉創業大學生和現代化農業經營體的比例逐漸提高，為農業對接區塊鏈提供了群眾基礎、人才及知識儲備。

3.成功范例的輻射帶動效應明顯

在國家利好政策支持下，會有更多企業和社會組織憑借自身資金、技術等方面的優勢，從事農業區塊鏈技術的開發和應用。從而出現如前文所述的眾多經濟效益突出、引發農業生產經營方式變革的成功案例。區塊鏈公開、可擴展和分布式共享數據的特性，與農民傳統的從眾心理作用下的行為方式和現代化網絡媒體的結合，必然促進區塊鏈技術在農業領域的傳播應用。

（二）中國發展農業區塊鏈的難點

1.區塊鏈與農業存在兼容難點

有效的區塊鏈必須包含足夠多節點、高質量數據、高性能計算設備，成本支出和技術壁壘是阻礙其在農業領域普及的主要因素^[26]。中國雖然農戶數量眾多，但真正能夠具備采集數據并打包壓縮成哈希值、進行挖礦競爭記賬權等操作、形成有效節點的數量極少。中國農業普遍存在生產周期長、空間布局分散、物聯網和信息化率低等特點，難以采集包括農業生產全過程的高質量數據并直接用于區塊鏈。分散的小規模家庭經營難以負擔高昂的技術設備支出，對使用現代化經營方式和掌握區塊鏈技術的高級專門人才吸引力不足，高性能網絡和計算設備對于絕大多數農業經營主體而言依然遙不可及。區塊鏈技術與農業存在兼容難點，使得目前農業區塊鏈真正成功的案例依然較少，前述的成功事例多數是大型企業強力支持的結果。

2.區塊鏈技術尚未完全成熟

當前區塊鏈技術的發展仍然處于初級階段，諸多技術和監管上的不足和缺位制約了區塊鏈在農業中的推廣應用。首先，在一個區塊鏈系統內難以同時實現分布式數據共享、可擴展和安全性的“三角制約”結構，這是區塊鏈進入實際產業應用的最大瓶頸。雖然已經提出了多種方案，目前尚無完全解決此問題的方法。其次，區塊鏈尚存在共識機制和智能合約邏輯漏洞、密碼算法和P2P網絡機制安全性，以及私鑰管理不善、遭遇病毒木馬、賬戶被竊取等問題^[4]。特別是發生的幾起大額加密貨幣被盜事件，使人們對區塊鏈技術安全性的觀望和懷疑態度上升。2018年5月，比特幣黃金（BTG）遭遇了51%雙花沖擊，造成損失1 860萬美元;2019年7月，日本BPJ交易所遭到黑客攻擊，價值3 200萬美元的加密貨幣被盜。再次，當下主流的共識機制都存在缺陷。工作量證明（PoW）的電力和計算機內存能耗大、處理效率比較低，容易被少數算力較強的“大礦池”控制，從而背離區塊鏈分布式數據共享的初衷;權益證明（PoS）機制下持有代幣即可獲得利息，導致持幣方交易偏好降低、缺乏流動性，也容易吸引黑客攻擊持幣較多的節點。最后，智能合約條件判斷和交易執行的主體是計算機，缺乏實體抵押資產，要達到在不同法律制度和社會習俗的全球范圍適用的目標，一定時期內會存在法律和公眾認知意義上的合約性能不足等問題。智能合約屏蔽人為干預的特性也會造成系統受到攻擊或發生邏輯錯誤時難以及時打上補丁實現線上修復，而只能選擇系統分叉從而加重了鏈條的負荷。當前，智能合約的應用主要局限在數據防篡改和邏輯存真等方面，難以大量解決產業經濟發展中出現的實際問題。

3.人才培養和技術推廣處于起步階段

區塊鏈并非全新的技術，而是綜合利用P2P網絡、數字加密、分布式共識和智能合約等多項技術的網絡和數據平臺，其在農業領域的運作和推廣更需要農業經濟、信息管理和農業技術等多學科的支撐。也正因為如此，培養區塊鏈專業人才是一個學科交叉、跨學院合作的過程，對師資和教材都有較高的要求。目前，中國還沒有高校設置基于區塊鏈技術的農業經濟專業，少量研究生論文也大都停留于對基礎技術或整體發展趨勢的探討，缺乏對農業區塊鏈應用的專門深入研究。區塊鏈技術經濟學方面有影響的著作多是翻譯自歐美發達國家，對中國經濟社會現實特別是農業經濟的針對性差。國內圖書市場上與區塊鏈相關的社科類專著大都只是講解區塊鏈概念及應用場景的通俗讀物。融合區塊鏈經濟和技術、適合作為大學課堂或用于實地推廣培訓的教材基本是空白。在這種情況下，組建活躍在農業生產一線、培訓和推廣區塊鏈技術的專業人員隊伍難度很大。

六、基于農業區塊鏈視角的數字減貧方案

全面建成小康社會后，要繼續堅持數字減貧的理念，借助區塊鏈技術的優良特性，著眼于推動農業可持續發展以鞏固扶貧成果。區塊鏈是綜合多種技術、具有分布式共享、防篡改、可追溯、保密、開放的系統和平臺，中國已經將區塊鏈的發展上升到國家戰略層面。推動向農業4.0的智能階段升級，區塊鏈在農業和減貧領域具有巨大推廣價值。區塊鏈技術已經開始應用于精準扶貧，在農業領域的應用包括追溯農產品從田間到餐桌的整個過程，保障食品安全、構建點對點（P2P）平臺促進農產品公平公開交易、精確農業數據的永久保存和傳播分享、發展農業金融和保險、農地確權和流轉，以及發放農業補貼、管理農機設備和農資、推廣農業技術、控制農業污染等。中國區塊鏈發展基礎良好、農業經濟持續穩定增長，大量成功案例發揮了示范帶動作用。但是，中國農業區塊鏈發展仍面臨諸多困難：區塊鏈與農業的難以兼容性、區塊鏈技術本身尚未成熟、人才培養和技術推廣剛起步，特別是農業部門對區塊鏈的認識基本停留在概念層次，遠未具備大范圍普及推廣條件。

推動區塊鏈在數字減貧和農業領域的應用，必須充分利用現有機遇、積極應對面臨的挑戰。首先，要在市場準入、稅收、補貼等方面繼續鼓勵核心技術研發，爭取早日為“三角制約”、共識機制和智能合約底層缺陷等難題提出解決方案，提高鏈上運行速度、推動農業區塊鏈大規模組網和鏈上鏈下數據協同，保持和提升中國在區塊鏈領域的領先地位，加速區塊鏈在農業等產業部門的落地應用。其次，組織和鼓勵專家編寫區塊鏈經濟與技術教材，在高校特別是在涉農院校和農業推廣類專業中開設課程。選擇部分基礎較好的普通高校和職業技術院校探索設立相關專業，成立區塊鏈經濟技術系或學院。再次，在各級各類科研基金課題評審過程中，優先資助區塊鏈技術與農業對接的課題，結項考核時也要打破傳統體制束縛，鼓勵產學研的深入融合，重在考察項目對農業經濟的實際帶動作用。最后，在產業政策和稅收減免、經濟技術開發區免租等政策設計上，對開展區塊鏈技術支農項目的企業給予進一步的傾斜，探索設立專門基金予以獎勵。對在區塊鏈技術研發和教育等方面貢獻突出的個人，在人才資格認定、職稱評定和業績評優等方面給予優先考慮。

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Blockchain Boosts Digital Poverty Alleviation and Agricultural Modernization： Framework and Application

LI Dong-po¹，LUO Jun-wen²

（1.School of Economics and Trade， Hunan University of Technology and Business， Changsha ?410205， China;2.Development Institute， Yunnan University， Kunming ?650091， China）

Abstract：The digital economy is the future direction of global development，and the digital technology wil provide a boost to China in consolidating the achievements of precise poverty alleviation and modernizing agriculture and rural areas. Characterized with tamper-proof，traceability，confidentiality，and openness，blockchain is leading the new round of global technological and industrial changes to provide new opportunities and new ideas for digital poverty reduction and agricultural development.Among the key regions for poverty alleviation，one of the greatest commonalities is the weakness of agriculture and the weak agricultural foundation.In these regions，poverty alleviation and agricultural development are highly compatible，and the blockchain has broad application value in the field of poverty alleviation and agriculture.The applications of blockchain in agriculture include food safety，trading，precision data process，finance and insurance，farmland transfer and many other aspects.China has a good blockchain R&D foundation，a continuously and steadily growing agricultural economy，and the demonstration of successful cases，which provides a rare development environment for the construction of agricultural blockchain.At the same time，China is also facing problems such as difficulties in compatibility between blockchain technology and agriculture，technology not yet fully mature，and lagging talent training.Therefore，it is necessary to continue to encourage the research and development of core technologies and accelerate the cultivation of professional talents by using the construction of teaching materials，curricula and professions as a breakthrough. In addition，the research system and industrial policies should be innovated to encourage the in-depth integration of blockchain technology with the construction of agricultural modernisation in terms of tax relief，talent selection，title recognition and performance evaluation.

Key words：digital poverty reduction; digital economy; blockchain; agricultural modernization

（責任編輯：鄧菁）