區塊鏈技術下的生鮮食品冷鏈數字化平臺建設

唐衍軍

1. 廣州城市理工學院管理學院（廣州 510800）；2. 泰豪科技股份有限公司博士后科研工作站（南昌 330013）

生鮮食品種類眾多且受環境影響大、保質期短，需要通過低溫的環境降低自身的代謝和微生物生長，冷鏈物流運輸模式成為最佳選擇。隨著對冷鏈物流需求的不斷增加，優化冷鏈物流體系成為食品業和物流業的重要課題[1]。數字技術與實體經濟深度融合，成為冷鏈物流業創新發展的新動力[2]。區塊鏈是數字技術革命中的一項顛覆性技術，融合分布式賬本、數字簽名、智能合約等一系列核心技術。開發區塊鏈技術在冷鏈物流領域的新應用，搭建區塊鏈技術下的數字化物流信息平臺，為保障食品質量安全、促進物流信息互聯互通、提高冷鏈物流效率奠定基礎。

1 生鮮食品冷鏈物流系統中存在的突出問題

1.1 交叉污染導致質量安全事故

一些小型冷鏈物流公司基于降低運輸成本的考慮，存在使用同一車輛運輸不同種類貨物的現象。車輛混合裝載不同貨物可能會造成食品之間交叉污染，甚至會釀成嚴重的食品質量安全事故。如2020年5月17日，美國有民眾因食用一款進口金針菇而感染李斯特菌，該食品質量安全事故造成30余人感染，其中4人死亡、2名孕婦因李斯特菌感染而流產。這起質量安全事故的原因在于進口冷鏈食品運輸過程中使用同一車輛運載不同貨物，在運輸過程中由于包裝破損而造成冷鏈食品交叉污染。部分冷鏈物流公司還可能采取中途關閉制冷系統的方式來降低成本，這大幅增加了食品腐爛變質以及貨物混裝時產生交叉污染的風險，容易釀成嚴重的食品質量安全事故隱患。

1.2 運輸與倉儲環節未有效銜接

長期以來國內冷庫只起到一個低溫蘊藏倉庫的作用，尚未與冷鏈物流相結合形成一體化產業，造成生鮮食品冷鏈物流體系分散，難以適應現代化物流產業發展的需要。擁有一體化冷鏈設施的物流企業較少，冷鏈物流企業大都借助于第三方冷庫儲存貨物。冷鏈物流企業與冷庫之間缺少一站式服務，存在冷鏈運輸與倉儲環節銜接難的問題。一方面中小型冷庫儲存能力有限，而另一方面大型冷庫的儲存空間卻又得不到充分利用。以冷鏈物流設施相對發達的深圳市為例，盡管其冷庫容量達百萬噸級，但由于冷鏈運輸與倉儲環節銜接不暢，從而導致龐大的冷庫資源得不到充分利用。

1.3 冷鏈產品物流信息流通不暢

冷鏈物流企業一般采用自營物流方式，生產商、分銷商及物流企業等主體之間缺乏信息共享的意愿、能力、平臺以及機制，與冷鏈產品相關的上下游企業之間也存在信息不透明、運作不協調等突出問題。由于冷鏈物流行業信息化程度相對較低，加之各物流企業在互聯網及信息技術應用方面層次參差不齊，使得冷鏈食品的在途質量無法得到有效追蹤。信息管理平臺建設的落后導致冷鏈物流信息流通不暢，造成因信息傳遞不及時導致物流時間過長、產品浪費，而終端客戶求而不得的狀態[3]。此外，傳統質量信息監管平臺上的產品溯源系統流程固化，還導致消費者查詢不到正確的信息，在發生食品質量安全問題的情況下，產品及質量信息難以被真正溯源。

2 區塊鏈與生鮮食品冷鏈物流信息系統的耦合性

區塊鏈作為一種顛覆性信息技術，擁有分布式賬本、數字簽名、智能合約等一系列核心技術組合。將區塊鏈應用于生鮮食品冷鏈物流信息系統建設，發揮其體系特點及技術優勢，有助于加強冷鏈運輸與倉儲企業之間的對接、促成冷鏈物流信息的互聯互通，從而保障冷鏈食品質量安全。

2.1 區塊鏈數字簽名技術保障冷鏈食品質量安全

區塊鏈構建的信任網絡，將帶來多場景模式下的便利流通[4]。區塊鏈采用數字簽名技術使得交易方在無第三方擔保情況下實現互信，從而有助于實現冷鏈食品質量的在途、實時監測，保障生鮮食品冷鏈運輸及儲存過程中的質量安全。區塊鏈技術下的一套數字簽名通常定義兩種互補的運算，一是用于簽名，二是用于驗證。通過區塊鏈數字簽名技術，可將生鮮食品冷鏈物流運輸過程中的所有車輛做數字簽名，車輛類型、產品種類、車內溫度等信息儲存在公有鏈上。冷鏈物流企業提供運輸過程中的公鑰，分銷商及終端消費者則擁有私鑰。通過程序設定，私鑰需滿足公鑰所描述的內容才可對貨物實施驗收，公私鑰交接不成功則拒絕貨物驗收。區塊鏈數字簽名技術下，生產企業、物流企業及分銷商之間實施相互監管，能夠確保冷鏈物流各環節的操作都符合規范，降低生鮮食品之間交叉污染現象的產生，從而保障冷鏈食品安全。

2.2 區塊鏈分布式賬本利于運輸與倉儲環節銜接

區塊鏈本質上是一個去中心化的分布式數據庫，賬本信息在多個節點均有備份，數據區塊以鏈的形式在各授權節點上同步復制、實時共享。傳統有中心的分布式數據庫設計嚴格的存取控制權限，而區塊鏈的分布式賬本數據則完全公開透明[5]。區塊數據被透明化地公布在區塊鏈上，各節點都可通過公開的網絡接口查詢冷鏈物流信息。冷鏈物流系統各節點的信息，如冷鏈業務需求、冷庫位置、運輸與倉儲環節銜接時間等，都能夠在區塊鏈分布式賬本中進行實時記錄。分布式賬本技術下，還可將生鮮食品加工、食材原產地、消費者需求等信息以數據的形式記錄到區塊鏈中，并根據數據產生的先后附上時間戳。冷鏈物流企業與冷庫基地之間，通過區塊鏈實時共享數據信息，雙方根據鏈上信息及自身能力、需求可實現即時對接，形成集約化、一體化的冷鏈物流運輸與倉儲環節銜接模式，從而有效減少物流成本、縮短貨物在途時間、保障食品質量安全。

2.3 區塊鏈智能合約促成冷鏈物流信息互聯互通

智能合約是一種旨在以信息化方式傳播、驗證或執行合同的計算機協議，它允許在沒有第三方擔保的情況下進行可信交易。利用智能合約在生鮮食品生產商、物流企業、冷庫基地之間建立數字化平臺，將智能合約部署在節點上從而賦予平臺具備可編程、可擴展的特性。區塊鏈數字化平臺開發過程中，還可根據生鮮食品冷鏈系統的特點將特定交易規則寫入智能合約中。平臺根據智能合約的設定對冷鏈物流數據進行采集、傳輸、格式轉換，最后以直觀形式將相關信息予以呈現。與該數字化平臺中相連接的所有系統節點，都可以通過外部終端設備調用智能合約，進行數據訪問并實施相關操作。智能合約還可根據產品需求量、冷鏈企業運力、冷庫儲量等，實時自動匹配訂單并向相關方推薦。區塊鏈智能合約為利益相關方共建產供銷一體化數字平臺提供了技術支撐，促進生鮮食品冷鏈物流各環節之間的信息互聯互通，提高冷鏈物流協作效率的同時，也降低食品質量安全問題溯源的難度。

3 區塊鏈技術下生鮮食品冷鏈數字化平臺的構建

區塊鏈技術促使信息技術朝著更加先進和科學的方向邁進，基于區塊鏈技術建立的信息平臺具有更高的安全性及運作效率[6]。基于區塊鏈技術構建如圖1所示的生鮮食品冷鏈數字化平臺，并對該平臺的運作機理進行闡述。

圖1 生鮮食品冷鏈數字化平臺的邏輯架構

3.1 冷鏈數據層

冷鏈數據層主要利用區塊鏈技術對生鮮食品加工、儲存及運輸過程中的相關數據進行采集。生鮮食品運輸、倉儲過程中的數據采集，還將使用新型無線射頻技術（RFID）。閱讀器從RFID標簽中獲取無線電信號，將其轉換為數字信息，然后將其發送至數據庫中。在運輸開始前開啟RFID溫度標簽，可確定食品加工過程中所處環境的溫度。冷鏈運輸過程中，帶有RFID標簽的生鮮食品將被自動掃描和定位，產品的位置和溫度信息也會在數據庫中自動更新。在倉儲環節，通過掃描RFID標簽，對冷庫環境溫度及位置等基本信息進行采集。數據采集完成后通過合約層提供的數據接口上傳至區塊鏈數據庫。信息查閱者可通過私鑰在智能合約提供的接口查詢生鮮食品冷鏈物流各環節的相關信息。

3.2 技術資源層

技術資源層集中體現了區塊鏈技術在生鮮食品冷鏈物流數字化平臺建設中的應用優勢。技術資源層包括數據庫服務器、WEB服務器、接口服務器及應用服務器等。服務器通過OS、4G/5G、Zigbee、Wi-Fi等數據傳輸方式將數據層中的關鍵數據，如溫濕度信息、車輛實時監控信息、冷鏈物流企業及上下游企業等相關信息等，傳輸到服務器節點中。每個節點上傳的數據都需經過多個節點的共同認證，經過這樣一種共識機制驗證后形成新的區塊。新增區塊在整個網絡上進行廣播，其加載的信息隨即被增加到鏈上。技術資源層采用非對稱加密技術對數據進行加密，防止數據遭受非法篡改。區塊數據采用哈希數的格式進行儲存，最終形成相互關聯的鏈式數據庫。

3.3 智能合約層

滿足預先設定的條件時，智能合約能夠自動強制執行合同條款，實現“代碼即法律”的目標。區塊鏈智能合約可自動執行代碼設計中的原定功能，不因受到外界網絡攻擊而更改。通過區塊鏈智能合約編寫設計面向冷鏈相關企業和消費者的數據接口，面向消費者的接口提供查詢功能，面向冷鏈物流企業的接口還增加了數據上傳與維護功能。智能合約中的自動判別機制，可對數據真實性進行實時分析。鏈上數據包括加工信息、物流信息、倉儲信息、質量信息、交易信息等，根據不同產品類型，對生鮮食品的保質期、運輸里程、環境溫度等設立標準閥值，智能合約裝置在超過設定的閥值時報警，消除冷鏈物流過程中存在的食品安全隱患。

3.4 數據應用層

生鮮食品冷鏈數字化平臺的數據應用層中，分布式賬本技術的使用使冷鏈物流各個環節相互連通，打破信息壁壘實現數據共享。數據應用層為冷鏈物流涉及的相關方提供數據接口，授權人員可通過手機、電腦、平板等終端設備接入系統。加工企業可對與相關產品的生產批次、食材來源及包裝與溯源信息等進行維護。冷鏈物流企業將產品備案號、運輸車輛及分裝信息等實時上傳，并即時查詢上下游企業的供應與需求情況。分銷商可在應用層發布采購意向、產品報價等信息，同時查詢產品規格、存儲條件、質量狀況等。零售商進行實時詢價、發盤、接單及訂單處理工作，同時對所售產品的質量情況及索賠信息即時反饋。

4 結語

隨著居民生活水平提高，對生鮮食品的需求不斷提升，冷鏈物流作為一類現代化的供應鏈形式，有著巨大發展前景。當前冷鏈物流信息系統大都采用中心化的解決方案，不利于物流企業與其上下游企業之間的信息互聯互通，導致冷鏈物流運輸與倉儲之間銜接不暢，甚至生鮮食品運輸過程中交叉污染的現象也時有發生。將區塊鏈技術應用于生鮮食品供應鏈數字化平臺建設，能夠發揮區塊鏈去中心化網絡體系的優勢，使得冷鏈食品信息在物流各環節之間實時共享，實現全鏈互通、消除安全隱患，并實現對食品質量安全問題的有效追溯，形成安全高效的生鮮食品供應鏈體系。以區塊鏈為底層技術，構建生鮮食品冷鏈數字化平臺，并基于該平臺探討冷鏈物流優化路徑，對物流及食品行業信息化建設具有啟示意義。