基于區塊鏈技術在蜂產品質量溯源系統的研究與應用

龔勛 趙海紅 沈晶 曹錳 王璐 馬慶巖 魏文華│文

遼寧葫蘆島市軍民融合和新材料產業發展中心，125060

我國是養蜂大國，蜂蜜、蜂王漿、蜂膠等蜂產品產量均居世界首位。蜂蜜產品作為天然的營養保健品，越來越受到市民的青睞。生活水平的提高使得人們對蜂蜜質量有了更高的要求，更關注蜜源、加工過程等內在質量，尤其是蜂產品“藥食同源”的特性，其質量的高低直接影響療效和產品口碑。本研究將區塊鏈技術的去中心化、自帶信任、數據公開透明、全程可追溯的特點應用于蜂產品質量的溯源，從而為終端消費者提供蜂產品全周期的信息溯源系統。

一、區塊鏈技術的應用及特征

1.區塊鏈技術及應用

區塊鏈技術的研發與應用主要起源于比特幣。在比特幣形成過程中，作為存儲單元的區塊記錄了相應時間內各節點、各區塊鏈的交流信息[1]。區塊鏈由區塊頭和區塊體組成，其中，區塊頭由版本、父區塊哈希值、數據、Merkle根、時間戳、目標難度、#Nonce值等部分組成；區塊體包括所有參與交易的輸入、輸出和長度等交易信息。伴隨著區塊信息交流的深入和擴大，各區塊通過隨機散列實現連接，后一區塊包括前一區塊的哈希值，一個區塊與另一區塊相繼接續，最終形成的結果是區塊鏈[2,3]。

區塊鏈技術是密碼學、計算機科學、經濟學等多個學科發展到一定階段后的產物。區塊鏈系統本身能產生信用，來自于程序（算法）的不可更改性質。因為區塊鏈記錄信息的產生需要全網絡節點確認，而一旦生成將永久記錄，無法篡改[4]。區塊鏈是一種由多方共同維護，以塊鏈結構存儲數據，使用密碼學保證傳輸和訪問安全，能夠實現數據一致存儲，無法篡改，無法抵賴的技術體系[5]。這種特性為產品的追根溯源提供了技術應用基礎。

2.區塊鏈技術的特征

區塊鏈可以看作是一種分布式賬本技術，其分布式的存儲結構可以確保信息的真實性與完整性，區塊之間通過共識機制聯系在一起，再結合密碼學原理可以有效地防止信息在收集、流轉過程中被惡意篡改。區塊鏈是基于非對稱加密算法、P2P網絡技術、時間戳技術的共享數據庫，具有去中心化、共識機制、開放透明、匿名性四個特征。

二、蜂產品質量追溯系統功能模塊的設計

圖1 蜂產品溯源系統的功能模塊

三、蜂產品溯源系統的總體架構

蜂產品溯源系統架構分為應用層、管理層、網絡層、數據存儲層、物理層五層。

應用層：消費者通過手機APP可以實時查看蜂蜜的原產地，蜂產品加工狀態、物流（快遞單號）以及銷售等全過程，每一個環節都會有一個區塊記錄著相同的賬本，并且這個賬本只允許追加而無法修改。每個區塊之間都是通過滿足共識機制的節點維護著整個網絡不需要人為的介入，加上每個區塊信息都包含有唯一的時間戳更加保證了信息的安全性。蜂產品溯源系統區塊上的信息內容是通過hash加密保存在默克爾樹上，在極大地保證了數據真實性，防止了數據的泄露[6]。

管理層：后臺或者第三方監管需要監管者加入區塊鏈系統并且拿到相應的公鑰才能查詢。由于區塊鏈技術的特性，監管者無權也無法篡改信息內容，可以快速幫助監管者在蜂產品出現質量問題時進行溯源追責，同時防止各個環節（尤其是生產和流通環節）出現徇私舞弊的情況。

網絡層：包含腳本代碼、數字化合約、共識算法等機制共同制定控制管理層的規則，利用腳本代碼使每個區塊連接起來并且使其可追溯。共識算法是一種去中心化機制，提高了蜂產品溯源系統的信任度[7]。數字化合約則是通過代碼控制輸出日志記錄，對于后面的溯源和監管起著至關重要的作用。

數據存儲層：主要依托IT技術，提供網絡數據傳輸服務，實現區塊鏈網絡節點之間的信息交互，每一個節點既能接受信息，又能發布信息，節點之間通過一個共同的區塊鏈來保持通信。在區塊鏈網絡中，每一個節點都可以創造出新的區塊。

四、蜂產品溯源系統的實現與應用

本研究依托江蘇常州生產的數字化蜂箱，以葫蘆島市數字化蜂業示范基地建設情況為例，增加溫度、濕度、重量感應、數據傳輸等蜂群管理相關數據模塊[8]。通過采集蜂箱信息，蜜源、溫度、濕度、產量、病蟲害防治等信息通過上鏈系統，區塊鏈會將蜂蜜品種、生產日期等信息自動生成一個溯源碼，經加密并上傳到區塊鏈中，系統會生成信息記錄，并附上時間戳。

成熟蜜采集和蜂產品加工環節中，將蜂蜜的加工工藝、生產時間、操作流程等信息通過上鏈存儲到區塊鏈系統中，蜂蜜的信息記錄會隨著供應鏈不斷更新。

物流環節中，物流企業會將倉庫信息、包裝信息、運輸單號、時間等信息更新到供應鏈上。

銷售環節中，蜂產品的來源、價格、銷售單位、倉儲環境等信息寫入之前的更新的信息記錄，完整的蜂蜜供應鏈信息記錄自動生成。消費者購買蜂蜜的時候，只要用手機掃描外包裝上的二維碼，就能獲取蜂蜜從生產、加工到銷售的每一步情況，并且能保證每一步自己所查詢到的信息都是真實有效的。

基于區塊鏈的蜂產品質量溯源系統集成蜜蜂養殖、蜂蜜加工、物流運輸、銷售等環節，采用分布式共享總賬，將區塊鏈上的各個節點組成網絡，實現鏈條上信息的溯源追蹤。

五、小結

圖2 蜂產品溯源系統的總體架構

綠色、健康、天然、口感佳逐漸成為市民挑選高品質蜂蜜的基本要求。影響這些標準的根本就在于從生產、加工再到銷售這一系列的供應鏈的操作是否安全。蜂產品溯源系統有較好的擴展性和可移植性，區塊鏈技術的去中心化、不可篡改、分布式存儲的特點，解決蜂蜜供應鏈中可追溯的中間環節，實現蜜蜂從養殖到消費者的全過程精準可追溯，相當程度上遏制了假冒偽劣蜂蜜的流通，為消費者提供蜂蜜生產全程數據而設立的數字化動態追蹤、監控系統，同時也提高勞動效率，降低管理成本。

區塊鏈技術能夠為商品溯源提供新的解決方案，但仍然面臨很多問題。比如：掃描二維碼，溯源到的是這個標簽，而并非商品本身。如果在中間環節中商品被掉包，依然是可能混進假貨的。區塊鏈技術的應用能為制造、銷售偽劣產品增加了難度與成本，并不能因為加入區塊鏈就徹底消除[9,10]。區塊鏈本身的交易速度遠遠落后于現在支付寶、京東的處理速度。這些問題的存在，使得區塊鏈溯源的發展任重而道遠。