基于區塊鏈技術的農產品質量安全追溯體系研究

盧晨皓 杜 念 王佳煒 羅洪莉 江蘇大學

一、基于區塊鏈的追溯系統分析

最近年幾來，隨著區塊鏈技術的發展，大家逐漸看到了契機，有部分學者將區塊鏈有關的技術應用到農產品追溯中去。研究并開發了一些基于區塊鏈技術的農產品質量安全追溯系統。希望利用區塊鏈的不可篡改、去中心化、可追溯等相關特性，將區塊鏈相關技術與農產品質量安全追溯系統相結合，構建包括生產企業、加工企業、物流企業、銷售企業等在內且為主要相關節點的區塊聯盟網絡，以期全方位的形成一個相對完整的信息與價值的共享鏈條。該系統在很大程度上解決了傳統的追溯系統存在的信息不透明、數據容易篡改、安全性差、責任主體難以確認等部分問題，實現農產品供應鏈從生產到餐桌各個環節過程聯系起來，讓農產品供應鏈的每一個環節的數據信息都做到透明可追溯，同時確保追溯信息真實可被信任。為創造一個全新的農產品誠信體系打下了堅實的基礎。

本文針對傳統農產品追溯系統存在的數據中心化、易篡改、追溯信息能力共享不足、責任主體難以確定等問題。將區塊鏈技術應用到農產品追溯系統中，實現果蔬農產品追溯數據的不可篡改和信息透明化，提高了追溯可靠性和時效性。

二、基礎理論與技術介紹

(一)追溯技術介紹

農產品質量安全追溯系統是對農產品從生產、加工、包裝、運輸到消費者這個供應鏈過程中的信息記錄管理，根據農產品在供應鏈上的先后環節將農產品的相關信息存儲在系統中，從而來保證農產品質量安全追溯信息的完整性，有利于生產企業和相關部門能夠對農產品從生產到銷售全過程的信息進行管控。當農產品出現質量安全問題時，能夠精準及時定位到問題環節，召回問題產品，盡量將損失降低到最小，并且確認責任主體，消費者可以要求責任主體承擔責任并要求企業和政府部門采取一定措施來避免事故再次發生，從而保證產品質量安全以及消費者的合法權益。同時，消費者可以通過農產品的追溯碼或者掃描農產品包裝上的二維碼獲取農產品供應鏈各個環節的詳細追溯信息，實現溯源信息完全透明化，提高消費者對農產品的知情度和企業的信任度。

(二)區塊鏈技術相關原理

區塊鏈是指使用密碼學算法來把數據區塊按照時間的順序組成的一種鏈式結構，能夠很好地實現去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同維護的一種分布式數據庫。在區塊鏈上，任何的一方都必須按照事先約定好的規則對交易請求達成一個共識，數據達成共識之后就是確認更新，更新之后就很難再去刪除和更改，只能進行相關的授權查詢操作。更好地實現了多方之間的信息共享和監督。區塊鏈集成了P2P網絡、密碼學、智能合約、共識機制、時間戳、塊鏈結構等多種技術，無需依賴第三方，就能實現數據的自我驗證與管理。

三、區塊鏈追溯系統的存儲優化

(一)區塊鏈存儲體系的整體構思

目前現有的區塊鏈技術應用在追溯系統存儲方式是把農產品生產、運輸和儲存等各節點的相關追溯信息利用掃描二維碼的技術直接輸入到區塊鏈里，隨著生產節點的數量一直在增加，區塊鏈中的交易數據也會越來越多，存儲負載的壓力也變的越來越大。由于區塊鏈技術所具有的長鏈式結構，查詢信息的效率也就十分低下；在同一個區塊鏈網絡中的部分成員都能夠有機會訪問區塊鏈賬本上存在的所有數據，對于相互競爭的企業來說，存在很大的數據安全問題。本研究針對以上這些缺陷對農產品應用區塊鏈技術實現追溯系統的存儲方式進行了很大的改進，設計了一套“數據庫加區塊鏈”追溯信息的鏈上加鏈下的雙存儲方法。

(二)追溯系統防偽的相關流程

追溯的相關信息通過物聯網以及人工采集，農戶將農產品的生產、加工、物流、銷售等信息輸入到供應鏈的各個節點上，然后通過MD5算法來把追溯的農產品信息進行哈希計算，再把得到的哈希值輸入到區塊鏈的相關系統，然后返回信息所在的那個區塊號，把那個區塊號更新到相應數據庫的信息記錄里，如果需要針對信息做出修改，就要把信息的Hash值重新輸入到區塊鏈，再更新信息的區塊號。消費者能夠掃描包裝上的二維碼獲取農產品信息和對應的區塊號，將獲取的農產品信息進行Hash計算，再把通過二維碼獲取的存儲在區塊鏈上的Hash值進行對比，判斷信息是否被篡改。

四、農產品應用區塊鏈實現追溯系統構建

(一)需求分析

需求分析根據不同用戶需求，分析產品質量追溯服務系統根據需要設計和完成哪些功能。需求分析可以對系統開發者起到良好的指導作用，具備良好的決策性和方向性。本文系統根據用戶分為四大模塊，分別是系統管理員，生產企業、加工企業、物流企業、監管部門及認證機構、消費者五種角色。這四種用戶對系統有不同的功能需求，包括不同的使用與管理權限。

(二)技術可行性分析

果蔬農產品質量安全追溯的根本問題是保證產品在這個供應鏈上的每一環節的來源信息都是真實可靠的，這個過程就會涉及到產品的生長、加工、運輸、經銷、零售等多個環節，這些環節相對獨立，又環環相扣，如何使農產品追溯各環節的數據相互連通、并明確數據來源當下亟需解決。通過利用區塊鏈的相關技術特性能夠很好地解決用戶的身份認證、數據共享、數據可追溯性的問題。

(三)經濟可行性分析

Linux基金會的超級賬本社區提供了Fabric開源框架，為開發者研究提供交流，并積極地鼓勵技術的開發者進行分享、交流技術。從經濟方向來說，不像傳統的數據庫那樣，要付費才能使用，只要一個服務器就能夠自行的進行部署區塊鏈的相關網絡，這大大降低了區塊鏈技術的研究門檻和成本。因此構建基于區塊鏈農產品質量追溯系統，可以直接利用具體需求選擇使用目前現有的區塊鏈技術開源架構來進行一些二次開發，經濟可行。

(四)系統架構設計

農產品質量安全可追溯系統主要是針對產品在供應鏈上的一些生長信息、加工信息、物流信息和銷售信息進行數據管理，便于針對產品在生產和加工、運輸以及銷售等全部過程實施監控。農產品區塊鏈追溯系統結構主要分為數據網絡層、協議擴展層、應用服務層三大層。

(五)系統模塊設計

為了遵循軟件高內聚、低耦合的設計原則，提高代碼的復用性，增強系統的可維護性，本文把農產品質量追溯系統功能分為通用功能和業務功能兩部分。通用功能主要系統常用功能，包括登錄注冊、權限管理等。業務功能則為各個企業針對各自業務不同功能的實現。■