基于區塊鏈+RFID技術蔬菜溯源系統的研究*
——以吉林市為例

楊武川 ， 鐘依柔 ， 揣志增 ， 惠名佚 ， 莊春雨 ， 揣小龍

（吉林農業科技學院，吉林 吉林 132101）

0 引言

近年來，蔬菜產業展現出較大優勢，蔬菜產品安全問題也越來越被人們重視。當前，我國蔬菜產業以農戶種植為主，一般規模較小，在各地區基本沒有蔬菜的龍頭企業，不能帶動周邊中小型菜企的發展，并且中小型企業存在基礎能力薄弱、科學育苗能力不足、引入高新技術困難等多重問題，制約了這些蔬菜企業的發展[1]。另外，部分中小型企業的蔬菜產品質量也令人擔憂。一是自身的品牌競爭力弱，企業形象不足；二是許多小企業存在著用劣質蔬菜充當優質蔬菜售賣的現象，嚴重擾亂了蔬菜售賣市場，降低了消費者的消費欲望。

政府多次出臺相關政策，頒布各類食品安全管理法律法則，但在實踐中暴露出了一些問題，比如：這些規則是針對具體環節進行約束的，從而未能使供應鏈端的信息連接起來，導致供應鏈端信息不足，一旦某一環節出現問題，想要迅速找出問題源頭，召回問題產品，對負責企業或個人進行問責，就顯得尤為困難。為解決此類問題，課題組提出運用區塊鏈+RFID技術對農產品進行溯源[2]。其原理是：利用區塊鏈技術設計農產品溯源方案，對蔬菜從種植環節到出售環節的所有信息進行溯源，實現內外信息共享，既要保證信息的完整性，又要使信息公開透明，便于監管部門對問題企業追責，增強參與企業的責任心，提升了蔬菜企業的品牌形象，提高核心競爭力[3]。當消費者有查詢產品溯源信息的權限后，監管部門的能力與手段將會有一定的強化，企業將會更加重視蔬菜全過程的質量安全，蔬菜的安全指數會有所提高，消費者的權益與健康將會得到保障。本課題以吉林市蔬菜溯源系統為研究對象，進行研究探討。

1 蔬菜溯源存在的問題

目前，吉林市蔬菜追溯系統正處于起步和探索階段，但是據課題組考察調研，蔬菜溯源系統存在以下問題：

1）蔬菜追溯平臺冗雜。以吉林市為例，吉林市內各個企業或農產品生產部門建立的蔬菜追溯系統是僅供各自單位內部使用的，如果不同系統在一個平臺上使用，很有可能會出現系統之間互不兼容的情況，并且不同的溯源系統監管機制、信息采集標準、追溯標識等都不統一，因此，會造成蔬菜產品信息資源浪費。

2）追溯信息存在不夠完整或虛假失實等情況。因以上情況而產生的信息孤島會造成兩種后果：一是不利于消費者對產品進行溯源；二是阻滯了政府推動統一追溯平臺發展的腳步。

2 解決問題的措施

1）吉林市相關部門制定了“食品安全追溯系統研究人才計劃”，挖掘吉林省內各個高校科研精英，優化吉林市科研軟環境，提高經費支持力度，組建一支專業化、高效化的科研隊伍。對在吉各高校實行“一校一方法”的策略，與校方合作，共同培養食品安全追溯系統人才，并簽訂相關就業協議；對吉林省重點高校食品學院人才放寬相關政策，促進留吉人數提升，并且對于有食品科研需求的技術型人才，加快申報審批流程，重點項目給予資金傾斜，最大程度幫助項目研究。科研攻關團隊在吉林市委市政府的領導下、吉林市重大戰略項目研究要求下、遵循市場需求的原則下，發揮專業科研能力，研發操作簡單、功能強大的用戶端食品追溯系統，進而將吉林市內目前所應用的各種追溯系統全部整合并統一替換，以達到追溯平臺的完整統一。

2）利用區塊鏈技術將蔬菜從生產到銷售的全部過程分為7個環節：生產環節、存儲環節、質檢環節、加工環節、運輸環節、銷售環節和追溯環節。在各個環節都貼上RFID標簽，把所有信息串成鏈[4]。在不同的環節分別設有不同的信息采集員和監管部門，信息采集員負責記錄信息，并將信息上傳平臺，監管部門則在驗證消息的完整性、消息發送者身份的合法性后，通過私鑰對信息進行認證，并把上傳信息和驗證信息一同記錄在溯源信息中[5]。消息上鏈需要監管部門的認證這一舉措，不僅使消費者能快速辨別溯源信息的真偽，同時也增強了企業的責任心，提高了溯源信息的可信度。

①生產環節：農場主負責將蔬菜生產過程信息（種子來源、種子名稱、農藥名稱、用藥含量、肥料名稱、用料含量等）錄入并上傳區塊鏈，形成初始區塊。系統通過調用智能合約自動識別上傳的信息是否符合設定，如若符合，則進行上傳認證，并將信息傳入下一環節；如若不符合，則向監管層發出警告，后續由監管部門介入查看（監管部門通過技術甄別，對發出警告的產品二次核驗，提出進一步解決方案，直到產品合格）。在當前環節與下一環節進行信息傳輸時，監管部門有權對信息進行審核查驗，在產品檢驗合格后，運用私鑰對信息加以簽名認證。

②存儲環節：倉庫接收來自生產環節的產品后，獲得訪問編輯信息的權限。在對產品進行必要的檢查和維護后，將檢查信息更新并上傳。當產品轉移離開倉庫時，區塊鏈的MD5碼會發生改變，實現了數據信息封鎖，使得信息不可被篡改。

③質檢環節：質檢員的主要工作是檢驗產品的農藥含量、產品完整度，然后對其進行測評并劃分等級，并將測評信息如實上傳[6]。在這一過程中，會有監管部門實時抽查，檢測蔬菜質檢是否合格或質檢信息是否正確等，如果信息在檢測過程中出現錯誤，系統會發出警告，監管部門立即介入，解決此問題，同時，進行簡單隨機抽樣調查。在確認沒有問題后，監管部門對信息進行認證，認證信息也一同被寫入鏈中；如有問題，則依法追究相關人員的責任。

④加工環節：加工者對加工日期、加工工具、加工地點等進行記錄，管理員會進行二次核驗，核驗無誤后再上傳信息。在上傳信息過程中，全程不允許更改，保證信息的真實性，如有錯誤，則立即報備。在包裝產品時，除了必要的包裝信息外，還需生成溯源碼或二維碼，粘貼在產品外包裝上，以便消費者在購買產品后進行溯源。

⑤運輸環節：運輸員對物流出發地和目的地、運輸工具、運輸時間等進行記錄，并將物流信息反饋回物流公司，公司在平臺上對信息進行更新。

⑥銷售環節：蔬菜經過上一環節后發往不同地區的銷售企業，因此在企業接收產品后，不僅需要對蔬菜來源及去向等進行記錄，還需要對當前本企業的信息進行上傳，以確保消費者在進行溯源時，每一環節的溯源信息無任何遺漏。在銷售過程中，消費者的溯源信息在平臺進行反饋，企業通過對反饋數據進行統計，分析出各類蔬菜的需求量，便于來年對某作物的種植面積進行擴大或減少。

⑦追溯環節：消費者在完成追溯系統網站上的身份認證后，通過掃描所購買蔬菜的二維碼或輸入追溯碼就可以看到蔬菜從供應商的材料來源到終產品初始分銷的路徑中所有過程的基本信息。

將上述所有環節分成區塊，并通過RFID電子標簽技術將每個區塊接到同一條鏈路上，構成一個完整的溯源系統，如圖1所示。

圖1 蔬菜溯源系統

3 溯源系統主要技術

3.1 區塊鏈技術

區塊鏈的基礎技術主要有哈希運算、數字簽名、P2P網絡、共識算法、智能合約等。所有技術互相融合運用，充分解決了傳統溯源所暴露的缺點。

哈希運算的鏈式結構和默克爾樹、密碼學中的時間戳技術、共識算法（PBFT、PoW類共識算法，拜占庭容錯類算法）能有效地防止數據被篡改[7]。“防篡改”并不是不能編輯區塊鏈系統上記錄的內容，而是整個編輯過程被以類似“日志”的方式記錄了下來，并且記錄的“日志”是不能被修改的。

P2P網絡的去中心化、多鏈式結構，數字簽名和智能合約的認證能有效地解決溯源信息不防偽、易被造假等問題。通過監管機構對數據的簽字認證，可以防止惡意節點身份冒充，增加數據的可信度；同態加密、零知識證明等技術給鏈上數據加密，任何不相關的用戶都無法從密文中讀取到有用信息，而交易相關的用戶可以在設定權限范圍內讀取有效數據，這一特性保護了用戶的隱私，避免了信息被竊取盜用[8-9]。

3.2 RFID （射頻識別）技術

射頻識別技術通過運用無線電實現對信息的傳送與識別、對物品的快速追蹤、對數據的交換處理。利用RFID技術能適應惡劣的工作環境、識別精確度高等特性，將其運用于物流供應鏈管理中，實現集裝箱的自動識別，電子封條與貨物跟蹤。在追溯系統中引入RFID技術，使得系統的人力成本大大降低，工作效率大幅度提高。

4 總結

首先，本課題將區塊鏈技術與射頻識別技術結合，利用其特性優化溯源系統，使溯源系統成本降低，提高整個系統的可靠性。其次，把蔬菜生產、加工、運輸、倉儲、交易的監測和后期追溯等相關節點利用區塊鏈+RFID技術進行結合，將商品的信息上鏈，給商品一個“身份證”，無論商品出現在何處，都可以確認其身份。將該技術投入使用，使蔬菜消費的信任度進一步提升，使虛假售賣、以次充好、濫用農藥等危害消費者權益和人身安全的事件不再發生，同時也促進了當地營商環境的優化，給消費者舒適、完美的購物體驗。再次，系統記錄的信息是具有實時性的，所上傳的數據是不可篡改的、公開透明的，如果某個環節出了問題，那么在事發后便可以快速地查出問題出現在哪一步，以及這一環節的責任人是誰，這樣能更好地明確職責，增強個人和企業的責任感，提高生產者安全責任意識，創造放心消費品牌。

雖然本課題充分利用了區塊鏈和RFID技術的基本特征，一定程度上解決了傳統追溯系統中心化嚴重、信息共享難和信息追溯難等問題，但是還有部分技術問題有待解決。例如，目前國際上還沒有正式的RFID產品標準，不同廠家研制出的RFID可能互不兼容，且不同國家制定的數據格式標準也不同。因此，如何讓這些標準互相兼容，是后續研究所需要打破的技術壁壘。區塊鏈處理交易性能需要持續提升，應用場景還需進一步拓展，用戶隱私需要進一步保護等，解決這些問題將使追溯系統更加成熟完善，更能推動蔬菜溯源系統的發展。