區塊鏈技術在乳制品溯源中的應用

楊 梅,李亞軍

（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

1 引言

乳制品安全事故導致了消費者對國內乳制品缺乏信心，嚴重制約了國內乳制品企業的發展，也暴露出國內乳制品安全監管的缺失。具體問題表現為商品從出廠到消費者中間環節信息不透明、無法追溯來源、供應鏈信息存在篡改、偽造風險等；發生商品或安全問題時難以回溯和追責等問題。對此，國家相繼出臺《“健康中國2030”規劃綱要》《關于加快推進重要產品追溯體系建設的意見》 等文件，加大乳制品安全監管力度。本研究提出建立健全乳制品安全追溯系統，從源頭解決乳制品安全問題。

商品溯源的根本問題是明確商品來源的各個環節，并且保證來源信息的真實可靠，這個過程涉及商品原料、商品成品生產、商品運輸、商品經銷、商品零售多個環節，具有所屬方多、交易環節復雜的特點，各方數據如何打通、互相確認是難題，而區塊鏈技術即可解決這些數據問題[1]。區塊鏈技術可實現多方共同記錄溯源信息，并保證溯源信息被記錄后經多方確認、不可篡改，消費者可查詢驗真；區塊鏈上全流程交易歷史記錄支持審計、回溯，同時又可以保護商業隱私。目前，基于區塊鏈實現產品溯源技術已經非常成熟和可靠，已有國內很多企業通過微信、支付寶區塊鏈溯源小程序作為溯源入口實現了企業商品的全過程信息追溯[2]。

2 乳制品溯源現狀及問題

乳制品溯源現狀和存在問題很多，主要表現在4 個方面：（1）缺乏可信度高的溯源信息化系統。在溯源業務上，企業當前的產品體系既無法做到源頭追溯，又缺乏統一的平臺進行信息匯集管理和對外信息展示。（2）溯源信息分散。信息分散在生產企業、物流公司等不同主體機構上，而同一主體的溯源信息又分散在不同信息化系統中，例如產品出入庫時通過金蝶軟件進行管理；訂單信息又通過網上商城進行管理；質檢報告、問題反饋等信息采用線下紙質文件記錄和管理，無信息化系統做記錄和信息支撐。（3）產品標識困難。如牛奶和酸奶的包裝形式多種多樣，對于產品的信息采集和產品標識方面存在一定困難。已有的生產線及設備無法滿足溯源平臺所需要的信息采集和產品標識。（4）政府機構、生產者、消費者三者之間的信息不對稱。當乳制品在供應鏈運輸、交易過程中出現偽劣商品時，企業無有效措施進行澄清和維權。對于真正有質量問題的產品，企業又無法快速定位問題原因以及快速召回[3]。

3 基于區塊鏈技術的乳制品溯源方案設計

乳制品溯源平臺建設是以產品追溯為核心，利用先進的物聯網、區塊鏈等技術和工具，以二維碼為載體，為每件乳制產品賦予唯一、可追溯的數字身份碼，涵蓋乳品從生產工藝過程、品檢品控、包裝賦碼、庫房管理、多級經銷商流向、零售終端以及消費者查詢和營銷的精細化管理。需要結合生產車間現有的軟硬件設施，對生產線實施改造，通過對產品的包裝材料進行提前賦碼或者在線賦碼的方式，并在產線上加裝識別和控制設備，實現生產過程中產品的數據采集和關聯。

乳制品溯源使用到的區塊鏈核心技術包括P2P網絡、分布式存儲、非對稱加密、共識機制等[4]。P2P 為產品溯源平臺各個網絡節點分配工作任務和工作負載提供分布式網絡資源，分布式存儲使交易記賬由分布在不同地方的多個節點共同完成，實現共同存證。非對稱加密對交易數據進行加密，保證數據安全和用戶隱私。共識機制對事務或狀態的驗證、記錄、修改等行為及其結構達成一致確認，防止數據被篡改。

4 基于區塊鏈技術的乳制品溯源方案實現機制

4.1 賦碼及賦碼方式比較

對乳制品產線進行改造，通過不同的賦碼方式對產品的外包裝進行賦碼，并與垛碼、框碼的二級賦碼關聯。

包材賦碼：針對杯狀牛奶、箱裝牛奶，可以采取由包材供應商在生產包材的時候直接將碼生產到包材上，可以節省產線改造成本，同時能夠保證碼質量及位置的穩定可靠及防偽。難點在于需跟包材廠商協商賦碼事宜。

生產線在線賦碼：在生產線上均安裝多米諾噴碼機，可以對生產線進行改造，實現在線噴碼，可以節約一定設備成本。難點在于生產線不平穩，需要額外改造產線，有些生產線老化，不適合在線賦碼，建議加長生產線。

激光在線打碼：采取激光打碼的方式進行在線打碼，只需要一次改造生產線就可實現無耗材打碼。難點在于需要改造生產線，對生產線平穩度要求高，不能增加防偽技術。

射頻識別技術打碼（Radio Frequency Identification，RFID）：對于周轉筐或者卡板上粘貼RFID 標簽，每次使用的時候重新寫入標簽號，實現其重復使用功能。卡板上安裝RFID 標簽標識，將卡板上的箱碼或框碼實現關聯，方便出入庫[5]。

4.2 區塊鏈溯源平臺總體架構

區塊鏈產品溯源平臺包含3 種應用，即PDA 端的App 應用、微信小程序端和Web 端，見圖1。PDA端根據乳制品企業實際情況，可供發貨人員用于發貨使用，以及司機配送使用；微信小程序端可供物流人員、經銷商和消費者使用。Web 端可以管理區塊鏈溯源平臺的后臺操作，比如組織管理、用戶管理等。該平臺實現與ERP 系統、賦碼系統等系統集成。

圖1 區塊鏈溯源平臺總體架構

主要功能如下：

（1）信息錄入功能。錄入各參與方的企業信息或監督機構信息、原料信息、商品信息、物流信息等。

（2）交易確認與查詢功能。各參與方進行身份認證、交易確認、各節點同步溯源數據，各參與方可以查詢與自身相關的交易數據。

（3）溯源管理功能。建立追溯體系，使每個環節都可以進行監督和監控，為產品頒發區塊鏈溯源存證證書。通過二維碼掃描可查詢商品來源，獲得溯源驗證結果。

（4）監督功能。如果消費者或參與方發現商品來源有問題，可通過平臺進行反饋、投訴，監督方組織對商品進行二次鑒定。

（5）系統管理與運維功能。參與方用戶注冊、權限管理、后臺數據管理與運維等。

（6）區塊鏈即時展示功能。溯源關鍵數據信息上鏈后展示存證在鏈上的區塊高度、時間戳、哈希值等信息，確保數據可信存證。

4.3 溯源數據信息

溯源數據信息主要包括但不限于商品管理信息、商品基本信息、溯源碼管理信息、奶源管理信息、質檢管理信息、入庫管理信息、發貨管理信息、物流管理信息、收貨管理信息、查驗管理信息以及其他可對外展示信息[6]。相關溯源數據信息詳情如下。

4.3.1 商品管理信息

商品管理信息主要包括商品編號、商品名稱、商品規格、商品單位、商品新增時間、商品狀態（啟用、停用）等。

4.3.2 商品基本信息

商品編號、商品名稱、商品規格、商品單位、商品生產日期、生產許可證、生產批次號、商品溯源碼信息、保質日期、商品生產廠家、廠家地址等。

鏈上信息包括商品基本信息上到區塊鏈存證時的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。商品基本信息全都對外展示。

4.3.3 溯源碼管理信息

溯源碼管理信息主要包括包裝比例、碼規則、打印模板、生產批次號、生產訂單等。

4.3.4 奶源管理信息

奶源信息主要包括生產批次號、奶源公司、奶源產地信息、化驗指標單、奶源生產視頻等。

鏈上信息包括奶源管理信息上到區塊鏈存證時的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。

其中化驗指標單不對外進行展示，該信息電子化便于企業內部管理和政府監管部門抽檢。其余信息均可對外展示。

4.3.5 質檢管理信息

質量管理信息主要包括生產批次號、檢測時間、檢測人員、檢測結果、質量檢測報告等信息。

鏈上信息包括質檢管理信息上到區塊鏈存證時的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。

其中檢測結果和質量檢測報告對外展示。

4.3.6 入庫管理信息

入庫管理信息主要包括生產批次號、入庫人員、入庫時間、商品名稱、商品規格、商品數量、垛碼（筐碼）、起始箱碼（杯碼）、截至箱碼（杯碼）、備注等信息。

鏈上信息包括入庫管理信息上到區塊鏈存證時的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。

其中入庫時間對外展示。

4.3.7 發貨管理信息

發貨管理信息主要包括發貨人員、發貨時間、發貨單編號、商品名稱、商品規格、商品數量、經銷商名稱、經銷商地址、經銷商區域；除此之外，還包括：商品批次號信息、垛碼（筐碼）、發貨箱碼（杯碼）、截至箱碼（杯碼）、備注等信息。

鏈上信息包括發貨管理信息上到區塊鏈存證時的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。

其中發貨時間、經銷商名稱、經銷商地址對外展示。

4.3.8 物流管理信息

物流管理信息主要包括發貨單編號、商品名稱、商品規格、商品數量、經銷商名稱、經銷商地址、物流公司名稱、物流人員、物流人員電話、快遞單號、攬收時間、收貨時間、運輸狀態、備注等信息。

鏈上信息包括物流管理信息上到區塊鏈存證時的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。

其中物流公司、攬收時間、收貨時間對外展示。

4.3.9 收貨管理信息

收貨管理信息主要包括收貨人員、收貨人電話、收貨時間、商品名稱、收貨商品數量，還包括相應的發貨單信息和物流信息。

4.3.10 查驗管理信息

查驗管理信息主要包括反饋詳情、反饋人員、反饋人員電話、反饋時間、經銷商名稱、發貨單編號、商品名稱、損毀商品溯源碼信息。

4.3.11 其他可對外展示信息

公司產品宣傳材料、該商品的區塊鏈溯源證書等。

4.4 信息采集方式

信息采集方式主要包含4 種：

一是與企業已自建的信息化系統進行集成獲取相關數據。主要包括：溯源碼管理信息中的生產批次信息、生產訂單信息；發貨管理信息中的發貨單編號、商品名稱、商品規格、商品數量、經銷商名稱、經銷商地址、經銷商區域信息。

二是通過賦碼系統進行信息采集。主要包括：入庫管理信息，包含了賦碼及碼關聯信息、入庫時間等信息。

三是通過PDA 設備進行信息采集。主要包括：發貨管理信息中的發貨人員、發貨時間、商品批次號信息、垛碼（筐碼）、發貨箱碼（杯碼）、截至箱碼（杯碼）信息。

四是通過人工在PC 端或微信小程序端進行信息錄入和維護。主要包括：商品管理信息、商品基本信息、溯源碼管理信息、奶源管理信息、質檢管理信息、物流管理信息、收貨管理信息。

4.5 溯源信息上鏈

區塊鏈企業應用服務平臺擁有標準的數據上鏈、數據查驗接口，平臺提供通用上鏈接口和智能合約部署[7]。業務應用可以直接調用上鏈API 接口與區塊鏈交互，上鏈數據包括哈希上鏈和原始數據加密上鏈兩種方式，哈希上鏈是通過Hash 計算的方式形成一串固定長度的Hash 字符串，以Hash 字符串進行上鏈存儲；原始數據加密上鏈是將原始數據通過加密計算，將密文數據上鏈。哈希數據上鏈節省資源，缺點是只有驗證數據不能還原原始數據；加密數據上鏈空間占用大，好處是可以還原原始數據。

溯源關鍵信息上鏈之后，質量溯源平臺會展示相關信息在區塊鏈存證的上鏈時間、所屬區塊、區塊哈希、交易哈希。

4.6 溯源信息與溯源碼關聯

產線賦碼環節實現生產訂單/生產批次號—垛碼—箱碼之間關聯。入庫及之前的商品信息、質檢信息、生產信息、入庫信息等通過生產訂單/生產批次號與溯源碼進行間接關聯。

產品出庫環節可做到發貨單—垛碼—箱碼之間的關聯。出庫及之后的發貨信息、物流信息、收貨信息等通過發貨單進行間接關聯。

故整個商品溯源信息均能與溯源碼做到關聯，消費者通過掃碼即可獲取產品溯源信息。

4.7 區塊鏈數據防偽溯源

4.7.1 產品防偽

采用溯源碼的形式對產品進行唯一標識[8]。通過采用標準定制的賦碼軟件系統根據實際業務確定賦碼規則，賦碼完成之后，相關賦碼及碼關聯等信息上傳至區塊鏈質量溯源平臺上，平臺錄入產品溯源信息，并將溯源信息與溯源碼關聯。

產品溯源信息在區塊鏈質量溯源平臺通過區塊鏈技術實時將溯源信息進行上鏈存證，只能夠在企業官方統一的防偽溯源渠道上進行查詢，除此之外，平臺還可以通過掃碼驗證次數記錄和信息告警來進一步保障商品的真實性。

4.7.2 產品數據溯源

區塊鏈采用帶有時間戳的鏈式區塊結構存儲數據，從而為數據增加了時間維度，證實一組數據在某個時刻是真實存在，時間戳既標識了每個區塊獨一無二的身份，也讓區塊實現了有序排列，為信息溯源找到了很好的路徑，具有極強的可驗證性和可追溯性。并且區塊鏈上的數據區塊只能新增，任何人不得隨意刪除錯誤數據與交易，每條記錄及其關聯操作都在鏈上有跡可循。

4.8 平臺部署方案

系統采用微服務架構，支持分布式部署、云化部署。整體包括業務應用和區塊鏈平臺2 個部分：其中業務應用包括網關、接口、緩存、消息、前端服務及后端服務等，均可支持集群化部署和資源的動態擴容；區塊鏈平臺包括共識節點、記賬節點、區塊鏈網關、運維服務等，均可支持分布式部署和資源動態容。總體部署架構見圖2。

圖2 平臺部署架構圖

業務應用系統部署在企業本地，區塊鏈平臺部署在異地云平臺上，企業質量溯源系統作為區塊鏈平臺的一個獨立的應用模塊，當未來有更多應用場景時可對此區塊鏈平臺進行擴展。

其中業務系統總體部署于本地內網，可根據訪問需求，適當開通外網用戶的訪問權限（如反向代理、VPN 等）。區塊鏈平臺建議采用本地集中共識，記賬節點可以采用分布式部署，在保證網絡互通的前提下，可以部署于任何地方，建議根據業務成員劃分，采用代理記賬的模式，不劃分過多的記賬節點。

5 結論

本應用中生產線改造內容以加裝相關賦碼和數據采集設備為主，對企業現有設備設施和生產工藝流程不會造成較大影響，易于快速部署。實施基于區塊鏈技術搭建的產品質量溯源平臺，對于乳制品企業來說，自證清白、舉證和追責均方便快捷。

基于區塊鏈技術的應用，提升了消費者對企業的信任度，進而提升企業品牌形象；降低了企業、消費者、經銷商等多方之間的信任成本；基于區塊鏈數據共享有效整合多方信息，實現資源共享，降低多方溝通成本，節約企業的管理運行成本[9]；通過查驗功能降低產品核驗、問題反饋成本；在出現糾紛時降低自證、舉證和追責成本；問題產品出現時降低召回成本。

在當前國內各大乳制品企業紛紛建立企業質量溯源系統的發展趨勢下，進一步完善企業的質量安全可追溯體系建設，建設產品質量溯源系統對于提高企業的市場競爭力來說是十分有必要、十分緊迫的。