基于“區塊鏈+物聯網”的農產品質量安全高效追溯體系研究

張鵬瑞

(甘肅建筑職業技術學院 甘肅蘭州 730050)

在我國進入經濟社會轉型深化發展的新時代后，農產品質量追溯體系的構建能夠最大程度維護農產品市場安全，樹立良好的農產品企業形象，同時消費者對我國農產品市場信息的了解也得到進一步的提升。近年來，隨著有關瘦肉精、毒奶粉等各種食品安全事故的頻繁出現，整個社會對食品質量安全問題的關注度進一步提高。以物聯網和區塊鏈技術作為基礎所形成的農產品質量追溯體系，能夠針對農產品各個環節進行可視化的監控，使得農產品生產企業市場競爭優勢得到提升，消費者對農產品市場的消費信心也得到增強。該文通過研究探討區塊鏈、物聯網技術基礎下形成的農產品質量追溯體系設計及其運行保障機制，以便為今后我國農產品質量追溯體系的建設和應用提供借鑒。

1 相關技術概念分析

1.1 區塊鏈技術概念分析

從本質上看，區塊鏈是一個分布性質的記賬本，其上分布、記錄的數據具備不可偽造、全程痕跡保留、完全可追溯等諸多特點[1]。區塊鏈技術的核心內容主要包括了P2P的網絡傳輸、時間戳、非對稱數據加密、共識機制等。以現階段我國互聯網技術的發展看來，區塊鏈技術的具體分類可以結合其開放程度方面的差異，具體分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈3種不同的類型，當下我國農產品質量追溯體系的建設通常選擇的是以聯盟鏈為核心的區塊鏈技術作為基礎的技術架構條件。

1.2 物聯網技術概念分析

物聯網技術作為我國互聯網技術持續發展過程中出現的又一技術成果代表，是以各種信息傳感裝置布設，在針對現實環境中聲、光、熱各種信息進行實時采集的前提下，實現人與物、物與物之間的實際連接，確保能夠智能化感知、識別、管理各項事物的一種互聯網技術。以目前我國農產品質量追溯體系的建設和發展看來，條碼技術、射頻識別等技術在其中的應用十分廣泛，且這種結合物聯網技術所形成的農產品質量安全追溯體系，能夠合理對農產品生產過程中出現的各種安全風險的發生概率進行科學評估，對于各類食品質量安全問題的控制、解決有著明顯的技術、數據指導作用。

2 區塊鏈+物聯網聯合應用的優勢及系統作用原理

2.1 二者聯合應用的優勢

以目前區塊鏈和物聯網技術的實際發展趨勢看來，二者的優劣勢都十分明顯，為了確保在農產品質量安全追溯體系建設、應用二者技術優勢得以全面發揮，聯合應用成為今后主要的發展方向。在二者聯合應用的過程中，能夠對物聯網技術應用中產生的各種惡意節點進行有效監測。物聯網中應用最為普遍的分布式優化算法，對于單個智能體的本地計算以及相鄰節點之間的通信形成長期的依賴，能夠對廣泛且受約束的各種優化問題以迭代的方式逐一解決[2]。但同樣的，各種內部惡意節點的數據注入也會對物聯網技術應用產生負面影響，且現階段其余技術對這種惡意節點的檢測尚未達到真正有效的標準。通過區塊鏈以及相關智能合約技術的引入，惡意節點的檢測效率和質量將會得到明顯的提高。此外，區塊鏈技術的合理引入可以憑借其在去中心化方面的優勢，將之前農產品質量追溯體系中大數據存儲的中心化問題有效改良，最大程度地削減物聯網技術應用過程中對于中心結構產生的依賴。

2.2 二者聯合應用的作用原理分析

以當下我國農產品質量溯源體系的建設、應用看來，物聯網技術的應用可以在相關質量產品信息接入層中建立較為完善、統一的信息接入接口，確保身處供應鏈的各個農產品交易節點能夠對其記錄信息進行及時輸入以及更新，傳感器、GPS 定位、條碼設備等作為最為基礎的基礎設施，可以進一步保障鏈上信息輸入的準確性。區塊鏈技術在這一體系中的應用則可以在農產品信息輸入到溯源信息處理層之后建立完善的農產品質量信息區塊。因為其中各項數據的輸入都帶有明顯的時間節點特性，各種產品信息都能夠隨時進行溯源。另外，區塊鏈技術在分布式儲存以及節點共識機制方面的應用，對鏈上信息輸入后的不可篡改性提供了保障，結合各種非對稱加密算法的應用，使得農產品質量溯源體系中的相關利益主體的個人隱私安全性得到了雙重的技術支持，具體的作用機理如圖1所示。

圖1 區塊鏈、物聯網雙技術支持下的農產品質量追溯體系作用機理圖

3 以區塊鏈、物聯網技術為基礎的農產品質量追溯體系的建設分析

3.1 系統的主體框架的設計分析

結合我國現階段農產品的質量溯源體系建設要求，尤其是針對豬肉這種生鮮類產品的具體供應鏈需求看來，物聯網、區塊鏈雙技術支持的農產品質量安全追溯體系具體組成結構具體見圖2。位于農產品質量安全供應鏈上的各個利益主體，需要在初次系統登錄之后進行包括用戶名稱、類型、聯系方式等在內的各種信息的登記和注冊[3]。結合圖2 中有關農產品質量安全的溯源體系看來，平臺共計可以分為物理、數據、網絡、共識、合約、應用等多個層次。其中的物理層則是憑借各種傳感技術設備在采集環境相關數據信息的同時，將之及時錄入數據層中。網絡層則是需要負責對機制和節點登錄主體的權限結合后臺數據庫進行驗證，配合P2P網絡協議的應用，由我國食品安全質量的相關監管部門分別將區塊鏈上的農產品質量數據在各個節點中進行儲存。以目前的狀況看來，我國農產品的質量溯源體系建設中各項質量數據的存儲需要結合使用鏈上、鏈下兩種方式，并需要以映射機制有效將二者進行連接。農產品質量溯源平臺中的共識層需要在其管理工作中使用權益證明算法幫助政府部門在工作中擁有較多的管理權限，借此對農產品的價格、運輸、售賣相關的利益主體進行全面審核、管理。合約層則是以我國現階段有關農產品質量的相關法律法規、技術標準等作為出發點，憑借智能合約的建立，進一步強化農產品質量安全溯源體系應用中的管理工作效率。

圖2 區塊鏈、物聯網雙技術支持下的農產品質量安全追溯體系

3.2 以物聯網技術為基礎的數據采集設計

以物聯網、區塊鏈技術作為基礎形成的農產品質量安全溯源體系，需要將整個農產品供應鏈上產生的質量信息進行全方位科學采集，具體包括了農產品在生產、倉儲和銷售階段的各項數據信息。數據信息采集工作落實需要以物聯網技術及其相關設備作為核心，有關產品生產環節的信息可以細分為生產的環境、操作和視頻信息，可以憑借各種多元化監測技術系統引入進行針對性的項目監測工作。比如：針對農產品所處環境的土壤濕度、水分含量方面的數據收集，可以借助土壤物聯網信息監測系統建立、應用有效落實監測工作。對于農產品的生產加工過程則可以通過流水線數據以及加工廠的監控工作落實來實現。對于豬肉這類農產品而言，在進入物流倉儲階段之后，產品的鮮活水平是其進入運輸階段的關鍵所在。冷鏈技術則可以在維持豬肉這類農產品新鮮性的同時，降低運輸過程中產生的各種污染，完全可以將以無線傳感器作為基礎所形成的冷鏈監測系統引入其中，對于運輸過程中冷藏車內的溫度、濕度等數據進行實時監測以及上傳。

3.3 聯合應用區塊鏈、物聯網技術的雙數據儲存設計

在豬肉這類農產品生長、生產的過程中，每日產生的數據量規模相對較大并且帶有明顯的異構性特點，如果將全部采集到的相關數據共同存儲到區塊鏈上，這必然會帶來區塊鏈中各項數據節點負荷較大、運行成本有所提高的問題。區塊鏈中節點數也會隨著時間的發展而不斷增加，其內部的各種儲存交易數據逐漸呈現出一種指數級增長趨勢，全體數據在區塊鏈上的大規模儲存致使查詢工作效率遭到明顯削弱[4]。現階段，我國以區塊鏈物聯網技術為基礎形成的農產品質量追溯體系，需要使用鏈上、鏈下二者結合的方式進行相關農產品質量數據的雙儲存，位于區塊鏈上的各項數據部分，可以憑借哈希算法生成對于重要數據相對應的唯一標識碼，并將之及時存入區塊鏈的各種數據節點中，而鏈下的相關部分則可以在關系型數據庫中將有關農產品質量的相關信息進行分類儲存，并將數據在區塊鏈上對應的信息給出標識。

3.4 系統中智能合約的構建

這里所提到的農產品質量追溯體系中的智能合約是一種位于計算機后臺的電子協議文件，有關合同的傳播、執行、驗證等操作都需要借助信息技術實現[5]。即便交易在第三方缺失的情形下，交易仍舊具備較高的可信度且可正常進行，因交易產生的各項數據也可實時追蹤且狀態不可逆轉。智能合約在完成部署之后便可借助信息技術自行執行、驗證，目前我國物聯網和區塊鏈技術組建的農產品質量安全追溯體系，其內部的智能合約是以當下的農產品質量安全法規、標準等為基礎成型的，結合農產品的完整供應鏈運行可以將之細分為用戶準入認證、物聯網運行監測、產品的分銷轉運記錄、產品質量安全數據信息追溯等。

4 維護區塊鏈+物聯網農產品質量追溯體系穩定運轉的機制保障

4.1 利益分配機制的建立

以區塊鏈、物聯網技術為基礎組建的農產品質量追溯體系想要保障穩定、長時間有效運行，需要相關部門關注農產品供應鏈的穩定運轉，這便需要制定出科學合理的利益分配補償機制。在農產品質量安全可追溯體系具體運轉的過程中，位于其上的各種企業主體會不可避免地出現不同類型的矛盾和問題。為了進一步推動農產品供應鏈的科學運轉，通過利益分配機制的科學合理建立，確保各企業能夠在農產品質量追溯以及供應鏈運行的過程中獲取到自己預期的利潤空間，并保障整個農產品質量可追溯體系和農產品供應鏈的完整性以及穩定運行[6]。

4.2 預警保障機制的建立

農產品供應鏈上的任何一個環節發生問題，都會對最終的農產品質量安全產生巨大的影響。為了保障我國區塊鏈、物聯網技術為基礎形成的農產品質量追溯體系得以科學穩定運行，需要建立一個完全覆蓋農產品供應鏈的安全預警保障機制，確保農產品質量追溯體系在發出對應的食品安全質量問題警示信號之后，能夠由相關人員及時進行問題的診斷、分析和處理，并將最終的問題處理結果和記錄第一時間上傳，最大程度維護我國各種農產品生產、運輸和銷售過程中的食品質量安全。

4.3 制度保障機制的建立

針對現階段我國有關農產品質量安全的法律法規體系懲處力度有所不足，無法有效提高違法違規成本的情況，相關部門需要在結合經濟社會發展對于農產品質量安全具體要求的情況下，進一步完善與之相關的法律法規體系，并顯著提高有關各種違法違規行為的處罰成本。在我國農產品質量可追溯體系逐漸推廣、應用的背景下，農產品產品質量安全需要達到的具體標準需要由相關政府部門給出科學、詳細的要求，配合諸如物聯網技術設備完整性標準等方面的監督檢查體系建立、實施以及政策方面的有效激勵，確保農產品生產企業能夠憑借產品質量追溯體系持續強化產品的食品質量生產安全，可以在無形中強化市場消費者對于各種農產品的消費信心，這對于我國農產品市場空間的擴展有著十分明顯的推動作用。

5 結語

互聯網和區塊鏈技術作為我國互聯網技術持續發展過程中生成的兩種主要技術代表，能夠在我國社會公眾高度關注農產品質量安全這一社會熱門問題的時代背景下，建立組織層次、功能模塊較為完善的農產品質量安全可追溯體系，能夠在真正發揮二者技術優勢，規避其技術劣勢的前提下，憑借數據實時采集、上傳、儲存，最大程度地保障農產品質量安全各環節信息的可追溯。相關政府部門需要立足于企業利潤空間的最大化建立完善的利益分配機制，配合食品質量安全運行保障機制和相關制度法規體系的建立為我國農產品供應鏈以及質量安全可追溯體系的穩定運行提供必要的機制保障。