區(qū)塊鏈背景下的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系演化博弈研究

王愛榮，郭曉林，李潤基

（成都信息工程大學(xué)物流學(xué)院，四川 成都 610225）

農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全關(guān)乎百姓的菜籃子，是關(guān)乎民生大計的重要事情。近年來，由于對生廠商、加工商等供應(yīng)鏈節(jié)點的把握管控力度不到位，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈從生產(chǎn)、加工、運輸配送、儲存直到銷售到顧客手中的每一個環(huán)節(jié)都存在食品質(zhì)量問題的隱患。生產(chǎn)環(huán)節(jié)，農(nóng)戶可能降低生產(chǎn)成本，以次充好；加工環(huán)節(jié)，農(nóng)產(chǎn)品可能因為加工技術(shù)以及加工環(huán)境從而影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)；流通環(huán)節(jié)，不正確的儲存會影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量；消費環(huán)節(jié)，消費者沒有足夠的能力辨別質(zhì)量的好壞，可能因信息不對稱買到假冒偽劣農(nóng)產(chǎn)品。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品從供應(yīng)鏈的生產(chǎn)環(huán)節(jié)到銷售環(huán)節(jié)發(fā)生質(zhì)量問題，很難確定供應(yīng)鏈具體哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，使得農(nóng)產(chǎn)品的信任風(fēng)險增加。在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中實施可追溯體系，可以從原材料到產(chǎn)成品的全過程中形成與農(nóng)產(chǎn)品安全屬性相關(guān)的連續(xù)、可靠的信息流，確保農(nóng)產(chǎn)品具有可追溯信息，從而實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的全過程監(jiān)管。區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可篡改性、獨特的哈希算法加密技術(shù)和較高的安全性，可以為農(nóng)產(chǎn)品物流溯源體系提供保障。區(qū)塊鏈技術(shù)可以保證整個農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息的透明和真實，當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題時，可以迅速確定責(zé)任主體以及召回控制，有效預(yù)防應(yīng)對突發(fā)的各類食品安全危害事件，杜絕大中小規(guī)模各類食品安全危害事故的發(fā)生，切實保護消費者權(quán)益，同時也為政府監(jiān)管提供了決策依據(jù)。

目前已有眾多學(xué)者對區(qū)塊鏈下農(nóng)產(chǎn)品可追溯研究進行了探討。主要集中在以下幾個方面：首先是溯源方案的研究。Bettin-Diaz 等[1]提出一種新的將區(qū)塊鏈技術(shù)集成到食品工業(yè)供應(yīng)鏈中，以實現(xiàn)整個過程的可追溯性的方案，最終客戶根據(jù)提供的溯源信息，從而做出明智的購買決策。Wu 等[2]總結(jié)并討論了將區(qū)塊鏈技術(shù)引入供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，并探討了一個基于區(qū)塊鏈的食品可追溯系統(tǒng)的案例研究。其次是基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源模型設(shè)計。Malik 等[3]提出了一個包括政府和監(jiān)管機構(gòu)在內(nèi)的關(guān)鍵食品供應(yīng)鏈實體的區(qū)塊鏈框架以追溯食品來源。朱建明等[4]則主要提出了區(qū)塊鏈下的B2B+B2C 的供應(yīng)鏈的交易結(jié)構(gòu)簡圖及動態(tài)多中心協(xié)同認證模型。最后是基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)設(shè)計。Suzuki 等[5]通過實驗檢驗了可追溯食品供應(yīng)鏈的可行性，構(gòu)建了一個基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，區(qū)塊鏈技術(shù)可以在沒有第三方代理的情況下實現(xiàn)高度可靠的數(shù)據(jù)管理。Wang 等[6]提出了一個基于區(qū)塊鏈技術(shù)的產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)，通過記錄產(chǎn)品轉(zhuǎn)移歷史的分布式分類賬形成了一個具有追溯信息的鏈條外，還設(shè)計了一個為保證交易有效性而驗證身份的響應(yīng)機制。最后，系統(tǒng)安全性分析和實驗結(jié)果證明了解決方案是可行的。Chan 等[7]則主要介紹了一個使用區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯和透明的馬來西亞食品部門供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)。但關(guān)于區(qū)塊鏈下的食品信息透明度的博弈研究較少。徐健等[8]研究了基于區(qū)塊鏈的食品信息透明度的博弈分析，探討食品企業(yè)與消費者在食品質(zhì)量安全中的策略選擇問題。但還未有學(xué)者研究區(qū)塊鏈下政府與農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)在農(nóng)產(chǎn)品溯源體系的博弈分析。本文則基于區(qū)塊鏈技術(shù)，考慮政府的獎懲行為以及農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的行為，以此構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)和政府的博弈模型，研究雙方在農(nóng)產(chǎn)品溯源體系中的策略選擇，并分析消費者的支付意愿以及政府的監(jiān)管行為對雙方策略選擇的影響。

1 基本假設(shè)與模型建立

基于演化博弈理論，隨機從農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)和政府2 個有限理性的群體中選取1 個成員進行博弈，通過不斷學(xué)習(xí)與進化，最終達到演化均衡。農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)在生產(chǎn)、運輸、加工、銷售等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中選擇的策略是“選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息，不提供溯源信息”，簡記為“提供，不提供”；而政府的行為策略為“積極監(jiān)管，消極監(jiān)管”。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以為農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)、政府以及消費者提供溯源服務(wù)以及更詳細、透明的溯源信息，保證了從農(nóng)場到消費者的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題時，可以盡快召回，盡可能地減少對消費者的影響。而政府的監(jiān)管行為則可以進一步地保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，提高農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息的比例，增加消費者對于農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的信任。據(jù)此建立農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)與政府的博弈模型，分析二者的均衡問題，假設(shè)如下：

假設(shè)1：農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)不提供溯源信息的基本收益R1，選擇區(qū)塊鏈技術(shù)的額外成本為C1，因此增加的收益為βR1，β 的大小取決于消費者對于溯源農(nóng)產(chǎn)品的支付意愿。

假設(shè)2：研究發(fā)現(xiàn)，消費者對政府監(jiān)管的信任程度會正向影響消費者對可溯源食品的支付意愿。即當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)，而政府積極監(jiān)管時，消費者會更青睞于選擇溯源農(nóng)產(chǎn)品，即農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)將會獲得額外收益為T。

假設(shè)3：政府選擇積極監(jiān)管時，若農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息，政府會相對應(yīng)的對農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)進行補貼E，同時政府獲得社會的認可和消費者的贊譽等收益為R2，監(jiān)管成本為C2；若農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)未提供溯源信息，政府則會征收稅費Z，作為不積極配合的懲罰。

假設(shè)4：農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息的比例為x（x∈[0,1]），不提供溯源信息的比例為1-x；政府選擇積極監(jiān)管的比例為y（y∈[0,1]），消極監(jiān)管的比例為1-y，則相對應(yīng)的收益矩陣如表1所示。

表1 農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)與政府的收益矩陣

2 演化博弈分析

2.1 演化過程的均衡點分析

2.2 演化博弈分析

在二維動態(tài)系統(tǒng)中，如果一個局部平衡點滿足dej（J）＞0，tr（J）＜0，那么這個點就是局部漸進平衡點，稱為演化博弈的穩(wěn)定策略，即ESS。下面根據(jù)雅克比矩陣進行系統(tǒng)的穩(wěn)定分析，如表2所示。

表2 局部穩(wěn)定性分析

根據(jù)分析結(jié)果可以看出（0,0）、（1,1）為ESS 點，（1,0）、（0,1）是不穩(wěn)定點，（x*,y*）是鞍點，此時的演化穩(wěn)定策略為農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息的同時政府積極監(jiān)管，又或者農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇不提供溯源信息，而政府消極監(jiān)管。但是系統(tǒng)演化到哪一種狀態(tài)與其原始狀態(tài)和支付矩陣相關(guān)。由（0，1）、（x*，y*）和（1，0）的連接線構(gòu)成了2 個狀態(tài)的臨界線，系統(tǒng)相應(yīng)的演化相位如圖1 所示。

圖1 演化相位圖

由圖1 可知，政府和農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的策略位于A區(qū)域時，二者的博弈容易演化為帕累托最優(yōu)解（1,1），即農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息，政府積極監(jiān)管；當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)和政府的策略位于B 區(qū)域時，二者博弈則會演化為帕累托最劣均衡解（0，0），即農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)不提供溯源信息，政府選擇消極監(jiān)管。可以看出，應(yīng)使系統(tǒng)盡可能地收斂于帕累托最優(yōu)解（1,1），而區(qū)域A 和B 的面積大小則決定了系統(tǒng)最終會收斂于哪個狀態(tài)，分別SA和SB表示2 個區(qū)域的面積，則雙方選擇“提供，積極監(jiān)管”的概率大于“不提供，消極監(jiān)管”的概率；當(dāng)時SA＜SB，雙方選擇“提供，積極監(jiān)管”的概率小于“不提供，消極監(jiān)管”的概率；若SA=SB時，雙方選擇“提供，積極監(jiān)管”的概率等于“不提供，消極監(jiān)管”的概率。SA與SB的面積大小則取決于鞍點D（x*,y*）的位置，其與以下幾個因素有關(guān)：農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈的額外成本C1、消費者的支付意愿β 以及政府對農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的補貼E 與稅費Z。

第一，農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈的額外成本C1。y*是C1的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)其他因素不變時，隨著使用區(qū)塊鏈技術(shù)成本越低，SA的面積就越大，此時該系統(tǒng)收斂于（1，1）的概率不斷增大，雙方選擇“提供，積極監(jiān)管”策略的概率增大，即企業(yè)越有動力去選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供溯源信息，政府也越有動力積極監(jiān)管。

第二，消費者的支付意愿β。y*是β 單調(diào)減函數(shù)，隨著消費者的支付意愿越高，則SA的面積就越大，此時該系統(tǒng)收斂于（1，1）的概率不斷增大，雙方選擇“提供，積極監(jiān)管”策略的概率增大。

第三，政府對農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)征收的稅費Z。x*與y*是Z 的單調(diào)減函數(shù)，由此可見，其他因素不變時，隨著政府加大稅收力度，SA的面積也就越大，此時該系統(tǒng)收斂于（1，1）的概率不斷增大，雙方選擇“提供，積極監(jiān)管”策略的概率增大。

第四，政府對農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的補貼E。E 對SB的影響是非單調(diào)的。因此將SB求關(guān)于E 的二階導(dǎo)數(shù)，得到二階導(dǎo)數(shù)恒大于0，即當(dāng)其他條件不變，隨著E 的變化，SB將取得極小值，此時系統(tǒng)收斂于（1，1）的概率最大。

3 結(jié)論與建議

基于演化博弈理論研究了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈企業(yè)和政府之間的演化博弈問題，通過分析，可以得出二者博弈的穩(wěn)定策略為選擇“提供，積極監(jiān)管”和“不提供，消極監(jiān)管”，而最終的演化結(jié)果取決于農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)的成本、消費者的支付意愿以及政府的行為。研究結(jié)果表明：一是農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)和政府的策略選擇與雙方的成本密切相關(guān)，當(dāng)政府的監(jiān)督成本以及企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)的成本發(fā)生變化時，則會出現(xiàn)不同的演化結(jié)果。二是消費者的支付意愿會影響政府以及農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的策略選擇，消費者支付意愿越高，則農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)更愿意選擇區(qū)塊鏈技術(shù)，政府也會積極監(jiān)管。三是政府的不同的懲罰和補貼力度會影響企業(yè)的策略選擇，政府應(yīng)根據(jù)實際情況制定合適的政策。

根據(jù)以上結(jié)論，本文對建立全面有效的區(qū)塊鏈下農(nóng)產(chǎn)品可追溯體系提出以下建議：一是構(gòu)建嚴格的監(jiān)督懲罰機制。當(dāng)政府加大對企業(yè)的懲罰力度時，強制性稅收政策可以消除不選擇區(qū)塊鏈技術(shù)的外部不經(jīng)濟性，提高邊際成本，增加選擇傳統(tǒng)溯源技術(shù)的“懲罰成本”，從而約束企業(yè)行為，促使企業(yè)選擇區(qū)塊鏈技術(shù)來實現(xiàn)信息公開化、透明化。二是科學(xué)化的補貼政策。當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈已運作得高度成熟，而選擇區(qū)塊鏈技術(shù)會增加供應(yīng)鏈各成員的負擔(dān)，影響其選擇區(qū)塊鏈的意愿。因此，政府部門需要提供有力的支持措施，對于積極使用區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)應(yīng)給予鼓勵，如給予技術(shù)指導(dǎo)和補貼等，以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本；針對大規(guī)模企業(yè)，其基礎(chǔ)設(shè)施完善，信息化水平高，相比較更容易使用區(qū)塊鏈技術(shù)實行農(nóng)產(chǎn)品的可追溯，政府只需要在政策上、技術(shù)上稍加引導(dǎo)、扶持以及指導(dǎo)；針對中小型企業(yè)，則需要重點幫助扶持，不僅在技術(shù)上引導(dǎo)，更需要提供資金支持，從而提高農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)的積極性。三是引導(dǎo)消費者充分了解區(qū)塊鏈下農(nóng)產(chǎn)品追溯體系的功能。為更好地解決農(nóng)產(chǎn)品可追溯體系建立過程中面臨的難題，首先需要了解市場中消費者的偏好。隨著對農(nóng)產(chǎn)品可追溯體系知識了解的增加，消費者對溯源農(nóng)產(chǎn)品的支付意愿也同步增長，農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)提供溯源信息的額外收益也不斷增加。此外，消費者只有充分了解和意識到區(qū)塊鏈下食品追溯體系的功能，充分認可區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品追溯體系的作用，消費者的支付意愿才會相對應(yīng)的提高，從而擴大區(qū)塊鏈技術(shù)的市場需求，激勵企業(yè)積極選擇區(qū)塊鏈技術(shù)提供可追溯信息產(chǎn)品。