基于區塊鏈技術的湖南省道地藥材全過程追溯體系構建

鐘 錠 劉金紅 夏新斌 周良榮

湖南中醫藥大學人文與管理學院，湖南長沙 410208

我國歷代醫家認為，中藥材的藥性與其生長的地理環境有密切關系，并在此基礎上提出了“道地藥材”的概念[1]。道地藥材極具中醫藥特色和優勢，作為中醫臨床用藥的重要部分，不僅具有公認的品質優、效果好特點，且在促進區域經濟發展上起到重要作用，更是區域中醫文化的鮮明代表[2]。隨著中醫藥事業的不斷發展，社會對中藥材的需求日益上升，而道地藥材更是備受消費者青睞[3]。然而近些年來，中藥材及中藥飲片的質量問題屢見不鮮，已經成為制約我國中醫藥事業和中醫藥產業發展的重要因素。針對傳統溯源方式中存在的中心化、不透明化和易被篡改的問題[4]，本文以湖南省道地藥材全過程追溯為切入點，利用區塊鏈技術，探索構建新型道地藥材質量追溯體系，以期能為中醫藥產業高質量發展提供參考[5]。

1 湖南省道地藥材全過程追溯痛點分析

1.1 體系制度不健全

中藥材追溯體系的建立已提出若干年，相關部門出臺了一系列政策文件，如《中藥材保護和發展規劃（2015—2020 年）》[6]、《關于加快推進重要產品追溯體系建設的意見》[7]、《中華人民共和國中醫藥法》[8]、《關于協同推進肉菜中藥材等重要產品信息化追溯體系建設的意見》[9]等，對構建中藥材溯源及質量安全的長效機制提出了明確要求。但目前并未得到有效實施，我國尚未建立起溯源的標椎和規范，中藥材追溯相關法律法規不健全，使得我國中藥材溯源仍然存在很大阻礙[10]。以湖南省為例，湖南省道地藥材溯源未能形成體系制度，使得市場上存在假冒偽劣的藥材，影響道地藥材產業良性發展。

1.2 責任主體不明確

由于湖南省內并未建立明確的道地藥材追溯體系和追蹤技術，道地藥材從種苗培育到最后消費，整個產業鏈涉及的主體、環節眾多，各個節點之中，包含了種苗供應商、種苗栽培農戶、中藥材生產商及末端銷售商等參與者。一旦發現劣質道地藥材，由于全過程溯源責任主體的不明確，管理部門很難將責任落實到具體部門或者企業，也使得道地藥材的追溯無從下手。

1.3 信息全程追溯難

信息共享是中藥材產業鏈中各個主體合作共贏的基礎，有效的信息追溯一方面可以減少中藥材市場信息不對稱所帶來的存貨滯銷和供應不足的威脅，也有利于中藥材市場上下游之間信息互通降低成本[11]。道地藥材的全過程追溯，涉及到中藥材種苗培育、后期栽培、中藥材生產及最后的銷售環節，參與主體包括了種苗供應商、種苗栽培農戶、中藥材生產商及末端銷售商4 個群體。目前，湖南省尚未建立一個可以貫穿各個環節的數據系統，也缺乏一個將中藥材參與主體統一到一個追溯系統的平臺，影響了道地藥材全過程追溯。

1.4 信息易被篡改

條形碼、二維碼和射頻識別技術（radio frequency identification，RFID）是目前湖南省道地藥材溯源的主要形式。藥材加工商在中藥材外包裝上面直接加印條形碼、二維碼或粘貼RFID 貼紙，可將中藥材生產批次及流通過程中的信息記錄下來。消費者可以通過掃描的方式，獲取中藥材相關信息。溯源信息存儲在中心化的數據信息系統或者若干分布式數據庫內，使得擁有中央服務器的機構或個人有機會篡改信息，且數據可以輕易地遭到不法人員的攻擊，使得中藥材溯源信息的真實性備受爭議[12]。

2 區塊鏈技術應用于湖南省道地藥材全過程追溯可行性分析

區塊鏈技術是一種開放式的、分布式的存儲數據的鏈式結構，其是按照時間順序將各個環節主體用密碼學原理建立起相關聯的數據區塊。將區塊鏈技術應用于湖南省道地藥材溯源體系的構建，可以有效解決傳統溯源技術中的中心化、不透明化和容易被篡改問題，可有效保障湖南省道地藥材生產到消費各環節數據真實、不被篡改、可追溯[13]。

2.1 區塊鏈技術的可追溯性

區塊鏈上的不同區塊包含著不同存儲信息，各個區塊通過時間先后順序鏈接，因此，可以根據時間進行信息的溯源[14]。藥材來源的各個環節難以明確，信息的真實可靠性難以確保是湖南省道地藥材溯源的主要問題。此過程具有數據所屬方多、交易環節復雜的特點。利用區塊鏈技術，可以在區塊鏈上的每個交易區結構體中，記載著參與者在各環節的交易信息，這樣既可以查詢又可以追蹤道地藥材的來源，有效地確保了可追溯性。

2.2 區塊鏈技術的不可篡改性

區塊鏈運用了哈希計算和密碼學方法，將鏈上各個區塊按時間順序排列再鏈接，一旦有一條信息改動，時間節點之前所有信息都要改動，加大了信息數據篡改的成本和難度，從技術上維護了真實性[5]。湖南省道地藥材產業鏈中運用區塊鏈技術，參與各方在每筆中藥材交易產生時依據合約確認交易后就會產生交易區塊，交易區塊一旦經共識機制確認就會形成上鏈數據，上鏈數據不可篡改，包括供應鏈管理中的原料、生產、運輸、銷售數據，皆可證明真實性[15]。

2.3 區塊鏈技術的開放性

區塊鏈技術各節點數據，除了加密節點的私有信息以外，其他節點的維護需要參與者進行統一維護，任何參與主體都可以參與、查詢及記錄。采用去中心化的公開透明的存儲方式，具有開放性。在道地藥材交易過程中，通過簽名可以確認每筆交易，聯盟鏈形式的區塊鏈，通過認證機構證書可以認證參與者身份，基于以上可以確認每筆交易的合法性和真實性[16-17]。

3 基于區塊鏈技術的湖南省道地藥材全過程追溯體系構建

3.1 參與主體設置

根據道地藥材供應鏈體系，將道地藥材追溯劃分成3 個主體。第一類為中藥材質量和交易管理部門，包括國家中醫藥管理局和地方中醫藥管理局等部門；第二類主體為道地藥材相關參與生產、銷售的企業，包括種苗供應培育、中藥材生產銷售廠家和銷售商；第三類為中藥材最終的消費者。

3.2 體系架構設計

基于區塊鏈技術的湖南省道地藥材全過程追溯體系，共計三大模塊、六層架構。每個模塊之間運用了不同的應用程序接口：首先是采用了軟件開發工具包的交互模塊，其次在核心模塊與基礎模塊之間運用全球遠程過程調用接口。①數據層：將中藥材的生產、成分、中轉信息，利用Couch DB 作為分布式共享賬本存儲系統，進行系統存入，借助字節數組等操作，完成復雜的業務查詢。②網絡層：對藥材溯源系統的賬本、狀態、成員信息等數據利用Gossip 協議進行個人對個人（peer to peer，P2P）分發。③共識層：系統依據指定的背書策略，向背書節點發送交易提案。通過模擬執行將結果運用背書系統鏈碼進行數字簽名，隨即返還至應用程序。④合約層：采用Chaincode實現智能合約，主要包括兩類，一類完成是藥中材背書、發起中藥材成分信息背書、中轉信息背書。另一類是完成中藥材信息、成分信息、中轉信息查詢等業務邏輯。⑤業務層：利用REST ful 接口，前端部分實現業務處理。后端部分實現用戶及中藥材的管理，借助Hyperledger Fabric 提供的軟件開發工具包和區塊鏈網絡進行通信。⑥應用層：基于超文本標記語言（hyper text markup language，HTML），層疊樣式表（cascading style sheets，CSS）、Angular JS 前端框架，向用戶提供頁面交互操作。由于用戶部分是底層內置完成的，因此僅有用戶登錄和退出兩項操作。見圖1。

圖1 湖南省道地藥材全過程追溯體系構架

3.3 系統存儲設計

本系統從中藥材的生產、運輸、銷售的各環節關鍵信息進行分類，包括中藥材的生產、成分、倉儲物流等信息。經此分類后，再使用區塊鏈系統對中藥材相關信息進行溯源。如此操作，一方面方便質檢機構對中藥材生產信息進行檢驗，向消費者提供安全、透明的中藥材詳細信息。另一方面，向監管部門提供了審查所需的依據。

3.4 業務流程設計

①接入系統的數據：一類被稱為核心數據，包括中藥材的產地、編碼、企業相關信息；另一類是非核心數據，包括用戶信息、企業工商信息和交易信息等。②區塊鏈的核心內容，對接平臺上的數據上鏈，通過各方參與的溯源節點，了解交易信息。當發生交易時，可對交易進行確認，從而形成完整的、可供查詢的信息鏈。③中藥材溯源結果，通過可視化的方法，展示在系統前端以供各方及時查詢。④假如查詢結果和包裝上面所描述的信息有差別時，產品標記的明文來源，與通過包裝所查詢到的信息不一樣，就可以判斷此中藥材來源存在問題，此時消費者可以向有關部門反映。業務流程見圖2。

圖2 湖南省中藥材溯源系統業務流程

4 基于區塊鏈技術的湖南省道地藥材全過程追溯體系實現路徑

4.1 國家政府層面

第一，政府應逐步完善基于區塊鏈技術的湖南省道地藥材全過程追溯體系的法律法規，保障道地藥材追溯過程中有法可依。本文提到的智能合約，雖然能夠保證道地藥材各責任主體公平交易，但是畢竟缺乏法律效力，且當前針對道地藥材追溯體系相關法律仍然不健全[18-19]。因此，政府需要高度重視，將區塊鏈技術應用于道地藥材追溯納入法律監管，保證道地藥材從生產到消費的全過程，均有法律參考依據[20]。第二，政府需要加大對區塊鏈技術應用于道地藥材追溯體系的資金投入力度，緩解道地藥材相關企業資金壓力。政府應設立區塊鏈技術追溯體系建設的專項資金，用于追溯體系的軟件研發、硬件購買和基礎設施建設等[21]。

4.2 社會企業方面

一方面，道地藥材相關協會和企業，要聯合制訂基于區塊鏈技術的藥材追溯體系的行業內技術標準，為道地藥材行業發展提供參考標準。將藥材追溯體系技術標準制訂的智能賦予相關企業和協會，改變單一的技術委員會制訂方式，有利于提升道地藥材行業的信譽和競爭門檻[22]，幫助企業突破體系建設的技術壁壘，促進標準的及時更新和修訂，更符合市場規律[23]。

另一方面，企業需要加大相關人才的培養，不斷推動區塊鏈技術的革新換代，適應多變的市場需求。區塊鏈平臺涉及多種技術，例如共識機制、網絡協議、密碼學、P2P、智能合約等，如何將這些技術與實際業務結合使用且進一步優化，存在十分廣闊的探索空間[24]。企業需要培養專業能力強的技術人員，積極推動區塊鏈技術朝著靈活性和容錯性更強的方向發展[25]。

4.3 消費者方面

消費者作為道地藥材實際購買者，應當樹立起掃描道地藥材溯源碼查詢來源的意識，確保道地藥材各方面信息正確后購買。當消費者發現道地藥材存在明顯質量問題時，應當向管理部門進行投訴。管理部門接到投訴，確認投訴情況為真實后，可運用基于區塊鏈技術的道地藥材追溯體系提供的可靠存儲數據，核查是哪個環節存在的問題，落實責任主體，進行相關處罰[26]。