基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)

王爾媚，蘇靜

1.湖南文理學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院（常德 415006）；2.湖南大學(xué)工商管理學(xué)院（長(zhǎng)沙 410082）；3.湖南師范大學(xué)公共管理學(xué)院（長(zhǎng)沙 410081）

食品安全問題一直備受關(guān)注，尤其是近些年，隨著生活水平的提高，人們對(duì)食品質(zhì)量的要求不斷提高。一方面，越來越多的消費(fèi)者愿意為綠色食品、有機(jī)食品買單；另一方面，食品企業(yè)也在積極探索如何滿足消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量的多樣化需求。但食品供應(yīng)鏈的復(fù)雜性導(dǎo)致食品供方和需方之間的信息不對(duì)稱現(xiàn)象突出。一部分食品供應(yīng)商可能在自身利益的驅(qū)使下提供不符合食品安全監(jiān)管的產(chǎn)品。信息的高度不對(duì)稱又使得消費(fèi)者難以識(shí)別食品的風(fēng)險(xiǎn)，無法通過價(jià)格杠桿實(shí)現(xiàn)優(yōu)勝劣汰，導(dǎo)致食品市場(chǎng)出現(xiàn)“劣幣驅(qū)逐良幣”現(xiàn)象，食品安全難以保障。區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展為解決食品安全問題提供新的解決方案。其具有的可信任、防篡改、可溯源等技術(shù)特征，能夠有效化解食品供應(yīng)鏈中的信息壁壘，提升鏈上信息的可靠性與透明度，實(shí)現(xiàn)食品供應(yīng)鏈全流程信息共享、可信流轉(zhuǎn)與防偽溯源，從而以更快的食品溯源、更好的食品質(zhì)量、更高的監(jiān)管效率重塑食品生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)化食品供應(yīng)鏈運(yùn)作效率，并保障食品安全。

1 食品供應(yīng)鏈與區(qū)塊鏈融合基礎(chǔ)

食品供應(yīng)鏈?zhǔn)侵冈谑称飞a(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售等過程中，不同參與主體共同合作，實(shí)現(xiàn)食品從生產(chǎn)者到消費(fèi)者流通的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)[1]。食品供應(yīng)鏈的參與主體包括農(nóng)戶、食品加工商、批發(fā)商、分銷商、零售商、消費(fèi)者及食品物流企業(yè)等，參與主體眾多，且高度分散。食品供應(yīng)鏈的集成與發(fā)展，旨在整合食品流通過程中的物流、資金流和信息流，促進(jìn)食品在食品供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商和消費(fèi)者之間的有效流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值增值與多方共贏。

主要的食品流通模式有多級(jí)批零模式、產(chǎn)地直銷模式和加工商主導(dǎo)模式[2]。不同流通模式有不同的優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)地直銷模式可以最大程度地縮減食品供應(yīng)商和消費(fèi)者之間的環(huán)節(jié)；多級(jí)批零模式因其高效的運(yùn)作效率成為最主要的流通模式；加工商主導(dǎo)模式有利于促進(jìn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，提升農(nóng)戶福利[3]。盡管這3種流通模式都可有效促進(jìn)食品的流通與食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但食品供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域仍面臨一系列問題，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

（1）信息不對(duì)稱問題突出。食品供應(yīng)鏈上各主體掌握的信息各不相同，出于自身利益最大化的目的，各主體間難以實(shí)現(xiàn)有效的信息共享，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的信息壁壘。

（2）消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量缺乏信任。消費(fèi)者因?qū)κ称饭?yīng)鏈的全流程信息不夠了解，對(duì)市場(chǎng)上流通的各種食品難以做到充分信任。

（3）食品安全難以保障。食品生產(chǎn)過程中大量使用農(nóng)藥、化肥、激素、保鮮劑等，給食品安全帶來隱患，威脅著消費(fèi)者的身體健康。

（4）質(zhì)量監(jiān)管難度大。食品從“農(nóng)場(chǎng)到餐桌”涉及的“點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、錯(cuò)綜交叉”，導(dǎo)致政府和第三方機(jī)構(gòu)對(duì)食品質(zhì)量的監(jiān)督與管理難以有效實(shí)施。

為解決上述問題，區(qū)塊鏈技術(shù)在食品供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用得到學(xué)術(shù)界和實(shí)業(yè)界的廣泛關(guān)注[4-7]。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N共享的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，是一種完整可信、不可篡改、多方參與和監(jiān)督的全民記賬技術(shù)[8]。其具有的去中心化、去信任機(jī)制、信息不可篡改、防偽溯源等技術(shù)特征，為實(shí)現(xiàn)食品安全管控的多主體、多流程、可信任、交互式信息共享提供解決路徑[9]。一個(gè)簡(jiǎn)化的基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈系統(tǒng)如圖1所示。在傳統(tǒng)食品供應(yīng)鏈中，“實(shí)物流”（圖1的第一部分）鏈上的信息不夠透明可靠，高度復(fù)雜化和紙質(zhì)化的運(yùn)作流程增加上下游主體之間的交易成本。基于區(qū)塊鏈的全流程信息記錄，可以實(shí)現(xiàn)食品供應(yīng)鏈全流程信息可靠、透明、可追溯，對(duì)降低運(yùn)營(yíng)成本、提升食品供應(yīng)鏈運(yùn)作效率具有重要意義。

圖1 基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈簡(jiǎn)化圖

具體說來，食品供應(yīng)鏈上的各主體可以通過區(qū)塊鏈?zhǔn)称钒踩芾砥脚_(tái)，快速識(shí)別食品從源頭到終端的所有相關(guān)信息，從而減少食品欺詐風(fēng)險(xiǎn)。食品供應(yīng)鏈上各主體基于區(qū)塊鏈技術(shù)記錄的信息主要包括但不限于以下方面：

（1）農(nóng)戶。記錄有關(guān)農(nóng)藥、肥料、種植方法等的信息。收集最源頭的生產(chǎn)信息。

（2）供應(yīng)商。記錄農(nóng)戶、產(chǎn)地、種植過程等的相關(guān)信息。記錄與農(nóng)戶/加工商的交易信息。

（3）加工商。記錄有關(guān)工廠及其設(shè)備、使用的加工方法、批號(hào)等信息。同時(shí)，與生產(chǎn)商和分銷商進(jìn)行的金融交易也記錄在區(qū)塊鏈平臺(tái)上。

（4）分銷商。記錄運(yùn)輸細(xì)節(jié)、跟蹤軌跡、儲(chǔ)存條件（例如溫度、濕度）、運(yùn)輸時(shí)間等。分銷商之間的所有交易，以及與最終收件人（即零售商）的所有交易信息寫入?yún)^(qū)塊鏈平臺(tái)。

（5）零售商。記錄每個(gè)食品項(xiàng)目的詳細(xì)信息，包括其當(dāng)前的質(zhì)量和數(shù)量、過期日期、儲(chǔ)存條件以及貨架上花費(fèi)的時(shí)間等。

（6）消費(fèi)者。在最后階段，消費(fèi)者可以使用電腦或手機(jī)掃描、查詢食品二維碼獲得所需信息。

從分析可以看出，基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)食品從“源頭”至“終端”的快速信息溯源，且區(qū)塊鏈的技術(shù)特征使得各主體可以在無需相互信任的前提下確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性。食品供應(yīng)鏈上各主體可以通過查看從農(nóng)戶到終端的所有具體信息，對(duì)食品的安全與質(zhì)量做出合理判斷，簡(jiǎn)化食品安全監(jiān)管難度，提升食品供應(yīng)鏈安全性、透明性與可溯源性。同時(shí)，智能化平臺(tái)可以根據(jù)系統(tǒng)收集的信息自動(dòng)做出分析報(bào)告，列出關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，幫助消費(fèi)者更加便利、快速地識(shí)別與利用信息。因此，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的食品溯源系統(tǒng)是優(yōu)化食品供應(yīng)鏈流程、提升食品供應(yīng)鏈績(jī)效的有效途徑。

2 基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)構(gòu)建路徑

以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)，可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)“分布式存儲(chǔ)、信息不可篡改、可溯源”等特點(diǎn)，在食品溯源領(lǐng)域中構(gòu)建一個(gè)算法式的信任世界，實(shí)現(xiàn)食品從“田間到餐桌”全流程信息共享、可信流轉(zhuǎn)與防偽溯源等。從技術(shù)層面上來說，該平臺(tái)構(gòu)建路徑主要包括幾方面內(nèi)容：剖析食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)的業(yè)務(wù)需求與功能需求，刻畫基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈各主體之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜與運(yùn)作模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的食品溯源平臺(tái)層次架構(gòu)與建設(shè)方案。

2.1 剖析食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)的業(yè)務(wù)需求與功能需求

2.1.1 明確平臺(tái)目標(biāo)

即構(gòu)建以區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的食品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)、加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售等全環(huán)節(jié)的信息透明，做到全流程可控可查。

2.1.2 開展平臺(tái)業(yè)務(wù)需求分析

對(duì)食品供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析，總結(jié)食品溯源系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程邏輯圖，解構(gòu)不同階段食品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求特征。

2.1.3 針對(duì)平臺(tái)功能需求展開分析

一是從監(jiān)管部門的需求角度出發(fā)，建立食品供應(yīng)鏈溯源管理子系統(tǒng)；二是從食品鏈上企業(yè)和消費(fèi)者的需求角度出發(fā)，建立食品供應(yīng)鏈溯源應(yīng)用子系統(tǒng)，為食品供應(yīng)鏈成員和消費(fèi)者提供信息輸入、查詢、投訴等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)食品全流程信息公開、透明、可信流轉(zhuǎn)。

2.2 刻畫基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈各主體之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜與運(yùn)作模型

食品供應(yīng)鏈涉及的主體眾多、流程復(fù)雜，因而，刻畫出各主體之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜，是加強(qiáng)食品安全監(jiān)管、滿足各主體需求的基礎(chǔ)。一方面，要基于市場(chǎng)外部環(huán)境需求，構(gòu)建以監(jiān)管機(jī)構(gòu)為中心的“協(xié)作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜”，幫助監(jiān)管部門依托食品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)對(duì)食品質(zhì)量進(jìn)行全流程監(jiān)管。另一方面，要基于食品供應(yīng)鏈流程與特點(diǎn)，構(gòu)建以食品為中心的“節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜”，借助區(qū)塊鏈技術(shù)保證食品生產(chǎn)流通活動(dòng)中信息的實(shí)時(shí)性、可靠性和完整性，實(shí)現(xiàn)“三流”（商品流、資金流、信息流）一致的食品供應(yīng)鏈溯源體系。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)由主管部門牽頭和部署，各食品相關(guān)主體共同參與，通過各接口實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈上各節(jié)點(diǎn)信息共享的系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品從“田間到餐桌”的全流程信息記錄與查詢，解決由信息不對(duì)稱導(dǎo)致的食品安全問題。模型設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)總體模型

平臺(tái)要求每一個(gè)參與者在進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的信息文檔，記錄與參與者有關(guān)的信息。注冊(cè)成功后，各主體會(huì)獲得一對(duì)公鑰和私鑰。公鑰可以向全網(wǎng)公開，類似于賬戶ID；而私鑰是非公開的部分，類似于賬戶密碼。區(qū)塊鏈上各主體接受到新的區(qū)塊信息寫入時(shí)，可以通過公鑰驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性，但無需暴露自己的私鑰，因而可以有效保護(hù)參與者的隱私。每個(gè)參與者可以利用已經(jīng)注冊(cè)的賬戶登錄用戶界面，進(jìn)入指定區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，寫入?yún)^(qū)塊信息或者查詢所需數(shù)據(jù)。

2.3 設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的食品溯源平臺(tái)層次架構(gòu)與建設(shè)方案

基于區(qū)塊鏈核心技術(shù)架構(gòu)，將平臺(tái)分為存儲(chǔ)層、服務(wù)層、接口層、功能層和應(yīng)用層5個(gè)層次，并根據(jù)各個(gè)層次的目標(biāo)和任務(wù)設(shè)計(jì)具體的建設(shè)方案。平臺(tái)層次架構(gòu)及各層次任務(wù)內(nèi)容如圖3所示。

圖3 基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)層次架構(gòu)圖

2.3.1 存儲(chǔ)層

根據(jù)食品安全溯源平臺(tái)的需求可知，平臺(tái)上涉及多個(gè)不同角色的參與主體，并不要求每個(gè)參與者的權(quán)限完全一致，因而可以選用聯(lián)盟鏈的形式進(jìn)行開發(fā)。平臺(tái)中所有信息均存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，各節(jié)點(diǎn)在獲得授權(quán)的情況下可對(duì)信息進(jìn)行訪問。

2.3.2 服務(wù)層

食品供應(yīng)鏈上各成員根據(jù)“協(xié)同合作、互利共贏”的目標(biāo)將所有的合作機(jī)制轉(zhuǎn)化成算法，并形成統(tǒng)一的共識(shí)機(jī)制、簽名機(jī)制等，封裝于服務(wù)層內(nèi)。這從算法上保證平臺(tái)的運(yùn)行規(guī)則由區(qū)塊鏈的智能合約決定，不能被平臺(tái)中某一主體所修改，因而可以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性。

2.3.3 接口層

接口層主要嵌入各類應(yīng)用程序或底層協(xié)議，為食品供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)成員提供人機(jī)交互入口。

2.3.4 功能層

主要實(shí)現(xiàn)信息錄入、追溯、查詢、數(shù)據(jù)分析以及膳食營(yíng)養(yǎng)推薦等前端功能。食品供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)成員對(duì)信息存儲(chǔ)與使用的權(quán)限，主要取決于各節(jié)點(diǎn)在食品供應(yīng)鏈中的角色與職能。

2.3.5 應(yīng)用層

主要包含食品供應(yīng)鏈上各成員接入該區(qū)塊鏈溯源平臺(tái)后進(jìn)行的基本操作，包含各類信息的錄入、電子錢包管理與用戶角色管理等。記錄的信息包含時(shí)間、數(shù)據(jù)提供者身份等內(nèi)容，并以區(qū)塊的形式接入到區(qū)塊鏈中，以最大程度地保證信息的真實(shí)性和可靠性。

3 基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，極大提升食品供應(yīng)鏈上信息的可靠性與透明度。分布式與數(shù)字化存儲(chǔ)模式，更是讓精準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)分析與快速的信息追溯得以實(shí)現(xiàn)。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的透明性、可靠性與不可篡改性等特征，“區(qū)塊鏈+食品供應(yīng)鏈”溯源平臺(tái)的應(yīng)用與推廣具備幾方面的優(yōu)勢(shì)。

3.1 提升食品供應(yīng)鏈上下游企業(yè)間的信息透明度

基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)能夠根據(jù)實(shí)際需求情況共享鏈上信息，促進(jìn)食品供應(yīng)鏈上供方和需方之間的協(xié)同共享與動(dòng)態(tài)交流，突破信息不對(duì)稱壁壘，化解食品供應(yīng)鏈中的道德風(fēng)險(xiǎn)問題。在保障信息安全的前提下最大程度地提高信息共享程度。

3.2 打造相互信任互利共贏的營(yíng)商環(huán)境

區(qū)塊鏈的技術(shù)特征可以保障食品溯源平臺(tái)上記錄的信息是可靠、真實(shí)、可溯源的，即區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用能夠在食品溯源領(lǐng)域中構(gòu)建一個(gè)算法式的信任世界，實(shí)現(xiàn)食品供應(yīng)鏈從“田間到餐桌”全流程信息共享、防偽溯源與可信流轉(zhuǎn)。

3.3 提高食品安全的可靠性

基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)，可以借助物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)施監(jiān)控鏈上各主體的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、加工環(huán)節(jié)的具體情況，并詳細(xì)記錄其物流、信息流、資金流等信息，從而加強(qiáng)對(duì)食品供應(yīng)鏈上各主體的客觀震懾，提升主觀遵從意愿，進(jìn)而保障食品安全的可靠性。

3.4 完善食品監(jiān)管體系與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制

區(qū)塊鏈上的大量信息，實(shí)時(shí)記錄食品供應(yīng)鏈上各主體的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理等信息，有助于監(jiān)管部門借助大數(shù)據(jù)分析工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈上主體的自動(dòng)化與智能化監(jiān)管。此外，監(jiān)管部門可以基于區(qū)塊鏈上的云數(shù)據(jù)，建立動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，自動(dòng)識(shí)別異常信息，將食品安全管理從“事后溯查”制轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆虑邦A(yù)防”，基于對(duì)食品供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)食品危機(jī)“防范于未然”的監(jiān)管目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)與建議

食品供應(yīng)鏈涉及的點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣，且各主體間的交互錯(cuò)綜交叉，導(dǎo)致食品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)面臨數(shù)據(jù)難共享、易篡改、難追溯等問題。區(qū)塊鏈具有去中心化、信息不可篡改、防偽溯源、信任機(jī)制等技術(shù)特征，與農(nóng)產(chǎn)品追溯體系的需求天然吻合。基于區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)，有助于實(shí)現(xiàn)食品源頭可追溯、流向可跟蹤、信息可查詢、責(zé)任可追究等目標(biāo)，從而在降低食品供應(yīng)鏈運(yùn)作成本的情況下提升食品安全可靠度。然而，區(qū)塊鏈技術(shù)在食品供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于探索階段。為突破區(qū)塊鏈技術(shù)在食品安全管理領(lǐng)域的瓶頸，政府部門需要“以身作則”，促進(jìn)公共行政的數(shù)字化改革，大力推動(dòng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。同時(shí)加大對(duì)研究創(chuàng)新與教育培訓(xùn)的投入，以便最大程度地激發(fā)區(qū)塊鏈技術(shù)的潛在效益。在政策上，一方面完善與區(qū)塊鏈技術(shù)相關(guān)的法律法規(guī)，制定標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)制度，為區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用落地設(shè)計(jì)一個(gè)明確的監(jiān)管框架，以促進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展；另一方面，加大激勵(lì)強(qiáng)度，鼓勵(lì)與扶持食品供應(yīng)鏈中區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，提升區(qū)塊鏈技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力與食品質(zhì)量管理成效，實(shí)現(xiàn)食品供應(yīng)鏈的持續(xù)優(yōu)化。