區塊鏈在產品溯源和包裝防偽上的應用進展

陳思源，崔子杰，劉丹飛，劉磊，蒲玉梅，鐘云飛

自動化與智能化技術

區塊鏈在產品溯源和包裝防偽上的應用進展

陳思源，崔子杰，劉丹飛，劉磊，蒲玉梅，鐘云飛

（湖南工業大學 包裝與材料工程學院，湖南 株洲 412007）

目的 探究區塊鏈技術在產品溯源和包裝防偽上的應用現狀，以期為區塊鏈防偽溯源體系的研究和建立提供參考。方法 整理國內外文獻，系統分析區塊鏈技術的來源和發展，概述區塊鏈技術在實現防偽溯源上的機理；然后總結在食品包裝、電子存證和處方藥溯源的相關應用研究。結果 相比傳統的防偽和溯源手段，區塊鏈技術解決了防偽標簽不可靠和溯源信息不完整等問題，其賦能于食品供應鏈溯源，不僅依靠分布式存儲機制保存電子證據，還將處方藥溯源和電子病歷相結合，實現全生命周期溯源。結論 區塊鏈技術有效解決消費者對食品安全的信任問題，實現可靠且高效的電子存證，為未來醫藥一體化打下堅實基礎。

區塊鏈；追蹤溯源；包裝防偽；共識機制；分布式

當今全球貿易市場上流通著上萬億美元的假貨產品，早在2015年假貨市場經濟比重占到了世界GDP的2%[1]。這些假貨品牌不僅帶壞社會風氣，還損害正品廠商利益，更糟糕的是假貨的產品質量問題，導致消費者售后缺失保障。

針對以上亂象，行業前輩開發出數字水印、全息圖案作為應對策略[2]，其主要利用稀缺材料[3]或是特殊的防偽圖案[4]作為防偽標簽。隨著線上電商交易平臺的興起，購物方式的改變致使一些傳統防偽方式已經無法生效。

以上這些都在預兆傳統防偽技術已經慢慢無法適應當今社會。這些防偽手段普遍存在著以下4個缺點：需要專門的設備進行檢測；防偽標記容易批量生產；防偽標記被識別時確認流程過于復雜；信息單一化[5]。

目前，溯源技術經過三代的發展，出現了物流跟蹤定位技術、射頻識別技術和生物信息技術[6-7]。可仍然有著信息易丟失、用戶對于溯源方信任缺失、企業在溯源中主體責任淡薄、多部門和機構重疊溝通矛盾等問題[8]。

區塊鏈憑借共識機制和分布式數據庫可以有效保留網絡上的交易數據樣本，達到數據難以篡改和偽造的目標；同時被賦予時間戳的每一筆記錄存儲在區塊鏈上，真正確保溯源的可靠性，其為消費者和企業提供一個追蹤溯源和防偽的新手段[9]。以上手段使防偽溯源數據庫系統提升了安全性和便捷度。

1 區塊鏈概述

區塊鏈技術最早可追溯于2008年的《比特幣：一種點對點電子現金系統》這篇論文[10]。該文章構思的區塊鏈是一個由多數人維護的分布式數據庫，用哈希算法形成一種鏈狀結構數據（結構見圖1）。其綜合共識機制、分布式數據庫、鏈式結構和密碼學技術，最終實現信息的保密性、完整性、真實性、可靠性、可用性以及不可抵賴性[11]。

圖1 “區塊頭”+“區塊體”鏈式數據結構

區塊鏈可按準入機制分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈（見表1）[12]。

1.1 區塊鏈技術原理

以下介紹區塊鏈的4大技術原理，以及如何支持防偽溯源的實現。

1）共識機制。共識機制指在系統預設的規則內，各節點對重要信息達成一致的過程。當下共識機制一般是工作量證明機制（POW），通過計算數學題來競爭系統公布的交易記賬權[13]。各節點相互競爭的關系使得合謀欺騙的概率降低，從內部保證產品的交易數據公正、公開，且商品信息可以得到輕易驗證，使得不法分子無法偽造或是篡改正品信息。

2）分布式存儲機制。傳統數據庫一般是中心式的服務器管理模式，中心節點帶寬和運算能力遠超其余節點，易受到黑客入侵。分布式存儲機制要求每個節點保留完整的鏈式數據，并且各節點沒有主次之分，黑客無法鎖定攻擊目標，安全性高[14]。黑客無法同時篡改所有節點上的商品交易數據，在商品溯源時，保證鏈上交易數據的真實性。

表1 3種不同的區塊鏈特點對照分析

3）非對稱加密算法。非對稱加密算法產生一對公鑰和私鑰，實現信息加解密（非對稱加密機制見圖2）[15]。相較于對稱加密算法，非對稱加密機制加解密難度提升了許多，不僅可以對數據本身進行加解密，還可以對所有權進行驗證，構建商品數字認證服務，驗明商品的真偽。

圖2 比特幣交易系統中非對稱加密機制

4）智能合約。概念最早由Szabo[16]于90年代提出，用數字形式的承諾取代法律條文內容，合約自動生成并運行，在缺失第三方情況下，能實現雙方的可信交易。智能合約的出現打破各方信任孤島，成功地將供應鏈一體化，令溯源信息反饋更加及時和準確。

總而言之，共識機制保障交易數據的可靠性；分布式存儲機制改善數據可抵賴的現狀，同時減少存儲空間開銷；而加密機制加強數據的安全性，豐富消費者辨明產品真偽的手段；智能合約令多方構成合作，使得信息一體化，溯源信息反饋更加及時。

1.2 區塊鏈技術的發展歷程

區塊鏈技術發展可以分成3個不同的時代。自比特幣誕生以來，區塊鏈技術便作為數字加密貨幣的核心支撐技術，重塑了貨幣與信任體系，未來更有可能改變人類生活方式，實現人類認知上的價值轉變。

早在區塊鏈1.0時代，區塊鏈作為可編程數字貨幣體系的關鍵部分，最主要的功能是幫助互不信任的雙方實現可信交易。區塊鏈技術雖源于比特幣，但是其他數字貨幣也同樣運用該技術，同類產品有以太幣、狗狗幣等多種數字貨幣。早期的野蠻生長也反映出技術的一些痛點，單一鏈上價值轉移和流通問題，同時計算效率和操作的復雜程度制約它的發展。

區塊鏈2.0時代，區塊鏈逐步進入可編程金融階段。上海證券交易所[17]嘗試將區塊鏈應用于股票、私募股權等其他金融領域，從而降低投資者的投資門檻，延長與之相關數字貨幣的交易時間，減少人力成本。區塊鏈2.0時代最主要特征之一便是引入智能合約，因為在區塊鏈1.0時代，區塊鏈基礎架構存在對于應用對象過于復雜和擴展性較低問題，無法勝任連續且循環重復的工作，而且隨時有可能面臨拒絕式服務攻擊。直到提出新的區塊鏈架構，增加了合約層，封裝了各類腳本、算法和智能合約，智能合約以自動腳本的方式嵌入交易系統，這才令區塊鏈運行得更加高效和經濟，對交易雙方保留著強大的約束力[18]。同時數字貨幣發展成數字貨幣平臺，區塊鏈技術開始被引入工業、制造業等領域。

區塊鏈3.0時代，最重要的變化是技術輻射到社會治理領域，例如應用區塊鏈匿名性特點的選舉投票，能夠有效降低人工計票的資源開銷，同時匿名投票保證安全和隱私。最終改變商業運行模式，豐富信息的價值內涵，提供高效可靠的價值交換，真正實現可信、公平、透明的社會。

2 區塊鏈在包裝防偽和產品溯源上應用

根據中國信息通信研究院統計表示，2009—2019年全球區塊鏈產業累計投融資金額達到103.69億美元[19]。當區塊鏈技術與不同垂直領域相碰撞時，它的可審計、匿名性、不可篡改的特性為食品行業、電子存證、藥品包裝重新賦能[20]。

2.1 食品行業存在的問題

食品行業產業鏈信息不透明，加工過程中存在隱瞞消費者的問題。例如2005年“蘇丹紅事件”事件，2008年三鹿集團奶粉添加三聚氰胺，2011年“地溝油”的曝光，無疑為消費者敲響警鐘。當消費者進行追責后，各個公司相互推諉，難以維權[21]。

食品中殘留的有毒物質，在現代化的生產條件下，一方面大量農場使用農藥，導致種植物中含有有毒化學殘留；另一方面，水源以及土壤中包含的重金屬和霉菌毒素可能被牲畜所吸收。

生鮮產品的物流包裝破損導致食品狀態產生變化。當線上購物成為主流購物方式后，物流運輸顯得尤為重要，特別是新鮮的海產需要冷鏈運輸，一旦運輸環境改變，商品質量就得不到保證。

2.1.1 食品安全問題背后的原因

產業不透明導致食品安全問題，是因為企業追求更高的產品利潤，不計代價降低產品成本，違規或違法生產不合格的產品。

傳統食品供應鏈的管理缺乏對于食品狀態的監測[22]。在生鮮產品的供應鏈中，傳統方式缺少對應的實時監測手段，難以感知生鮮產品在運輸途中產生的變化，無法保證貨物到買家手中的品質。

供應鏈管理的效率比較低下，無法做到快速溯源和及時響應。一方面因為物流的流向是從供應商流向最終消費者，而資金流與之相反，而且數量逐步減少[23]。另一方面供應鏈管理中的信息流由于缺乏有效的共享且處于分散和割裂的狀態，大大影響了供應鏈管理的效率和水平，導致出現問題不能及時響應[24]。

2.1.2 解決方案

基于區塊鏈的食品供應鏈溯源技術是解決當下問題的新思路[25]。傳統物流過程中存在信息不對稱問題，區塊鏈憑借在溯源技術上的天然優勢，改變這一現狀，建立了高效的信息處理機制，在商品價值和信息流轉之間起到重要作用。

京東聯合雀巢、惠氏、五糧液、雙匯等多家知名品牌，推出“京東區塊鏈防偽追溯平臺”BaaS，該平臺將商品原料的生產、加工、物流運輸、零售交易等數據添加到聯盟鏈中。同時京東搭建了基于區塊鏈技術的跑步雞項目，項目把實時采集到的家禽生活數據和加工信息上傳至區塊鏈保存[26]。運輸過程中利用傳感器監測商品狀況，有效避免損壞和丟失[27]。用戶能通過唯一的ID做到快速溯源，加大了市場的假冒偽劣產品制造難度[28]。“區塊鏈防偽追溯平臺”著重于為高端產品賦能，對食品的品質提供信任背書，提升品牌公信力，避免食品安全問題的發生，但是對運輸過程中發生的食品安全問題無法預測和統計。

Tsang等[29]提出了將區塊鏈技術和機器學習相結合應用于易腐蝕品的包裝供應鏈策略，不僅可以帶來上述的防偽溯源效果，還可為企業解決溯源過程中出現的食物蒸發問題和運輸時間問題，他們提出基于區塊鏈的機器學習的食品可追溯系統（BIFTS），此系統（見圖3）可利用機器學習在供應鏈中預測食品保質期來提高運輸的安全和可靠性。創新性地提出動態食品質量評估模塊，評估模塊基于機器學習進行搭建，將影響食品保質期的因素作為自變量，預測受影響后的食品的保質期。相較于傳統溯源方案，此方案可一定程度解決運輸過程中食品保質期變化問題，有效控制運輸中食品產生的變化，但溯源時間仍然較長，無法做到快速溯源并公布情報。

區塊鏈技術在為食品安全行業帶來革新的同時，在食品供應鏈中也有效提升了溯源效率，大大節省了企業成本。劉宗妹[30]設計了“區塊鏈”+“RFID”技術兩位一體食品溯源平臺（見圖4），追溯時間從以前的20 h縮短到10 s，溯源效果提升明顯。為了減少單個節點所消耗的存儲資源，Lin等[31]設計了一個基于區塊鏈和EPCIS網絡的分散系統，使鏈上和鏈外數據的協同管理，查詢次數可提升至1 000次/s，并成功減少了節點的存儲開銷。圍繞食品溯源的速度競爭，各個平臺都實現了快速溯源，可是都缺乏對普通消費者的移動端APP的開發，影響了消費者鑒別真偽和溯源商品的體驗。

區塊鏈技術應用于高附加值的商品案例越來越多，貴州茅臺酒廠的楊云勇等[32]采用安全RFID產品和認證節點的聯盟鏈模式，將標簽嵌入每一瓶酒的芯片中，記錄產品原料、批次、酒瓶ID信息等，同時加入驗偽APP，用戶可以使用NFC手機鑒別真偽和查看商品各個環節的數據信息。未來針對普通消費者的移動端應用的開發將得到市場的重視，移動端APP將成為用戶查詢商品真偽和溯源的主要手段。

由此可看出，依托區塊鏈技術建立的食品溯源系統主要解決的是供應鏈管理問題。先是利用鏈式數據構建特殊的數據結構，接著利用哈希值防止商品信息遭受篡改。為了進一步縮短溯源時間，分布式存儲方式大幅提升了效率。緊接著大幅增長的存儲開銷不得不使用云端數據庫或是構建子鏈減少存儲開銷，然后逐步結合人工智能或食品智能指示器來預測或監督食品品質，最終依托手機APP承載這一系統。

圖3 BIFTS的模塊化框架結構

圖4 “區塊鏈+RFID”系統流程

2.2 區塊鏈在電子存證的應用

電子存證是指以數字化形式存儲，能夠證明事件真實性的可信證據。傳統電子存證方式一般是中央控制型，其方式雖解決了“存”與“證”的難題，但是有著不可忽略的安全隱患，一旦中心遭到攻擊，信息就有可能被修改[33]。

電子存證面臨的另一個問題就是證據管理。證據在調查方使用時將暫時擁有其所有權，如何確保在調查期間的可靠性是一大難點。由于數字證據偽造難度低，電子存證簽發機構復雜，司法采信標準不一，原始信息認定難度大，法院很少認同數字證據[34]。

如今新的電子存證方式繼承區塊鏈技術多備份、防篡改等特點[35]。基于區塊鏈的電子存證為司法存證、知識產權、電子合同管理等業務注入新的活力[36]，使得電子證據再一次煥發新的活力[37]。

電子存證一般由專門的司法機關單位執行，但司法機關不能長久有效地留存證據，且多機構和部門需要對此花費大量時間。騰訊開創的“至信鏈”不僅提供全流程版權保護服務，還保留電子證據留存方案。此項技術開創性地將區塊鏈技術融入電子存證，令第三方成為保存電子證據的機構。相較以往的傳統存證方式，“至信鏈”大幅提升了效率，但是受限于安全性和其性能，針對本地存儲介質的攻擊開始流行，以及內部人員泄露和偽造逐漸成為該技術的痛點。

如今多數區塊鏈方案將司法事務數據與電子證據混合存儲在同一條鏈上，且電子證據在司法程序的不同階段易被篡改。為了打破數據管理混淆且冗雜的局面，王健等[38]結合區塊鏈技術，提出一種面向司法審判場景的電子數據安全存儲鏈式結構。該結構分為司法聯盟鏈JudChain和證據存儲鏈EviChain兩部分，實現對司法流程數據和電子證據的高效管理和安全存儲，且具有完整的節點認證及區塊生成流程。此項方案成功地將事務從區塊鏈系統中分割出來，杜絕內部人員從訪問事務的角度對電子證據進行修改，這種分割操作使得EviChain上的真實性得到保證。Haider等[39]將物聯網設備作為數字證人，利用其收集到的數據作為相關可靠電子證據，并利用區塊鏈的智能合約技術，減少人為操作以防止篡改發生。

可是電子證據管理時可能會面臨安全和隱私問題，關鍵證人和陪審團成員的信息泄露會對他們的人身安全造成威脅。Li等[40]提出了基于區塊鏈的合法證據管理方案LEChain（圖5），一方面利用隨機化加密簽名匿名驗證證人身份；另一方面使用ElGamal算法對陪審員個人信息和投票結果進行加密，并分發至警察局、法院和監獄3個獨立機構。對不同級別的人員劃分訪問權限，以及在開庭做證時，使用遠程會議和變聲器改變其個人特征，在給證人提供長期保護時，也會考慮更換家庭住址和身份證，有效保障了證人和陪審團的隱私和安全。電子存證技術發展至今，不僅需要保護證據不被篡改、抹除，還需要考慮證人的安全和相關隱私問題，如何保護證人不會受到被告方的報復是未來需要考慮的問題。

圖5 LEChain系統的模型

總之，區塊鏈技術在電子存證上主要保障了電子證據的可靠性、真實性。區塊鏈技術注重從時間維度對電子證據進行保護。為了在取證階段保證證據的可靠性，把物聯網設備的操作信息作為可信的電子證據。取證結束后，存證階段起初可依托第三方可信機構構建存證中心，但是受限于安全性，轉而開發出對抗性節點策略用來預防節點的欺騙與共謀，或者將數據保存在多方設備以此加大數據篡改難度。當司法事務發生時，可分離司法事務數據和電子證據以保障電子證據的完整性。

2.3 區塊鏈在藥品包裝的應用

處方藥的使用則關系到千萬家庭健康和幸福[41-43]。目前市面上藥品管理系統主流的解決方案是物聯網技術，采用集中式C/S結構的RFID技術[44-45]，但是這種藥物管理方式存在一些嚴重缺陷：集中管理方便了黑客入侵，容易造成麻醉藥和處方藥泛濫；交于第三方機構管理容易導致隱私泄露問題；如果處方遭到濫用，那么醫患糾紛難以解決[46]。

基于區塊鏈技術打造的藥品信息管理系統的出現有效解決了上述問題。在11個計算機節點組成的分散網絡下，Prateek等[47]模擬測試不同網絡配置下的吞吐量，其結果表明，提交事務的時間隨著參與節點的數量增加而延長，而當計算量逐步增大時，藥物交易信息的真實性才越可靠。節點數的增長必然會遇到存儲瓶頸問題，Huang等[48]提出藥物區塊鏈系統應該具有個性化設置，并且能為其他廠商開放對應的API接口，他們設計了一種藥品追溯和可監控的系統——Drugledger，并創新性提出區塊鏈可根據場景進行存儲修剪，以此解決容量問題，但是藥品在運輸過程中狀態信息難以記錄。在倉儲和物流環節，王嬌等[49]提出聯合監控和GPS定位實現藥品的可靠監管。自動采集藥品的全生命周期信息，并在藥物包裝上設計唯一的標簽識別碼，從而實現處方藥的追溯（藥品智能追溯體系可見圖6）及防偽。

藥品溯源最終服務的對象是患者，但患者比起藥品更加關注自身的病情和治療方案，將藥品溯源和電子病歷結合是實現醫藥一體化的創新之舉。Roman-belmonte等[50]認為區塊鏈技術可以用于設計電子病歷，以病人為中心，將病人的檢測報告、診斷書和治療用藥情況上鏈，并按照私密等級將其設置不同的查看權限，這些數據對于臨床醫療同樣有著非同凡響的意義。電子病歷幫助醫生更加全面地了解病歷，顯著提升醫生的診斷效率。

綜上所述，對處方藥溯源的最終落腳點在實現醫藥一體化，將病人、藥品、病歷和醫院聯系在一起。最初藥品溯源信息的真實性依靠節點數的增長，接著逐步使用監控和GPS等各類手段對藥品進行監管和追蹤，最終為實現醫藥一體化，提升醫生診斷效率，可建立以病人為核心的醫藥區塊鏈。

圖6 基于區塊鏈的藥品智能追溯體系運作流程

3 未來研究方向

隨著區塊鏈技術的發展，人們不斷發掘出區塊鏈技術在防偽溯源領域的內在潛力。目前可應用于食品包裝、電子存證和藥品管理等方面，但仍然受限于區塊鏈系統性能，尚且無法處理高并發和存儲大規模數據[51]，因此，目前防偽溯源的應用面臨著以下挑戰。

區塊鏈技術面臨存儲空間和系統吞吐量問題。區塊鏈上數據的增長會導致需要不斷擴展新的存儲空間，更多節點的加入意味著區塊鏈需要更高的吞吐量。未來依靠深度學習技術有助于解決數據冗余和效率問題，依靠深度學習能預測網絡中的流量變化，區塊鏈分片最優選擇策略能提升區塊鏈處理事務的吞吐量和擴展性。

區塊鏈技術中的聯盟鏈使得集體造假問題頻繁出現[52]。從另一角度看，單個節點對整個組織的風評影響同樣巨大，當聯盟中有成員犯下嚴重錯誤，聯盟的集體利益首當其沖，這勢必牽扯鏈上無辜的成員。目前看來，增強國家層面的監管也許是解決問題的唯一辦法。

針對相關領域，區塊鏈技術缺乏對應的適應性框架的匹配機制[53]。如今區塊鏈技術發展至今，無論是共識機制、智能合約還是數據存儲模式都出現了許多變化，針對某個領域進行探索時，必須考慮如何組建最優解。未來區塊鏈技術會更加注重與物聯網結合，會開發出需要傳感器的復雜框架，或者設計不需要進行大量計算的新共識機制。

未來區塊鏈在醫藥領域需要更加注重傳染病溯源[54]。近年來，伴隨全球新型冠狀病毒的盛行，區塊鏈在溯源領域漸漸嶄露頭角，依靠區塊鏈技術建立的傳染病溯源體系得以大顯身手。區塊鏈技術因其去中心化的特點，各醫院和相關醫療機構可以自主上報確診和新增病例的相關信息，避免向當地政府的層層申報，使得數據的實時性得到拓展。同時利用區塊鏈技術將疑似病例數據上鏈，提高排查效率，有利于進一步統籌管理。

4 結語

文中系統地闡述了近些年來區塊鏈在產品溯源和包裝防偽上的應用進展，研究共識機制、分布式存儲機制、非對稱加密算法和智能合約技術在實現防偽溯源上的機理。整理區塊鏈在食品包裝、電子存證和藥品溯源3個不同領域的應用模式，得出其發展的關鍵：在食品包裝領域，重點在于供應鏈管理和食品實時監測；在電子存證領域，重點在于提升司法機關對電子證據的可信度；在處方藥管理領域，關鍵在于實現醫藥一體化，將病人、藥品、病歷和醫院聯系在一起，無論是藥品溯源還是病情溯源都將是以病人為核心。只有做到以上幾點，才能保障其防偽和溯源的效果。

區塊鏈技術目前還無法處理高并發和存儲大規模數據，缺乏對某一課題的區塊鏈框架最優解的探索，因此未來在包裝溯源領域，筆者認為可以從以下幾個方面開展進一步研究。

1）結合深度學習開展研究，特別是區塊鏈吞吐量問題，依靠神經網絡建立的動態分片技術將是未來的研究重點。另外依靠深度學習進行節點冗余數據的清除，未來在數據壓縮方面也是研究的重點，這有利于基于區塊鏈防偽溯源應用在移動端的發展。

2）探索針對某一任務的區塊鏈框架的最優解也是重要的研究內容。不同的問題關注的需求大相徑庭，區塊鏈技術已發展出多種不同的技術，如何選擇最佳的技術組合來解決問題是未來研究重點。

3）未來溯源更加注重與物聯網、5G技術的結合，以此提升溯源的響應速度。特別是在物聯網中傳感器的應用將有助于檢測狀態和實時反饋。

[1] KEMPEN A. Counterfeit Goods & Second-Hand Goods Distinguishing the Good from the Bad and the Ugly[J]. Servamus Community-Based Safety and Security Magazine, 2019, 112(6): 50-52.

[2] 鐘云飛, 劉愛平, 陳龍. 網印RFID標簽包裝防偽技術[J]. 包裝工程, 2007, 28(12): 60-63.

ZHONG Yun-fei, LIU Ai-ping, CHEN Long. RFID Tag Anti-Counterfeit of Packaging by Screen Printing[J]. Packaging Engineering, 2007, 28(12): 60-63.

[3] LIU Dan-fei, YANG Ling, SHANG Mi, et al. Research Progress of Packaging Indicating Materials for Real Time Monitoring of Food Quality[J]. Materials Express, 2019, 9(5): 377-396.

[4] 鐘云飛, 游詩英. 數字印前包裝防偽技術[J]. 包裝工程, 2006, 27(3): 82-84.

ZHONG Yun-fei, YOU Shi-ying. Anti-Counterfeit of Packaging in Digital Preprinting Process[J]. Packaging Engineering, 2006, 27(3): 82-84.

[5] 王繼鹍. 防偽印刷技術的現狀及發展趨勢[J]. 工業設計, 2017(9): 125-126.

WANG Ji-kun. Current Situation and Development Trend of anti-Counterfeit Printing Technology[J]. Industrial Design, 2017(9): 125-126.

[6] VALLETTA M, RAGUCCI S, LANDI N, et al. Mass Spectrometry-Based Protein and Peptide Profiling for Food Frauds, Traceability and Authenticity Assessment[J]. Food Chemistry, 2021, 365: 130456.

[7] SAMANTHA I, CULLEN J M, LOUISE M. Visualising Food Traceability Systems: A Novel System Architecture for Mapping Material and Information Flow[J]. Trends in Food Science & Technology, 2021, 112: 708-719.

[8] 祝烈煌, 高峰, 沈蒙, 等. 區塊鏈隱私保護研究綜述[J]. 計算機研究與發展, 2017, 54(10): 2170-2186.

ZHU Lie-huang, GAO Feng, SHEN Meng, et al. Survey on Privacy Preserving Techniques for Blockchain Technology[J]. Journal of Computer Research and Development, 2017, 54(10): 2170-2186.

[9] 何蒲, 于戈, 張巖峰, 等. 區塊鏈技術與應用前瞻綜述[J]. 計算機科學, 2017, 44(4): 1-7.

HE Pu, YU Ge, ZHANG Yan-feng, et al. Survey on Blockchain Technology and Its Application Prospect[J]. Computer Science, 2017, 44(4): 1-7.

[10] NAKAMOTO S. Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System[J]. Decentralized Business Review, 2008: 21260.

[11] SAURABH S, SUBHASIS T, SHAHID H, et al. Identification and Authentication in Healthcare Internet-of-Things Using Integrated Fog Computing Based Blockchain Model[J]. Internet of Things, 2021, 15: 100422.

[12] PATELLI N, MANDRIOLI M. Blockchain Technology and Traceability in the Agrifood Industry[J]. Journal of Food Science, 2020, 85(11): 3670-3678.

[13] 曾詩欽, 霍如, 黃韜, 等. 區塊鏈技術研究綜述: 原理、進展與應用[J]. 通信學報, 2020, 41(1): 134-151.

ZENG Shi-qin, HUO Ru, HUANG Tao, et al. Survey of Blockchain: Principle, Progress and Application[J]. Journal on Communications, 2020, 41(1): 134-151.

[14] 劉敖迪, 杜學繪, 王娜, 等. 區塊鏈技術及其在信息安全領域的研究進展[J]. 軟件學報, 2018, 29(7): 2092-2115.

LIU Ao-di, DU Xue-hui, WANG Na, et al. Research Progress of Blockchain Technology and Its Application in Information Security[J]. Journal of Software, 2018, 29(7): 2092-2115.

[15] 袁勇, 王飛躍. 區塊鏈技術發展現狀與展望[J]. 自動化學報, 2016, 42(4): 481-494.

YUAN Yong, WANG Fei-yue. Blockchain: The State of the Art and Future Trends[J]. Acta Automatica Sinica, 2016, 42(4): 481-494.

[16] SZABO N. Smart Contracts: Building Blocks for Digital Markets[J]. Extropy: The Journal of Transhumanist Thought, 1996, 18(2): 28.

[17] 上海證券交易所課題組, 徐廣斌. 區塊鏈在我國資本市場領域核心場景應用研究[J]. 證券市場導報, 2021(3): 2-12.

Research Team of Shanghai Stock Exchange, XU Guang-bin. The Application Research of Blockchain in the Core Scenarios of China's Capital Market[J]. Securities Market Herald, 2021(3): 2-12.

[18] CHRISTIDIS K, DEVETSIKIOTIS M. Blockchains and Smart Contracts for the Internet of Things[J]. IEEE Access, 2016, 4: 2292-2303.

[19] 工信部.《2018年中國區塊鏈產業白皮書》[J]. 創業天下, 2018(6): 7.

The Ministry of Industry and Information Technology Released the White Paper on Blockchain Industry in China in 2018[J]. Chuang Ye Tian Xia, 2018(6): 7.

[20] RADZIWILL N. Blockchain Revolution: How the Technology Behind Bitcoin is Changing Money, Business, and the World[J]. Quality Management Journal, 2018, 25(1): 64-65.

[21] KAMATH R. Food Traceability on Blockchain: Walmart’s Pork and Mango Pilots with IBM[J]. The Journal of the British Blockchain Association, 2018, 1(1): 47-53.

[22] KSHETRI N. Blockchain and the Economics of Food Safety[J]. IT Professional Magazine, 2019, 21(3): 63-66.

[23] YIANNAS F. A New Era of Food Transparency Powered by Blockchain[J]. Innovations: Technology, Governance, Globalization, 2018, 12(1/2): 46-56.

[24] ZHANG T, HAN B J, YU J, et al. Enhancement of Dielectric Constant of Polyimide by Doping with Modified Silicon Dioxide@titanium Carbide Nanoparticles[J]. RSC Advances, 2018, 8(30): 16696-16702.

[25] BARGE P, BIGLIA A, COMBA L, et al. Radio Frequency IDentification for Meat Supply-Chain Digitalisation[J]. Sensors (Basel, Switzerland), 2020, 20(17): 4957.

[26] LIU A, LIU T, MOU J, et al. A Supplier Evaluation Model Based on Customer Demand in Blockchain Tracing Anti-Counterfeiting Platform Project Management[J]. Journal of Management Science and Engineering, 2020, 5(3): 172-194.

[27] AKASH T, ARUN S, RICHA K, et al. Blockchain-Based Efficient Communication for Food Supply Chain Industry: Transparency and Traceability Analysis for Sustainable Business[J]. International Journal of Communication Systems, 2020, 34(4): 4696.

[28] SANJAY P R, ASHOK S S, SHEKHAR S. Food Subsidy Distribution System through Blockchain Technology: AValue Focused Thinking Approach for Prototype Development[J]. Information Technology for Development, 2021, 27(3): 470-498.

[29] TSANG Y P, CHOY K L, WU C H, et al. Blockchain-Driven IoT for Food Traceability with an Integrated Consensus Mechanism[J]. IEEE Access, 2019, 7: 129000-129017.

[30] 劉宗妹. “區塊鏈+射頻識別技術”賦能食品溯源平臺研究[J]. 食品與機械, 2020, 36(9): 102-107.

LIU Zong-mei. Research On ''Blockchain+RFID'' Enabling Food Traceability Platform[J]. Food and Machinery, 2020, 36(9): 102-107.

[31] LIN Q, WANG H, PEI X, et al. Food Safety Traceability System Based on Blockchain and EPCIS[J]. IEEE Access, 2019, 7: 20698-20707.

[32] 楊云勇, 馬紀豐, 胡川. 安全RFID和區塊鏈技術在瓶裝酒防偽溯源中的應用研究[J]. 集成電路應用, 2018, 35(3): 66-69.

YANG Yun-yong, MA Ji-feng, HU Chuan. Study on the Application of Safe RFID and Block Chain Technology in the Anti-counterfeiting and Traceability of Bottled Wine[J]. Application of IC, 2018, 35(3): 66-69.

[33] HAIDER A K, GREGORY E, HERBERT D. Blockchain and Clinical Trial[M]. Switzerland: Springer, Cham, 2019: 149-168.

[34] LIU Z Y, LI Z P. A Blockchain-Based Framework of Cross-Border E-Commerce Supply Chain[J]. International Journal of Information Management, 2020, 52: 102059.

[35] AMNA Q, DAVID M J. Blockchain-Based Multimedia Content Protection: Review and Open Challenges[J]. Applied Sciences, 2020, 11(1): 1.

[36] DONGHYO K, SUNYOUNG I, YUNSIK S. Two-Level Blockchain System for Digital Crime Evidence Management[J]. Sensors, 2021, 21(9): 3051.

[37] JEYARAJ A, ZADEH A H. Evolution of Information Systems Research: Insights from Topic Modeling[J]. Information & Management, 2020, 57(4): 103207.

[38] 王健, 張蘊嘉, 劉吉強,等. 基于區塊鏈的司法數據管理及電子證據存儲機制[J]. 信息網絡安全, 2022(2): 21-31.

WANG Jian, ZHANG Yun-jia, LIU Ji-qiang, et al. Blockchain-Based Mechanism for Judicial Data Management and Electronic Evidence Storage[J]. Netinfo Security, 2022(2): 21-31.

[39] STOYKOVA R. The Presumption of Innocence as a Source for Universal Rules on Digital Evidence—the Guiding Principle for Digital Forensics in Producing Digital Evidence for Criminal Investigations[J]. Computer Law Review International, 2021, 22(3): 74-82.

[40] LI M, LAL C, CONTI M, et, al. LEChain: A Blockchain-Based Lawful Evidence Management Scheme for Digital Forensics[J]. Future Generation Computer Systems, 2021, 115: 406-420.

[41] RADANOVI? I, LIKI? R. Opportunities for Use of Blockchain Technology in Medicine[J]. Applied Health Economics and Health Policy, 2018, 16(5): 583-590.

[42] HICKMAN C F L, ALSHUBBAR H, CHAMBOST J, et al. Data Sharing: Using Blockchain and Decentralized Data Technologies to Unlock the Potential of Artificial Intelligence: What can Assisted Reproduction Learn from other Areas of Medicine? [J]. Fertility and Sterility, 2020, 114(5): 927-933.

[43] IVANTEEV A, ILIN I, ILIASHENKO V. Possibilities of Blockchain Technology Application for the Health Care System[C]// Digital Transformation on Manufacturing, Infrastructure and Service, Petersburg, 2020, 940(1): 012008.

[44] LE H T, QUOC K L, NGUYEN T A, et al. Medical-waste Chain: A Medical Waste Collection, Classification and Treatment Management by Blockchain Technology[J]. Computers, 2022, 11(7): 113.

[45] MCGHIN T, CHOO K K R, LIU C Z, et al. Blockchain in Healthcare Applications: Research Challenges and Opportunities[J]. Journal of Network and Computer Applications, 2019, 135: 62-75.

[46] KRITTANAWONG C, ROGERS A J, AYDAR M, et al. Integrating Blockchain Technology with Artificial Intelligence for Cardiovascular Medicine[J]. Nature Reviews Cardiology, 2020, 17(1): 1-3.

[47] PANDEY P, LITORIYA R. Securing E-Health Networks from Counterfeit Medicine Penetration Using Blockchain[J]. Wireless Personal Communications, 2020, 117: 1-19.

[48] HUANG Y, WU J, LONG C. Drugledger: A practical Blockchain System for Drug Traceability and Regulation[C]// 2018 IEEE International Conference on Internet of Things (iThings) and IEEE Green Computing and Communications (GreenCom) and IEEE Cyber, Physical and Social Computing (CPSCom) and IEEE Smart Data (SmartData), Halifax, 2018: 1137-1144.

[49] 王嬌, 張立濤, 李芳. 基于區塊鏈的藥品智能追溯體系構建及協同運作機制研究[J]. 衛生經濟研究, 2020, 37(11): 38-41.

WANG Jiao, ZHANG Li-tao, LI Fang. Research on the Construction and Cooperative Operation Mechanism of Drug Intelligent Traceability System Based on Blockchain[J]. Health Economics Research, 2020, 37(11): 38-41.

[50] ROMAN-BELMONTE J M, DE L H, RODRIGUEZ- MERCHAN E C. How Blockchain Technology can Change Medicine[J]. Postgraduate Medicine, 2018, 130(4): 420-427.

[51] BELCHIOR R, VASCONCELOS A, GUERREIRO S, et al. A Survey on Blockchain Interoperability: Past, Present, and Future Trends[J]. ACM Computing Surveys (CSUR), 2021, 54(8): 1-41.

[52] CENTOBELLI P, CERCHIONE R, ESPOSITO E, et al. Surfing Blockchain Wave, or Drowning? Shaping the Future of Distributed Ledgers and Decentralized Technologies[J]. Technological Forecasting and Social Change, 2021, 165: 120463.

[53] YAQOOB I, SALAH K, JAYARAMAN R, et al. Blockchain for Healthcare Data Management: Opportunities, Challenges, and Future Recommendations[J]. Neural Computing and Applications, 2022, 34(14): 11475-11490.

[54] SAURABH S, SANWAR H A S M, BYUNGUNY. Blockchain Security Attacks, Challenges, and Solutions for the Future Distributed IoTNetwork[J]. Ieee Access, 2021, 9: 13938-13959.

Application Progress of Blockchain in Product Traceability and Packaging Anti-counterfeiting

CHEN Si-yuan, CUI Zi-jie, LIU Dan-fei, LIU Lei, PU Yu-mei, ZHONG Yun-fei

(School of Packaging and Materials Engineering, Hunan University of Technology, Hunan Zhuzhou 412007, China)

The work aims to explore the application status of blockchain technology in product traceability and packaging anti-counterfeiting, in order to provide reference for the research and establishment of blockchain anti-counterfeiting traceability system. Domestic and foreign documents were collated to systematically analyze the source and development of blockchain technology, and outline the mechanism of blockchain technology in realizing anti-counterfeiting traceability. Then, the relevant application research of blockchain technology in food packaging, electronic certificate storage and prescription drug traceability was summarized. Compared with traditional means of anti-counterfeiting and traceability, blockchain technology solved the problems of unreliable anti-counterfeiting labels and incomplete traceability information. It enabled traceability in the food supply chain and not only relied on the distributed storage mechanism to save electronic evidence, but also combined prescription drug traceability with electronic medical records to achieve the traceability throughout the whole life cycle. Blockchain technology can solve the problem of consumers' trust in food safety and achieve reliable and efficient electronic certificate storage, laying a solid foundation for future pharmaceutical integration.

blockchain; traceability; packaging anti-counterfeiting; consensus mechanism; distributed

TP391

A

1001-3563(2023)01-0091-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.01.011

2022?07?21

湖南省自然科學基金項目（2021JJ30218）；湖南省高等學校產業化培育項目（15CY003）；湖南省高等學校產學研示范基地（2014–117）

陳思源（1997—），男，碩士生，主攻智能圖像處理與包裝防偽。

鐘云飛（1975—），男，碩士，教授，主要研究方向為先進印刷包裝材料與技術與計算機應用。

責任編輯：曾鈺嬋