區(qū)塊鏈支持下的山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺架構(gòu)探究

閆衛(wèi)坡郭亞琳王青安以達胡琪韓云偉

(1.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010；2.四川省環(huán)境政策研究與規(guī)劃院，四川 成都 610041)

引言

山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息不對稱是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，農(nóng)產(chǎn)品信息平臺建設(shè)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化，加快推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成，是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的迫切需要。在國家大力提倡農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的新形勢下，以“互聯(lián)網(wǎng)”為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈[1-3]、農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)[4，5]、農(nóng)產(chǎn)品追溯[6-8]、農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)[9，10]等信息平臺建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。研究表明，基于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品信息平臺為實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息共享與交流提供了解決途徑，在一定程度上促進了農(nóng)產(chǎn)品信息化的發(fā)展與建設(shè)。但是，由于長期以來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)出以個體農(nóng)戶為單位的分散化、小規(guī)模化、低組織化的經(jīng)營特征[11]，并顯著體現(xiàn)于山區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展；加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的周期性、農(nóng)產(chǎn)品市場參與者知識的局限性、市場體系不健全等因素的綜合影響[12，13]，現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品信息平臺信用體系的建立仍然依靠很多“中心”(如機構(gòu)、第三方或中介等)，信息的真實性、及時性難以保證[14，15]，平臺用戶間無法形成可靠的信任關(guān)系，山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者與需求方對于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、價格、供求等信息資源的掌握仍然是不對稱的，而無法形成農(nóng)產(chǎn)品的有效供給。

作為對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的升級和突破，區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、透明化、不可篡改、可追溯等顯著特征[16-19]。區(qū)塊鏈技術(shù)支持下的山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺將在保證數(shù)據(jù)信息真實性、準確性的同時，在不同交易主體間建立可靠的信任關(guān)系，有效解決農(nóng)產(chǎn)品信息不對稱問題。本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)的特點與優(yōu)勢分析，在農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎(chǔ)上，提出“區(qū)塊鏈+農(nóng)產(chǎn)品”信息共享平臺體系架構(gòu)，為解決山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品供需信息不對稱問題提供新的突破口，以推進農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)、實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的有效供給。

1 基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺構(gòu)建

1.1 區(qū)塊鏈及其優(yōu)勢

區(qū)塊鏈(block chain)是一種全新的去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式賬本數(shù)據(jù)庫，具有去中心化、不可篡改、可追溯、多個獨立節(jié)點共同維護、可編程和安全可信等特點[20-22]。作為一種大規(guī)模的協(xié)作工具，區(qū)塊鏈通過對分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法、智能合約、P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等計算機技術(shù)的創(chuàng)新性組合應(yīng)用[23-25]，將傳統(tǒng)單方維護的孤立數(shù)據(jù)庫整合并分布式的存儲于多個節(jié)點上，構(gòu)建了一個多方參與的、多中心的信任體系，實現(xiàn)了在沒有第三方中介機構(gòu)協(xié)調(diào)下的可信數(shù)據(jù)共享和點對點的價值傳輸。即，通過“多中心化(或弱中心化)”和“共同信任”機制，區(qū)塊鏈有效解決了多主體之間的信息共享和復雜交易成本問題。因此，區(qū)塊鏈的核心思想是分布式、去中心化，最大特性則在于對信任機制的重構(gòu)。

1.2 設(shè)計思路

在山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺構(gòu)建中，數(shù)據(jù)的可靠性和參與主體之間的信任問題是需要關(guān)注的重點和難點。如表1所示，借助區(qū)塊鏈的去中心化、開放性、透明化、信息不可篡改等技術(shù)特征[7]，農(nóng)產(chǎn)品信息平臺數(shù)據(jù)的可靠性與安全性得到增強；同時，在區(qū)塊鏈技術(shù)支持下，供給方、需求方之間共享信息次數(shù)只要足夠多，就可以在平臺中建立起良好的互動關(guān)系，實現(xiàn)在無需信任的情況下構(gòu)建一個去中心化的可信任系統(tǒng)，同時可實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品交易過程中各參與主體的多方共贏。

表1 區(qū)塊鏈技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品信息平臺的融合性分析

1.3 框架體系

圍繞山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品供給側(cè)與需求側(cè)，應(yīng)用數(shù)據(jù)融合、信息提取、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，綜合集成農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)地理、統(tǒng)計資料、科技服務(wù)等信息數(shù)據(jù)庫；基于區(qū)塊鏈的分布式系統(tǒng)架構(gòu)，建立由生產(chǎn)者、銷售者、消費者及相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)共同參與、維護的農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺框架體系，如圖1所示。

圖1 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺框架體系

1.3.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

利用GIS數(shù)據(jù)存儲模型、網(wǎng)絡(luò)信息采集技術(shù)[26]，綜合集成農(nóng)業(yè)地理信息空間數(shù)據(jù)(包括農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地理、自然資源、生態(tài)環(huán)境、自然災(zāi)害、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等數(shù)據(jù))、農(nóng)產(chǎn)品統(tǒng)計數(shù)據(jù)(包括農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場、質(zhì)量安全、價格等信息)、農(nóng)業(yè)支持服務(wù)數(shù)據(jù)(包括農(nóng)業(yè)政策法規(guī)、科技信息、實用技術(shù)等信息)等，構(gòu)建山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，見圖2，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品多元信息的空間可視化和充分利用[27]，有效消除“信息碎片”和“信息孤島”，為山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

圖2 山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫框架

1.3.2 鏈條設(shè)計

目前，根據(jù)不同的應(yīng)用場景需求，區(qū)塊鏈大致可分為公有鏈、聯(lián)盟鏈以及私有鏈3大類[28]。其中，公有鏈通常被認為是完全開放和去中心化的，是指某一區(qū)域內(nèi)的所有人都可訪問的區(qū)塊鏈，分布式系統(tǒng)的任何節(jié)點均可參與鏈上數(shù)據(jù)的讀寫、驗證和共識，使得公有鏈系統(tǒng)具有較高的公信力，適用于完全開放的場景；聯(lián)盟鏈是部分去中心化的區(qū)塊鏈，節(jié)點的加入必須符合聯(lián)盟鏈預先設(shè)定的規(guī)則，其共識過程受到預定義節(jié)點的控制，使其比公有鏈有更快的速度，適用于多個實體構(gòu)成的組織或聯(lián)盟。

基于區(qū)塊鏈在不同場景下的應(yīng)用模式，結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品流通主體多元化、分散化及其流通過程復雜性的特點，以聯(lián)盟鏈為農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺主體架構(gòu)，見圖1，在保證農(nóng)產(chǎn)品流通參與主體間去中心化、可信共享環(huán)境形成的條件下，有助于信息平臺的快速運行和有效監(jiān)管。

2 實證研究

2.1 研究區(qū)選擇

岷江上游地處青藏高原向四川盆地過渡地帶，是一個藏、羌、回、漢等多元民族文化交融共生的人文地理單元[29]，見圖3。作為中國西南山地獨特的生態(tài)地理過渡區(qū)，岷江上游高山峽谷地貌特征顯著，區(qū)內(nèi)聚落呈現(xiàn)大分散、小聚居的分布格局，并形成了以種植業(yè)、牧業(yè)為主的農(nóng)業(yè)地域類型。當前，岷江上游仍然以農(nóng)業(yè)人口為主(農(nóng)業(yè)人口占到區(qū)域總?cè)丝诘?0%)，耕地為聚落內(nèi)部主要的土地利用類型[30]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多為糧食作物(小麥、玉米、青稞、洋芋、豆類等)、經(jīng)濟作物(蘋果、花椒、甜櫻桃、青紅/脆李、核桃等)。由于自然條件的限制，該區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展遲緩，且農(nóng)產(chǎn)品信息不對稱而造成農(nóng)產(chǎn)品滯銷等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品市場發(fā)展滯后，嚴重影響了該地區(qū)農(nóng)戶生活質(zhì)量的提高與改善。

圖3 岷江上游民族聚落空間分布

2.2 岷江上游農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺構(gòu)建探究

利用區(qū)塊鏈技術(shù)，以岷江上游農(nóng)業(yè)生態(tài)地理空間數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，提出區(qū)塊鏈技術(shù)支持下的岷江上游農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺體系架構(gòu)，為解決區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品供需信息不對稱問題提供新的途徑，推動實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品資源的有效供給和優(yōu)化配置。

2.2.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)地理空間數(shù)據(jù)庫

岷江上游農(nóng)業(yè)生態(tài)地理空間數(shù)據(jù)庫以SPOT-2/4(1999年，10m全色波段和20m多光譜波段)、SPOT-5(2008—2009年，5m全色波段和10m多光譜波段)、SPOT-6(2013年，1.5m全色波段和6m多光譜波段)影像資料為主數(shù)據(jù)源，綜合野外調(diào)研數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)而得，涵蓋地形、氣候、土壤、植被、聚落生態(tài)位空間分布、土地利用等內(nèi)容。以理縣為例，其農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)地理特征如圖4所示。

圖4 岷江上游理縣農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)地理特征

2.2.2 農(nóng)產(chǎn)品信息共享聯(lián)盟鏈

區(qū)塊鏈技術(shù)支持下的岷江上游農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺以分布式、去中心化為主要特征，各節(jié)點能夠平等地進行信息交換、存儲著同樣的信息，并享有相同的權(quán)利，共同協(xié)作完成系統(tǒng)的更新和維護。在區(qū)塊鏈技術(shù)支持下，區(qū)域內(nèi)個體農(nóng)戶可獨立發(fā)布農(nóng)產(chǎn)品供給信息，個體商戶和消費者均可參與到農(nóng)產(chǎn)品需求信息的記錄，形成精細化的分布式農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫。

為便于系統(tǒng)的維護和組織管理，分別按照流域、縣域2個尺度，見圖5，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品信息共享聯(lián)盟鏈體系，每一個聯(lián)盟節(jié)點之間可實現(xiàn)直接對接、共享、交流數(shù)據(jù)。其中，在縣域尺度，農(nóng)戶、商戶、消費者組成了農(nóng)產(chǎn)品信息共享的聯(lián)盟鏈節(jié)點；流域尺度聯(lián)盟鏈節(jié)點由各個縣域聯(lián)盟鏈構(gòu)成，每個縣域?qū)⒆鳛橐粋€獨立單元發(fā)布農(nóng)產(chǎn)品供需狀況、交易信息等。

圖5 岷江上游農(nóng)產(chǎn)品信息共享聯(lián)盟鏈體系示意

以縣域為例，基于共同遵守的聯(lián)盟規(guī)則，農(nóng)產(chǎn)品信息發(fā)布路徑：農(nóng)戶/商戶/消費者農(nóng)產(chǎn)品供需信息的分布式數(shù)據(jù)庫(節(jié)點小賬本)→縣域聯(lián)盟鏈→縣域農(nóng)產(chǎn)品供需信息的分布式數(shù)據(jù)庫(共有大賬本)→縣域聯(lián)盟鏈→每個農(nóng)戶/商戶/消費者同時擁有節(jié)點小賬本和共有大賬本，見圖6。

圖6 縣域尺度聯(lián)盟鏈的農(nóng)產(chǎn)品信息發(fā)布路徑

同時，結(jié)合農(nóng)業(yè)生態(tài)地理空間數(shù)據(jù)庫，集成GPS定位技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等先進手段，可將農(nóng)產(chǎn)品信息與農(nóng)業(yè)生態(tài)地理信息進行精準對接，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品屬性信息的實時可視化和空間定位。基于此，政府等相關(guān)管理機構(gòu)可開展更為詳細、精確農(nóng)產(chǎn)品的市場形勢分析，以進一步完善農(nóng)業(yè)決策服務(wù)支持體系。通過建立多方主體共同參與的區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品信息的互聯(lián)互通，有助于推動農(nóng)產(chǎn)品資源整合與優(yōu)化配置。

3 結(jié)論與展望

信息共享平臺建設(shè)是解決信息不對稱的有效途徑。區(qū)塊鏈作為一種分布式賬本數(shù)據(jù)庫，具有去中心化、開放性、透明化、信息不可篡改等特點，其應(yīng)用的最大價值在于最大限度地消除信息不對稱，為實現(xiàn)信息的真正共享提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。本文基于山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品供給側(cè)與需求側(cè)，應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，集成農(nóng)產(chǎn)品多元化信息，構(gòu)建精細化的農(nóng)產(chǎn)品信息分布式數(shù)據(jù)庫，提出區(qū)塊鏈技術(shù)支持下的山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息共享聯(lián)盟鏈體系架構(gòu)。同時，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品信息共享平臺，在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者、銷售者、消費者及相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)之間構(gòu)建了一個去中心化的可信任系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了多主體間農(nóng)產(chǎn)品供需信息的交流與共享。

區(qū)塊鏈技術(shù)支持下的信息共享平臺構(gòu)建，為具有分布式、隨機性、互動性、參與性、市場化特征的公共服務(wù)、碳交易、能源交易等行業(yè)問題解決提供了新的思路和手段。作為一種新興技術(shù)，區(qū)塊鏈尚處于發(fā)展的初期階段，仍存在隱私泄露等安全和技術(shù)缺陷[16]。“區(qū)塊鏈+”的實現(xiàn)，需要區(qū)塊鏈技術(shù)本身的深入發(fā)展、區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施的完善、技術(shù)政策的支持、信息化網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，以及與大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化技術(shù)的有效融合，以此進一步提高信息共享平臺的實用性與可操作性。