區(qū)塊鏈在陜西農業(yè)地理標志產品保護的應用研究

劉旭勇

(陜西省委黨校(陜西行政學院),陜西 西安 710061)

0 引 言

黨的二十大報告和政府工作報告中多次提到鄉(xiāng)村振興,并將鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略寫進了中國共產黨章程。要實現鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,必須發(fā)展具有當地特色的現代農業(yè),推動農產品品牌化、產業(yè)化、特色化。農產品地理標志對于實現農產品轉型升級,提升品牌影響力,豐富文化內涵,提升農產品價值等方面具有重要的價值[1]。地理標志農產品是特色農業(yè)中最具品牌價值的部分,代表著農產品高端化的發(fā)展方向。趙冠艷、欒敬東認為對農產品地理標志進行認證可以增加產品的價值,而這種價值可以在地理標志的聲譽、品牌形象上體現出來,并可以消除信息的不對稱性[2]。地理標志農產品不同于一般農產品的地方在于地理標志農產品通過登記認證,受到國家認可與保護,具有品牌影響力和競爭力,具有一定的經濟價值,對提高農業(yè)收益具有促進作用[3]。由于地理標志產品所蘊含的經濟、文化價值,市場上出現地理標志的侵權行為屢見不鮮,主要表現在假冒、濫用地理標志上,嚴重影響了地理標志的品牌形象,降低了公眾對地理標志產品的認知,制約了地理標志產品對經濟的促進和發(fā)展,所以保護地理標志產品就顯得尤為重要。據統(tǒng)計,當前陜西地理標志保護產品數量為86個,受保護產品種類涵蓋農產品、加工食品、工藝品、中藥材、礦石產品等地理標志產品,通過對農產品進行地理標志認證,對其在提升自身產業(yè)價值、拓寬市場渠道、提高品牌知名度和經濟價值方面都有了明顯的促進和提升作用,對于陜西高質量發(fā)展具有強有力的推動作用[4]。

目前對地理標志保護的研究還停留在傳統(tǒng)的保護方式上,現有溯源系統(tǒng)存在溯源信任感缺失、溯源易篡改、溯源系統(tǒng)性能欠佳等問題[5]。而隨著科技的發(fā)展,新技術的應用為保護地理標志產品提供了新的解決方案。國內學者對溯源應用[6-7]、可信機制及管理平臺[8]等方面進行了研究,還有對新模式和新的溯源驗證聯(lián)盟進行了探索[9-10]。《數字農業(yè)農村發(fā)展規(guī)劃(2019—2025年)》指出要加快推進農業(yè)區(qū)塊鏈大規(guī)模組網、鏈上鏈下數據協(xié)同等核心技術突破、加強農業(yè)區(qū)塊鏈標準化研究,推動區(qū)塊鏈技術在農業(yè)資源監(jiān)測、質量安全溯源等方面的創(chuàng)新應用[11]。由此可見,建立一個可靠、可追蹤的農產品上行供應鏈,防止在銷售過程中可能出現的劣質商品、產地造假等問題,對提升廣大消費者信任,擴大地標農產品銷售市場具有重要推動作用。

1 區(qū)塊鏈適配溯源的關鍵技術

1.1 特 點

區(qū)塊鏈技術具有密碼學原理、分布式存儲和共識機制三項核心技術。核心技術決定了區(qū)塊鏈的4個特點。

(1)去中心化。由于數據使用分布式存儲,所有的交易信息都會被記錄在每個節(jié)點上,由此可見,即使沒有交易中心,各項交易也可以順利進行,信息的透明度得到大幅提升,同時也有效地保障了數據的準確性和安全性。

(2)去信任。傳統(tǒng)的信息共享需要建立在多次的業(yè)務來往或者由第三方信任機構進行擔保。而區(qū)塊鏈上各個節(jié)點都按照一定的規(guī)范和協(xié)議進行操作,所有的操作避免了人為的干預,使得對人的信任變?yōu)閷C器的信任,所以參與人不需要對區(qū)塊節(jié)點中的其他參與者給予信任。

(3)可追溯和不可篡改性。每一次節(jié)點間的交易信息生成一個數據區(qū)塊,通過密碼技術加密。區(qū)塊鏈就是將每一個數據塊按照交易的先后順序將其線性串連起來,每一個區(qū)塊結構都存儲了創(chuàng)建區(qū)塊后的所有數據,區(qū)塊產生的時間具有不可逆和不可更改性。

(4)開放性。區(qū)塊鏈系統(tǒng)數據對所有的節(jié)點公開,因此整個系統(tǒng)信息高度透明。

區(qū)塊鏈的上述特點可以有效實現對產品信息的追溯,通過建立一個記錄時間先后、不可篡改、可信任的數據庫,該數據庫是去信任的,能夠有效保證數據的安全,同時基于區(qū)塊鏈去信任的特點,可以不需要第三方中介,即使沒有建立信任關系的雙方也可以實現可信賴的數據交換,通過利用區(qū)塊鏈技術建立農產品質量安全追溯體系[12],能夠有效解決數據容易被篡改[13]、無法實時共享[14-15]和上鏈數據真實性等問題[16]。

1.2 區(qū)塊鏈層次

從架構上來說,區(qū)塊鏈分為6個層次:應用層、合約層、激勵層、共識層、網絡層、數據層。區(qū)塊鏈基礎架構如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈基礎架構

區(qū)塊鏈本身其實就是一串鏈接的數據區(qū)塊,其鏈接指針是采用密碼學哈希算法對區(qū)塊頭處理所產生的區(qū)塊頭哈希值。

區(qū)塊鏈數據分為區(qū)塊(Blocks)和交易(Transactions),每個區(qū)塊的組成結構包括區(qū)塊頭、區(qū)塊體兩部分,區(qū)塊鏈數據包已經詳細顯示了數據包的結構和交易信息。

1.3 區(qū)塊鏈交易流程

區(qū)塊鏈的交易過程主要由創(chuàng)立交易、鏈內廣播、檢查確認、封裝區(qū)塊、競爭記賬權、記賬上傳、交割轉賬共7個節(jié)點流程進行處理。

區(qū)塊鏈數據存儲采用分布式存儲。分布式存儲就是數據被分散地存儲在區(qū)塊鏈鏈上不同位置的每一個節(jié)點,每個節(jié)點都保持完整的信息備份,鏈上的信息對參與成員都是透明和可驗證的,這就實現了去中心化和透明的特點。下面是分布式存儲的過程,總共分為6個步驟,如圖2所示。

圖2 分布式存儲的過程

區(qū)塊鏈的基礎架構如圖3所示。

圖3 區(qū)塊鏈的基礎架構

2 區(qū)塊鏈在農產品保護中的路徑分析

農產品在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中進行信息登記,經過系統(tǒng)處理之后產生唯一的、加密的ID,通過ID可以追蹤到農產品生產和流轉的整個過程,從而使消費者可以通過掃描二維碼查詢農產品的生長信息、包裝信息、運輸信息和交易信息,從而實現農產品的溯源。一是確權。通過區(qū)塊鏈技術的數據可追溯和不可篡改的特點,實現版權歸屬證明和證據固化的作用,完成地理標志產品版權登記認證過程。二是維權。區(qū)塊鏈在地理標志需進行維權方面有很大的優(yōu)勢。由于區(qū)塊鏈能永久地記錄地理標志產品的登記和交易信息,使每一筆記錄都有章可循,因此當侵權行為發(fā)生時,區(qū)塊鏈系統(tǒng)的各個節(jié)點在驗證區(qū)塊時就會出現內容相同而加密標識不同的情況,此時區(qū)塊鏈系統(tǒng)就會驗證失敗。當侵權發(fā)生時,區(qū)塊鏈系統(tǒng)就會向前追溯區(qū)塊確定產品歸屬地和信息,然后通知運營者侵權行為的發(fā)生。因此,從存證、固證、出證到驗證,均在司法閉環(huán)完成。從而在民事訴訟中能夠直接使用,解決了舉證難的問題,更有助于訴前證據的保全。

第一,通過區(qū)塊鏈技術從源頭遏制農產品假貨。通過采用RFID電子標簽技術和密碼學技術保證了整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)中上鏈數據的真實性、可靠性。通過CA準入機制和每次交易被所有節(jié)點記錄的特點,實現整個鏈上的數據無法篡改,從源頭遏制農產品假貨進入市場進行流通。

第二,利用區(qū)塊鏈技術能有效解決“地標”產品各環(huán)節(jié)中產生套牌、假冒、侵權的問題。區(qū)塊鏈技術能實現各個參與方包括知識產權局、“地標”產品使用單位、授權機構、第三方檢測機構、產品經銷商和產品購買者構建一個聯(lián)盟區(qū)塊鏈。通過區(qū)塊鏈技術實現對生產、管理、銷售整個鏈條進行監(jiān)管,對“地標”產品企業(yè)和合作社申請使用“地標”標志進行監(jiān)管,對非“地標”產品嚴禁使用“地標”標志,維護“地標”產品的品質和形象,充分發(fā)揮好“地標”的社會和經濟效應。

第三,發(fā)揮行業(yè)、專業(yè)協(xié)會(合作社)的作用共同推動區(qū)塊鏈技術在“地標”產品應用。通過成立并規(guī)范相關行業(yè)、專業(yè)協(xié)會(合作社)推動“地標”產品區(qū)塊鏈在產業(yè)發(fā)展中的積極作用,實行“地標”行業(yè)、協(xié)會(合作社)應用“地標”產品區(qū)塊鏈應用模式,通過科技手段解決政府人手少、監(jiān)管難等問題,變政府行政推動為科技手段實現政府監(jiān)管、行業(yè)和協(xié)會(合作社)和生產經營者自律,增強“地標”管理的實效性。

第四,對“地標”產品使用科技手段保護進行政策傾斜。將財政相關補貼與“地標”運用區(qū)塊鏈等科技手段保護管理結合起來,在通過行業(yè)、協(xié)會(合作社)全面、有效地對生產、經營者的活動按“地標”要求進行規(guī)范的前提下,將現行的相關財政補貼與“地標”使用區(qū)塊鏈等科技手段情況掛鉤,符合“地標”條件的生產經營單位適當加大補貼力度,對“地標”標識、包裝使用區(qū)塊鏈等科技手段,給予適當的補貼。

3 基于區(qū)塊鏈技術的農產品質量溯源原理

實現農產品地理標志農產品追溯需要統(tǒng)籌規(guī)劃和明確責任。一種產品,從原材料上生產線開始,就分配一個唯一數據區(qū)塊,生產、運輸、銷售的每個過程都不斷加入新的數據區(qū)塊,直到消費者手中。所有參與者的區(qū)塊鏈數據都是一致和可驗證的,如果有人試圖在流程中做任何更改,都可以被及時發(fā)現或記錄。比如消費者為了購買到自己想要的陜西西鳳酒,可以通過該西鳳酒區(qū)塊鏈交易,首先獲得西鳳酒數據的公開部分,公開部分可以查看這個西鳳酒全生命周期,包括產地、批次、剩余數量等,這個過程是全鏈公開的、不斷更新的,私有部分保存在瓶塞內,到貨后可以通過手機掃描西鳳酒瓶的二維碼獲得私有數據,保證數據不可復制篡改,如果私有數據可對西鳳酒區(qū)塊鏈數據進行修改,即可認為正品,而且西鳳酒區(qū)塊鏈將自動記錄該瓶西鳳酒已被消費,若不能修改則認為是假貨。

基于區(qū)塊鏈的農產品溯源系統(tǒng)架構如圖4所示。該系統(tǒng)主要由數據采集層、存儲層、應用層以及交互層構成。

圖4 基于區(qū)塊鏈的溯源系統(tǒng)總體架構

根據區(qū)塊鏈技術的特點,建立基于區(qū)塊鏈的農產品地理標志的溯源系統(tǒng),其模型如圖5所示。

圖5 區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)信息流模型

農產品地理標志溯源系統(tǒng)包含種植、加工、倉儲、物流、銷售、監(jiān)管查詢6大節(jié)點,考慮到全過程還存在很多分支環(huán)節(jié),此處只選取主鏈進行研究。其節(jié)點交易流程如圖6所示。

圖6 農產品溯源系統(tǒng)的業(yè)務流程

在6個節(jié)點的整個流轉過程中,農產品會經歷很多環(huán)節(jié),其實在每個環(huán)節(jié)都可以上鏈,可以保證每個環(huán)節(jié)都會留下痕跡,而是否選擇每個節(jié)點上鏈需要人為設定必要的參與信息的關鍵節(jié)點,每個參與節(jié)點信息都會進行加密。兩個環(huán)節(jié)進行信息交互時,要對信息進行節(jié)點認證,認證通過之后才能進行信息傳遞的流程,信息傳遞過程用到了非對稱加密技術。這6個節(jié)點主要過程如下:

(1)生產環(huán)節(jié)。節(jié)點將生產信息上傳到區(qū)塊鏈中,并創(chuàng)建初始區(qū)塊。當進入下一環(huán)節(jié)時,當前節(jié)點會向下一個節(jié)點發(fā)送交易請求,雙方利用密鑰對區(qū)塊進行驗證并審核通過后完成交互。

(2)加工環(huán)節(jié)。在收到上一環(huán)節(jié)的產品后,寫入加工信息。監(jiān)管部門通過數字簽名對信息需進行認證并檢驗是否合格,如果合格之后將加工信息加入鏈中。其中包裝信息包括溯源碼或二維碼,便于消費者進行產品的溯源查詢。

(3)倉儲環(huán)節(jié)。將倉庫信息寫入區(qū)塊中,然后對溯源編碼進行更新。

(4)物流環(huán)節(jié)。在更新產品信息時寫入物流信息。

(5)銷售環(huán)節(jié)。將農產品的銷售信息更新至區(qū)塊。此信息包括產品的來源信息、銷售信息等,確保產品信息的完整性。

(6)查詢環(huán)節(jié)。消費者可以通過二維碼對產品進行溯源,系統(tǒng)首先要驗證消費者身份。在整個流轉過程中,監(jiān)管部門對整個交易環(huán)節(jié)進行認證和驗證。該流程如圖7所示。

圖7 產品溯源系統(tǒng)節(jié)點上鏈流程

4 基于蘋果全產業(yè)鏈的農產品溯源系統(tǒng)的應用及實現

區(qū)塊鏈分為私有鏈、公有鏈和聯(lián)盟鏈,根據不同類型的鏈的特點,該文選用聯(lián)盟鏈作為農產品溯源系統(tǒng)的底層架構支撐。以陜西蘋果產業(yè)鏈為研究對象,該鏈貫穿于蘋果生產周期的多階段、全過程,關聯(lián)了物資采購、種植采摘、生產加工、第三方質檢、物流銷售等多環(huán)節(jié)的完整鏈條。針對跨節(jié)點鏈上合同交易業(yè)務場景下的溯源平臺,需要各成員之間信息共享、風險共擔,從而達到供應鏈的可追溯性。產品的追溯信息主要來自設備數據、第三方檢測數據、生產活動信息等。通過智能合約將每個節(jié)點的溯源信息及責任實體哈希值記錄到聯(lián)盟鏈通道賬本中,并用當前節(jié)點采購交易合同編號作為溯源碼對節(jié)點內蘋果生產溯源信息進行記錄和追溯。

4.1 蘋果全產業(yè)鏈溯源系統(tǒng)的實現

基于聯(lián)盟鏈的蘋果全產業(yè)鏈溯源體系結構如圖8所示。

圖8 基于聯(lián)盟鏈的蘋果全產業(yè)鏈溯源體系結構

基于聯(lián)盟鏈的跨節(jié)點鏈上合約交易機制,并結合蘋果產業(yè)各環(huán)節(jié)溯源的實際需求,設計了一種針對各個節(jié)點的相對獨立的追溯數據的存儲方案。對各個環(huán)節(jié)鏈上進行追溯的數據主要有溯源信息哈希值、責任人身份證號、責任節(jié)點工商號和其信息哈希值。在各個節(jié)點的數據庫中,分別保存了具體鏈下追溯數據和責任實體明文信息。通過采用“鏈上鏈下兩種存儲方式”的數據存儲模式,能夠將同一批次的蘋果和生產活動、責任人、責任企業(yè)等信息進行關聯(lián)。在溯源體系中,不同的節(jié)點平臺利用了聯(lián)盟鏈內跨節(jié)點的合約交易機制,以確保各節(jié)點之間的溯源信息在區(qū)塊鏈中的一致性和完整性。鏈上的采購、銷售合同交易由聯(lián)盟節(jié)點的成員節(jié)點達成一致后,通過交易的形式被記錄在賬本中,交易的信息是公開和透明的。在實際的生產過程中,每個節(jié)點都以生產環(huán)節(jié)的首字母和節(jié)點交易的合同編號為關鍵值,并根據追溯數據鏈上的存儲結構,對各個節(jié)點內的生產環(huán)節(jié)的溯源數據進行上鏈。網絡平臺與加工廠、加工廠和合作社、合作社和農資平臺之間的合同編號,在聯(lián)盟內形成了一條完整的鏈,合同編號又與節(jié)點溯源信息進行關聯(lián),實現將聯(lián)盟中同一批蘋果的追溯信息在賬本中形成一條完整的鏈。

以蘋果加工過程為實例可追溯數據的上鏈過程。加工廠從合作社購買一批蘋果,需要經過臨時儲藏、檢測糖分、質量監(jiān)測、第三方抽樣、包裝、冷藏等環(huán)節(jié),加工廠節(jié)點利用采購合同編號和生產環(huán)節(jié)首字母作為關鍵值,對每一環(huán)節(jié)的溯源數據哈希值和各環(huán)節(jié)負責人、責任企業(yè)的哈希值進行上鏈操作。

在溯源體系中,每一個節(jié)點都對蘋果生產流程進行了詳盡的記錄,其中包含了蘋果種植基本信息、物聯(lián)網實時監(jiān)測數據、農事活動記錄等,上鏈采集信息見表1。通過跨節(jié)點鏈上的合同交易機制,實現了對整個鏈上有關生產活動溯源數據的鏈接,形成了一個完整產業(yè)鏈數據鏈條。通過以消費者的訂單為溯源碼,消費者可在賬本上查詢到蘋果在聯(lián)盟鏈各個階段的交易信息,溯源到蘋果在各個節(jié)點關于產地品質的信息。消費者只能追溯到與蘋果品質有關的資料,而監(jiān)管部門則可以追溯到各個生產和環(huán)節(jié)的責任單位和責任人。

表1 蘋果種植采集信息

在蘋果溯源過程中,消費者和監(jiān)管機構利用溯源碼進行溯源,利用最后生成的溯源碼在鏈上可以獲得每個節(jié)點的溯源碼,然后調用對應的智能合約,對每個節(jié)點的溯源數據進行查詢,其中包括從賬本中獲得某個節(jié)點生產環(huán)節(jié)的溯源數據標識、責任人身份證號、企業(yè)工商號和各自的哈希值。利用溯源信息標識的方法在節(jié)點的本地數據庫中進行查詢,獲得溯源數據和實體的明文信息,通過計算得到相應明文的加密哈希值,以鏈上哈希為基準,通過對鏈下的溯源數據哈希值進行檢驗,以驗證其有效性。通過檢測的結果,可以判斷出鏈下的數據是否受到了篡改,如果出現篡改現象,則會顯示溯源異常,監(jiān)管部門可以對相關責任人和相關單位進行追責。

4.2 實際應用效果

農產品區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)已在陜西果業(yè)集團、陜西糧農等多家企業(yè)應用。通過區(qū)塊鏈技術、網絡技術和二維碼技術,實現了從種植、生產到銷售的產品追溯標識和全過程的監(jiān)管,能夠確定農產品在種植、生產和銷售過程中的唯一信息,實現從種植到生產到銷售全過程的信息追溯。該系統(tǒng)將區(qū)塊鏈數據可視化,主要功能模塊有組切換模塊、配置模塊、區(qū)塊鏈信息展示模塊。配置模塊包括群組配置、節(jié)點配置、合約配置。區(qū)塊鏈信息展示模塊包括概覽信息、區(qū)塊信息,交易信息。可視化界面如圖9所示。依據區(qū)塊hash的查詢結果如圖10所示。

圖10 區(qū)塊hash查詢結果

5 結束語

農產品地理標志的保護對于促進鄉(xiāng)村振興具有重要的支撐作用,一方面可以有效促進農業(yè)經濟,提升農民收入。另一方面可以提升文化價值,提升產品的文化內涵。近年來,陜西緊緊圍繞習近平總書記對陜西提出的扎實推進農業(yè)現代化建設重要指示精神,以產業(yè)振興作為鄉(xiāng)村振興的著力點和抓手,加強統(tǒng)籌協(xié)作,構建宣傳平臺,加大保護力度,在地理標志保護和監(jiān)管方面取得了一定的成果。但是,陜西在地理標志保護方面仍然存在著諸多問題,該文通過分析陜西省農產品保護現狀和問題,對應用區(qū)塊鏈技術保護地理標志產品路徑進行了詳細的分析和闡述,對未來應用區(qū)塊鏈、物聯(lián)網技術進行農產品地理標志保護提出了解決路徑,希望以此為陜西省農業(yè)經濟發(fā)展和農產品地理標志保護添磚加瓦。