區塊鏈技術在鄉村振興方面的機遇與挑戰

錢帥吉

(浙江省農業農村大數據發展中心, 浙江 杭州 310020)

中國作為世界人口總數第一名的國家, 農業自然是國家治理中需要重點關注的領域。作為第一產業, 一方面為國民經濟造就了旺盛的需求, 另一方面為市場提供了必需的生產資料和不可或缺的產品, 是國民經濟牢不可破的重要支柱。隨著 《中共中央 國務院關于做好2023 年全面推進鄉村振興重點工作的意見》 的發布, 意味著中央一號文件連續20 年聚焦 “三農”。區塊鏈技術作為一項數字化、智能化方面的新興技術正被各行各業的專業人才所重視, 開始研究利用于各自的領域。習近平總書記在中央政治局第十八次集體學習時的重要講話中強調, 要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口, 加快推動區塊鏈技術和產業創新發展,充分發揮區塊鏈在促進數據共享、優化業務流程、降低運營成本、提升協同效率、建設可信體系等方面的作用。浙江作為高質量發展建設共同富裕示范區和農業農村現代化先行省, 也在實施數字經濟創新提質 “一號發展工程”。可見, 區塊鏈技術在農業農村領域, 特別是在浙江農業農村領域擁有很大的發展潛力。

1 區塊鏈技術的簡介和特征

1.1 區塊鏈簡介

區塊鏈, 從技術層面分析是去中心化的共享賬本, 利用散布在世界的各個節點來存儲數據, 并根據統一的共識規則把數據納入區塊和備份, 來保障數據的不可篡改和可追溯。其本質就是一個為了去中介陌生信任而出現的新型構建信任的技術基礎設施。由于區塊鏈構建信息是基于計算機、規則和算法, 故其不會受到個人喜好、意識的影響, 能夠構建一種不依賴于人的信任模式, 而這種信任模式正是實現社會關系智能化的基礎, 能夠在更高效率處理社會關系的同時實現更高水平的公正與公平, 是實現智能社會的關鍵要素之一。

1.2 特點

1.2.1 去中心化

區塊鏈的構建不需要額外的管理方和設備, 僅依靠各個節點就可以實現信息自我驗證、傳遞和管理[1], 因此, 去中心化是區塊鏈技術最顯著的特征。它的去中心化一方面表現在各個節點的獨立性, 即各個節點之間具有相同的運行邏輯和權利義務, 不存在特殊節點。另一方面表現在區塊鏈的數據信任源是由其事先規定好的共識算法通過競爭選擇出來的, 這意味著選擇的結果很難被某一個主體控制。

1.2.2 開放性

區塊鏈的開放性, 一方面指的是代碼的開源,由于去中心化的技術特征, 區塊鏈需要進行代碼的開源來使程序可被驗證, 并使各鏈上節點理解代碼的邏輯及相應的規則。另一方面指的是鏈上的交易數據人人可見, 公眾可以通過公開的接口對區塊鏈上的數據信息進行檢查、審計和追溯[2]。正是這種開放性, 使得各節點相信區塊鏈并愿意參與其中, 實現更高級別的不依托于人的信任模式。

1.2.3 不可篡改性

區塊鏈的不可篡改性是由兩方面決定的。首先是數據存儲的結構。所有的節點在給定的時間內根據共識規則選出一個節點, 利用該節點一定時間段內的交易數據與上一區塊的區塊頭打包成新的區塊, 再利用哈希算法將數據轉化為一個新的哈希值, 并將哈希值存入該區塊的區塊頭中, 就此生存一條連續的鏈條狀數據庫, 其中任一條數據遭到篡改都會導致整條鏈的數據變動。其次是數據的存儲方式, 由于區塊鏈上的數據是分布式存儲在各個節點中的, 每個節點都有完整的數據, 要想修改一條數據就必須控制50%以上的節點, 在節點足夠多時, 這基本上是不可能的。

1.2.4 匿名性

盡管開放性是區塊鏈的一大特性, 其中的數據人人可見。但是涉及隱私部分, 區塊鏈又具有匿名性, 交易雙方的私密信息都是經過加密后再上鏈和廣播的。通過密碼學相關原理, 區塊鏈可以實現基于各種情景來保障交易雙方的隱私信息, 在整個交易過程中, 雙方的身份和交易的詳細情況都不被第三方查看[3]。

2 區塊鏈的核心技術

2.1 P2P 通信

P2P 通信即為點對點的通信, 它是一種去中心化的, 僅依靠用戶節點就能實現信息交換的通信技術。它是實現去中心化網絡通信架構的核心技術與關鍵基礎。由于P2P 網絡中的所有對等節點都可以提供帶寬、存儲空間以及計算能力等資源[4],伴隨著區塊鏈中節點數量的增加, 整個區塊鏈的計算效能和可用資源也不斷增長, 使得區塊鏈具有很強的可拓展性與魯棒性。同時由于數據分布式存放在不同主體機構、組織或個人的計算機上, 對數據進行確權與根據私鑰進行數據的加密控制就具備了物理、技術與組織的基礎與正當性。

2.2 分布式賬本

分布式賬本即區塊鏈的數據存儲在很多個物理和邏輯上分散的區塊鏈節點上。在各個節點上所保存的數據都是一致的。意味著區塊鏈的每個節點事實上只需與本地賬本數據打交道, 就可以獲得區塊鏈中幾乎所有的信息。其本質是數據在各節點之間共有、拷貝和更新的數據庫。

2.3 加密技術

區塊鏈中涉及兩項加密技術, 一是非對稱密鑰機制, 二是哈希算法。非對稱密鑰機制是區塊鏈實現點對點安全通信的基礎性技術, 非對稱加密體制包括公鑰和私鑰兩個密鑰。將公鑰公之于眾, 而私鑰僅由用戶自己掌握并嚴格保密。由公鑰所加密的信息僅能由私鑰解密。而由私鑰所加密的信息僅能由公鑰解密。利用非對稱加密的這個特點可以實現對信息的簽名以確保和證明信息確實是由該公鑰地址的用戶所發出, 并不可抵賴。

哈希計算是實現區塊鏈數據不可篡改及溯源的基礎性技術, 它能夠實現信息的單向加密, 任意長度的信息經過哈希計算后都能夠得到一段確定長度的結果, 且這一步驟是無法逆轉的。若對原始數據進行任一方面的改變, 所生產的哈希碼將大大不同。正是由于這一特性, 哈希碼常常被稱為數據指紋, 即用一固定大小并大大壓縮的數據碼來代表原始數據本身。哈希計算在區塊鏈中多處應用, 如區塊鏈的封裝, 工作量證明的隨機數計算、回溯驗證等。通過對前一區塊進行哈希驗證與回溯, 可以從當前區塊出發一直到創始區塊驗證整個鏈的產生歷程和全程可信。

2.4 共識機制

為了確保各節點數據的一致性、防止節點的舞弊行為, 需要共識機制來規定如何在P2P 網絡環境下公平、公正、合理地生成區塊, 驗證區塊和編列區塊[5]。目前根據區塊產生的機制的不同, 共識機制包括有POW、POS、DPOS、POA、PBTF 等類型來適應于不同的應用場景, 在效率和安全性之間取得平衡[6]。

2.5 智能合約

智能合約使區塊鏈真正成為了一個底層技術,正是由于智能合約的支持, 區塊鏈技術得以在去中心化的應用中得到廣泛使用。從技術角度來看, 智能合約即上傳到鏈上的一段代碼, 該代碼明確了觸發條件和觸發之后需要執行的操作。一旦觸發條件滿足, 智能合約就開始自動運行。由于智能合約是運行在區塊鏈上的, 使得其也與區塊鏈技術一樣具有透明性和不可篡改性, 此外它還具有永久性, 只要存儲智能合約的區塊鏈還在, 那么該合約就會永久運行下去。

3 區塊鏈技術在農業農村領域的機遇

3.1 農產品銷售新渠道

當前農產品銷售行業存在如中間環節多、產業融資難、產品質量保證難、較難形成品牌等諸多痛難點?；趨^塊鏈技術的農產品眾籌平臺就可以很好的解決這些痛點難點。在這種新型商業模式中,首先是農產品生產方根據自身的生產條件在平臺上發布生產公告, 即自身的生產優勢, 種植的農產品、執行的種植標準規范等信息。平臺用戶如若對該產品有購買意向就可以參與眾籌, 支付眾籌款項。而其中的眾籌款項將進入銀行進行托管, 若眾籌成功, 生產方就可以根據公告內容嚴格執行開始生產, 且定時將生產流程中的關鍵信息數據上傳至平臺以支持產品的溯源和獲得用戶的監督。產品生產完成后, 商戶將產品通過物流送達用戶手中。而憑借物流憑證, 平臺將眾籌資金打到商戶指定賬戶。這其中產生的所有數據都將記錄在區塊鏈上,成為生產商的信用記錄。在該銷售模式中, 訂單化生產解決了融資難、中間環節多的問題, 而銀行托管資金解決了資金安全問題, 消費者對生產過程的參與與監督解決了產品質量保證難問題。同時根據區塊鏈的數據積累可以形成商戶的信用積累記錄,而這些信息的真實性、透明性、可追溯性, 能夠幫助農業銷售主體更快建立起品牌效應, 形成競爭優勢。

3.2 農村 “三資” 監管新方式

當前, 在農村 “三資” 監管領域存在諸如管理難度大、違紀問題易發多發、信息化水平有待提升、數據真實性無法保證等痛難點。通過將相關信息存儲到區塊鏈上, 可以有效解決這些痛難點。將三資管理工作過程產生的數據統一上傳到區塊鏈中, 并蓋上時間戳, 可以形成完整的工作流程存證鏈。此外, 在三資監管中還可以利用智能合約預設報警事項, 當填報的數據被驗證為虛假或數據被篡改, 就會觸發報警, 使監管方能及時發現問題。同時, 所有對數據進行操作的人員的身份信息和具體操作行為都將會記錄在區塊鏈中并且無法篡改。通過對這些數據的存儲與分析, 能夠迅速發現及處理違規操作, 使得基層操作人員更加注重操作規程,避免農村集體 “三資” 被非法侵占。

3.3 質量安全追溯新平臺

長久以來, 食用農產品溯源都是群眾重點關注的問題。在食品生產加工流程中, 農藥化肥等內容往往不會顯示在最終產品的標簽上, 而一些添加劑、生產工藝也經常會被隱瞞。這導致了生產者與消費者之間巨大的信息鴻溝, 況且由于當前食品溯源系統大多存在中心化的問題, 數據容易受到人為操控, 一旦發生農產品食品安全問題, 溯源問題是難上加難。為了對食用農產品實行全生命周期信息的記錄與追溯, 從而防止食品安全事故的發生或者在食品安全事故發生后及時追溯生產過程發現原因, 針對性地作出改進。質量安全追溯平臺可以以聯盟鏈的形式搭建, 將生產過程涉及的各主體囊括進去, 各方參與將生產運輸銷售等過程產生的信息上傳到鏈上。由于區塊鏈的不可篡改性, 鏈上的數據任何人都不得修改, 也就避免了在安全事故發生后數據遭到篡改的可能。又由于區塊鏈的開放性,使得任何人都可以對食用農產品的信息進行監督、查詢及追溯。此外, 食品安全追溯平臺還可以與物聯網相結合, 在食品生產中的重要節點設置傳感器以保障上傳到鏈上的數據的真實可信, 實現鏈上信任和鏈下信任的結合, 真正使消費者吃的放心。

3.4 農業保險理賠新模式

農業保險就是指為農人從事生產活動中遭受自然災害或意外事故時蒙受的經濟損失提供補償的一種保障制度[7], 其具有分散、轉移風險的功能,使農戶在受災后盡快恢復農業生產, 使農業生產更具有連續性, 同時能夠穩定農產品物價、增加農民收入。農業保險相對于其他商業保險而言對保險公司的利潤增長貢獻度偏小, 再加上浙江省處于臺風高發地區, 有較高的巨災風險, 其具有低概率、高損失的特點, 往往導致保險公司長期的盈利不抵一年的賠付[8]。此外, 農業保險一旦出險, 相較于商業性保險需要更多人力物力進行現場勘驗, 增加了理賠難度, 容易出現理賠麻煩且耗時長的情況。

區塊鏈技術應用于農村保險領域, 可以結合物聯網設備, 將傳感器采集的數據及時上傳并存儲于區塊鏈中, 由于區塊鏈的不可篡改性, 可以大大降低投保、理賠過程中需要的人力物力。更進一步地說, 農業保險可以與區塊鏈技術中的智能合約相結合。當物聯網設備采集到的數據符合理賠標準時,自動將理賠款項帶入受災農戶賬戶上, 從根本上節省了理賠中現場勘驗的時間和成本。不僅能使農戶更快更便捷地收到理賠, 也能大大降低保險公司的人力成本, 助推農業保險惠及更廣大的農民。

3.5 建設農產品區域品牌新方法

農產品區域品牌是在產業集群的基礎上, 基于某一地區的資源稟賦和區域特色, 進行系統化的品牌規劃運作, 為同行業農業生產經營者所公用的公共品牌, 體現了消費者對農產品生產區域形象的認知[9]。一個良好口碑的農產品區域品牌不僅是完善現代農業產業體系的重要途徑, 更是加快農村精準扶貧步伐的有效推手[10]。當前在農產品區域品牌保護上存在諸如假冒品牌、以次充好、農殘超標等問題。通過區塊鏈技術的加入,可以較好的解決這些問題。區域公用品牌擁有方、生產方、監管方可以同時部署區塊鏈中的節點, 同時在鏈上加入品牌授權相關的智能合約。首先生產方需要在生產過程中向區塊鏈中上傳生產數據如農藥使用情況、土壤情況等, 與此同時監管方也需要上傳相關產品的抽檢記錄, 實現農產品相關數據的上鏈。擁有相關數據后, 生產方就可以向品牌擁有方申請授權, 在相關信息都符合要求時, 智能合約自動運行, 將區域公用品牌授權給生產方。由于區塊鏈數據的去中心化、不可篡改性和開放性特征, 可以保障擁有該區域公用品牌的農產品的安全與質量, 提升農產品的競爭力, 進一步促進農業增效和農民增收。

4 區塊鏈技術在農業農村領域的挑戰

4.1 相關人才的缺失

從前文中區塊鏈的技術簡介中可知, 要想熟練地應用區塊鏈技術需要掌握密碼學、網絡通信技術、物聯網相關知識、相關編程技術等, 是一項需要擁有跨學科知識的應用技術。一般的工作人員較難在短時間內熟練掌握并應用。此外, 相較于城市而言, 農業農村領域信息化本身就是短板, 投身于該領域信息化的相關人才本身就不足。而從事農業農村領域事業的人員也對信息化知識缺少了解, 導致區塊鏈技術與農業農村領域的結合面臨重重挑戰。

4.2 高并發問題

以較為知名的區塊鏈平臺以太坊為例, 基于以太坊的區塊鏈交易平臺每秒僅能處理20 筆交易[11], 而在物聯網中每秒交易頻次有數十萬次,顯而易見目前主流的區塊鏈技術的交易效率難以支撐其應用到一些需要高頻處理交易的應用場景中去, 較大地限制了其應用的范圍。

4.3 監管和法律的問題

一方面由于區塊鏈技術的去中心化和隱私匿名性, 在一個完全去中心化的區塊鏈系統中, 缺失監管手段。一旦系統遭到攻擊, 數字資產被轉移, 就很難追查到盜竊者, 且由于區塊鏈技術的不可篡改性, 數字資產也難以追回。另一方面, 區塊鏈技術會涉及大量數字資產, 在司法實踐中往往被當作虛擬財產處理。盡管 《民法典》 已經明確虛擬財產是合法財產應當受到法律保護, 但是其在法律中的定位還未統一, 還需相關專業人士的進一步研究與明確[12]。