基于區塊鏈與漁聯網技術的遠洋漁業水產品溯源研究

摘要：針對遠洋漁業水產品供應鏈中存在的信息不對稱問題，文章借助區塊鏈和漁聯網技術構建遠洋漁業水產品追溯系統，通過各階段特有的技術手段和評級參數進行溯源分析，整合遠洋漁業捕撈企業、運輸企業、加工企業、銷售企業、消費者、監管部門進行系統的設計與運作。同時，依托漁聯網技術平臺進一步強化遠洋漁業水產品追溯系統的功能，并以遠洋捕撈物種———金槍魚為例構建相應的追溯系統，以期提高我國遠洋漁業水產品產業鏈信息溯源的可信性和安全性，降低遠洋漁業各主體的信息不對稱，為實現遠洋漁業產業高質量可持續發展提供參考和借鑒。

關鍵詞：遠洋漁業;區塊鏈溯源;漁聯網

中圖分類號：F326.4;S9;P74 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）05-0107-11

0 引言

隨著人民生活水平的提高和對美好生活的追求，我國居民的飲食結構得到了進一步的調整升級，高蛋白、低脂肪、天然優質的水產品成為人們消費的目標對象。遠洋漁業的捕撈水產品如金槍魚、魷魚等具備健康無污染、高營養價值的優勢，符合當前消費者的新型綠色食品消費需求，在國內和國際市場中具備較大的發展空間和潛力。然而，遠洋捕撈的水產品在運輸、儲存、加工、銷售等過程中往往存在信息不對稱問題，具體有捕撈企業與監管部門之間的信息不對稱、物流運輸企業與加工企業之間的信息不對稱、加工企業與消費者之間的信息不對稱等。信息不對稱問題的存在導致真正到達消費者手中的水產品品質大打折扣，甚至引發食品安全問題。如在三文魚的銷售加工過程中，由于其產量低、價格高的特性，許多不良商家以淡水養殖、價格低廉、賣相類似的虹鱒魚作為替代品欺詐消費者;再如2016年北太魷魚產量驟減、供應稀缺引起的價格翻倍，使得日本某水產公司采用水分含量高、含有怪酸味的秘魯魷魚作為替代品來降低加工成本。這些事件的發生大大降低了消費者對遠洋漁業水產品的信任度。2022年2月農業農村部《關于促進“十四五”遠洋漁業高質量發展的意見》（以下簡稱《意見》）[1]中強調要加強遠洋漁業全產業鏈建設，建立漁獲可追溯認證體系，同年6月農業農村部《遠洋漁業“監管提升年”行動方案》[2]中再次提出推進遠洋漁船信息化管理，支持研究開展公海漁船漁獲物可追溯試點。因此，研制構建高效、全面、及時的遠洋漁業水產品追溯體系勢在必行，是響應國家促進漁業資源科學養護和可持續利用的緊要方法，同時也是提高遠洋漁業水產品信任度、促進遠洋漁業高質量發展的重要措施。

伴隨“新基建時代”的到來，5G、物聯網、人工智能、區塊鏈等技術為推動產業數字化發展提供了科技支持。例如，阿里巴巴為加強食品供應鏈的誠信度，聯合普華永道運用區塊鏈技術打造可追溯的跨境食品供應鏈，以加強食品市場的安全;基因泰克和輝瑞等制藥公司為減少藥品盜竊和以假換真事件的發生，推出區塊鏈藥品追蹤項目，保障患者的用藥安全。目前，區塊鏈技術作為重要的前沿信息技術之一，受到政府、金融機構以及專家學者們的高度重視。區塊鏈技術去中心化、不可篡改[3-5]等優點得到了大眾的認可，部分學者將區塊鏈技術融合應用到水產品的追溯中。洪坤明等[6]基于聯盟區塊鏈設計開發了水產養殖品的追溯系統，利用實用拜占庭共識算法（PBFT）和超級賬本（Hyperledger）區塊鏈架構保證溯源查詢的可行性，并且有效解決了多源異構的問題，為水產養殖品的食品質量安全提供了一定的保障。Lei等[7]將養魚場平臺與區塊鏈相結合，為養殖過程中的監控數據提供安全、完整、可靠的存儲空間，運用智能合約自動執行養魚池的過程，降低人工失誤的風險。李夢琪等[8]為保證水產品溯源信息的安全性與可靠性，設計了主從多鏈的水產品溯源信息管理系統。方敏等[9]以廣州水產品溯源平臺為例，闡述了區塊鏈技術在水產品監管中的作用機理，打破部門邊界實現信息共享，助力實現水產品質量安全監管。趙海軍等[10]也將區塊鏈技術應用到湛江水產品的溯源分析中，探索建立海關溯源監管體系。此外，物聯網作為一種通過特定技術設備實現智能化識別、定位、處理的網絡，常被應用于農產品安全監管[11-15]、農產品質量追溯[16-19]等方面。隨著物聯網技術在水產領域的逐步應用，業界又提出了一個新的概念———漁聯網，漁聯網通過實時信息采集，為水產品質量安全追溯提供了重要的信息技術支撐。

從目前已有的研究來看，大多是以養殖水產品為主進行區塊鏈追溯系統的構建，缺少遠洋漁業這類以捕撈手段獲取的水產品的溯源研究。而將新技術與遠洋漁業水產品追溯相結合，不僅是遠洋漁業可持續發展的重要任務[20]，也可以為海洋藍色增長貢獻中國智慧[21]。目前已有將區塊鏈技術應用于遠洋漁業的初步實踐，如位于南太平洋西南部的所羅門群島成立的“幸運島公鏈”，區塊鏈和漁業的組合提高了該地區信息流通的效率。但是該鏈條在海洋產品的溯源功能方面還有待加強與完善，亟待結合漁業市場打造一條完整的數字生態經濟圈。

基于此，本文借助區塊鏈和漁聯網技術構建遠洋漁業水產品追溯系統，利用區塊鏈技術打破遠洋漁業水產品各環節的信息孤島問題，匯聚捕撈企業區塊、運輸企業區塊、加工企業區塊、銷售企業區塊以提高遠洋漁業產業鏈信息傳輸的高效性和及時性。依托漁聯網技術平臺強化遠洋漁業水產品追溯系統的功能，推動遠洋漁業產業朝著信息化和智能化方向發展。并以遠洋捕撈物種———金槍魚為例構建相應的追溯系統，為實現遠洋漁業產業高質量可持續發展提供參考和借鑒。

1 區塊鏈與漁聯網概述

1.1 區塊鏈的工作原理

區塊鏈是一種由多方參與者共同管理維護的分布式數據庫，打破了傳統數據庫的信息孤島問題，在無須第三方中介的情形下通過去中心化的網絡建立起一個以鏈條形式連接起來的數據結構。數據首先被發送進入區塊后進行相應的打包，發送節點進行全網廣播后對數據進行初步的合法性檢驗。檢驗完成后將數據存儲到一個新的區塊當中，執行共識算法進行驗證。只有區塊鏈中的所有節點達成共識驗證后該信息才能被記錄到區塊鏈中[22]，信息一旦寫入便不可篡改、不可否認，接著便將該數據區塊加到區塊鏈中。同時，每個區塊頭都存儲著上一個區塊的哈希（Hash）值、時間戳和默克爾（Merkle）根[23-24]，區塊之間通過Hash 值相連接，時間戳表示區塊的形成時間，且如果數據發生改變，可以通過Merkle根檢測到，保證了鏈上數據的不可篡改性[25-26]（圖1）。應用區塊鏈技術可以使得互不了解、互不關聯的多方完成信息的高效、高可信度的傳輸。

1.2 漁聯網

漁聯網是借助于區塊鏈、互聯網、大數據技術、人工智能等構建的現代智慧漁業信息化體系（圖2）。由于氣候變化引發的如海水酸化、海水溫度上升、溶解氧濃度下降等因素限制了遠洋捕撈的產量，為實現遠洋漁業的高質量發展需要對氣候變化、遠洋漁業資源、遠洋漁船設施裝備等進行深入分析，形成一套完整全面地解決遠洋漁業問題的綜合性方案。漁聯網通過“互聯網+遠洋漁業”的模式將遠洋漁業產業鏈資源集聚到一起，形成遠洋漁業互聯網平臺生態圈。漁聯網具體可分為漁數據、漁交易、漁服務、漁金融等模塊。漁數據主要包含海洋生態環境的研究與監測，對海水pH 值、海水溫度和溶解氧濃度實時監控并預測其變化規律，并對遠洋漁業的捕撈量進行數據匯總和趨勢分析。此外，遠洋漁業企業的銷售數據、費用支出等信息也可涵蓋在內。漁交易主要包含當前遠洋漁業的市場行情以及通過漁市場買賣的交易數據。漁服務通過提供漁業資訊以及遠洋漁業相關知識學習等一體化服務功能，打造智能化服務系統。漁金融可在遠洋漁業企業資金周轉困難時為其提供信貸、保險、信租等功能，以緩解遠洋漁業水產品的價格波動風險。一方面為現時遠洋漁業捕撈活動的開展篩選出有用的信息，提升遠洋捕撈活動的效率;另一方面可以為未來遠洋漁業的可持續高質量發展的決策提供數據支撐。漁聯網的開發與應用可以推動遠洋漁業產業朝著信息化、高效化、智能化發展，加快實現遠洋漁業產業的高質量發展。

2 基于區塊鏈和漁聯網技術的遠洋漁業水產品追溯系統設計

2.1 遠洋漁業水產品供應鏈各階段采用的技術和評價參數

遠洋漁業水產品供應鏈大致包含5個階段，分別是：遠洋捕撈階段、冷鏈運輸階段、精深加工階段、零售、批發階段、質量監管階段（表1）。每個階段通過其特有的技術手段和評級參數進行溯源分析，并及時上傳到區塊鏈中進行記錄和存儲。遠洋捕撈階段通過海洋生態環境監測系統和漁聯網技術，實時監測海洋生態環境的變動并預測其變化規律，根據變化規律預測漁獲量以提高捕撈效率，降低人力成本。在遠洋捕撈活動完成后，及時記錄捕撈水產品信息上傳到漁聯網。冷鏈運輸階段運用全球定位系統、北斗衛星導航定位系統等實時查詢運輸位置，有條件的情況下可以采用冷風機、速凍機等對遠洋捕撈水產品進行凍結再運輸，提高運輸過程中的綜合效益。同時，通過監測溫度、濕度、運輸速度、遠洋水產品新鮮度[27-28]等監測冷鏈運輸環境，并及時上傳運輸環境的異常波動到區塊鏈中。精深加工階段通過現代高新技術如超高壓技術、輻照技術、酶技術[29-30]等提高遠洋漁業水產品資源的利用率。如超高壓技術及輻照技術可以控制加工過程中的微生物含量，殺菌作用十分顯著。酶技術不僅可以保證水產品的色澤及賣相，還可以改善生產工藝以生產出附加值更高的水產品。此外，在加工過程中將加工工廠的溫度、濕度以及消毒滅菌狀態上傳至區塊鏈。零售、批發階段可通過掃描二維碼的方式查看遠洋漁業捕撈水產品的捕撈產地以及加工和入庫信息，大體了解遠洋漁業水產品供應全過程。將零售儲存環境的溫度、濕度記錄定期上傳至區塊鏈，避免銷售環節中出現水產品腐壞問題，并在水產品出庫銷售時掃描追溯信息，實現水產品流通過程的完整記錄。質量監管階段通過選取樣本檢驗微生物含量、有害殘留物等，對遠洋漁業捕撈水產品的質量安全進行判定，并為消費者提供投訴反饋的平臺。

2.2 基于區塊鏈和漁聯網技術的遠洋漁業水產品溯源的框架設計

2.2.1 遠洋漁業水產品追溯主體

遠洋漁業水產品供應鏈過程中涉及的主體眾多，大致可以分為內部主體和外部主體。內部主體包含遠洋漁業捕撈企業、冷鏈物流運輸企業、精深加工企業、銷售企業等，外部主體包含質量監管機構、消費者等。基于區塊鏈和漁聯網技術的遠洋漁業水產品追溯系統可以滿足相關內外部主體的現實需要和應用需求。①對遠洋漁業捕撈企業來說，通過漁聯網對海洋生態環境狀況的分析來預測當前遠洋漁業漁獲量水平，提高遠洋捕撈的效率。并通過漁聯網中的漁交易模塊把控當前遠洋漁業市場行情，以求實現遠洋捕撈企業利益最大化。②對冷鏈物流運輸企業來說，區塊鏈技術可以實現運輸全過程的實時監控，時刻把控并適當調整運輸環境的溫度、濕度以及運輸速度等變量，提高冷鏈物流運輸配送的效率，保證運輸產品的色澤和鮮度滿足消費市場的需求。③對精深加工企業來說，漁聯網技術中的漁服務模塊有助于企業及時高效了解當前遠洋漁業的相關資訊，把握當前市場消費熱點。同時區塊鏈技術可以對加工環境的溫度、濕度等實時監控，實現加工過程的數據可視化，保障加工過程的透明性。④對銷售企業來說，結合漁聯網中的漁交易和漁服務模塊可以充分了解當前市場需求和相關競爭企業的目標產品，找到市場交易缺口滿足自身利益。同時銷售企業可以利用區塊鏈技術達到遠洋漁業水產品供應信息的全程可視化，對出入庫信息及銷售前的儲存信息進行全面登記，完成銷售環節的信息更新。⑤對消費者來說，在消費時可以通過掃描二維碼查詢到遠洋水產品的產地信息、流通信息、加工信息、倉儲信息等，實現遠洋水產品供應過程中的透明度，提高消費者對遠洋漁業水產品的信任度。⑥對質量監管機構來說，各企業在加入區塊鏈前首先要取得相應的資質證明并獲得公鑰和私鑰的授權。而區塊鏈通過各個節點保證水產品供應鏈信息的可追溯性，有助于監管過程中明確責任主體，找到問題源頭，嚴格把控遠洋水產品質量安全問題。

2.2.2 總體框架設計

運用區塊鏈技術的分層機構，遠洋漁業水產品溯源系統框架大致包含4個層次：數據層、網絡層、合約層、應用層（圖3）。

數據層主要是通過遠洋漁業水產品供應鏈環節中的多種技術如漁聯網、傳感器、射頻識別技術等，完成捕撈環節、冷鏈運輸環節、加工環節、銷售環節等關鍵信息的采集和存儲。通過漁聯網和區塊鏈技術的整合與聯結，形成“互聯網+遠洋漁業”的智慧遠洋漁業信息系統。將遠洋漁業供應鏈的相關信息及時、高效地上傳至區塊鏈中，作為溯源系統的主要信息來源。

網絡層是收集的關鍵信息的傳輸通道，是信息流通的保障。一方面把關鍵信息通過Wi-Fi、5G等方式上傳到云端，保證信息的可得性;另一方面，通過P2P網絡和共識機制完成區塊信息的廣播共識，實現區塊鏈上的節點驗證以及數據的傳輸。

合約層通過腳本代碼、算法機制、智能合約的封裝，當區塊鏈中的數據滿足合約條件時自動執行相應的代碼。智能合約的代碼一經生成便無法篡改，大大降低了欺詐的風險。同時，在執行過程中無須第三方的介入，僅依靠計算機便可以完成合約的全過程，實現去中心化。

應用層是溯源系統在實際中的具體運用與體現，為質量監管部門、消費者以及其他相關企業提供遠洋水產品捕撈信息、運輸信息、加工信息、銷售信息的追溯查詢功能。如消費者可通過掃描二維碼查詢到遠洋水產品供應的全程追溯信息，為信息的交互提供一個服務接口。

3 基于區塊鏈和漁聯網技術的遠洋漁業水產品溯源流程

遠洋漁業水產品溯源系統包含捕撈企業、運輸企業、加工企業、銷售企業、消費者、監管部門等內外部主體（圖4）。相關企業加入區塊鏈之前首先要注冊登記，并經監管部門審查核驗資質后頒發公鑰及私鑰，身份認證完成后使用注冊的ID 加入區塊鏈并進行后續的信息查詢。首先，通過漁聯網、傳感器、射頻識別技術、GPS等方式采集捕撈活動、運輸活動、加工活動、銷售活動的源頭數據信息，并進行信息的上傳及存儲。

以遠洋捕撈物種金槍魚為例來具體解析整個追溯系統的溯源流程（圖5），該系統主要的組成部分為區塊鏈網絡和漁聯網兩個子系統。捕撈企業一方面要將海洋生態環境變化及捕撈裝備技術對金槍魚捕獲量的影響考慮在內，例如海水酸化會導致珊瑚和貝類的鈣化量下降，減少金槍魚類的食物來源并影響其捕食、繁殖行為等，引起捕獲量的下降。先進的遠洋拖網漁船可以利用魚群探測系統實現選擇性精準捕撈，提升捕撈效率[31-32]。將金槍魚捕撈的品種、漁獲物處理工藝流程、新鮮度、捕撈地等信息建檔上傳至區塊鏈中，執行智能合約對數據進行處理并存入捕撈企業區塊，經全網廣播達成共識后完成對捕撈企業信息檔案的更新。

運輸企業利用GPS、北斗衛星定位導航系統、溫度傳感器等實時監測運輸位置和運輸環境變化，將發貨地信息、運輸信息、貨物信息、收貨方等信息進行記錄建檔。把金槍魚自捕撈上岸后的物流運輸全過程信息進行上鏈，按照時間戳順序存入運輸企業區塊。更新相應的物流運輸信息，保證每個環節的物流信息可以有效銜接。

加工企業在收到來自運輸企業的金槍魚后，將采購到的水產品來源、加工技術、包裝情況、加工環境等信息進行上鏈。同時精深加工過程中可能涵蓋金槍魚罐頭、金槍魚休閑零食、金槍魚保健制品等高附加值產品，在此類產成品的加工過程中可能涉及其他供應鏈的產物，如食品添加劑、包裝材料等。因此為保障后續產品質量的可追溯性，也要對產成品的各種原材料來源進行存儲記錄，經廣播共識后存入加工企業區塊，更新相應的加工食品信息。

銷售企業在收到冷鏈物流企業運送的生鮮金槍魚、經加工企業精深加工后的金槍魚水產品后，進行入庫信息的登記，并將倉儲信息、銷售信息及后續的出庫信息記錄建檔，補充遠洋水產品的價格和銷售時間，保證產品信息的完整性和全面性。待所有信息上鏈后按時間戳順序存入銷售企業區塊，完成銷售環節的信息更新并加入區塊鏈網絡。

最終，捕撈企業區塊、運輸企業區塊、加工企業區塊、銷售企業區塊等匯聚成區塊鏈網絡，金槍魚水產品的整個生命周期都記錄到區塊鏈網絡中。監管部門和消費者通過頒發的密鑰分配的不同查詢權限，對金槍魚水產品產業鏈分別進行內部和外部的監督管理。監管部門通過區塊鏈進行信息的查詢，并對各企業提供的金槍魚產成品進行質量監測與管控。若發現供應原料與信息記錄不符時可及時追究金槍魚產品供應鏈的相關企業，沿區塊鏈網絡快速追溯找到責任主體，查清問題源頭，保證質量問題追溯的效率。此外，消費者在該追溯系統下，可通過掃描金槍魚水產品二維碼查詢到產品全供應鏈環節的捕撈信息、物流運輸信息以及加工信息等（表2），確保了追溯信息的全程可得性及透明性。同時，消費者也可以作為外部監管的一種途徑，當其在發現查詢到的溯源信息異常時，也可直接向監管部門進行反饋并提供相應的佐證信息。

在遠洋漁業區塊鏈網絡形成后，再依托漁聯網技術平臺構建包含漁數據、漁交易、漁服務、漁金融等模塊的遠洋漁業互聯網平臺生態圈。在此過程中各企業可利用漁聯網系統獲取金槍魚相關資訊、市場行情、交易數據及金融支持等服務，為金槍魚捕撈企業、運輸企業、加工企業、銷售企業等提供信息支持和技術服務，強化遠洋漁業水產品追溯系統的功能。如加工企業在選擇精深加工的魚類品種時，可通過漁交易、漁服務模塊了解當前遠洋漁業市場交易行情，獲得加工效益的最大化，并綜合上鏈信息監督物流運輸企業的運輸環境及效率，減輕信息不對稱問題。

4 結語

為解決遠洋漁業水產品供應鏈中存在的信息不對稱問題，本文將區塊鏈和漁聯網技術融入遠洋漁業水產品追溯系統的構建中，整合遠洋漁業捕撈企業、運輸企業、加工企業、銷售企業、消費者、監管部門進行系統流程設計。①在技術和評價參數上，將遠洋漁業水產品供應鏈5個階段涵蓋的技術手段和評價參數進行分析，對每個階段的具體監測過程進行討論。②在框架設計上，通過整合區塊鏈和漁聯網技術等進行信息的采集和存儲，為各主體提供遠洋漁業水產品的相關信息，并實現信息的高效、及時傳輸。③在流程設計上，匯聚捕撈企業區塊、運輸企業區塊、加工企業區塊、銷售企業區塊等，依托漁聯網技術平臺構建遠洋漁業互聯網平臺生態圈，通過掃描二維碼實現遠洋漁業水產品的信息查詢，保證溯源信息的全程可得性。

隨著遠洋漁業的高質量可持續發展日漸受到重視，理應結合新興技術對遠洋漁業水產品的溯源構建新型追溯平臺與系統，本文為解決遠洋漁業水產品供應鏈溯源提供了新的思路和方法。但是，研究成果還局限于定性分析層面，加之當前全球氣候變動對遠洋漁業漁獲量帶來的影響，后續研究可以結合遠洋漁業產業面臨的氣候風險因素進行定量分析，有效評估氣候變化下遠洋漁業水產品面臨的關鍵風險因素，并將其進一步考慮到溯源系統的設計中，以期更好地保障遠洋漁業水產品質量安全、提高消費者信任度，并進一步增強我國遠洋漁業水產品產業鏈信息溯源的可信性和安全性。

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基金項目：國家社會科學基金重大項目“加快建設海洋強國背景下我國‘深藍漁業’發展戰略研究”（21amp;ZD100）;教育部人文社會科學規劃項目“基于區塊鏈的食品供需網可追溯系統協同優化路徑研究”（23YJA630031）.