基于區(qū)塊鏈的農產品供應鏈溯源管理研究

朱盼盼 張予倩 康豫 陳晨

摘 要：針對目前農產品溯源體系中存在的數據真實性、完整性難以保障，溯源數據共享傳遞效率低，監(jiān)管協(xié)作機制不完善等問題，將區(qū)塊鏈技術與農產品供應鏈相結合，構建基于區(qū)塊鏈的農產品供應鏈溯源方案，實現農產品供應鏈數據正向跟蹤和逆向溯源、數據加密保證不可篡改及安全運行，保障農產品質量，增強消費者對農產品的信心，革新農產品供需關系。

關鍵詞：農產品；供應鏈；區(qū)塊鏈；溯源

高效可靠的農產品追溯體系能夠全面、準確追溯產品整個生命周期，提高產品質量管理水平，為消費者提供可靠信息，及時回應消費者關切，對于確保產品質量、增強消費者信心及農業(yè)健康生態(tài)的構建具有重要作用。然而，目前溯源系統(tǒng)存在溯源數據集中存儲、信任感低且安全性受限等挑戰(zhàn)，使得真正發(fā)揮溯源價值變得相當困難。傳統(tǒng)農產品溯源系統(tǒng)存儲節(jié)點單一，數據偽造、篡改成本低，可信度低。數據采集方面，農產品追溯管理的基礎是采集錄入完整、真實的信息，然而，受限于數據錄入者的素質，源頭數據質量難以保證，參與主體可能因為自身利益，故意錄入虛假信息，僅僅依靠個體的自覺性來保障信息安全是極為不現實的。此外，農產品供應鏈上的溯源信息為各個獨立個體所擁有，溯源信息共享效率低。再者，溯源過程監(jiān)督體系不夠完善，供應鏈各環(huán)節(jié)職責界限模糊，缺乏統(tǒng)一有力的監(jiān)管部門和信息反饋平臺，導致溯源過程難以真實反映，難以實現準確有效監(jiān)管。

區(qū)塊鏈憑借其去中心化、公開透明、加密保護和防篡改的特點，在產品可追溯性方面具有不可比擬的優(yōu)勢，不僅可以有效克服中心化追溯系統(tǒng)諸多痛點，提升產品溯源信息準確性，而且利用智能合約可以縮短流通時間，提升產品新鮮度，優(yōu)化流通價值鏈。基于區(qū)塊鏈的農產品溯源具有全流程跟蹤記錄、鏈上信息不可篡改、方便共享等優(yōu)勢，為供應鏈場景下實現農產品可追溯提供了新思路。全程跟蹤記錄，可為農產品質量管控提供更多支持。基于區(qū)塊鏈的信息生成方法，將產品從生產、加工、運輸、銷售等環(huán)節(jié)的數據打包成塊，加上時間戳，形成區(qū)塊鏈，與農產品的供應鏈流程完美融合，可實現全程跟蹤記錄。傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)中的數據只存儲到一個中央數據庫中，數據容易被篡改，安全性較低。基于區(qū)塊鏈的農產品溯源系統(tǒng)中，數據存儲在多個節(jié)點，相互監(jiān)督，彼此制約，在提高溯源效率的同時，增加了數據篡改難度，保證產品追溯數據的可信度。區(qū)塊鏈的實時記錄、不可篡改和公開透明特點，使得監(jiān)管機構和消費者一旦發(fā)現產品安全問題，可以通過查詢產品溯源信息，追根溯源，實現源頭可查、責任可查，形成產品質量管控全過程管理，促進行業(yè)自律。

一、國內外發(fā)展現狀

（一）農產品溯源發(fā)展

農產品溯源起源于歐盟的“瘋牛病”事件，瘋牛病暴發(fā)給農業(yè)帶來了巨大的負面影響，也給歐盟各國食品監(jiān)管部門帶來巨大壓力。為了扭轉這一局面，歐盟于1997年開始研究建立牛肉相關產品的核查和登記制度，追溯從養(yǎng)殖到銷售的全過程信息，助力快速識別問題食品的范圍和責任，實現快速召回，保護消費者權益。我國于1995年通過《中華人民共和國食品衛(wèi)生法》，對全國食品衛(wèi)生工作做了全面部署。進入21世紀以來，先后發(fā)生了多起影響消費者身體健康的食品安全事件。為此，我國加大了食品安全追溯制度建設力度。2022年，完善農產品全產業(yè)鏈質量安全追溯體系寫入中央一號文件。

（二）區(qū)塊鏈在農產品溯源中的應用

區(qū)塊鏈憑借其技術優(yōu)勢，為農產品供應鏈溯源提供了新思路，國家在政策上給予了較大鼓勵和支持。2017年國務院《關于積極推進供應鏈創(chuàng)新與應用的指導意見》指出，利用區(qū)塊鏈技術建立供應鏈信用評價機制。2019年國家互聯網信息辦公室《關于第一批境內區(qū)塊鏈信息服務備案編號的公告》中指出，基于區(qū)塊鏈的溯源應用是重點方向。2021年工業(yè)和信息化部、中央網信辦聯合發(fā)布《關于加快推動區(qū)塊鏈技術應用和產業(yè)發(fā)展的指導意見》，明確要將區(qū)塊鏈應用滲透到經濟社會多個領域，在產品溯源、數據流通、供應鏈管理等領域培育一批知名產品，形成場景化示范應用。同年，農業(yè)農村部《關于拓展農業(yè)多種功能促進鄉(xiāng)村產業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》要求把區(qū)塊鏈技術引入農業(yè)產加銷各個環(huán)節(jié)。

二、基于區(qū)塊鏈的溯源管理

（一）用戶需求分析

農產品溯源可分為前向傳遞信息溯源和后向信息溯源。其中，前向溯源是從生產者到消費者的信息溯源，可以直觀地記錄農產品流通過程；后向溯源是指當發(fā)生食品安全問題時，從供應鏈終端消費環(huán)節(jié)追溯農產品供應鏈信息，從而快速確定發(fā)生問題環(huán)節(jié)及對應的相關負責人。按照參與主體的不同，農產品供應鏈溯源用戶可分為企業(yè)需求、監(jiān)管需求和消費者需求。對于企業(yè)，溯源系統(tǒng)最重要的作用是為顧客提供可信來源證明，提高產品競爭力，提升品牌效益；對于消費者，重要的是可以利用溯源系統(tǒng)獲取可靠信息，驗證產品質量，當發(fā)現產品存在質量安全問題時，可以及時向有關部門投訴；對于監(jiān)管者，重要的是要借助溯源平臺對問題產品及時召回，完成追責，規(guī)范企業(yè)行為。

（二）區(qū)塊鏈技術選擇

區(qū)塊鏈按照應用方式及訪問管理權限可以大致分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈三種。其中，公有鏈也稱為無許可區(qū)塊鏈，任何來自不同背景的成員和組織都可以參與到系統(tǒng)中進行交易、挖掘和參與系統(tǒng)維護工作。整個區(qū)塊鏈網絡中沒有確定的驗證節(jié)點，因為它對所有成員都是公開透明的，所有用戶都可以訪問。這種完全授權的方式允許網絡中的每個成員可以在任何時候檢查區(qū)塊鏈的任何部分，驗證區(qū)塊鏈中數據的正確性。私有鏈在準入原則上與公有鏈相對立，整個系統(tǒng)權限由單個組織或者私人控制，私有鏈被用于多個組織之間私有數據的交換和共享，整個網絡傾向于集中化，由控制規(guī)則的組織或個人決定哪些節(jié)點可以參與。相對于公有鏈，私有鏈無須花費很多的資金和算力來達成共識，更廉價、快速。聯盟鏈是一種在準入原則上處于公有鏈與私有鏈中間的區(qū)塊鏈形式，整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)不是由單個組織控制的，但也不是完全開放的，而是由多個機構或組織聯合管理的，每一個組織或機構都分別操作著一個或多個節(jié)點，共同維護區(qū)塊鏈網絡。三種類型的區(qū)塊鏈各有千秋，需要針對不同的應用場景選擇合適的區(qū)塊鏈類型，公有鏈適用于需要更高穩(wěn)定性與安全性，但是不追求較高交易速率的場景；對于強調隱私性、內部監(jiān)督及交易速率的應用場景，私有鏈或者聯盟鏈更為適宜。本研究結合農產品供應鏈特點和溯源業(yè)務需求，選擇構建以供應鏈多元主體組成的聯盟鏈為基礎的溯源體系。

（三）溯源方案構建

圍繞產品全生命周期涉及的所有節(jié)點及關鍵質量信息，選擇符合其特點和用戶需求的區(qū)塊鏈平臺，構建由供應鏈中多元主體參與的聯盟鏈，其溯源架構如圖1所示。

采集層結合物聯網技術，獲取產品質量所有相關數據。數據層由區(qū)塊和數據庫組成，將區(qū)塊鏈接組成區(qū)塊鏈，進行數據存儲。存儲主要采用關系型數據庫與區(qū)塊鏈相結合的方式進行。網絡層負責各節(jié)點間的數據通信。共識層多個節(jié)點共同驗證交易的共識機制保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)運行效率。合約層自動執(zhí)行滿足約定條件的交易，并將其交易信息上鏈共享。應用層提供滿足其需求的統(tǒng)一信息查詢、數據錄入等服務支持，向不同用戶提供不同的功能。信息錄入系統(tǒng)中涉及生產、加工、運輸和銷售等。生產環(huán)節(jié)主要的參與主體是農戶，農戶負責將產地信息，澆水施肥、采摘等生產信息上傳錄入區(qū)塊中，利用數字簽名技術對其進行驗證，經過驗證后的信息在整個區(qū)塊鏈上同步保留、存儲。加工環(huán)節(jié)主要的參與主體是加工商，加工商對來自生產環(huán)節(jié)的農產品進行初加工或深加工，并將信息進行更新上鏈。物流環(huán)節(jié)主要的參與主體是物流商，物流商將產品位置移動、運輸方式、環(huán)境等數據上鏈共享。銷售環(huán)節(jié)主要的參與主體是銷售商和消費者。銷售環(huán)節(jié)信息溯源不僅有助于品牌培育、提高產品競爭力，而且基于消費信息的分析，可挖掘客戶需求，提供個性化服務，提高消費者滿意度，促進銷售。借助信息查詢系統(tǒng)，消費者可查詢農產品全生命周期信息，政府可以進行正向追蹤、反向追溯，對問題產品倒查追責。基于農產品供應鏈溯源邏輯設計智能合約，滿足約定規(guī)則時可自動執(zhí)行。符合要求的企業(yè)注冊登錄上傳數據，農產品生產商、加工商和銷售商信息上鏈之后，消費者和監(jiān)督部門可以利用溯源碼在查詢頁面查看溯源的相關信息。

（四）系統(tǒng)功能測試

通過系統(tǒng)功能測試可驗證農產品供應鏈溯源系統(tǒng)能否實現供應鏈數據正向跟蹤和逆向溯源、數據加密保證不可篡改及安全運行。滿足要求的企業(yè)用戶進行注冊登記，借助共識機制和智能合約，進行數據上傳共享，并同步到所有分布式賬本中，審核驗證。對農產品供應鏈生產企業(yè)的各個生產環(huán)節(jié)按生產先后關鍵順序，進行數據采集、數據登記畫像、上鏈存證，通過成品賦碼，形成區(qū)塊鏈溯源一物一碼。在倉儲流通銷售過程中，采集倉儲流通過程上鏈，對應一物一碼實現關聯，并在銷售時對接銷售系統(tǒng)，記錄銷售訂單編號、銷售時間、銷售方、購買方相關信息，實現全過程可信追溯，供消費者查詢和監(jiān)管部門抽查，及時確認問題產品責任主體。

三、結語

本研究針對傳統(tǒng)農產品供應鏈溯源系統(tǒng)中存在的問題，結合農產品供應鏈特點，引入區(qū)塊鏈技術，提出基于區(qū)塊鏈的農產品供應鏈溯源方案，滿足產品生產、加工、運輸、銷售、消費、監(jiān)管等各方關于農產品質量把控和溯源的業(yè)務需求，以有效提高農產品溯源的精準度、安全性和運行效率。

參考文獻：

[1]張雅倩，劉江平，陳晨.應用Hyperledger Fabric和物聯網技術的農產品溯源系統(tǒng)設計[J].山西農業(yè)大學學報（自然科學版），2022，42（6）：12-23.

[2]陳琦，王冠楠，趙蒙，等.農產品區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)對消費者重購意愿影響研究[J].中國地質大學學報（社會科學版），2022，22（5）：100-111.

[3]卞立平，孫愛東，孫曉明，等.基于區(qū)塊鏈技術的農產品深度溯源系統(tǒng)建設思考和設計方案[J].江蘇農業(yè)學報，2022，38（4）：1092-1098.

[4]應毅，王志瑞，劉亞軍，等.基于聯盟區(qū)塊鏈的進口農產品溯源系統(tǒng)研究[J].江蘇農業(yè)科學，2022，50（14）：207-213.

[5]景旭，劉滋雨，秦源澤.基于區(qū)塊鏈中繼技術的集群式農產品供應鏈溯源模型[J].農業(yè)工程學報，2022，38（11）：299-308.

[6]劉雙印，雷墨鹥兮，徐龍琴，等.基于區(qū)塊鏈的農產品質量安全可信溯源系統(tǒng)研究[J].農業(yè)機械學報，2022，53（6）：327-337.

[7]李旭東，楊千河，姚竟發(fā)，等.基于區(qū)塊鏈的農產品溯源技術研究綜述[J].江蘇農業(yè)科學，2022，50（6）：16-24.

[8]李天明，嚴翔，張增年，等.區(qū)塊鏈+物聯網在農產品溯源中的應用研究[J].計算機工程與應用，2021，57（23）：50-60.

[9]張曉蝶，黃鄭正，趙金輝，等.基于區(qū)塊鏈多鏈的農產品供應鏈追溯應用[J].重慶理工大學學報（自然科學），2021，35（10）：172-179.

[10]吳曉彤，柳平增，王志鏵.基于區(qū)塊鏈的農產品溯源系統(tǒng)研究[J].計算機應用與軟件，2021，38（5）：42-48.