基于區塊鏈的茶葉農產品溯源應用

周杰

（廣西職業技術學院，廣西 南寧 530226）

農產品安全問題備受人民關注，尤其是在我國這個農業大國。近年來，農產品質量安全問題頻發，涉及農藥超標殘留、養殖不規范、產銷途徑不明等[1]。我們應建立完善的農產品質量安全追溯體系，對從生產到銷售的每個環節進行詳細記錄。通過這樣的追溯系統，才能夠及時發現問題的根源，并采取召回或及時處理措施來解決存在問題的農產品，從而避免潛在的不良后果進一步擴大。這樣的舉措有助于確保農產品的質量安全。運用區塊鏈技術構建農產品質量安全追溯體系，實現去中心化的分布式存儲和點對點傳輸，保障信息的真實可靠和不可篡改性，從而實現農產品全程可追溯的特性。

1 區塊鏈技術在農產品溯源的應用

基于區塊鏈的農產品溯源系統在茶葉農產品領域具有許多優勢。首先，它實現了全產業鏈關鍵環節數據的上鏈，包括茶葉農產品的種植、生產、物流和銷售等過程。這些數據被存儲在區塊鏈中，具有不可篡改的特性，確保數據的真實性和可靠性。通過這種方式，區塊鏈技術為茶葉農產品的溯源提供了強大的信任背書。

其次，茶葉農產品生產方可以利用互聯網身份標識技術，將農產品信息與個體身份綁定，并在區塊鏈溯源系統中進行跟蹤記錄。這種方式確保了信息的透明性和安全性，使茶葉農產品的生產過程可追溯。生產方的操作和數據都經過認證后，將生成區塊鏈上的茶葉農產品生產信息鏈，供供應鏈的其他參與方查閱和驗證。此外，區塊鏈溯源系統還能夠協助零售方管理茶葉農產品的生產日期、上架日期和來源等信息。零售方可以更好地掌握產品的溯源信息，提高供應鏈的可視性和管理效率[2]。

對于消費者而言，區塊鏈提供的分布式溯源應用使他們能夠便捷地查詢茶葉農產品的整個產業鏈溯源信息。這些信息不可篡改，消費者可以信任其真實性。消費者可以通過掃描產品上的溯源碼或輸入相關信息來獲取茶葉的生產過程、品質認證等信息，確保購買到安全、高品質的農產品。對茶葉企業而言，基于區塊鏈的溯源系統不僅能夠保障茶葉農產品的品牌和消費者利益，樹立品牌信譽，還有助于推動整個茶葉農產品產業的數字化轉型。通過溯源數據的記錄和分析，茶葉企業可以了解生產環節的合規性和產品質量，進行精細化管理和優化決策，提高茶葉農產品的質量和市場競爭力[3]。

2 基于區塊鏈的茶葉農產品溯源系統的研究

2.1 對茶葉農產品供應鏈溯源信息

農產品溯源是對農產品供應鏈各環節操作信息進行追溯的過程。供應鏈包括種植、采摘、加工、流通等環節。為確保可信的溯源數據，需要對每個環節進行詳細分析并記錄準確、完整的溯源信息[4]。

圖1 茶葉供應鏈生產流通過程

首先，研究茶葉農產品種植環節的供應鏈溯源信息。這包括茶葉種植基地的選址和管理、種植過程中的施肥、農藥使用等關鍵信息。通過追溯種植環節的信息，可以了解茶葉的生長環境、種植技術的應用和質量控制措施的執行情況。

其次，研究茶葉農產品生產環節的供應鏈溯源信息。這包括茶葉采摘、加工和包裝等環節的記錄。通過記錄茶葉的生產過程，可以了解采摘的時間、加工工藝和包裝方式等信息，確保產品的生產過程合規和質量可靠[5]。

第三，研究茶葉農產品物流環節的供應鏈溯源信息。這包括茶葉從生產地到銷售地的運輸和倉儲等環節的信息記錄。通過物流環節的溯源，可以了解茶葉的運輸路徑、運輸方式以及倉儲條件等信息，確保產品在運輸過程中的安全和質量保證。

最后，研究茶葉農產品銷售環節的供應鏈溯源信息。這包括茶葉銷售渠道、銷售記錄和消費者反饋等信息的跟蹤和記錄。通過銷售環節的溯源，可以了解茶葉的銷售渠道和流通情況，及時獲取消費者的反饋信息，為產品質量改進和市場營銷提供依據[6]。

因為通常固定式攝像設備拍攝到的動態物體可能不止一個，而需要從多個動態目標中分割出目標，可以SAMF目標跟蹤算法 [3]來，該算法基于KCF[12]，卻是具備有多尺度自適應的特點，算法是在多尺度縮放的圖像塊中通過平移濾波器對目標進行檢測，選擇響應最大的平移位置與尺度。提取出圖像中的動態目標物體之后，可以得到最終的動態目標物體如圖3（f）。

茶葉供應鏈的復雜多樣性構成了茶葉生命周期的基礎。茶葉供應鏈的溯源信息涉及多個環節，由于這些環節之間緊密相連，溯源數據中的字段除了時間之外可能存在大量重復值。這意味著溯源信息的記錄繁重且冗余，大量數據需要存儲在數據庫或區塊鏈中。為了確保信息可信溯源的同時減輕存儲負載，有必要對采集到的數據進行去重處理。

去重處理的方法可以采用多種技術手段。一種常見的方法是基于哈希算法，通過對數據進行哈希運算，將相同的數據映射為相同的哈希值，從而快速檢測和去除重復記錄。另一種方法是使用數據比對和匹配算法，通過比對不同環節的數據字段，識別并去除重復的記錄。在去重處理過程中，需要充分考慮數據的準確性和完整性。確保保留的數據能夠準確反映茶葉供應鏈的每個環節，并能夠提供可信的溯源信息。同時，還需要注意數據的時效性，及時更新和刪除失效的記錄，保持數據的實時性和可靠性。

結合分布式并行計算技術，可以將數據去重處理任務分解為多個子任務，并分配給不同的計算節點進行處理。每個節點負責處理一部分數據，利用分布式計算框架進行并行計算，從而大大縮短處理時間。同時，分布式計算還能夠充分利用多臺計算機的計算能力，提高系統的擴展性和負載均衡能力。分布式并行計算技術還可以應用于數據分析和挖掘過程中。通過將大規模數據分割成多個子數據集，在多個計算節點上并行進行數據分析和挖掘任務，可以大幅提高計算效率和響應速度。這使得茶葉供應鏈溯源系統能夠快速處理海量數據，并提供實時的溯源結果和分析報告。此外，分布式并行計算技術還可以通過數據分片和并行存儲技術，提高數據讀取和寫入的速度，進一步加速系統的溯源效率。通過將數據分散存儲在多個節點上，并利用分布式文件系統或數據庫進行數據管理，可以實現高吞吐量的數據訪問和處理，提升茶葉供應鏈溯源系統的整體性能。

2.2 基于區塊鏈的茶葉農產品溯源模型

茶葉產銷流通過程中產生的大量數據需要進行有效管理，以避免對區塊鏈平臺的運行和性能造成負面影響。為此，在交易進行時，采用國密算法生成數據的摘要信息，并將摘要信息保存在區塊鏈的區塊中，標志著交易的完成[7]。

為了充分利用系統帶寬和資源，茶葉供應鏈中的各個節點采集到的完整信息會先緩存在本地的數據庫中。然后，根據系統帶寬占用情況，逐步將完整數據從本地數據庫上傳到區塊鏈的分布式數據庫中，確保數據的逐步同步和平穩上傳。這種分步上傳的方式可以有效控制數據量，避免對區塊鏈網絡造成過大的壓力，確保平臺的穩定運行。

在保存完整信息時，節點的關鍵數據會通過節點的私鑰進行加密，以確保信息的安全性和防止泄露。只有具備相應私鑰的節點才能進行數據的解密和訪問，保護數據的機密性和完整性。同時，通過對摘要和完整數據進行互相驗證，可以確保數據的完整性和一致性，防止數據篡改和偽造[8]。具體構建方案：

區塊鏈技術：基于區塊鏈實現茶葉農產品溯源，將每個環節的關鍵數據上鏈，確保數據的不可篡改和透明性。區塊鏈技術提供了去中心化的分布式存儲和共識機制，保證數據的可信度和安全性。

并行計算：采用并行計算技術處理茶葉農產品溯源過程中的大規模數據，提高計算效率和響應速度。通過并行計算，可以同時處理多個數據任務，充分利用計算資源，加快溯源結果的生成和驗證過程。

分布式存儲：將茶葉農產品溯源所需的數據分布式存儲在多個節點上，提高數據的可靠性和訪問性。通過分布式存儲，可以實現數據的備份和冗余，防止數據丟失和單點故障。

數據加密和權限控制：采用數據加密技術對敏感數據進行保護，確保數據的機密性。同時，通過權限控制機制，限制不同角色和參與方對數據的訪問權限，保護數據的安全性和隱私性。

如圖2所示。

圖2 基于區塊鏈的茶葉農產品溯源模型

2.3 基于區塊鏈的茶葉農產品溯源系統模塊設計

基于區塊鏈的茶葉農產品溯源系統模塊設計可以包括以下幾個關鍵模塊：

數據采集模塊：負責采集茶葉農產品溯源所需的數據，包括茶葉種植、生產、物流、銷售等各個環節的信息。該模塊可以與傳感器、RFID標簽、掃碼設備等進行接口對接，實時獲取數據，并將采集到的數據進行標準化處理[9]。

區塊鏈存儲模塊：將采集到的溯源數據存儲在區塊鏈上，確保數據的不可篡改和透明性。該模塊負責數據的上鏈和存儲，通過區塊鏈的共識機制確保數據的一致性，并為后續的溯源驗證提供可信的數據來源。

溯源查詢模塊：提供給消費者、生產方和監管部門等用戶進行茶葉農產品溯源查詢的界面。用戶可以通過輸入茶葉產品的溯源碼或其他識別方式，查詢茶葉的生產環節、流通路徑和質量信息等。該模塊可以基于區塊鏈的智能合約實現查詢功能，確保查詢結果的準確性和實時性。

鑒權與權限模塊：管理用戶的身份認證和訪問權限，確保只有合法的用戶才能訪問和使用茶葉農產品溯源系統。該模塊可以結合公鑰加密技術和用戶身份管理系統，實現用戶身份驗證和權限控制。

數據分析與可視化模塊：對茶葉農產品溯源數據進行分析和可視化展示，提供數據挖掘和決策支持的功能。通過數據分析，可以發現茶葉產業鏈中的問題和潛在風險，并提供改進和優化建議。同時，通過可視化展示，可以直觀地呈現茶葉農產品的溯源信息，增加消費者的信任度和購買欲望。

如圖3所示。

圖3 系統功能模塊圖

3 結語

本研究在基于區塊鏈的茶葉農產品溯源系統方面取得了一定的進展，但仍存在一些不足之處和可以改進的方向。本研究在茶葉農產品溯源系統的設計中，主要關注了數據的采集、存儲和查詢等方面，而對于數據的分析和利用還有待進一步深入研究。未來可以結合數據挖掘、機器學習等技術，對采集到的茶葉農產品溯源數據進行更加全面和深入的分析，發現更多的業務洞察和優化機會。