區塊鏈架構下農產品溯源政府可信化監督管理優化模型

李佳欣 譚凱暢 施海東 母仕宇

摘 要：本文針對傳統農產品產業鏈溯源效率低下、可信度較低、溯源系統數據易篡改等系列問題，參考農產品產業鏈溯源標準，結合區塊鏈的聯盟鏈，提出了基于“區塊鏈+PBFT機制”的農產品大數據安全管理模型，通過BaaS云平臺和物聯網技術儲存農產品產業鏈數據，同時加強隱私保護系統的構建，對農產品溯源的信息進行加密和匿名處理，實現農產品追溯與隱私保護的雙重目標，在這一過程中融入政府可信化監管，由政府提供公共信用數據，從而保障消費者權益，維護市場秩序。

關鍵詞：區塊鏈；農產品產業鏈溯源；BaaS云平臺

Optimization Model for Trusted Government Supervision and Management of Agricultural Product Traceability Under Blockchain Architecture

Abstract： Aiming at a series of problems such as low traceability efficiency， low credibility and easy tampering of traceability system data in traditional agricultural product industry chain， this paper proposes a big data security management model of agricultural products based on “blockchain + PBFT mechanism” by referring to the traceability standard of agricultural product industry chain and combining with the alliance chain of blockchain. It stores the data of agricultural product industry chain through BaaS cloud platform and Internet of things technology， strengthens the construction of privacy protection system， encrypts and anonymizes the information of agricultural product traceability， realizes the dual goals of agricultural product traceability and privacy protection， and integrates government credible supervision in this process. The government provides public credit data to protect the rights and interests of consumers and maintain market order.

Keywords： blockchain; agricultural products industry chain traceability; BaaS cloud platform

隨著人們對美好生活的要求不斷提高、健康飲食的意識不斷增強，農產品相關的食品安全問題受到廣泛關注。盡管目前農產品供應鏈中存在一個中心化的管理機構，但其維護成本較高且交易數據仍然無法完全公開透明。因此，急需一種新型技術手段構建農產品溯源渠道，以保障農產品的食品安全。

農產品產業鏈政府可信監管溯源系統優化模型是一種政府參與監管的食品安全保障模型，可對農產品生產、供給、銷售各環節進行順向追蹤，從生產源頭到消費終端的產業鏈全過程進行溯源反饋，或從消費終端到生產源頭進行逆向追蹤，是一種可有效保障農產品質量安全及其相關信息真實可靠的追溯系統，結合聯盟鏈和PBFT共識機制，使所有的誠實節點保持一致，降低錯誤信息對于整體的判斷，同時通過政府可信化監管對整個農產品產業鏈溯源進行宏觀調控，真正實現“從農田到餐桌”的全程可追溯信息化管理，使整個農產品生產經營活動始終處于有效監控之中[1]。

通過與政府可信監管相結合，能夠更好地加強對于農產品數據的監測與管理，企業可以與政府達成合作，使市場監督管理局重點監測農產品的質量問題，為消費者的食品安全提供保障。“區塊鏈+PBFT機制”有助于消費者實時監控所購買的農產品物資的安全情況，透明可視化的產業鏈流程有助于促進全民監督，減少農產品質量安全糾紛。

1 傳統農產品產業鏈溯源的困境

1.1 條形碼溯源方式的局限性

農產品安全問題持續受到人們的廣泛關注，農產品溯源渠道也不斷拓展，條形碼溯源是一種常用的農產品溯源方式。原始的條形碼是通過寬度（線）與平行線的距離來顯示信息，也被稱為一維條形碼或者是標識體系[2]。目前，條形碼一般用于商品銷售中的商品定價，而不是為了跟蹤產品，無法追蹤到農產品全產業鏈的生產、供給、銷售各個方面的情況。因此，條形碼的溯源方式難以滿足消費者對于農產品食品安全保障方面的需求，難以解決食品安全糾紛。

1.2 傳統農產品溯源方式效率低下

傳統農產品溯源方式效率低下，具體體現在以下幾個方面。①記錄方式落后。許多農產品的追溯信息仍依賴于紙質記錄或簡單的電子表格，這種方式難以高效地存儲、查詢、共享信息。②信息分散。農產品從生產到銷售的各個環節涉及多個利益相關者，如農戶、加工商、運輸公司、零售商等。每個環節的信息記錄方式不同，導致信息分散，難以整合。③數據標準不統一。缺乏統一的數據標準，導致信息無法有效互通和共享，增加了追溯的難度和成本。

1.3 傳統溯源系統數據易被篡改

傳統溯源模式由于缺乏對于防偽系統的監控以及共識機制的協調，在每個節點輸入數據的過程中，可能存在利益驅動而更改數據的情況，存在數據被篡改的風險，難以保證農產品溯源鏈中數據的真實性、準確性。因此，本模型研究的重點在于如何使傳統溯源系統區塊鏈模型獲得的數據更加可信與真實，保障消費者的合法權益和食用安全，在完善傳統溯源系統的同時引入政府機構對于農產品產業鏈溯源全過程的可信化監管模式，用政府這一“有形的手”規范市場的運行情況。

2 技術分析

2.1 區塊鏈技術

區塊鏈通常被認為是一個分布式數據庫，被稱為分類帳，其利用一種加密算法創建一個按時間順序排列的由數據塊組成的鏈結構，在點對點網絡中發生的所有交易記錄都可以存儲在塊中[3]。根據賬本記錄和維護過程、訪問權限和經濟生態模式的不同，區塊鏈的形態分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈[4]。公有鏈以去中心化為主、多中心化為輔，其中的任何節點都可以參與記錄與維護，但其承載能力較弱，而農產品產業鏈不需要全員可見，沉沒成本較高。私有鏈的參與者過于局限，只有個體和公司內部可參與記錄與維護，自行背書式的信任機制不具有去中心化的特點，無法滿足農產品產業鏈溯源的要求。相比之下，聯盟鏈的優勢突出表現在數據交易過程中可以精簡部分節點，節點數目穩定，兼具安全、效率和成本優勢。利用聯盟鏈助力農產品溯源不僅能夠提高溯源的透明度和安全性，打破傳統溯源系統數據存儲中心化的局面，還可增強供應鏈各追溯主體之間的信息互通性。圖1為區塊鏈溯源層次系統模型圖。

2.2 共識算法

共識算法作為區塊鏈的核心，主要負責確保數據傳遞和處理過程中的正確性和一致性[5]。工作量證明機制具有去中心化的優點，節點可以自由進出，不適合商業應用尤其是農產品產業鏈的溯源。權益證明機制的改進模式是創造性通過實施科技式的民主方法來消除絕對中心化的弊端，但這種機制仍然依賴于代幣，難以完美解決區塊鏈在農產品產業鏈溯源方面的應用。PBFT共識算法是基于BFT算法改進的，顯著降低了算法的復雜程度，大大提高了共識效率。

基于“區塊鏈+PBFT機制”的農產品大數據安全管理模型借助PBFT共識算法極大地降低了算法的復雜程度，在去中心化的同時可在一定程度上減少資源的浪費。此外，由于工作量證明機制和權益證明機制在不同節點都能填充新的板塊，在一定程度下會導致“分叉”問題，而PBFT機制只有一個節點能夠提出新的板塊，可在低資源消耗的同時解決“分叉”問題。圖2為農產品產業鏈溯源流程圖。

2.3 BaaS云平臺與區塊鏈技術

目前，區塊鏈技術的優勢已經逐漸被大眾認知，然而區塊鏈搭建的難度較大，僅在部分龍頭企業得到應用，大多數消費者難以接觸到輸入區塊鏈數據的機會。因此，為了使更多的企業和消費者有機會接觸到區塊鏈數據的載入、檢測和監督，BaaS云平臺應運而生。

“云鏈結合”即“云計算+區塊鏈”，將二者的本質特點“服務”結合在一起，具有按需供給的特點，把區塊鏈放在云端，既可以達到區塊鏈拓展服務范圍的目的，又可以利用云計算技術門檻低、個性化強的特點滿足消費者個性化的需求，實現跨流程、跨企業、跨區域的可視化區塊鏈溯源應用。

3 區塊鏈架構下農產品溯源系統的應用路徑

區塊鏈架構下農產品產業鏈溯源系統主要由4個模塊構成，首先是針對農產品種植、生產、分銷、包銷等一系列基礎數據管理層面的數據收集，可進一步細化分為種植生產管理數據部門、加工管理數據部門、產品檢測部門、物流信息管理部門等4個部門，各部門針對農產品對應的生產流程進行科學有效的檢測，并將檢測數據通過聯盟鏈進行上傳，聯盟鏈可以容納多方同時寫入，接納更多相關檢測行業和良心企業參與其中、互相監督。同時，“區塊鏈+PBFT機制”的共識機制可以更大程度上減少錯誤信息對于消費者的影響，保證農產品溯源數據的真實性、有效性、可行性。

從用戶角度來看，消費者可以通過掃描農產品包裝袋上的二維碼身份標識，借助微信小程序或者手機App獲取農產品從生產到銷售的全流程信息，這一過程不僅能提升消費者對農產品質量保證的信任，而且能夠倒逼企業提高對于農產品質量檢測的重視程度，“區塊鏈+PBFT機制”共識機制也能促使企業互相監督，形成良性競爭氛圍。

從政府可信化監管角度來看，農產品區塊鏈技術將農產品的種植、生產、加工、倉儲物流和零售終端等全過程的信息上鏈，監管部門可以作為其中一個節點加入到整個網絡當中，實現對農產品質量安全的管控。這增加了數據的可信度和透明度，有助于政府部門對農產品的質量和安全進行監管[6]。

政府可信化監管的主體包括國家監管部門（如國家市場監督管理總局）和各級地方政府，監管部門可通過BaaS云平臺和區塊鏈模型搜集農產品溯源類企業每一階段農產品監測結果的數據；企業可與地方政府達成合作，享受國家對于農產品溯源政策的優惠福利。市場監督管理局的專業技術檢測人員應走正規程序對企業和產品進行監測，監測完成后，地方政府仍應對該階段企業上傳到區塊鏈溯源系統中的監測數據進行對比，查看數據是否有誤，實現政府對于企業自主錄入區塊鏈系統數據的監管。同時，政府應出臺相關利好政策，提高企業對于農產品溯源系統的應用率，從而提高消費者對于農產品食品安全的信賴程度，促進農產品的售賣。

從供應鏈各參與主體角度來看，區塊鏈技術通過數據開放和共享可以實現供應鏈各節點之間的信息共享和協同工作：上下游企業之間能夠及時了解行業整體運行狀態，降低溝通成本，為生產企業提供高效的產銷對接渠道，建立包含生產、物流、銷售的可信流通體系，提升產品供應鏈的流轉效率；促進政府部門、企業、消費者等各方的協同監管和參與，為政府部門提供監督、管理、支持和決策的依據，提高監管效率，增強監管效果[7]。圖3為區塊鏈溯源安全保障體系。

4 結語

區塊鏈架構下農產品產業鏈政府可信化監管溯源系統不僅是一個農產品溯源平臺，而且涵蓋各方面監測機構的對接，同時需要政府對這一模塊進行監管與指導。目前我國區塊鏈溯源技術的發展僅次于美國和西歐，作為一種新興產業，區塊鏈溯源技術有著極大的發展前景，然而不少企業因缺乏相關研究和對于區塊鏈構建成本的擔憂仍然處于觀望態勢，因此有必要在國家、政府層面實現區塊鏈溯源領域的立法保障和標準規范，制定相應的法律法規，積極鼓勵區塊鏈溯源技術的發展，引進專業人才，更好地保障區塊鏈在農產品溯源領域的應用。

參考文獻

[1]魏希三，谷瓊，陳虎.鄉村振興背景下區塊鏈農產品溯源系統應用探究[J].智慧農業導刊，2023，3（20）：1-4.

[2]王丹蕾，王傳釗.基于區塊鏈技術的溯源系統助力農產品實現“真”綠色[J].產業創新研究，2023（18）：79-81.

[3]麻劍鈞，劉曉慈，易森林，等.區塊鏈技術在農產品供應鏈中的應用與發展對策[J].湖南農業科學，2023（8）：84-88.

[4]鄧小康.基于隱私區塊鏈的農產品溯源系統研究[D].武漢：武漢輕工大學，2023.

[5]尹雪倩，于安芬.基于區塊鏈的農產品供應鏈溯源應用研究[J].物流科技，2023，46（13）：108-111.

[6]劉陜南.基于區塊鏈的農產品溯源關鍵技術研究[D].石河子：石河子大學，2023.

[7]林涌.基于區塊鏈技術的農產品溯源平臺構建[J].市場監管與質量技術研究，2023（2）：29-32.