基于區塊鏈的農產品溯源系統的應用探討與創新研究

摘 要：近年來，農產品安全問題一直是社會關注的焦點。在此背景下，農產品溯源技術得到了迅速的發展，各種各樣的農產品溯源系統應運而生。本文對農產品溯源的現狀和發展趨勢進行了探討，分析了基于區塊鏈技術的農產品溯源系統的優勢，并結合區塊鏈技術的特點和工作原理，創新性地將集成供應鏈管理技術引入基于區塊鏈的農產品溯源系統中，實現區塊鏈技術、農產品溯源、集成供應鏈管理技術三者的有機結合，為農產品溯源的發展提供有益的參考。研究結果表明，引入集成供應鏈管理模式后，溯源系統能夠帶來更為智能化和專業化的效果。未來，將繼續探索和改進該系統，以實現更加完善的農產品溯源管理。

關鍵詞：區塊鏈；農產品；溯源系統；集成供應鏈管理模式；自動化管理；去中心化

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）03-0-04

0 引 言

隨著人們生活水平的提高，對于農產品安全和農產品質量的要求也日益增加。農產品生產和流通過程中，常常存在著信息不透明、產品質量難以保證的問題。為了解決這些問題，研究人員開始尋求一種能夠實現農產品溯源管理的新技術。

區塊鏈技術作為一種分布式數據存儲技術，具有去中心化、不可篡改等特點，能夠大幅度保障數據的安全和透明，因此，被廣泛應用于各種領域，包括金融、醫療、物流等。在農產品溯源領域中，區塊鏈技術的應用也逐漸受到了關注。通過建立基于區塊鏈技術的農產品溯源平臺，能夠實現對農產品生產、流通、銷售等全過程的記錄和管理，提高農產品信息透明度，方便快捷地篩選出較高質量的農產品，提升農產品品牌競爭力，同時提高農產品安全性。因此，基于區塊鏈技術的農產品溯源平臺的研究具有重要的現實意義和應用前景，是當前的研究熱點。

1 農產品溯源問題

1.1 農產品溯源的概念

農產品溯源是指通過記錄和追蹤農產品的生產、加工、銷售等信息，確保農產品的質量和安全，提高農產品的價值。

隨著人們對食品安全的關注和健康生活的追求日益增強，對農產品溯源的需求也日益增加。消費者希望通過追蹤農產品的生產和銷售信息，了解農產品的質量和安全情況，并確保自己購買的農產品是健康的。同時，農民也希望通過農產品溯源平臺展示自己的農產品，提高農產品的價值，增加自己的收益。因此，農產品溯源的需求越來越高，成為當前社會熱點。

1.2 農產品溯源的現狀與發展趨勢

在傳統的農產品銷售過程中，信息不透明，難以追蹤農產品的生產、加工、運輸、銷售等過程，消費者很難確定農產品的真實質量和安全情況。目前農產品溯源仍然主要依靠傳統的溯源方式，如手工記錄、紙質文件等，存在數據不可靠、不安全、不易管理等問題，難以滿足現代消費者對于食品安全和信息透明度的需求[1]。

隨著消費者對食品安全和健康的日益關注，對農產品溯源的需求也在不斷增加。在數字化和科技發展的推動下，農產品溯源平臺基于區塊鏈技術的應用越來越普及，農產品溯源也越來越普遍。同時，相關政策和法規的不斷完善也將進一步推動農產品溯源的發展。預計農產品溯源將成為未來農業發展的重要方向。

2 區塊鏈技術

2.1 區塊鏈技術的發展歷史

區塊鏈技術的歷史可以追溯到2008年，當時在中本聰（Satoshi Nakamoto）的一篇論文中提出了一種分布式數字貨幣的概念，并以比特幣（Bitcoin）作為代表[2]。比特幣的核心思想是使用區塊鏈技術以去中心化的方式記錄比特幣的所有交易信息。這意味著，每一個交易都是被確認并驗證后存儲在一個可靠的數據結構（區塊）中，并且每個區塊都連接到前面的一個區塊，形成一條鏈（區塊鏈），其數據結構[3]如圖1所示。

區塊鏈技術在過去的十年里發展迅速，已經被廣泛應用于各種領域，包括金融、政府、健康保健、物聯網等。它具有去中心化、不可篡改、透明、安全等特點，并且允許任何人在不需要信任的情況下進行交易和數據存儲。

隨著技術的進一步發展，區塊鏈技術已經被用于各種不同的應用程序，例如分布式賬本、數字資產管理、智能合約等。它的潛力無限，并且仍然在不斷發展和改進，以適應未來的需求。

2.2 區塊鏈的工作原理和特點

區塊鏈是一種分布式數據存儲技術，它通過加密算法和去中心化的網絡結構實現了數據的安全性和可靠性。區塊鏈的工作原理是，將數據以區塊的形式連接起來，并使用密碼學方法對每個區塊的內容進行加密，以確保數據的完整性和不可更改性[4]。

區塊鏈的架構總共分為六層，分別是應用層、合約層、激勵層、共識層、數據層、網絡層，每一層都有其各自的功能[5]，其結構如圖2所示。

數據層存儲交易數據和區塊數據，每個區塊都包含了一組交易數據。網絡層負責網絡通信和數據傳輸，確保網絡中的節點能夠實時同步數據。共識層實現區塊鏈網絡中所有節點之間的共識機制，確保區塊鏈數據的完整性和一致性。激勵層維護區塊鏈網絡的穩定運行，通過提供貨幣激勵來鼓勵節點參與共識。合約層提供智能合約的支持，智能合約是一種可編程的自動執行代碼，可以自動執行一系列操作。應用層為用戶提供具體的應用服務，如交易所、數字錢包等。

上述六層組成的區塊鏈系統，通過分布式的存儲和計算，保證了區塊鏈數據的安全性和可靠性，為用戶提供了可靠的數字資產管理方案。

另外，區塊鏈的網絡結構也使得數據在網絡中的傳輸更加安全。因為數據的加密以及分布式存儲，破壞整個網絡的攻擊者需要同時破壞整個網絡中的所有節點[6]，從而使得整個網絡更加難以被破壞。

因此，由以上思路設計的區塊鏈技術有以下優點：

（1）去中心化：區塊鏈系統不受單一組織或個人控制，沒有中心節點存在。

（2）可靠性：區塊鏈的分布式記錄和加密技術確保數據的安全性和不可篡改性。

（3）透明性：所有參與者都可以查看整個區塊鏈的所有交易記錄，以確保透明和公正。

（4）可擴展性：區塊鏈系統可以擴展到數以千計的節點，而不需要對性能進行特殊優化。

（5）追蹤能力：可以追蹤產品或資產在整個供應鏈中的位置和狀態，從而提高效率和可靠性。

3 基于區塊鏈技術的農產品溯源系統

3.1 集成供應鏈管理技術

集成供應鏈管理（Integrated Supply Chain Management， ISCM）是指在不同環節之間建立緊密聯系的供應鏈管理體系，以協調不同環節之間的信息流、物流和資金流，實現資源高效利用和成本最小化，從而提高供應鏈的整體效率和競爭力。

集成供應鏈管理技術的應用歷史可以追溯到上世紀80年代，當時企業開始使用信息技術來優化物流和供應鏈管理。隨著互聯網的發展，供應鏈管理技術開始出現大量變革，特別是在21世紀初期，供應鏈管理技術開始朝著更加集成化、數字化、智能化的方向發展。

具體來說，集成供應鏈管理技術[7]主要包括以下幾個方面：

（1）供應鏈規劃和設計：通過對供應鏈的規劃和設計，確定供應鏈的組成部分和關系，為后續的供應鏈管理提供基礎。

（2）采購管理：對供應商進行管理，包括選擇供應商、簽訂合同、交付貨物等方面的管理。

（3）庫存管理：對庫存進行管理，包括庫存量的控制、存儲方式的優化、庫存周轉率的提高等方面的管理。

（4）生產計劃管理：對生產計劃進行管理，包括制定生產計劃、調整生產計劃、優化生產流程等方面的管理。

（5）物流管理：對物流進行管理，包括物流網絡的設計、物流成本的優化、物流運作的監控等方面的管理。

（6）質量管理：對產品質量進行管理，包括質量檢驗、質量控制、質量改進等方面的管理。

隨著物聯網、云計算、大數據和人工智能等新技術的不斷發展和成熟，集成供應鏈管理技術也不斷得到進一步的發展和應用。例如，一些企業和組織開始探索基于區塊鏈技術的供應鏈管理，以提高供應鏈的透明度和可追溯性，同時降低管理和交易成本。在未來，集成供應鏈管理技術將繼續發展和創新，成為數字化經濟和智能制造的重要基礎。

本文創新地提出了將集成供應鏈管理技術引入基于區塊鏈技術的農產品溯源系統，把區塊鏈、集成供應鏈管理技術、農產品溯源三者進行有機結合，可以實現對農產品從生產到流通再到消費的全鏈路管理，提高農產品質量和安全，同時也可以實現供應鏈的優化和成本的降低。

3.2 基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型

基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型是一種利用區塊鏈技術為農產品供應鏈提供信息共享、流程規范和安全可信的溯源方案。它將農產品的種植、存儲、加工、物流、銷售等環節的數據記錄在區塊鏈上，形成一個不可篡改的數字身份[8]，實現對農產品全生命周期的追蹤和監管。該模型創新地引入了集成供應鏈管理模式，做到以顧客需求為導向，通過業務流程重組、面向對象過程控制、信息共享和調整適應性等方式，優化資源配置和協同效率，提高質量管理和風險防范能力，提高市場反應速度和靈活性，增強創新能力，擴大競爭優勢[9]。

基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型分為三個主要部分[10]，分別是農產品供應鏈部分、區塊鏈網絡部分和客戶端部分。農產品供應鏈部分是系統的業務邏輯層，負責實現農產品從種植、倉儲、加工、物流到銷售的各個環節的管理和協調，以保證農產品的質量和安全。農產品供應鏈可以利用二維碼標簽、智能手機等技術手段，將各環節產生的數據上傳到區塊鏈網絡中，并生成一個唯一的溯源碼。

區塊鏈網絡部分是系統的數據層，負責提供區塊鏈技術的核心功能，如數據存儲、共識機制、加密算法、智能合約等。區塊鏈網絡可以采用公有鏈、聯盟鏈或私有鏈等不同類型的區塊鏈架構，根據不同的應用場景和需求進行選擇和優化。區塊鏈網絡可以實現數據的去中心化、不可篡改、可追溯等特性[11]，以保證數據的真實性和可信度。

客戶端部分是系統的展示層[12]，負責向用戶提供服務和交互的界面，如網頁、移動應用或小程序等。客戶端可以利用可視化和友好化的方式呈現存儲在區塊鏈網絡中的數據，并提供查詢、反饋等功能。客戶端可以實現用戶體驗的優化和個性化。

綜上，基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型有助于解決傳統農產品供應鏈中存在的信息不透明、標準不統一、質量難保證等問題，提升消費者信任度和滿意度。其系統架構如圖3所示。

3.3 基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型的功能

基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型的功能主要體現在信息共享、數據安全、溯源追蹤、自動化管理、風險識別、質量評估六個方面[13]。

（1）信息共享：通過建立在區塊鏈網絡上的農產品信息共享平臺，可以有效提高信息的共享效率。

（2）數據安全：通過區塊鏈技術的數據不可篡改性，可以有效保證數據的安全性。

（3）溯源追蹤：通過基于區塊鏈技術的全鏈追蹤功能，可以實現對農產品的生產、流通、檢驗、銷售等信息的溯源追蹤，提高農產品質量。

（4）自動化管理：本文引入了集成供應鏈管理技術，它可以通過自動化管理流程，簡化供應鏈的管理和監控。通過智能合約、自動執行協議和預設規則等技術，可以自動化執行物流、質檢、支付等業務流程，實現供應鏈的高效管理和監控。

（5）風險識別：通過基于區塊鏈技術的風險識別功能，可以及時識別和預防農產品的安全風險，保障農產品安全。

（6）質量評估：通過基于區塊鏈技術的質量評估功能，可以實現對農產品質量的評估，提高農產品質量。

基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型具有很高的可行性，通過信息共享、數據安全、溯源追蹤、自動化管理、風險識別、質量評估等功能，可以有效提高農產品的質量，具有廣闊的現實意義和應用價值。

3.4 基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型面臨的挑戰

基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型可以有效實現農產品的信息共享、數據完整性、溯源追蹤、風險管理、質量評估等，但是它也面臨一些技術挑戰、安全挑戰和法律挑戰[14]。在技術方面需要考慮的問題是：系統數據存儲量大，存儲成本高，公鏈的性能和擴展性有限，系統的穩定性和可靠性不夠等。在安全方面需要考慮的問題是：數據安全、系統安全、資產安全等。最后一點是，還面臨著不可回避的法律問題，如隱私的保護、知識產權保護、合同法律效力等。

4 結 語

基于區塊鏈技術的農產品溯源系統是利用區塊鏈技術實現農產品追溯記錄的系統。這種系統通過分布式賬本和加密算法，可以保證數據的完整性和不可篡改性，對農產品從生產到銷售的全生命周期進行監管。

在當前的實際應用中，基于區塊鏈技術的農產品溯源系統已經取得了良好的效果。本文通過引入集成供應鏈管理模式，提出了一種新型農產品溯源模型，其創新之處在于更加注重多方參與者的信息共享和協作。這種模型能夠很好地發揮出供應鏈的作用，通過自動化的供應鏈管理降低管理成本。我們希望這種創新能為農產品溯源技術的發展提供有益的參考。在未來的發展中，基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源系統將有望在消費市場中得到廣泛的推廣和應用，并通過不斷完善技術來解決其面臨的技術、安全和法律挑戰，為農業生產和消費提供更加安全、透明、高效的服務。

基于區塊鏈的農產品集成供應鏈管理模式溯源模型是智慧化農業的重要創新，具有廣闊的應用前景，但仍需要加強法律保障和技術支撐，以確保其安全、高效、可靠地運行。

參考文獻

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作者簡介：楊 開（2003—），男，本科在讀。

鄧凱仁（2001—），男，本科在讀。

李 靜（2003—），女，本科在讀。

魏 菲（2003—），女，本科在讀。

鄧雅云（2003—），女，本科在讀。

王 輝（1985—），男，在讀博士生，講師，研究方向為互聯網+時代創新創業。

張建欣（1985—），男，在讀博士生，講師，研究方向為互聯網+時代創新創業。