淺談區(qū)塊鏈防偽溯源

陳騰

區(qū)塊鏈技術(shù)是目前溯源領(lǐng)域的研究熱點，共識機制是其技術(shù)框架中非常重要的一種技術(shù)。正是因為共識機制的存在，區(qū)塊鏈才可以在分布式網(wǎng)絡(luò)中達到一致性狀態(tài)。

近十年來，從蘇丹紅鴨蛋、三聚氰胺奶粉、地溝油，到鎘大米、毒膠囊、長生疫苗，消費者對食藥品安全的信任已然降至冰點。溯源是安全管理的重要手段，我國二十年前已經(jīng)建立可追溯管理體系，但未能實現(xiàn)全面有效的食品追溯。這是因為目前現(xiàn)代食品種養(yǎng)殖、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)繁復，食品生產(chǎn)加工程序多、配料多，食品流通進銷渠道復雜，出現(xiàn)食品安全問題的概率大大增加，相應的追溯和問責的難度也不斷上升。區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)，或許能給傳統(tǒng)溯源技術(shù)帶來顛覆性的變革。

區(qū)塊鏈技術(shù)是目前溯源領(lǐng)域的研究熱點，共識機制是其技術(shù)框架中非常重要的一種技術(shù)。正是因為共識機制的存在，區(qū)塊鏈才可以在分布式網(wǎng)絡(luò)中達到一致性狀態(tài)。本文首先介紹了共識的基本概念，然后介紹了利用區(qū)塊鏈共識機制實現(xiàn)防偽溯源目標的案例，最后對區(qū)塊鏈溯源的應用領(lǐng)域進行了整體分析。

區(qū)塊鏈是什么？

區(qū)塊鏈是利用鏈式數(shù)據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)驗證和存儲數(shù)據(jù)，利用分布式的共識機制和數(shù)學算法集體生成和更新數(shù)據(jù)，利用密碼學保證了數(shù)據(jù)的傳輸和使用安全，利用自動化腳本代碼來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的去中心化的基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式計算范式。它是一種安全的數(shù)字數(shù)據(jù)庫，不能被篡改，其中存儲了用戶發(fā)送的所有信息。

區(qū)塊鏈溯源防偽技術(shù)是區(qū)塊鏈應用場景之一。其在食品行業(yè)上的應用具體來說，體現(xiàn)在食品包裝上的有機碼，該碼包含食品的生產(chǎn)基地、生長情況、基地生產(chǎn)規(guī)模、運輸狀況等信息。這個有機碼與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，就誕生了具有不可更改記錄的有機二維碼，消費者只要掃一掃就可以獲得該蔬菜的所有信息，使農(nóng)業(yè)信息更加透明化。

區(qū)塊鏈三大特性理論上可實現(xiàn)溯源防偽

本節(jié)從理論上分析區(qū)塊鏈防偽溯源技術(shù)的可行性。主要闡述區(qū)塊鏈的三大特性的基本原理，以及如何支持防偽溯源技術(shù)的實現(xiàn)。

一是共識機制。共識機制保證了以去中心化方式維護分布式數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性。目前應用最廣的共識機制應屬PoW 。即工作量證明機制（proof of work），PoW工作量證明，就是大家熟悉的挖礦，通過數(shù)學運算，計算出一個滿足規(guī)則的隨機數(shù)，即獲得本次記賬權(quán)，發(fā)出本輪需要記錄的數(shù)據(jù)，全網(wǎng)其他節(jié)點驗證后一起存儲。專業(yè)一點說，礦工們在挖一個新的區(qū)塊時，必須對SHA-256密碼散列函數(shù)進行運算，區(qū)塊中的隨機散列值以一個或多個0開始。隨著0數(shù)目的上升，找到這個解所需要的工作量將呈指數(shù)增長，礦工通過反復嘗試找到這個解。最先算出正確答案的節(jié)點可獲得當前區(qū)塊的記賬權(quán)，同時獲得新發(fā)行比特幣的獎勵。偽造記錄或破壞系統(tǒng)則需要投入極大的成本，如果想作弊，需要有超過全網(wǎng)51%的算力。因為作弊要付出一定成本，作弊者就會謹慎對待了。在比特幣的 PoW 機制中，由于獲得計算結(jié)果的概率趨近于所占算力比例，因此在不掌握51%以上算力的前提下，礦工欺詐的成本要顯著高于誠實挖礦，甚至不可能完成欺詐。這就保證了區(qū)塊鏈每一次節(jié)點的運算結(jié)果是正確的。

二是時間戳。時間戳（Timestamp）通常是一個字符序列，唯一標識某一刻的時間。具體而言，它是一個能表示一份數(shù)據(jù)在某個特定時間之前已經(jīng)存在的、完整的和可驗證的“標記”。區(qū)塊鏈中的時間戳是將某一時間內(nèi)發(fā)生的所有事件在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中進行唯一的、不可更改的記錄。因此在產(chǎn)品整個生產(chǎn)過程以及運輸過程的每一個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生一個不可偽造和更改的時間記錄信息。

三是聯(lián)盟鏈。聯(lián)盟鏈是屬于區(qū)塊鏈種類中的其中之一（其他鏈還有公有鏈、私有鏈、側(cè)鏈、跨鏈等），不同于公有鏈，它是一種需要注冊許可的區(qū)塊鏈，僅限于聯(lián)盟成員參與，加入需要申請和身份驗證，并提供對參與成員的管理、認證、授權(quán)、監(jiān)控、審計等全套安全管理功能。聯(lián)盟鏈上的讀寫權(quán)限、參與記賬權(quán)限按聯(lián)盟的規(guī)則來制定，整個網(wǎng)絡(luò)由成員機構(gòu)共同維護，網(wǎng)絡(luò)接入一般通過成員機構(gòu)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點接入，共識過程由預先選好的節(jié)點控制。一般來說，聯(lián)盟鏈適合于行業(yè)機構(gòu)間的交易、結(jié)算或清算等應用場景。聯(lián)盟鏈對交易的確認時間、每秒交易數(shù)都與公有鏈有較大的區(qū)別，對安全和性能的要求也比公有鏈高。所以聯(lián)盟鏈更符合由政府相關(guān)部門監(jiān)管行業(yè)的體制模式，也更容易被大多數(shù)政府所認可。

總體而言，共識機制保障了鏈上記錄的真實性。時間戳記錄了每一次交易發(fā)生的時間和雙方。聯(lián)盟鏈提供了安全管理手段。因此，從理論上分析，區(qū)塊鏈防偽溯源技術(shù)的應用是可以實現(xiàn)的。

區(qū)塊鏈溯源技術(shù)的落地案例

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，區(qū)塊鏈在非金融領(lǐng)域的探索逐步取得成果。例如在食品安全領(lǐng)域的防偽溯源應用。本段主要講述家樂福、京東、IBM三個已經(jīng)實施的應用案例。

1. 家樂福Auvergne雞

近日，零售業(yè)巨頭家樂福首次在法國使用區(qū)塊鏈技術(shù)的消息成為區(qū)塊鏈圈評論的熱點，其標志性的產(chǎn)品是家樂福Auvergne雞。消費者通過掃碼能夠找出每只雞的飼養(yǎng)地點和方式，農(nóng)民的名字，使用的飼料，是否使用過抗生素治療等信息。從農(nóng)場到商店的雞肉的整個過程都將被跟蹤記錄。目前為止，家樂福已經(jīng)推出了八種應用區(qū)塊鏈溯源技術(shù)的產(chǎn)品，如雞蛋、奶酪、牛奶、橙子、西紅柿、鮭魚和碎牛肉。其創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計保證了消費者完整的產(chǎn)品可追溯性。

2.京東跑步雞

無獨有偶的京東跑步雞。劉強東表示，每年京東金融向國家級貧困戶提供貸款，每戶大約一百只雞苗，要求必須放養(yǎng)，帶上雞腳環(huán)進行計步監(jiān)督。跑到一百萬步以上京東承諾當?shù)厝秲r格回購！平時他們只能在當?shù)厥墟?zhèn)賣到幾十元，京東一百多元收購，認證屠宰，層層檢測！目前售價169元/只，銷售火爆。京東稍有虧損！今年僅僅京東跑步雞項目就可以惠及數(shù)萬戶國家級貧困戶！這就是多贏！

事實上，京東的跑步雞扶貧計劃早就已經(jīng)在2016的“雙11”前夕開始醞釀，考慮到項目的初衷是扶貧，因此京東沒有大肆宣傳悄悄上線了跑步雞項目，農(nóng)戶可根據(jù)京東的指導進行飼養(yǎng)，達到京東生鮮驗收標準后，即可在京東平臺售賣，實現(xiàn)增收。在項目的背后，是利用區(qū)塊鏈技術(shù)在做支撐。京東聯(lián)合27個品牌商成立了品質(zhì)溯源防偽聯(lián)盟，同期發(fā)布了區(qū)塊鏈防偽追溯開放平臺，向生態(tài)內(nèi)的品牌商免費開放。據(jù)稱，目前京東初步完成了300個熱銷商品的防偽追溯數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈接入，其中名氣最大的非“跑步雞”莫屬了。

3. IBM Food Trust

IBM Food Trust 是IBM 最近推出的一個新的食品供應鏈區(qū)塊鏈工具。該軟件套件可以基于分布式賬本技術(shù)（DLT）追蹤食品的供應鏈路徑。IBM Food Trust使用區(qū)塊鏈技術(shù)在食品供應鏈中創(chuàng)造前所未有的可見性和問責制。它是同類中唯一的網(wǎng)絡(luò)，通過食品系統(tǒng)數(shù)據(jù)的許可，永久和共享記錄，連接種植者、加工商、分銷商和零售商每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息。

該解決方案為參與者提供了基于許可的食物生態(tài)系統(tǒng)信息共享視圖，允許方便的數(shù)據(jù)發(fā)布和受控的信息共享。為了實現(xiàn)這一目標，IBM Food Trust解決方案使參與者能夠輸入和控制對其加密區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的訪問。

這樣，事務合作伙伴只能訪問他們有權(quán)查看的數(shù)據(jù)。允許的數(shù)據(jù)訪問是核心解決方案的一個組成部分。訪問控制確保擁有數(shù)據(jù)的組織可以完全控制誰可以在網(wǎng)絡(luò)上訪問它。IBM Food Trust解決方案用戶可以通過查詢食品標識符〔如全球貿(mào)易項目編號（GTIN）或通用產(chǎn)品代碼（UPC），使用產(chǎn)品名稱和過濾日期〕，實時快速查找供應鏈中的項目。

作為IBM Food Trust的首個用戶，沃爾瑪要求所有合作企業(yè)都必須加入 IBM Food Trust 網(wǎng)絡(luò)，分兩個階段實現(xiàn)端到端的可追溯性。沃爾瑪表示，借助該區(qū)塊鏈平臺，將能夠快速知曉所有食品的來源。

區(qū)塊鏈溯源的優(yōu)勢

區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應用，是一串使用密碼學方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊中包含了一次轉(zhuǎn)手或交易的信息。它可以用于食品領(lǐng)域，以便供應鏈中的每一方（生產(chǎn)商，加工商和分銷商）都能提供有關(guān)其特定角色的可追溯性信息（如日期，地點，農(nóng)場建筑，分銷渠道）。

人們對食品安全的關(guān)注不再只是供給，更多的關(guān)注食品安全。傳統(tǒng)模式從生產(chǎn)到流通，食品安全問題很難把控，生產(chǎn)者和消費者的信任機制一直沒有建立起來。從食品的原料、生產(chǎn)、供應，以及流通的過程，會涉及到很多的供應鏈條、經(jīng)銷商、硬件企業(yè)等等多方，安全不能得以保障。為了解決這一世界性難題，通過區(qū)塊鏈自身的去中心化、信息不可篡改、開放性的特點，可以追溯食品源頭，從此保障食品從生產(chǎn)到出廠、運輸和流通銷售一系列流程有據(jù)可查。下圖展示了消費者和商家如何通過區(qū)塊鏈溯源平臺對產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進行跟蹤了解。

相較于傳統(tǒng)的防偽方式，區(qū)塊鏈防偽溯源的優(yōu)勢可歸納為以下三個方面：

1.多方主體信任背書

區(qū)塊鏈去中心化，降低了信任背書的難度，能組織到更多的供應鏈參與方，補充和共同維護更多的商品數(shù)據(jù)，提高用戶的信任度。生產(chǎn)加工商、供應商、分銷商、承運商、消費者都可以通過掃碼追查到食品的源頭數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈去中心化網(wǎng)絡(luò)信任，還可以掌握跟蹤交易情況。

2.溯源有效追責

區(qū)塊鏈分布式賬本功能數(shù)據(jù)記錄具有一致性（不可篡改、時間戳等），讓交易可追溯。供應鏈數(shù)據(jù)被篡改時，可實現(xiàn)有效追責。商品信息透明真實，根除假冒偽劣問題。食品公司可以有效快捷地追溯到食品問題的源頭，快速召回有問題產(chǎn)品降低財務損失，的降低消費者的風險。

3.打破各方信息孤島

供應鏈各方共同維護數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)依次打包進入?yún)^(qū)塊中，且公開透明，用戶可以通過ID來查詢流程信息，也可以通過區(qū)塊高度來查詢某個區(qū)塊內(nèi)包括的流程數(shù)據(jù)，及對應的解決辦法，確保參與各方及時發(fā)現(xiàn)運行過程中的問題，有助于提升供應鏈管理效率。

區(qū)塊鏈溯源面臨的挑戰(zhàn)

雖然家樂福是利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品溯源目標的典范。但事實上，區(qū)塊鏈只是提供了去中心化、不可篡改的記賬方式，解決了重要的“信任”問題，并不能解決造假和掉包的問題。舉個極端例子，比如白酒，如果生產(chǎn)商從一開始在生產(chǎn)流程中的精確灌裝環(huán)節(jié)封裝就是假酒，區(qū)塊鏈溯源就不能起到防偽的效果。

再比如，還是白酒的例子。假設(shè)不法商家用次等級的酒替換貼有區(qū)塊鏈防偽電子二維碼酒瓶中的原裝酒，區(qū)塊鏈溯源同樣不能起到防偽的效果。另外，區(qū)塊鏈防偽溯源技術(shù)存在防偽市場進入者的成本劣勢。傳統(tǒng)溯源防偽中使用的電子標簽技術(shù)已經(jīng)十分成熟，區(qū)塊鏈溯源的新技術(shù)在初期推廣的成本要高于已在該領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟多年的傳統(tǒng)防偽技術(shù)。

區(qū)塊鏈溯源未來發(fā)展趨勢

雖然目前區(qū)塊鏈溯源技術(shù)還存在很多問題，但歷史不可更改這一特性至少可以增加生產(chǎn)商的造假成本。即，一旦假數(shù)據(jù)生成，這個記錄將永遠伴隨企業(yè)的成長。

從防偽溯源本身來分析，目前來看，在區(qū)塊鏈眾多應用領(lǐng)域中，溯源防偽是目前最有前景的區(qū)塊鏈領(lǐng)域之一，這是因為其能夠利用它與所有合作伙伴共享的安全數(shù)據(jù)庫，并為客戶提供更高水平的食品安全保障。換言之，區(qū)塊鏈溯源技術(shù)在食品行業(yè)潛在需求量可觀。原因可歸納于三個方面：一是對于消費者來說，該技術(shù)將滿足消費者對食品質(zhì)量透明度日益增長的需求;二是對于食品供應商（育種者）來說，這是展示其產(chǎn)品高質(zhì)量和專業(yè)性的一種手段;三是技術(shù)易推廣使用，每個產(chǎn)品的標簽都將包含一個QR碼，消費者可以使用他們的智能手機進行掃描，不需要另購其他設(shè)備。

從外部監(jiān)管機制上分析，中國市場監(jiān)管的主動性和改革動力為區(qū)塊鏈溯源技術(shù)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境，如果下大力氣推動區(qū)塊鏈溯源防偽領(lǐng)域的創(chuàng)新與應用，將會使中國的信任機制領(lǐng)先于世界。因為區(qū)塊鏈上各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換遵循固定且預知的算法，因此區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是無須信任的。信任是各個行為的基礎(chǔ)，它將間接改變我們周圍的這個世界。所以如果我們能夠大范圍地讓這種信用流動起來，人們的付出就能夠得到更好的回報。在數(shù)字經(jīng)濟的大趨勢下，隨著國家新一代信息技術(shù)不斷落實推進，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)到來，所有行業(yè)都面臨著數(shù)字化升級。盡管目前待攻克的技術(shù)瓶頸還有很多，但可以預見區(qū)塊鏈溯源技術(shù)在供應鏈領(lǐng)域發(fā)展的前景廣闊。

未來，如果政府相關(guān)部門和質(zhì)檢機構(gòu)能夠加入?yún)^(qū)塊鏈防偽溯源的聯(lián)盟鏈，則會進一步增加該項技術(shù)的公信力。在防偽打擊假貨層面，區(qū)塊鏈溯源只是一種手段、一種工具，如果沒有政府監(jiān)管部門、檢測檢驗部門等相關(guān)部門的監(jiān)管機制配合，一切都是空談。這就需要強有力的監(jiān)督機制與懲罰措施配合。一旦發(fā)現(xiàn)商家上傳的數(shù)據(jù)存在造假，必將通過法律手段嚴懲不貸，同時利用區(qū)塊鏈溯源配合相關(guān)部門及時進行問題商品的精準召回，這樣才能實現(xiàn)有效的防偽溯源，提升整個產(chǎn)業(yè)鏈的執(zhí)行效率。