物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈助力食品質(zhì)量安全保障

史亮 張復(fù)宏 劉文軍

摘 要：農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革背景下，應(yīng)加強(qiáng)果蔬農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全體系的建設(shè)。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用得到快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)迎來了新的變革，同時(shí)區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)又彌補(bǔ)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的不足，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存證和溯源提供了依據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈技術(shù)不但解決了生產(chǎn)者和消費(fèi)者信息不對稱問題，也為安全可靠的可追溯性提供了保障。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革；物聯(lián)網(wǎng)；區(qū)塊鏈；果蔬農(nóng)產(chǎn)品；信息不對稱

中圖分類號：S38 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530013

基金項(xiàng)目：2018年山東省自然基金面上項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)情景的果蔬農(nóng)產(chǎn)品多維管控機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號：ZR2018MG013）；山東“雙一流 ”獎補(bǔ)資金資助（ 項(xiàng)目編號：SYL2017XTTD08）

*為本文通訊作者引言

2019年中央一號文件再次強(qiáng)調(diào)要實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障工程，健全監(jiān)管體系、監(jiān)測體系、追溯體系。果蔬農(nóng)產(chǎn)品的安全問題是食品安全領(lǐng)域的重要問題?，F(xiàn)階段我國正處于農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革關(guān)鍵時(shí)期，果蔬農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全體系建設(shè)更是迫在眉睫。這不僅是食品安全的內(nèi)在要求也是應(yīng)對國際競爭和適應(yīng)消費(fèi)升級的必然選擇，具有現(xiàn)實(shí)迫切性。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，消費(fèi)結(jié)構(gòu)也開始逐步升級，消費(fèi)者對高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求越來越旺盛。高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高，由于信息不對稱，普通消費(fèi)者僅憑主觀難以判斷一個(gè)產(chǎn)品的基本信息以及信息的真實(shí)性。在我國，果蔬農(nóng)產(chǎn)品市場是廣泛存在著供求信息不對稱問題，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信號傳遞的失真是造成農(nóng)產(chǎn)品安全問題的最重要的原因之一；信息在源頭或者傳遞過程中不能保證信息的可靠性和安全性，同時(shí)信息的不對稱導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)可追溯性。因此，果蔬質(zhì)量問題就不斷產(chǎn)生。

1 果蔬農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的現(xiàn)狀的分析

改革開放以來，農(nóng)村土地承包的生產(chǎn)方式有效地保障了果蔬農(nóng)產(chǎn)品的供給，但是粗放式的果蔬生產(chǎn)方式和果蔬質(zhì)量監(jiān)管缺失導(dǎo)致果蔬農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事件屢屢發(fā)生。果蔬農(nóng)產(chǎn)品的涉及范圍較廣，導(dǎo)致果蔬質(zhì)量安全的原因錯(cuò)綜復(fù)雜。就種植環(huán)節(jié)而言，例如種植環(huán)境中的土壤、大氣以及水質(zhì)等一旦出現(xiàn)問題果蔬的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全很難獲得保障；而化肥農(nóng)藥的過量使用，使得果蔬農(nóng)產(chǎn)品的表面農(nóng)藥殘留量過高，對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。從倉儲物流環(huán)節(jié)來看，由于果蔬農(nóng)產(chǎn)品具有鮮活易腐的特性，一旦倉儲技術(shù)和設(shè)備落后，果蔬農(nóng)產(chǎn)品往往很容易腐爛變質(zhì)。通風(fēng)不暢、氧氣和二氧化碳的比例不合適、乙炔的濃度的影響和保鮮劑的違規(guī)使用，致使果蔬農(nóng)產(chǎn)品在倉儲物流環(huán)節(jié)面臨諸多質(zhì)量安全隱患。在銷售環(huán)節(jié)，一旦采用了化學(xué)手段進(jìn)行保鮮，還會對果蔬質(zhì)量安全問題造成更多不良影響。

而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用為上述問題的有效解決提供一套完整的處理方案。果蔬農(nóng)產(chǎn)品在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)是可以利用現(xiàn)代技術(shù)采集、傳輸并識別的，換言之果蔬農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、倉儲物流、消費(fèi)環(huán)節(jié)中影響質(zhì)量安全的因素可以用數(shù)據(jù)展示出來，從而使消費(fèi)者可以根據(jù)數(shù)據(jù)來判斷哪些農(nóng)產(chǎn)品是優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品，哪些存在質(zhì)量安全問題。從而使優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品脫穎而出實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。

2 信息不對稱的產(chǎn)生原因分析

生產(chǎn)者、消費(fèi)者之間的信息不對稱是導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的根本原因。因此，探討信息不對稱引發(fā)的原因成為有效管控農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要核心問題。

2.1 信息不公開導(dǎo)致的信息不對稱

傳統(tǒng)的果蔬供應(yīng)，消費(fèi)者無法得知種植環(huán)節(jié)果蔬生產(chǎn)者使用了多少農(nóng)藥、農(nóng)藥的殘留量等；在倉儲物流環(huán)節(jié)也不可能知曉果蔬農(nóng)產(chǎn)品被添加了多少防腐劑、食品添加劑、有沒有受到病菌的侵害等信息；銷售環(huán)節(jié)也很難獲取倉儲的環(huán)境以及化學(xué)藥劑的使用情況等信息。因此可以說果蔬農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全情況，消費(fèi)者幾乎是一無所知。甚至由于信息不對稱，普通消費(fèi)者僅憑主觀難以判斷一個(gè)產(chǎn)品的價(jià)值。比如無公害果蔬和普通果蔬在表面上很難分辨，在信息不對稱的情況下，消費(fèi)者會逆向選擇，選擇普通蔬菜，甚至?xí)x擇農(nóng)藥以及保鮮劑超標(biāo)的不合格農(nóng)產(chǎn)品，致使優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品被淘汰，劣質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品逐漸占領(lǐng)市場。同時(shí)信息的不對稱也導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的可追溯性。

2.2 信息不可靠導(dǎo)致的信息不對稱

2.2.1 數(shù)據(jù)綁定不可靠

現(xiàn)實(shí)世界中的物體無法和數(shù)字世界中的物體綁定，不能形成唯一的標(biāo)識，易于被偽造和復(fù)用。雖然有些農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)簽標(biāo)注了種植地等的基本信息，但這種標(biāo)簽不是物體與數(shù)字的映射，一旦生成將不能添加、修改，這種標(biāo)簽可以被復(fù)制或者被非法者用在別的農(nóng)產(chǎn)品上以假亂真。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集不可靠

數(shù)據(jù)采集過程中多個(gè)環(huán)節(jié)需要依靠人工系統(tǒng)錄入，容易出現(xiàn)造假的現(xiàn)象，從而使數(shù)據(jù)存在很大的不可靠風(fēng)險(xiǎn)，如內(nèi)部員工可以按照意愿隨便更改數(shù)據(jù)，改掉對企業(yè)不利的信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)真實(shí)存在卻可能與現(xiàn)實(shí)情況不真實(shí)。

2.2.3 數(shù)據(jù)存儲不可靠

很多防偽溯源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是中心化存儲，有被系統(tǒng)內(nèi)部人員和黑客篡改的風(fēng)險(xiǎn)。中心化存儲的依賴于統(tǒng)一的中央數(shù)據(jù)庫，對中心數(shù)據(jù)庫實(shí)行有效攻擊即可破壞整個(gè)系統(tǒng)。無論內(nèi)部人員還是黑客想要篡改相對于分布式存儲要容易得多，分布式存儲把信息存入每個(gè)節(jié)點(diǎn)，而所有節(jié)點(diǎn)可以遍布世界各地，并且所有節(jié)點(diǎn)都是一樣的，沒有主次之分想要修改數(shù)據(jù)，必須修改51% 的節(jié)點(diǎn)，否則修改少量數(shù)據(jù)庫是沒有用的，系統(tǒng)會默認(rèn)賬本節(jié)點(diǎn)多的為真，并永久存儲，大大降低了數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。

3 解決信息不對稱理想方案的探討

因?yàn)樾畔⒉粚ΨQ使得消費(fèi)者對農(nóng)產(chǎn)品的認(rèn)可和信譽(yù)程度降低，不利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。要保證果蔬農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，必須從根本上解決信息不對稱的問題。目前解決信息不對稱的主要辦法依然是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立食品溯源體系。這就要求食品溯源體系采集的數(shù)據(jù)要可靠，存儲的數(shù)據(jù)要安全。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防偽溯源領(lǐng)域可以完成數(shù)據(jù)綁定，通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備綁定現(xiàn)實(shí)世界物體，為現(xiàn)實(shí)世界物體產(chǎn)生了一個(gè)可以映射到數(shù)字世界的唯一標(biāo)識；通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集果蔬農(nóng)產(chǎn)品的原始數(shù)據(jù)，并直接上傳，避免了人工參與錄入的問題。要想使得數(shù)據(jù)可靠存儲安全，僅物聯(lián)網(wǎng)還不夠，還需要區(qū)塊鏈技術(shù)的支撐。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、去信任化、開放性、不可篡改等特點(diǎn)，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)簽名和加密技術(shù)讓全鏈路信息實(shí)現(xiàn)了防篡改，解決了交易過程中信息安全的問題，如圖1所示。以果蔬農(nóng)產(chǎn)品防偽溯源系統(tǒng)為例，闡述如何將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合解決信息不對稱問題。果蔬防偽溯源系統(tǒng)主要包括3個(gè)系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲上鏈系統(tǒng)、數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)。

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要依靠物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（各種傳感器）采集數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)首先通過各種傳感器設(shè)備采集各種農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，最后利用各種網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)代信息傳輸渠道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)決策中心實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)全方位立體式收集，并定期發(fā)往通信基站?；緯⑺邢l(fā)往消息中間件，由于大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)內(nèi)容，消息中間件在此處也可以起到緩沖作用。

3.2 數(shù)據(jù)存儲上鏈系統(tǒng)

為保證果蔬農(nóng)產(chǎn)品交易環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)完整性，數(shù)據(jù)存儲上鏈系統(tǒng)需要將種植時(shí)間、種植地點(diǎn)、農(nóng)藥殘留量、化肥使用量、土壤水分、空氣溫濕度、倉儲物流等信息存儲和上鏈。存儲：由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的各類果蔬農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)量非常龐大，而區(qū)塊鏈本身的存儲是有限的，導(dǎo)致不能直接將所有數(shù)據(jù)直接存儲到鏈上，所以原始數(shù)據(jù)就需要有一個(gè)中間存儲介質(zhì)來存儲。中間存證介質(zhì)可以是分布式文件系統(tǒng)，也可以是去中心化的文件系統(tǒng)。該系統(tǒng)會定時(shí)將一定量的消息匯集生成文件，并存放到文件存儲介質(zhì)上。上鏈：該系統(tǒng)會使用 SHA-256 算法對存儲文件進(jìn)行數(shù)據(jù)摘要計(jì)算，通過獨(dú)自維護(hù)的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)發(fā)送到區(qū)塊鏈上，記入?yún)^(qū)塊鏈，并將返回值存入數(shù)據(jù)庫，得到此文件的數(shù)字簽名和寫入時(shí)間戳。然后系統(tǒng)發(fā)起一筆區(qū)塊鏈交易，將文件的存儲路徑、文件數(shù)字簽名、上一筆交易地址 （Pre Hash） 放進(jìn)交易的備注字段進(jìn)行上鏈。區(qū)塊鏈交易一旦經(jīng)過各個(gè)節(jié)點(diǎn)的共識確認(rèn)，便會廣播出去，其他節(jié)點(diǎn)接收到新數(shù)據(jù)并進(jìn)行匹配，如符合要求存儲到自己的賬本中，交易里存儲的內(nèi)容就不可篡改。

3.3 數(shù)據(jù)查詢和驗(yàn)證系統(tǒng)查詢

消費(fèi)者購買果蔬農(nóng)產(chǎn)品后，通過掃描果蔬上的二維碼（或者感應(yīng)設(shè)備內(nèi)RFID芯片信息 ），即可查詢到果蔬的整個(gè)生命周期信息，包括種植時(shí)間、種植地點(diǎn)、農(nóng)藥殘留量、化肥使用量、土壤水分、空氣溫濕度、物流信息、區(qū)塊鏈最后交易地址 （Last Hash） 等。驗(yàn)證查詢：消費(fèi)者根據(jù)區(qū)塊鏈最后交易地址（Last Hash），去區(qū)塊鏈瀏覽器查詢最后一筆交易信息，依據(jù)交易備注字段中存儲的文件路徑去下載相應(yīng)果蔬農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)文件，并可以計(jì)算數(shù)據(jù)文件的數(shù)字簽名與鏈上存儲的文件數(shù)字簽名進(jìn)行對比匹配，從而確定文件內(nèi)容是否被篡改；還可以依據(jù) Pre Hash 向后查找歷次交易，進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)論

在農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革背景下，我國食品安全問題急需解決，尤其是日常必不可少的果蔬農(nóng)產(chǎn)品。因此解決果蔬農(nóng)產(chǎn)品安全問題是我國可持續(xù)發(fā)展的重中之重。本文在分析導(dǎo)致果蔬質(zhì)量安全問題主要原因的基礎(chǔ)上，通過物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合，為有效解決生產(chǎn)者和消費(fèi)者信息不對稱問題提供了一套可行方案，也為安全可靠的可追溯性提供了保障。但物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈技術(shù)的運(yùn)用上處于起步階段，需要政府給予適當(dāng)?shù)恼叻龀趾脱a(bǔ)貼，進(jìn)而帶動以優(yōu)質(zhì)果蔬農(nóng)產(chǎn)品為中心的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，為消費(fèi)者提供了安全優(yōu)質(zhì)的果蔬農(nóng)產(chǎn)品，進(jìn)而為商家提供了品牌溢價(jià)，實(shí)現(xiàn)了多贏。

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