基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系研究

張利 童舟

摘要：目前農(nóng)產(chǎn)品溯源體系存在較多問題，以中心化的傳統(tǒng)管理運(yùn)作方式和數(shù)據(jù)信息維護(hù)整合較為困難，同時存在農(nóng)產(chǎn)品不同環(huán)節(jié)的信任問題。針對這些問題，提出借助區(qū)塊鏈技術(shù)，結(jié)合時間戳技術(shù)、防篡改技術(shù)、加密技術(shù)和共識機(jī)制構(gòu)建區(qū)塊鏈技術(shù)下的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系，從數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層對數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)環(huán)節(jié)應(yīng)用進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工、監(jiān)管、運(yùn)輸、零售環(huán)節(jié)中信息記錄的防篡改、可追溯性，并通過去中心化的網(wǎng)絡(luò)特性解決農(nóng)產(chǎn)品溯源體系中存在的數(shù)據(jù)孤島問題。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品溯源可防止傳統(tǒng)溯源方法的數(shù)據(jù)亂象叢生現(xiàn)象，也將大大保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和溯源的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;農(nóng)產(chǎn)品;溯源;信任;防篡改

中圖分類號： S126 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0245-04

近年來，農(nóng)產(chǎn)品安全一直是百姓和政府關(guān)注的焦點(diǎn)，化學(xué)農(nóng)藥、化肥、催熟劑和禽流感、瘦肉精等一系列農(nóng)產(chǎn)品安全問題愈加受到重視，其中有3大痛點(diǎn)一直是農(nóng)產(chǎn)品安全亟須解決的問題。一是消費(fèi)者對食品加工生產(chǎn)企業(yè)的信任問題。隨著國家對農(nóng)產(chǎn)品安全的整治力度加大，違法農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)暴露在社會公眾的面前，其中不乏大型知名企業(yè)被查出農(nóng)產(chǎn)品安全問題，更加重了百姓對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工行業(yè)的不信任感。二是農(nóng)產(chǎn)品溯源問題依舊突出。多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量水平受到環(huán)境等因素的影響，而添加劑的濫用和環(huán)境污染將直接影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的高低。一旦出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，供應(yīng)鏈的上游環(huán)節(jié)及加工環(huán)節(jié)很難被認(rèn)定責(zé)任，因此多數(shù)零售業(yè)和餐飲業(yè)成為主要責(zé)任者。三是相比國外發(fā)達(dá)國家的追溯體系建設(shè)，我國農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)仍處于摸索階段，多數(shù)細(xì)節(jié)問題仍存在技術(shù)和管理的落后。雖然大型農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)擁有自己的溯源平臺，但在標(biāo)準(zhǔn)建立和信息傳遞時仍存在較大的欠缺。2016年國家食品藥品監(jiān)督管理總局發(fā)布《進(jìn)一步完善食品藥品追溯體系的意見（征求意見稿）》，鼓勵生產(chǎn)加工企業(yè)運(yùn)用自身或第三方信息技術(shù)企業(yè)提供產(chǎn)品追溯專業(yè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)、企業(yè)與政府之間的信息互通互聯(lián)共享。

現(xiàn)階段，溯源信息化一直是學(xué)術(shù)界和技術(shù)界的研究熱點(diǎn)，國外學(xué)者對農(nóng)產(chǎn)品溯源的研究較早，Beamon提出了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源的幾個關(guān)鍵指標(biāo)及測量設(shè)計(jì)[1];Huang等提出了一種基于供應(yīng)鏈運(yùn)作參考模型（supply-chain operations reference-model，簡稱SCOR）的信息化供應(yīng)鏈溯源方案，可以借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息輔助監(jiān)控[2];Yan等設(shè)計(jì)了一種基于射頻識別（radio frequency identification，簡稱RFID）與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的溯源信息交互模型，提升了信息流通效率[3];Seuring分析了農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈管控中的各種建模方法的可行性[4];Stadtler論述了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈管控的關(guān)鍵因素及設(shè)計(jì)方向[5];Christopher指沃爾瑪超市利用物品條形碼技術(shù)與射頻通信技術(shù)建立了一條高效率的溯源信息監(jiān)控系統(tǒng)[6]。

國內(nèi)對農(nóng)產(chǎn)品溯源體系及技術(shù)的研究雖起步較晚，但發(fā)展迅速，在2017年通過文獻(xiàn)搜索農(nóng)產(chǎn)品溯源相關(guān)文獻(xiàn)已達(dá)到200多篇。對于農(nóng)產(chǎn)品溯源的解決辦法最早由鄭大宇等提出基于RFID的農(nóng)產(chǎn)品包裝追蹤與溯源是最有效的方法[7]。鄧勛飛等通過分析我國農(nóng)產(chǎn)品的加工生產(chǎn)及流通環(huán)節(jié)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（geographic information systems，簡稱GIS）技術(shù)結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品適宜養(yǎng)殖情況進(jìn)行同集成開發(fā)展工具（IDE）的編碼關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)地信息的可視化表達(dá)[8]。隨著通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步應(yīng)用，鄭火國等基于通用分組天線服務(wù)持術(shù)（GPRS）研發(fā)出農(nóng)產(chǎn)品移動終端，為監(jiān)管機(jī)構(gòu)及消費(fèi)者實(shí)時對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行溯源追蹤[9]。李成等通過穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地溯源應(yīng)用進(jìn)行研究，并展望了穩(wěn)定同位素技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的未來發(fā)展趨勢[10]。楊彥提出將物聯(lián)網(wǎng)、電商平臺和二維碼與農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行結(jié)合，利用RFID和二維碼技術(shù)構(gòu)建一套適合農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的電商平臺[11]。而對于傳統(tǒng)RFID和二維碼的專門查詢裝備不便的情況，張友橋等結(jié)合智能手機(jī)中的近距離無線通信技術(shù)（near field communication，簡稱NFC）模塊對農(nóng)產(chǎn)品溯源信息存儲和存儲權(quán)限提供了可靠易操作的平臺設(shè)計(jì)[12]。近年來，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能概念的火熱，也有不少運(yùn)用在農(nóng)產(chǎn)品溯源的研究，馬麗平等針對目前農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中的問題，提出基于云計(jì)算的農(nóng)產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺方案[13]。吳成偉等通過微信平臺對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工及銷售環(huán)節(jié)結(jié)合商密算法的二維碼技術(shù)對溯源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控及管理[14]。在農(nóng)產(chǎn)品溯源體系建立的問題中，黃全高以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及新技術(shù)的快速發(fā)展為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源體系建立了難得的契機(jī)[15]，而馬嬋華以四川省農(nóng)產(chǎn)品溯源發(fā)展為例，提出農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源中出現(xiàn)的技術(shù)、信息篡改和價值保證等問題需要進(jìn)行關(guān)注[16]。但傳統(tǒng)“中心化”的供應(yīng)鏈溯源管理模式存在一定的篡改機(jī)率，消費(fèi)者對農(nóng)產(chǎn)品的溯源信息的信任問題依舊沒有解決，而區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)為農(nóng)產(chǎn)品溯源體系建設(shè)帶來新的技術(shù)創(chuàng)新。因此，本研究借助區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心、防篡改、信息安全等特性，為農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)提供了新的思路與應(yīng)用，探討這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性。

1 區(qū)塊鏈

關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)，于1991年由Stuart Haber和 Scott Stornetta第1次提出關(guān)于區(qū)塊的加密保護(hù)鏈產(chǎn)品，隨后分別由Ross J. Anderson與Bruce Schneier & John Kelsey在1996、1998年發(fā)表。Satoshi（中本聰）于2008年首次提出區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺牡讓蛹夹g(shù)[17]，其目的是為了實(shí)現(xiàn)比特幣系統(tǒng)需要的去中心化的支付系統(tǒng)。經(jīng)過7年后，區(qū)塊鏈的概念逐漸被社會大眾開始應(yīng)用且迅速發(fā)展。它被看作是一種分布式的賬本，指在缺乏信任中心機(jī)構(gòu)和渠道的情況下，通過分布式網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)達(dá)到共識形成一個交易信息共享數(shù)據(jù)庫。每個節(jié)點(diǎn)都擁有整個鏈上的交易信息及數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)間不僅擁有相同權(quán)利且被破壞部分對整個區(qū)塊鏈并無太大的影響。因此，區(qū)塊鏈作為一種數(shù)據(jù)通過協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行信息共享的技術(shù)，其安全、公開、唯一等特性由以下核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1.1 時間戳技術(shù)

1991年，哈勃和斯托內(nèi)爾塔提出了一種通過加蓋時間戳對文件進(jìn)行數(shù)字化記錄的方法，通過這一方法可以準(zhǔn)確地反映文件的創(chuàng)建時間，通過時間戳生成無法更改的文件順序保證了數(shù)據(jù)前后的安全性[18]。

由圖1可知，當(dāng)出現(xiàn)文件發(fā)送時，通過加載時間和指向前一篇文章的鏈接，用該文件包含簽名信息的認(rèn)證指針指向下一個數(shù)據(jù)串。當(dāng)需要對一份文件進(jìn)行認(rèn)證時，時間戳系統(tǒng)必須對指向前一篇文件認(rèn)證的哈希指針、當(dāng)前時間和文件內(nèi)容這3條信息進(jìn)行簽名。每份文件的認(rèn)證都確保了上一份文件的完整性，相同的認(rèn)證均保證認(rèn)證點(diǎn)之前所有文件的完整程度。當(dāng)系統(tǒng)中的用戶均記錄所有的文件，就可以確保整個文件系統(tǒng)不會被更改，通過先后順序被保存下來，把一切信息都記錄在數(shù)據(jù)庫賬本中。

1.2 防篡改技術(shù)

對于一般數(shù)據(jù)庫的信息系統(tǒng)都具有一個中央處理器，通過中央管理員對數(shù)據(jù)稍加處理，就能達(dá)到數(shù)據(jù)篡改和刪除的可能。而區(qū)塊鏈技術(shù)本身是一個分布式的存儲數(shù)據(jù)庫，無中心化系統(tǒng)下很難對數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改和刪除。由于算法的約束性，任何惡意欺騙的行為都會被網(wǎng)絡(luò)中參與節(jié)點(diǎn)排斥，所以區(qū)塊鏈中的交易參與者不對任何人產(chǎn)生信任，通過網(wǎng)絡(luò)參與者的增加，使得整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的安全性不斷提升，做到公開透明。

梅克爾樹（Merkle trees）是區(qū)塊鏈的組成部分，它是一種哈希大量數(shù)據(jù)塊的方式，依賴于這些數(shù)據(jù)塊分裂的小數(shù)據(jù)塊，然后取每個小數(shù)據(jù)塊再次進(jìn)行哈希，其中一個小數(shù)據(jù)塊包含2個相鄰的塊或哈希（圖2）。當(dāng)區(qū)塊中交易記錄數(shù)量為奇數(shù)時，通過節(jié)點(diǎn)的自行填補(bǔ)，構(gòu)建1個二叉樹，以此類推直到形成最終的根節(jié)點(diǎn)。再將兩兩交易之間的哈希值進(jìn)行串聯(lián)，形成下一個二叉樹的輸入。因此，當(dāng)出現(xiàn)試圖篡改交易記錄時，梅克爾樹的根節(jié)點(diǎn)會發(fā)生較大的改變，其他節(jié)點(diǎn)對區(qū)塊信息進(jìn)行驗(yàn)證時可以較快的篡改現(xiàn)象，再根據(jù)交易先后記錄相連查詢。

1.3 加密技術(shù)

在區(qū)塊鏈中通過數(shù)字簽名運(yùn)算實(shí)現(xiàn)價值交易轉(zhuǎn)移的過程，通過加密算法實(shí)現(xiàn)信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸[19]。加密算法可以分為對稱加密、非對稱加密，兩者應(yīng)用于不同的使用場景。對稱加密算法是指加密和解密時使用同一個密鑰，須提前知道雙方的密鑰才可被另一方解密。非對稱加密算法指利用2個密鑰進(jìn)行加密和解密，一種是利用公共渠道公開給對應(yīng)接收方的公鑰，另一種是安全保護(hù)的私鑰。當(dāng)對公鑰進(jìn)行加密時必須具有對應(yīng)的私鑰才能進(jìn)行解密，私鑰需公鑰的簽名才可以進(jìn)行檢驗(yàn)，利用非對稱加密算法形成的加密方式可以在互聯(lián)網(wǎng)中安全地進(jìn)行雙方信息交換。比特幣系統(tǒng)中采用非對稱加密算法控制所有權(quán)，通過公鑰和私鑰配對，公鑰作為解密密鑰，在進(jìn)行交易時利用其私鑰加密信息被公鑰正確解密，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證過程（圖3）。

1.4 共識機(jī)制

目前區(qū)塊鏈技術(shù)中的共識機(jī)制以以下4種為主：（1）Pow工作量證明機(jī)制（proof of work）。通過計(jì)算得到滿足條件的隨機(jī)數(shù)，計(jì)算成果并獲得本次交易區(qū)塊的記賬權(quán)，向全網(wǎng)廣播需要存儲的數(shù)據(jù)信息，通關(guān)其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證后進(jìn)行存儲[20]。因?yàn)橘~本記錄需要一個評價標(biāo)準(zhǔn)，在每個賬本分頁添加1個隨機(jī)元素來調(diào)整記賬難度，保證一定時間內(nèi)僅有1人獲得合法記賬權(quán)。Pow共識機(jī)制的運(yùn)行還需要遵循2條原則，一是將最長鏈條視為正確鏈條原則;二是找到合格區(qū)塊進(jìn)行獎勵收益的激勵原則。而比特幣所采用的SHA256哈希算法，需要進(jìn)行2次SHA256運(yùn)算得到最終結(jié)果，因此在網(wǎng)絡(luò)中算力越大的節(jié)點(diǎn)，挖礦獲得記賬權(quán)和比特幣的概率越大，對區(qū)塊鏈安全維護(hù)的權(quán)重越大。（2）股權(quán)證明機(jī)制（proof of stake，簡稱POS）。通過公鏈中的共識算法替換原有的Pow共識算法，以一種不同機(jī)制取代爭奪記賬挖礦權(quán)解決節(jié)點(diǎn)之間的共識問題。但POS機(jī)制一般和Pow結(jié)合使用，通過POS來控制POW工作量證明的難度。（3）DPoS股份授權(quán)證明機(jī)制，通過一種新的加密保障算法按照民主方式?jīng)Q定中心化的不足，大幅度減少各個節(jié)點(diǎn)之間的記賬與認(rèn)證，達(dá)到短時間內(nèi)的共識驗(yàn)證。相比于Pow和POS共識機(jī)制，Dpos可以在區(qū)塊中容納多個交易，提升交易結(jié)算效率。（4）Pool驗(yàn)證池。通過在傳統(tǒng)分布式的基礎(chǔ)上加入數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了短時間內(nèi)的共識驗(yàn)證，大幅度提高驗(yàn)證速度，具有較高的安全性以達(dá)到聯(lián)營的目的，且不需要代幣進(jìn)行，是多數(shù)區(qū)塊鏈行業(yè)使用最多的共識機(jī)制。

2 基于區(qū)塊鏈下農(nóng)產(chǎn)品溯源體系設(shè)計(jì)

2.1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)下農(nóng)產(chǎn)品溯源體系框架的建立

基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源體系研究模型，確保對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的安全性與可靠性，按照區(qū)塊鏈架構(gòu)（數(shù)據(jù)存儲層、網(wǎng)絡(luò)通信層、應(yīng)用層）建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源體系層次的模型，其中數(shù)據(jù)存儲層與網(wǎng)絡(luò)通信層相互獨(dú)立但又存在聯(lián)系（圖4）。

數(shù)據(jù)采集層通過對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工、運(yùn)輸包裝、零售消費(fèi)的完整生命周期信息進(jìn)行記錄，主要用來存儲節(jié)點(diǎn)間的交易信息，一旦存入到數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)中將無法進(jìn)行修改。數(shù)據(jù)庫層通過梅克爾樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式將農(nóng)產(chǎn)品信息按照區(qū)塊頭+區(qū)塊體的方式進(jìn)行保存，再經(jīng)哈希算法和蓋入時間戳的方式將數(shù)據(jù)信息加入到區(qū)塊鏈中。網(wǎng)絡(luò)層通過交易節(jié)點(diǎn)收到交易請求后，在區(qū)塊鏈中進(jìn)行“挖礦”，第1個找到的礦工可以獲得這筆交易區(qū)塊的記賬權(quán)。利用Pow共識機(jī)制運(yùn)算得出1個滿足規(guī)定的隨機(jī)數(shù)字發(fā)出本次的記錄數(shù)據(jù)。去中心化和不可篡改性保證了加入網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的整體運(yùn)作，一旦發(fā)現(xiàn)有人對信息進(jìn)行篡改即可從網(wǎng)絡(luò)中踢出該節(jié)點(diǎn)。并且將監(jiān)管部門和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈各機(jī)構(gòu)作為數(shù)據(jù)驗(yàn)證和認(rèn)證節(jié)點(diǎn)，可以對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。應(yīng)用層通過APP或互聯(lián)網(wǎng)接口使得用戶可以直接進(jìn)行查詢，生產(chǎn)者、運(yùn)輸商、消費(fèi)者和政府在應(yīng)用層對交易信息可通過接入接口進(jìn)行輸入，應(yīng)用層再將信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)層為用戶提供一些溯源相關(guān)的信息查詢。該模型中，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的哈希加密算法和時間戳技術(shù)，通過分布式網(wǎng)絡(luò)與共識機(jī)制的激勵政策對農(nóng)產(chǎn)品溯源信息系統(tǒng)提供了質(zhì)量安全和可靠性的保證。

2.2 數(shù)據(jù)錄入設(shè)計(jì)

在農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)錄入過程中，每件產(chǎn)品都在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中被數(shù)字化信息代替，信息維護(hù)者可以通過參數(shù)信息和身份標(biāo)志對授權(quán)認(rèn)證的節(jié)點(diǎn)開放權(quán)限，保證數(shù)據(jù)維護(hù)的有序和可靠性，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)漠a(chǎn)品信息跟蹤，避免溯源信息的篡改問題。通過授予權(quán)限的節(jié)點(diǎn)需要通過私鑰連接到區(qū)塊鏈中，在用戶界面對數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入。錄入的數(shù)據(jù)信息包括農(nóng)產(chǎn)品交易編號、商家賬號（ID）、產(chǎn)品類型、生產(chǎn)日期、出廠日期、交易貨量和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，一旦進(jìn)入產(chǎn)品數(shù)字化轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)格式和是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核，通過審核后進(jìn)入下一階段（圖5）。

當(dāng)被授權(quán)的生產(chǎn)商節(jié)點(diǎn)與下一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交易時，需要利用非對稱加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)字簽名，保證信息節(jié)點(diǎn)信息不被公開，并進(jìn)行全網(wǎng)廣播后將包含上述交易詳細(xì)信息的加蓋時間戳記錄在區(qū)塊中。參與的節(jié)點(diǎn)應(yīng)按照時間順序?qū)⒚總€農(nóng)產(chǎn)品信息記載到下一個責(zé)任方，以此來規(guī)劃產(chǎn)品的所有流程路線。當(dāng)對產(chǎn)品信息在不同環(huán)節(jié)進(jìn)行錄入時，可根據(jù)錄入的ID表示其確切的位置信息，這部分是農(nóng)產(chǎn)品溯源信息的關(guān)鍵所在，使得整個系統(tǒng)可以完整地展示產(chǎn)品不同環(huán)節(jié)，在投入生產(chǎn)、加工、檢驗(yàn)到零售再到消費(fèi)者購買中每個信息有所反饋。

2.3 數(shù)據(jù)查詢設(shè)計(jì)

用戶和零售商進(jìn)行交易后，需要通過輸入產(chǎn)品交易編號進(jìn)行區(qū)塊鏈上的溯源，由于區(qū)塊結(jié)構(gòu)包含上一個區(qū)塊的哈希值，因此可以通過哈希值追溯到上一個產(chǎn)品交易之前的信息，最終可以查詢到產(chǎn)品的源頭。農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)信息查詢文檔應(yīng)從生產(chǎn)商、加工商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸商、零售商和消費(fèi)者等六大環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)把控（圖6）。

通過上述農(nóng)產(chǎn)品溯源信息查詢文檔，每個農(nóng)產(chǎn)品在不同環(huán)節(jié)都具有數(shù)字簽名和時間戳的認(rèn)證。在電子信息文檔中加入包含指定信息的產(chǎn)品交易編號、類型、生產(chǎn)日期、出廠日期。在物流轉(zhuǎn)運(yùn)時間點(diǎn)，消費(fèi)者可以通過獲取訪問權(quán)輸入私鑰，根據(jù)系統(tǒng)擁有權(quán)限對關(guān)鍵信息進(jìn)行讀取和準(zhǔn)確的認(rèn)知。同時，對于大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品還需要加入更為具體的信息，包括生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的牧場、農(nóng)場、菜場基地的生長環(huán)境，部分需要特殊權(quán)限訪問的隱私信息，這樣為后續(xù)發(fā)生食品安全危機(jī)時，可以第一時間得到?jīng)]有被篡改的農(nóng)產(chǎn)品生長環(huán)境信息。

2.4 系統(tǒng)環(huán)節(jié)應(yīng)用

基于區(qū)塊鏈技術(shù)下不同環(huán)節(jié)應(yīng)用，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中主要節(jié)點(diǎn)角色是指生產(chǎn)商， 首先對不同種類的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分類身份標(biāo)

志并建立產(chǎn)品文檔，隨后在系統(tǒng)中輸入生產(chǎn)信息、培養(yǎng)信息、疫病信息和出售情況等指定信息。當(dāng)前方節(jié)點(diǎn)通過發(fā)起交易請求對下一加工商進(jìn)行交易操作時，系統(tǒng)記錄并自動對下一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行授權(quán)，并繼續(xù)負(fù)責(zé)跟進(jìn)文檔和維護(hù)產(chǎn)品信息。

加工環(huán)節(jié)主要通過生產(chǎn)處理后經(jīng)農(nóng)場及菜場對農(nóng)產(chǎn)品信息進(jìn)行訪問和維護(hù)，一般主要錄入上一筆交易編號、當(dāng)前交易編號、商家ID、商品批次和交易數(shù)量等。加工過程中部分檢驗(yàn)免疫信息需要由監(jiān)管認(rèn)證機(jī)構(gòu)通過數(shù)字簽名對產(chǎn)品安全性進(jìn)行認(rèn)證，特別是一些深加工以及延加工農(nóng)產(chǎn)品中加入的添加劑等材料需要有專屬的身份標(biāo)志和產(chǎn)品信息加入。這一環(huán)節(jié)中原材料通過生物轉(zhuǎn)化形成新形態(tài)的產(chǎn)品進(jìn)行包裝，并提供必要的時間、材料質(zhì)量等物理信息。運(yùn)輸環(huán)節(jié)通過物流公司及供應(yīng)商的追蹤信息查詢系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品實(shí)時運(yùn)送地理位置狀態(tài)進(jìn)行管控，因此運(yùn)輸商需要對農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸方式、運(yùn)輸環(huán)境和接收方進(jìn)行信息文檔的補(bǔ)充，批量化的轉(zhuǎn)移需要對產(chǎn)品統(tǒng)一進(jìn)行表示。銷售環(huán)節(jié)指通過多次直銷及分銷對產(chǎn)品進(jìn)行最后的零售，因此在各個環(huán)節(jié)的銷售中銷售商及零售商需要保證農(nóng)產(chǎn)品信息來源的正確性并錄入信息文檔，包含出售時間、行業(yè)價格及保質(zhì)期等保證區(qū)塊鏈中信息的完整性。在追溯環(huán)節(jié)消費(fèi)者可通過查詢溯源網(wǎng)站窗口對農(nóng)產(chǎn)品的包裝二維碼及標(biāo)志信息溯源號對產(chǎn)品信息文檔進(jìn)行查閱，了解必要信息。

3 創(chuàng)新與不足

基于區(qū)塊鏈技術(shù)下的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系設(shè)計(jì)有2點(diǎn)創(chuàng)新，一是可以較好地完善整個農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息的透明化，通過物聯(lián)網(wǎng)采集傳輸生長環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再通過分布式網(wǎng)絡(luò)與共識機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈的錄入，使每個環(huán)節(jié)在不同的節(jié)點(diǎn)方可溯源。且區(qū)塊鏈中所有的農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)都會及時更新存在每個環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)中，而且不同節(jié)點(diǎn)之間驗(yàn)證其他節(jié)點(diǎn)的正確性，只有當(dāng)大部分節(jié)點(diǎn)認(rèn)證通過時，才可以得到全網(wǎng)的認(rèn)可。因此，在此系統(tǒng)下農(nóng)產(chǎn)品溯源信息通過各方共同維護(hù)，保證了數(shù)據(jù)不易被篡改的特性，也降低了傳統(tǒng)中心化管理系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫的造假問題。二是通過區(qū)塊鏈技術(shù)追溯到農(nóng)產(chǎn)品ID以此減少質(zhì)檢和運(yùn)輸過程中的信息傳輸錯誤，溯源系統(tǒng)下的農(nóng)產(chǎn)品ID身份識別將有助于驗(yàn)證和數(shù)據(jù)追蹤，確保了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性和可驗(yàn)證性。通過非對稱加密和哈希算法可以較好地解決農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的信任問題，達(dá)到新的行業(yè)共信模式。在去中心化的網(wǎng)絡(luò)下，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品“生產(chǎn)有記錄、責(zé)任可追溯、動態(tài)和追蹤、監(jiān)管可共享”的新管理模式。

同時，理想化的應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)依舊存在以下幾點(diǎn)不足。首先在技術(shù)性能方面，目前市場的區(qū)塊鏈系統(tǒng)性能較難滿足實(shí)際的農(nóng)產(chǎn)品溯源需求，比特幣的區(qū)塊鏈系統(tǒng)每筆交易處理達(dá)到8.57 s。在未來大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等數(shù)據(jù)存載處理中還需大幅度提升速度，加速農(nóng)產(chǎn)品溯源應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)，需要突破性能提升等一道道關(guān)鍵技術(shù)壁壘的限制。其次，在道德風(fēng)險方面，區(qū)塊鏈雖然可以在技術(shù)上解決一定程度的信用問題，但人為干預(yù)過程依舊存在道德風(fēng)險，區(qū)塊鏈技術(shù)可以在溯源過程中保證信息的準(zhǔn)確性，但并不能保證產(chǎn)品的真實(shí)性。區(qū)塊鏈技術(shù)并不是萬能的，它并不能夠解決一切問題和風(fēng)險，但當(dāng)其解決農(nóng)產(chǎn)品溯源中一部分信用風(fēng)險，那么它的貢獻(xiàn)應(yīng)用前期更為我們期待。最后，在安全風(fēng)險方面，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)應(yīng)用的比特幣從創(chuàng)立至今沒有任何發(fā)行機(jī)構(gòu)，雖然可以查詢到所有的交易記錄，但比特幣的擁有者依靠匿名性很難跟蹤和破解，這一點(diǎn)恰巧是犯罪分子看中的非法交易良好載體。數(shù)字密碼貨幣不需要身份信息，也不需要銀行賬號，只需要連入互聯(lián)網(wǎng)在世界的任何角落都可以收付。區(qū)塊鏈技術(shù)也是一把雙刃劍，這一創(chuàng)新的技術(shù)會給不法犯罪分子帶來可乘之機(jī)。