區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源中的應(yīng)用研究

翟鴻雁

摘 要：農(nóng)產(chǎn)品安全是國家和人民關(guān)注的民生焦點(diǎn)問題。文中將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源關(guān)鍵技術(shù)中，探索將兩者技術(shù)有效融合，利用區(qū)塊鏈去中心化、機(jī)器自治、不可篡改、公開透明、可完整追溯等特性，建立農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈可信追溯模型和系統(tǒng)，保證農(nóng)產(chǎn)品整個(gè)安全信息溯源鏈上所有數(shù)據(jù)真實(shí)、安全、透明和完整。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;農(nóng)產(chǎn)品;安全信息;去中心化;技術(shù)融合;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP302.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：2095-1302（2020）01-00-03

0 引 言

近年來，農(nóng)產(chǎn)品安全事件頻頻發(fā)生，農(nóng)產(chǎn)品安全事件危害人類健康，同時(shí)帶來一系列嚴(yán)重的社會(huì)問題，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，如何保障農(nóng)產(chǎn)品安全已成為國家和人民關(guān)注的民生焦點(diǎn)問題[1]。農(nóng)產(chǎn)品安全事件頻繁發(fā)生的根本原因在于政府、生產(chǎn)加工企業(yè)、銷售商和最終消費(fèi)者之間各方所獲取的農(nóng)產(chǎn)品安全信息不全面、不透明、不對稱，且農(nóng)業(yè)智能化水平較低。特別是涉及到跨區(qū)域的農(nóng)產(chǎn)品安全問題時(shí)，一旦農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，必然影響到農(nóng)產(chǎn)品安全系數(shù)，那么就需要追溯整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上每個(gè)環(huán)節(jié)的安全信息，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能存在不安全因素。因此，保證農(nóng)產(chǎn)品安全溯源信息每一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)真實(shí)、完整、透明、不易被篡改等就尤為重要。

信息溯源技術(shù)近年來在農(nóng)產(chǎn)品安全領(lǐng)域已有了一定的應(yīng)用，但全程溯源信息也存在數(shù)據(jù)不完整、不安全、易篡改等問題，需要切實(shí)解決供應(yīng)鏈信息的防篡改性;而正在金融領(lǐng)域興起的區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)分布式記賬，所有溯源上的主體都可以參與到數(shù)據(jù)信息的記錄中來，但是這些溯源鏈條上的數(shù)據(jù)信息不可刪除、不可篡改，區(qū)塊鏈所具有的這些“去中心化”和“不可篡改”等特性，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)信息溯源在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和保護(hù)方面的不足。區(qū)塊鏈不需要第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)的參與，可提高數(shù)據(jù)信息的公開性和透明性。因此，可大力探索將信息溯源和區(qū)塊鏈這兩種技術(shù)進(jìn)行有效融合，探索建立農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈可信追溯模型和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息的透明化，提高農(nóng)產(chǎn)品溯源鏈的智能化，及時(shí)跟蹤農(nóng)產(chǎn)品安全數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)問題農(nóng)產(chǎn)品可快速召回，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)又可節(jié)約成本[2]。

1 農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源

農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源系統(tǒng)以確保放心安全食品上餐桌為目標(biāo)，以全面保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全為出發(fā)點(diǎn)，以物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、智能感知技術(shù)、通信技術(shù)、采集數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)為支撐，使農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)安全信息從采集、傳輸、管理、應(yīng)用的整個(gè)供應(yīng)鏈中都能可靠準(zhǔn)確傳輸[3]。農(nóng)產(chǎn)品安全信息追溯體系是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理體系中的重要組成部分，是一個(gè)能夠連接生產(chǎn)、檢驗(yàn)、監(jiān)管和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)，提供從農(nóng)田到餐桌的追溯模式，提取生產(chǎn)、加工、流通、消費(fèi)等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的安全信息公共追溯要素，對農(nóng)產(chǎn)品所有信息記錄全程進(jìn)行電子數(shù)字化管理，為農(nóng)產(chǎn)品建立透明的數(shù)字信息身份檔案，建立農(nóng)產(chǎn)品安全信息數(shù)據(jù)庫，消費(fèi)者、商家、政府可通過智能終端一體機(jī)掃描農(nóng)產(chǎn)品溯源安全信息編碼快速查詢到生產(chǎn)供應(yīng)鏈所有溯源信息。一旦發(fā)現(xiàn)問題，能夠根據(jù)溯源信息進(jìn)行有效的控制和召回，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，從源頭上保障消費(fèi)者的合法權(quán)益，同時(shí)也通過溯源系統(tǒng)為政府主管部門提供監(jiān)管和決策依據(jù)。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈就是基于區(qū)塊鏈技術(shù)形成的公共數(shù)據(jù)庫（或稱公共賬本）。其中區(qū)塊鏈技術(shù)是指多個(gè)參與方之間基于現(xiàn)代密碼學(xué)、分布式一致性協(xié)議、點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能合約編程語言等形成的數(shù)據(jù)交換、處理和存儲(chǔ)的技術(shù)組合[4]，它的目的是用于驗(yàn)證其信息的有效性（防偽）。廣義來講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來生成和更新數(shù)據(jù)，利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全，利用由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算方式[5]。區(qū)塊鏈主要解決交易的信任和安全問題，包括共識(shí)機(jī)制、時(shí)間戳、智能合約、公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈、側(cè)鏈、跨鏈和閃電網(wǎng)絡(luò);主要核心技術(shù)包括分布式賬本、非對稱加密和授權(quán)技術(shù)、共識(shí)算法、分布式存儲(chǔ)技術(shù)、P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。區(qū)塊鏈典型的特征包括去中介化、開放性、自治性、信息不可篡改、可追溯性、匿名性、高可靠性、高拓展性和包容性[6]。區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)[7]包括網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。在網(wǎng)絡(luò)層，建立去中心的分布式系統(tǒng);在數(shù)據(jù)層，建立分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是一個(gè)分布式賬本;在應(yīng)用層，用區(qū)塊鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的登記和清算系統(tǒng)，能夠提供編程環(huán)境讓用戶編寫智能合約。

一般來講，區(qū)塊鏈技術(shù)最受關(guān)注的應(yīng)用主要在金融服務(wù)領(lǐng)域，但是其實(shí)它越來越多地影響著各個(gè)行業(yè)，繼“人工智能+”之后，興起的“區(qū)塊鏈+”讓人對區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在各行業(yè)帶來的改變充滿期待，特別是農(nóng)產(chǎn)品安全信息領(lǐng)域。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源關(guān)鍵技術(shù)中的研究

在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源平臺(tái)研究和開發(fā)中，將區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、區(qū)塊鏈基于時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、區(qū)塊鏈加密算法和共識(shí)機(jī)制、開放性等特征應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源場景中，將農(nóng)產(chǎn)品全過程信息流記錄上鏈并進(jìn)行存證和固化，同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)，利用分布式賬本，有效保證全程農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源數(shù)據(jù)完整、真實(shí)、透明、不可篡改。

3.1 運(yùn)用區(qū)塊鏈去中心化特性重構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)框架的農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源體系架構(gòu)

首先采用物聯(lián)網(wǎng)體系框架搭建農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源體系架構(gòu)，建立信息數(shù)據(jù)流分層原型模型。傳統(tǒng)的分布式存儲(chǔ)一般是通過中心節(jié)點(diǎn)往其他備份節(jié)點(diǎn)同步數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)的溯源體系架構(gòu)中專門設(shè)置了一個(gè)支撐層，這一層對農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈軌跡中的各類質(zhì)量安全信息采用統(tǒng)一的中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。而運(yùn)用區(qū)塊鏈具有的分布式賬本這一核心技術(shù)，即交易記賬是由分布在不同地方的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同來完成，每一節(jié)點(diǎn)都記錄完整賬目，也就是使用區(qū)塊鏈分布式核算和存儲(chǔ)，去除中心化的數(shù)據(jù)管理，任何節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)都是對等的，即無需中心化的硬件和數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)。區(qū)塊鏈每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)都是獨(dú)立的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都按照塊鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ)完整的數(shù)據(jù)，且每一節(jié)點(diǎn)的權(quán)利、義務(wù)是平等的。因此農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源體系中數(shù)據(jù)塊可由系統(tǒng)體系中具有維護(hù)功能的節(jié)點(diǎn)來共同維護(hù)。

運(yùn)用區(qū)塊鏈去中心化特征將農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源體系按照信息數(shù)據(jù)流的橫向流向把溯源體系分為感知層、傳輸層、支撐層、應(yīng)用層、用戶層五個(gè)類型分層[8]。感知層主要通過各種智能感知設(shè)備獲取農(nóng)產(chǎn)品信息的采集，包括RFID、各類傳感器等采集的農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)和原始信息;傳輸層主要通過無線網(wǎng)、通信網(wǎng)、傳感網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將采集到的供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的安全信息能夠可靠完整有效地傳輸;支撐層對各個(gè)環(huán)節(jié)采集到的農(nóng)產(chǎn)品安全信息和數(shù)據(jù)使用區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)、去中心化管理;應(yīng)用層主要設(shè)計(jì)和構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源平臺(tái)、農(nóng)產(chǎn)品安全信息監(jiān)管平臺(tái)、農(nóng)產(chǎn)品采集信息溯源防偽識(shí)別平臺(tái)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全預(yù)警應(yīng)急處理平臺(tái)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全分析與決策平臺(tái);用戶層主要面向農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、加工商、銷售商、政府主管部門、消費(fèi)者。農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源體系架構(gòu)如圖1所示。

3.2 運(yùn)用區(qū)塊鏈基于時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)傳輸農(nóng)產(chǎn)品安全信息數(shù)據(jù)

農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工、包裝到銷售的生產(chǎn)供應(yīng)鏈中，數(shù)據(jù)信息流經(jīng)過感知層、傳輸層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層，根據(jù)供應(yīng)鏈主體劃分追溯記錄，區(qū)塊鏈按照信息流層次順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)區(qū)塊都包含一個(gè)時(shí)間戳和一個(gè)與前一區(qū)塊的鏈接。對農(nóng)產(chǎn)品溯源信息采用時(shí)間戳的方式對區(qū)塊進(jìn)行鏈接，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都按照塊鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ)完整的數(shù)據(jù)，可以在各個(gè)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建更清晰的追蹤渠道。并運(yùn)用分布式組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳播和數(shù)據(jù)驗(yàn)證等機(jī)制可靠傳輸農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息流。通過這種方式，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈每一環(huán)節(jié)都有了透明、完整的溯源信息，保證了各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的可靠傳輸交換，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)產(chǎn)品安全信息的有效追溯。

3.3 運(yùn)用區(qū)塊鏈加密算法和共識(shí)機(jī)制保證農(nóng)產(chǎn)品安全溯源信息的完整和安全

傳統(tǒng)的追溯方式根據(jù)ID值在數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息追溯，這種追溯方式過于簡單，真實(shí)性、有效性不能保證。區(qū)塊鏈技術(shù)是利用密碼學(xué)的方式，采用加密算法[9]，對公鑰和私鑰進(jìn)行設(shè)置，在農(nóng)產(chǎn)品追溯中區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮褂妹艽a學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含了一次供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)信息，用于驗(yàn)證其信息的有效性（防偽）和生成下一個(gè)區(qū)塊。運(yùn)用區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制，只有當(dāng)大部分節(jié)點(diǎn)都同時(shí)認(rèn)為這個(gè)信息記錄正確時(shí)，或者所有參與記錄的節(jié)點(diǎn)都比對結(jié)果一致通過后，才能認(rèn)定記錄的真實(shí)性和有效性，記錄數(shù)據(jù)才允許被寫入?yún)^(qū)塊中。一旦數(shù)據(jù)經(jīng)過驗(yàn)證并添加到區(qū)塊鏈中，將被永久存儲(chǔ)，且時(shí)間戳可以記錄數(shù)據(jù)創(chuàng)建時(shí)間。這種共識(shí)機(jī)制在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源中不僅是數(shù)據(jù)記錄認(rèn)定的方式，同時(shí)也保證了信息的不可篡改。運(yùn)用區(qū)塊鏈加密算法和共識(shí)機(jī)制，建立不可篡改的可信追溯信息鏈條，是農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈可信追溯的有效方法和手段，從而保證追溯信息的真實(shí)性、不可篡改性和傳遞的安全性、有效性。

3.4 運(yùn)用區(qū)塊鏈開放性保證農(nóng)產(chǎn)品安全溯源信息的公開透明

農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源平臺(tái)可根據(jù)不同農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)的特定條件，設(shè)計(jì)開發(fā)質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)軟件，連接農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、監(jiān)管和消費(fèi)各個(gè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)。由于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)可對所有人公開，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)將所有的交易賬本實(shí)時(shí)廣播，因此運(yùn)用區(qū)塊鏈開放、透明等特性，讓用戶層成員充分了解農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)流通過程，獲悉農(nóng)產(chǎn)品安全信息。除了交易主體的私有信息數(shù)據(jù)被加密外，所有人并都可通過公開接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和相關(guān)應(yīng)用，保證農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源系統(tǒng)的信息高度透明，提升農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)者的信息程度，農(nóng)產(chǎn)品從種植到最終上餐桌，能夠完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溯源。

4 結(jié) 語

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品安全信息溯源關(guān)鍵技術(shù)中，探索將兩者技術(shù)有效融合、優(yōu)勢互補(bǔ)，利用區(qū)塊鏈去中心化、機(jī)器自治、不可篡改、公開透明、可完整追溯等特性，從技術(shù)上真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全信息的全程追溯，保證整個(gè)溯源鏈上所有數(shù)據(jù)真實(shí)、安全、透明和完整。

參 考 文 獻(xiàn)

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