基于區(qū)塊鏈的保健食品追溯系統(tǒng)

李保東，葉春明 LI Baodong， YE Chunming

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海200093）

1 區(qū)塊鏈

1.1 區(qū)塊鏈的定義

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式的數(shù)據(jù)庫，可以共享且不易更改的分布式分類總賬，它是構(gòu)建價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的底層應(yīng)用技術(shù)，具備多層級(jí)和多個(gè)類型應(yīng)用的價(jià)值傳輸技術(shù)。其具有信息不可篡改、集體維護(hù)、匿名性、可追溯以及去中心化等特性[1]。

嚴(yán)格意義上說，區(qū)塊鏈并不是單一的創(chuàng)新技術(shù)，它是由多種技術(shù)整理創(chuàng)新的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)去中心化、自治性的底層技術(shù)架構(gòu)。

圖1 區(qū)塊鏈的模型架構(gòu)

1.2 區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)架構(gòu)模型

區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)架構(gòu)模型如圖1 所示，自下而上包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層[2]。每一層都具備一項(xiàng)核心功能，不同層之間相互配合，構(gòu)建一個(gè)去中心化的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈最底層的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合公私鑰非加密對(duì)稱、哈希函數(shù)、時(shí)間戳和Merkel 樹等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)的處理，使區(qū)塊依次相連，防止數(shù)據(jù)的篡改。網(wǎng)絡(luò)層包含了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)以及傳播和驗(yàn)證機(jī)制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以接受信息，也可以生產(chǎn)信息。每當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)新區(qū)塊時(shí)，它會(huì)像全網(wǎng)廣播，其他節(jié)點(diǎn)將會(huì)驗(yàn)證區(qū)塊數(shù)據(jù)的真實(shí)性，當(dāng)大多數(shù)節(jié)點(diǎn)通過驗(yàn)證后，這一新區(qū)塊將會(huì)永久的被儲(chǔ)存下來。共識(shí)層是一個(gè)比較核心的層級(jí)，它解決的是在分布式系統(tǒng)中如何統(tǒng)一行動(dòng)的問題，區(qū)塊鏈中的共識(shí)機(jī)制包含工作量證明機(jī)制（POW）、權(quán)益證明機(jī)制（POS）、股份授權(quán)證明機(jī)制（DPOS） 等。激勵(lì)層包括發(fā)行機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制，這個(gè)層級(jí)是經(jīng)濟(jì)學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的成果，讓區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)能夠積極主動(dòng)地維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。合約層包含了腳本代碼、算法機(jī)制、智能合約，體現(xiàn)了區(qū)塊鏈可編程的特點(diǎn)，應(yīng)用層封裝了區(qū)塊鏈應(yīng)用的各種場(chǎng)景，本文的應(yīng)用場(chǎng)景即區(qū)塊鏈在保健食品追溯系統(tǒng)的應(yīng)用。

1.3 區(qū)塊鏈的分類

在表1 中，列舉了區(qū)塊鏈的三種類型，對(duì)每一種類型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行說明。在保健食品行業(yè)，需要供應(yīng)鏈上下游的多個(gè)企業(yè)共同參與維護(hù)區(qū)塊鏈的運(yùn)行，并且，伴隨著保健食品業(yè)的興起，交易規(guī)模與速度會(huì)有極大提升[3]。對(duì)比三種類型的區(qū)塊鏈，聯(lián)盟鏈具有交易速度快、成本低、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于多個(gè)機(jī)構(gòu)和組織共同參與管理。最適合在保健食品供應(yīng)鏈中的應(yīng)用。

表1 區(qū)塊鏈的類型

2 區(qū)塊鏈在保健食品溯源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 研究背景

我國的保健食品行業(yè)從20 世紀(jì)80 年代興起，隨著人們對(duì)生命健康的關(guān)注，保健品行業(yè)快速的發(fā)展壯大。目前已有兩千多家的注冊(cè)企業(yè)，行業(yè)規(guī)模甚至達(dá)到兩千多億人民幣。一方面，我們國家65 歲以上的老年人口不斷上漲，已成為老年人口最多的國家，老年人口的不斷上升推動(dòng)著保健品行業(yè)快速發(fā)展[4]。在另一方面，兒童和青少年也逐漸開始選擇保健食品，保健食品消費(fèi)人群正呈現(xiàn)年輕化的趨勢(shì)。但是在保健食品行業(yè)發(fā)展過程中，面臨一些安全性的問題[5]，所以對(duì)于保健食品的安全溯源是極其必要的。目前國內(nèi)對(duì)于保健食品的溯源存在以下問題：

（1） 溯源的信息量有限。目前，保健食品的溯源主要通過掃描商品包裝上的條形碼和二維碼，掃描出來的結(jié)果只包含了生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)地址、生產(chǎn)日期等一些基本的信息，而對(duì)整個(gè)生產(chǎn)及流通過程中所包含的數(shù)據(jù)無法追蹤，無法實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)到消費(fèi)者手中的全過程追蹤。

（2） 溯源體系的可靠性低。保健食品行業(yè)的追溯系統(tǒng)是通過中心化的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的，這就存在數(shù)據(jù)的錄入錯(cuò)誤，甚至是人為的數(shù)據(jù)篡改，此外還可能遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，無法保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

（3） 溯源體系的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。目前國內(nèi)的溯源體系，對(duì)于查詢的結(jié)果沒有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范。例如，對(duì)于同樣是生產(chǎn)鈣片的兩家企業(yè)，所包含的溯源信息種類可能是不一致的，無法保證行業(yè)的規(guī)范性。

2.2 追溯系統(tǒng)架構(gòu)

在保健食品區(qū)塊鏈的追溯系統(tǒng)中，本文將其總體架構(gòu)分為三層，分別為接入數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)處理層、用戶層[6]。數(shù)據(jù)接入層包含了保健食品供應(yīng)商原材料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)。利用網(wǎng)絡(luò)或者傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)而將數(shù)據(jù)收集起來，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者TCP 等手段將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理層。數(shù)據(jù)處理層完成對(duì)保健產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄，并將生產(chǎn)過程所利用的APP 與區(qū)塊鏈后臺(tái)相連，確保數(shù)據(jù)能夠載入到區(qū)塊鏈中。同時(shí)把零售、電商及物流平臺(tái)的數(shù)據(jù)接入到數(shù)據(jù)處理層的區(qū)塊鏈平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)追蹤。用戶層是實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者與區(qū)塊鏈平臺(tái)的交互，用戶能夠通過APP 或者微信小程序等掃描商品上的條形碼或者二維碼，便可以追蹤到所購買商品從原材料到消費(fèi)者手中全過程的數(shù)據(jù)集[7-8]。架構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 區(qū)塊鏈在保障食品體系的架構(gòu)示意圖

2.3 保健食品追溯流程

保健食品的追溯流程如圖3 所示，分為四個(gè)部分，分別是保健食品原材料準(zhǔn)備過程、生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)、分銷環(huán)節(jié)、消費(fèi)者。

（1） 原材料準(zhǔn)備階段。保健食品的材料供應(yīng)商準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在區(qū)塊鏈平臺(tái)上記錄材料的相關(guān)數(shù)據(jù)，包含材料的名稱（甘草、山藥……）、材料來源地、提取所需原料的方法等。將這些信息錄入到區(qū)塊鏈平臺(tái)。

（2） 生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。制造商將生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)以及最后的成品數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈上，經(jīng)各節(jié)點(diǎn)確認(rèn)后，這些數(shù)據(jù)將會(huì)永久的保存在區(qū)塊鏈上。

（3） 分銷環(huán)節(jié)。保健品的分銷基本分為兩種，一種是線下零售渠道，另一種是電商渠道，通過電商渠道銷售的保健品則必須通過第三方物流傳送到消費(fèi)者手中。在這個(gè)環(huán)節(jié)，需要將企業(yè)的商品管理系統(tǒng)及電商平臺(tái)搭載到區(qū)塊鏈平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，在物流配送環(huán)節(jié)，將第三方物流平臺(tái)的數(shù)據(jù)接入到區(qū)塊鏈平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物流環(huán)節(jié)的配送的跟蹤。在區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)層，采用公私鑰非加密對(duì)稱技術(shù)，無論是電商平臺(tái)還是物流配送員，他們都擁有自己的公私鑰對(duì)，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)要用私鑰進(jìn)行簽名，這在一定程度上保障了信息的安全可靠，出現(xiàn)問題時(shí)可以快速查詢出是哪個(gè)環(huán)節(jié)的問題[9]。

（4） 消費(fèi)者。消費(fèi)者在零售渠道或者在電商渠道購買的保健食品到手后，可以通過掃描商品外包裝上的二維碼查詢商品從原材料到消費(fèi)者手中整個(gè)全過程中的數(shù)據(jù)。這種呈現(xiàn)形式，一方面讓消費(fèi)者提升了對(duì)保健食品的購買心理，另一方面，如果產(chǎn)品存在質(zhì)量問題，可以快速定位出問題的環(huán)節(jié)。

圖3 保健食品追溯流程圖

3 區(qū)塊鏈在保健食品的溯源作用

（1） 促進(jìn)保健食品行業(yè)的發(fā)展。消費(fèi)者通過電商或零售渠道購買到來路明確、信息可靠的保健食品，在發(fā)生安全和產(chǎn)品的質(zhì)量問題時(shí)，有可靠的渠道去追溯責(zé)任主體，這就使得消費(fèi)者更加信任在平臺(tái)購買的商品，消除消費(fèi)者的后顧之憂。所以，區(qū)塊鏈能夠幫助零售和電商平臺(tái)獲得顧客信任，進(jìn)而促進(jìn)保健食品行業(yè)的發(fā)展。

（2） 提高企業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和信息化?；趨^(qū)塊鏈建立起來的追蹤溯源體系，對(duì)于各個(gè)環(huán)節(jié)來說都起到一種監(jiān)督的作用。這也促使保健食品行業(yè)的從業(yè)者生產(chǎn)出更加符合規(guī)范產(chǎn)品，朝著標(biāo)準(zhǔn)化和信息化的方向發(fā)展。在長期看來，基于區(qū)塊鏈的溯源系統(tǒng)必定會(huì)提高整個(gè)社會(huì)保健食品的質(zhì)量。

（3） 提供給消費(fèi)者真實(shí)的信息。區(qū)塊鏈具有去中心化、防篡改、可追溯的特性，與保健食品行業(yè)的結(jié)合可以使產(chǎn)品的生產(chǎn)加工信息清晰透明，滿足消費(fèi)者的知情權(quán)，為消費(fèi)者提供了真實(shí)的信息。

4 案例分析

2018 年12 月25 日，網(wǎng)絡(luò)上爆出權(quán)健公司經(jīng)營的產(chǎn)品導(dǎo)致一位4 歲的患癌女孩逝世。調(diào)查發(fā)現(xiàn)權(quán)健公司的產(chǎn)品存在極大的問題。

權(quán)健公司主要是一家以經(jīng)營保健品為主的企業(yè)，在供應(yīng)鏈中處于中間環(huán)節(jié)。之所以發(fā)生這種極端的情況，根本原因在于權(quán)健公司只顧商業(yè)利益，不顧消費(fèi)者安全的野蠻生產(chǎn)方式。除此之外，也顯現(xiàn)出國家對(duì)于保健食品的監(jiān)管缺乏力度，保健品生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)缺乏可追溯性?；谶@種情況，筆者提出將區(qū)塊鏈運(yùn)用到保健食品的供應(yīng)鏈中，以提高保健品生產(chǎn)流通全過程的可追溯性。

當(dāng)原材料供應(yīng)商寫入材料信息，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)原有嵌入的標(biāo)準(zhǔn)材料信息進(jìn)行比對(duì)，若不符合要求，則無法寫入?yún)^(qū)塊；反之則用私鑰進(jìn)行簽名后寫入?yún)^(qū)塊鏈。可是在這一環(huán)節(jié)材料的供應(yīng)商有可能會(huì)篡改信息。制造商在接收產(chǎn)品前應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)工作，當(dāng)且僅當(dāng)驗(yàn)證合格后，方可發(fā)送數(shù)字簽名給材料供應(yīng)商，確認(rèn)簽收。若檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料信息與供應(yīng)商原材料記錄在區(qū)塊鏈上的信息不符，檢測(cè)部門將會(huì)把檢測(cè)的結(jié)果記錄到區(qū)塊鏈上，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的向監(jiān)管部門報(bào)告，監(jiān)管部門將會(huì)介入，同時(shí)阻止這一產(chǎn)品在供應(yīng)鏈上流動(dòng)。供應(yīng)鏈下游的分銷商和零售商在接受產(chǎn)品和發(fā)出產(chǎn)品時(shí)均要在系統(tǒng)上用自己的私鑰進(jìn)行簽名，這就保證了每一環(huán)節(jié)的可追溯性。若是由于工作疏忽或其他原因?qū)е虏缓细竦漠a(chǎn)品流入到市場(chǎng)中去，消費(fèi)者可以通過掃描產(chǎn)品封面的二維碼即可查詢整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，追蹤到出現(xiàn)問題的節(jié)點(diǎn)。

綜合以上，將區(qū)塊鏈介入到保健食品的生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)，一方面可以督促生產(chǎn)企業(yè)制造出更加優(yōu)質(zhì)的商品，另一方面，出現(xiàn)問題時(shí)可以及時(shí)的報(bào)告預(yù)警，從而保證國民的生命安全。

5 實(shí)際應(yīng)用中的難點(diǎn)

區(qū)塊鏈的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了以比特幣為代表的區(qū)塊鏈1.0 時(shí)代，以以太坊為代表的區(qū)塊鏈2.0 時(shí)代，現(xiàn)在已經(jīng)邁入?yún)^(qū)塊鏈3.0時(shí)代?；趨^(qū)塊鏈的保健食品追溯系統(tǒng)就是區(qū)塊鏈的3.0 的一個(gè)設(shè)計(jì)，在這個(gè)設(shè)計(jì)中仍會(huì)面臨很多的問題。

（1） 保健食品行業(yè)的數(shù)據(jù)分布在供應(yīng)鏈中的各個(gè)企業(yè)中，每個(gè)企業(yè)都有自己的核心數(shù)據(jù)庫，如何將供應(yīng)鏈中的各級(jí)企業(yè)的數(shù)據(jù)接入到數(shù)據(jù)平臺(tái)，仍是亟待解決的問題。

（2） 區(qū)塊鏈技術(shù)作為一個(gè)新的技術(shù)，仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，其發(fā)展的過程中還存在著許多問題，需要在發(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)并解決[10]。

6 結(jié) 論

基于區(qū)塊鏈的保健食品的溯源系統(tǒng)研究，以消費(fèi)者購買到的保健產(chǎn)品作為溯源對(duì)象，能夠?qū)ζ鋸脑牧瞎?yīng)商、生產(chǎn)加工的制造商、分銷商到物流環(huán)節(jié)進(jìn)行全程追蹤。通過區(qū)塊鏈的去中心化、不可篡改、可溯源等特點(diǎn)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，在消費(fèi)者收到產(chǎn)品后通過掃描二維碼便可獲知產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過程的信息，實(shí)現(xiàn)安全追溯。此外，這一方法也可以運(yùn)用到其他行業(yè)，為其他行業(yè)的發(fā)展提供借鑒。