基于“GS1+區(qū)塊鏈”的水產(chǎn)品追溯技術(shù)研究

河北省標(biāo)準(zhǔn)化研究院 王少然 王海陶

隨著人們生活水平的提高，人們的食品消費(fèi)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大改善，從單一的溫飽型食品消費(fèi)逐漸向多元化、營養(yǎng)型食品消費(fèi)轉(zhuǎn)化。水產(chǎn)品以其高蛋白、低脂肪、高營養(yǎng)的特點(diǎn)備受人們青睞，但在市場經(jīng)濟(jì)激烈競爭下，一些水產(chǎn)品經(jīng)營者為獲取額外利潤，試圖經(jīng)營假冒偽劣或是存在安全問題的水產(chǎn)品，嚴(yán)重?cái)_亂了水產(chǎn)品市場，損害了消費(fèi)者權(quán)益。如何實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品“從源頭到餐桌”整個(gè)過程的跟蹤與追溯是當(dāng)下解決水產(chǎn)品安全問題的關(guān)鍵。

食品安全追溯是管理和控制食品安全問題的有效手段，但由于目前食品追溯過程往往存在編碼標(biāo)識不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫不兼容及數(shù)據(jù)共享性、安全性低等問題，導(dǎo)致難以達(dá)到實(shí)際要求的追溯效果。針對水產(chǎn)品安全問題，應(yīng)用合適的追溯技術(shù)，開展水產(chǎn)品追溯研究迫在眉睫。

水產(chǎn)品追溯

水產(chǎn)品從水產(chǎn)育苗開始，經(jīng)飼養(yǎng)、養(yǎng)成捕撈、屠宰加工、中間存儲、物流配送、批發(fā)零售等，直到終端消費(fèi)者購買水產(chǎn)品，整個(gè)過程需從原材料供應(yīng)商經(jīng)養(yǎng)殖基地、加工企業(yè)、倉儲中心、配送中心及批發(fā)市場或超市，最終到達(dá)消費(fèi)者手中，水產(chǎn)品流通過程，如圖1所示。水產(chǎn)品流通過程需要在一定的溫濕度條件下，經(jīng)生產(chǎn)商、承運(yùn)商、批發(fā)商、零售商、消費(fèi)者等參與方，對各環(huán)節(jié)進(jìn)行有效標(biāo)識，利用自動識別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的存儲與傳遞。

圖1 水產(chǎn)品流通過程

水產(chǎn)品追溯是指消費(fèi)者一旦遇到問題水產(chǎn)品，通過水產(chǎn)品的編碼標(biāo)識，回溯水產(chǎn)品來歷、用途和位置等，實(shí)現(xiàn)從消費(fèi)者層層追溯到水產(chǎn)品原料供應(yīng)商，最終找到出現(xiàn)問題的具體環(huán)節(jié)，使消費(fèi)者了解水產(chǎn)品整個(gè)流通過程，高效、及時(shí)召回同批次水產(chǎn)品，水產(chǎn)品追溯過程，如圖2所示。要實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯，就需要在水產(chǎn)品流通各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)無縫銜接，實(shí)現(xiàn)信息流與物流的統(tǒng)一，由此可見，標(biāo)識是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯的基礎(chǔ)支撐，而準(zhǔn)確的信息采集與傳輸且保證全流程的透明化、公開化是整個(gè)過程的關(guān)鍵。

圖2 水產(chǎn)品追溯

“GS1+區(qū)塊鏈”技術(shù)

GS1系統(tǒng)全稱“全球統(tǒng)一編碼標(biāo)識系統(tǒng)”，由國際物品編碼組織管理。GS1系統(tǒng)包括GS1編碼體系、數(shù)據(jù)載體體系和數(shù)據(jù)交換體系。GS1編碼體系可為流通領(lǐng)域中貿(mào)易項(xiàng)目（標(biāo)識采用全球貿(mào)易項(xiàng)目代碼，簡稱GTIN）、物流單元（標(biāo)識采用系列貨運(yùn)包裝箱代碼，簡稱SSCC）、位置（標(biāo)識采用參與方位置代碼，簡稱GLN）、資產(chǎn)（標(biāo)識采用全球可回收資產(chǎn)標(biāo)識，簡稱GRAI；全球單個(gè)資產(chǎn)標(biāo)識，簡稱GIAI）、服務(wù)關(guān)系（全球服務(wù)關(guān)系代碼，簡稱GSRN）等提供唯一標(biāo)識。數(shù)據(jù)載體承載編碼信息，用于實(shí)現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集與電子數(shù)據(jù)交換。GS1系統(tǒng)具備的特點(diǎn)有：系統(tǒng)性、科學(xué)性、全球統(tǒng)一性、可擴(kuò)展性。

狹義上講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?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)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義上講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識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)算范式。區(qū)塊鏈特點(diǎn)有：去中心化，公開透明，安全、不可篡改，信息加密和匿名性等。區(qū)塊鏈包括公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈，從數(shù)據(jù)安全與隱私、風(fēng)險(xiǎn)可控性、高效性方面出發(fā)，水產(chǎn)品供應(yīng)鏈主要應(yīng)用聯(lián)盟鏈。

“GS1+區(qū)塊鏈”技術(shù)是將GS1技術(shù)與區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，將其應(yīng)用于水產(chǎn)品追溯，不僅可以將水產(chǎn)品流通過程涉及的貿(mào)易項(xiàng)目、物流單元、位置、資產(chǎn)、服務(wù)關(guān)系等進(jìn)行GS1標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化編碼標(biāo)識，同時(shí)，將水產(chǎn)品流通各環(huán)節(jié)相關(guān)參與方均加入?yún)^(qū)塊鏈，使得各環(huán)節(jié)交易信息共享，數(shù)據(jù)公開透明、不被篡改，消費(fèi)者一旦發(fā)現(xiàn)問題水產(chǎn)品，即可通過層層追溯到問題源頭，從而真正實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯。

應(yīng)用GS1實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品編碼標(biāo)識

實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯的基礎(chǔ)在于數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)在于編碼與標(biāo)識，所以，要實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯，首先需對水產(chǎn)品及其相關(guān)的物流單元、服務(wù)關(guān)系、位置等進(jìn)行編碼標(biāo)識。下面從水產(chǎn)品流通過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)給出水產(chǎn)品流通過程的GS1編碼標(biāo)識方案。

水產(chǎn)育苗飼養(yǎng)階段編碼及標(biāo)識

要追溯到水產(chǎn)品源頭就需要從水產(chǎn)品育苗飼養(yǎng)環(huán)節(jié)開始編碼標(biāo)識，此環(huán)節(jié)需要對育苗（GTIN）、相關(guān)農(nóng)資產(chǎn)品如飼料、藥物等（GTIN）、相關(guān)操作人員（GSRN）、生長位置（GLN）進(jìn)行編碼標(biāo)識。此環(huán)節(jié)以育苗標(biāo)識為例，假設(shè)養(yǎng)殖戶A的廠商識別代碼為6901234，對該批育苗GTIN編碼為690123400002，并將批次代碼設(shè)為“0001”，生產(chǎn)方法為“03-養(yǎng)殖”，對該批魚苗編碼為（01）06901234000023（10）0001（7010）03，數(shù)據(jù)載體可選用一維碼EAN-13、GS1-128或GS1 QR碼、GS1 DataMatrix碼等二維碼進(jìn)行標(biāo)識。在此采用GS1-128條碼符號進(jìn)行標(biāo)識，如圖3所示（見下頁）。

圖3 育苗飼養(yǎng)環(huán)節(jié)育苗GS1-128條碼標(biāo)識

養(yǎng)成捕撈階段編碼及標(biāo)識

養(yǎng)成捕撈階段需要對捕撈工具（GTIN）、捕撈的水產(chǎn)品（GTIN）、相關(guān)操作人員（GSRN）等進(jìn)行編碼標(biāo)識。此環(huán)節(jié)以捕撈成熟的該批水產(chǎn)品為例，成魚沿用育苗階段的GTIN，在此添加成魚的收貨日期標(biāo)識（7007）200421。數(shù)據(jù)載體可選用一維碼EAN-13、GS1-128，或二維碼GS1 QR碼、GS1 DataMatrix碼等進(jìn)行標(biāo)識。在此條碼標(biāo)識選用GS1-128，如圖4所示。

圖4 養(yǎng)成捕撈階段成魚GS1-128條碼標(biāo)識

屠宰加工階段編碼及標(biāo)識

屠宰加工環(huán)節(jié)需要對相關(guān)操作人員（GSRN）、加工配料（GTIN）及成品（GTIN）進(jìn)行標(biāo)識。此環(huán)節(jié)以水產(chǎn)品加工后的成品（如魚罐頭）為例，進(jìn)行編碼標(biāo)識，加工成品GTIN編碼為6901234000030，有效期為2022年11月4日，生產(chǎn)批號為ABC123，編 碼 為（01）06901234000030（17）221104（10）ABC123，數(shù)據(jù)載體選用一維碼EAN-13、GS1-128，或二維碼GS1 QR碼、GS1 DataMatrix碼進(jìn)行標(biāo)識。在此采用GS1 QR碼進(jìn)行標(biāo)識，如圖5所示。

圖5 加工成品GS1 QR條碼標(biāo)識

存儲階段編碼及標(biāo)識

對包裝盒/箱或托盤（包裝盒/箱作為貿(mào)易項(xiàng)目時(shí)用GTIN；包裝盒/箱或托盤作為物流單元時(shí)用SSCC）、倉庫（GLN）、貨位（GLN）進(jìn)行編碼標(biāo)識。在此以作為貿(mào)易項(xiàng)目的放置多個(gè)包裝箱/盒的托盤為例進(jìn)行編碼，包裝指示符選用“2”，GTIN-14編碼為“26901234000034”，效期為“2022年11月4日”，批次為“ABE123”，數(shù)據(jù)載體可選用一維碼ITF-14、GS1-128或二維碼GS1 QR碼，在此選用GS1-128碼，如圖6所示。

圖6 放置多個(gè)包裝箱/盒的托盤GS1-128條碼標(biāo)識

物流配送環(huán)節(jié)編碼及標(biāo)識

在水產(chǎn)品物流配送階段，需對包裝箱/托盤（SSCC）、車輛（GIAI）、參與運(yùn)輸人員（GSRN）、運(yùn)輸過程添加劑（GTIN）等進(jìn)行標(biāo)識。

系列代碼為“000000001”的加工成品組成的包裝箱/盒SSCC編碼為69012340000000016，所含貿(mào)易項(xiàng)目的GTIN為“06901234000030”，包裝日期為2020年6月6日，貿(mào)易項(xiàng)目數(shù)量為100。數(shù)據(jù)載體可選用一維碼GS1-128或二維碼GS1QR碼、GS1 DataMatrix碼，在此采用GS1 DataMatrix進(jìn)行條碼標(biāo)識，如圖7所示。

圖7 加工成品組成的包裝箱/盒GS1 DataMatrix條碼標(biāo)識

批發(fā)零售環(huán)節(jié)編碼及標(biāo)識

對零售商倉庫（GLN）、消費(fèi)者（GSRN）、售貨員（GSRN）進(jìn)行編碼標(biāo)識。以該批成品運(yùn)送到零售商B的倉庫中，對倉庫編碼標(biāo)識為例，采用物理位置編碼為（414）6901236000021，數(shù)據(jù)載體選用一維碼GS1-128，或二維碼GS1 QR碼、GS1 DataMatrix碼，在此選用GS1-128碼進(jìn)行標(biāo)識，如圖8所示。

圖8 零售商倉庫GS1-128條碼標(biāo)識

另外，若為較高價(jià)值的水產(chǎn)品，可根據(jù)實(shí)際需要，并在考慮成本因素前提下，為每個(gè)水產(chǎn)品或加工制品、相關(guān)位置、資產(chǎn)等粘貼RFID標(biāo)簽，此時(shí)分別采用對應(yīng)的編碼方案進(jìn)行編碼。對水產(chǎn)品物流各環(huán)節(jié)編碼標(biāo)識需求整理，見表1。

表1 水產(chǎn)品流通各環(huán)節(jié)編碼標(biāo)識需求

將區(qū)塊鏈應(yīng)用于水產(chǎn)品流通過程

區(qū)塊鏈層級包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵(lì)層、智能合約層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層基于數(shù)字簽名、哈希函數(shù)、加密技術(shù)等算法與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲，并保證水產(chǎn)品流通過程參與方賬戶注冊與安全交易；網(wǎng)絡(luò)層利用數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸機(jī)制、分布式網(wǎng)絡(luò)機(jī)制實(shí)現(xiàn)新增“區(qū)塊”的驗(yàn)證，并克服以往中心系統(tǒng)局限性；共識層利用共識機(jī)制建立水產(chǎn)品流通各方信任，確保交易的有效；激勵(lì)層主要用于公有鏈，實(shí)現(xiàn)激勵(lì)與懲罰，水產(chǎn)品流通應(yīng)用聯(lián)盟鏈，故可不布局該層；智能合約層將水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管制度、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議等以智能合約的形式嵌入?yún)^(qū)塊鏈，嚴(yán)格限制上鏈，提高整體監(jiān)管、運(yùn)作效率；應(yīng)用層為水產(chǎn)品流通過程參與方提供相應(yīng)的權(quán)限和接口，各方通過接口實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)交換與共享。區(qū)塊鏈應(yīng)用于水產(chǎn)品流通過程各層級作用，如圖9所示（見下頁）。

圖9 區(qū)塊鏈應(yīng)用于水產(chǎn)品流通過程各層級作用

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)品流通過程，所有參與方申請加入到區(qū)塊鏈后均被分配一個(gè)公鑰、一個(gè)私鑰，公鑰用于在區(qū)塊鏈上共享交易信息，使得區(qū)塊鏈上信息公開、透明，從根本上摒棄了“中心化”系統(tǒng)的局限性；私鑰用于隱私數(shù)據(jù)保護(hù)，使得各參與方都能放心、安全地在區(qū)塊鏈上進(jìn)行交易。參與方在區(qū)塊鏈上發(fā)生的任何交易數(shù)據(jù)均會被標(biāo)記上“時(shí)間戳”，且一經(jīng)發(fā)生便不可被篡改，區(qū)塊鏈為真正實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯提供平臺支持。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)示意圖，如圖10所示?？煽闯?，區(qū)塊鏈上私有信息加密保護(hù)，交易數(shù)據(jù)公開、透明，水產(chǎn)品流通過程任意方發(fā)生的任何交易信息都會被其他參與方獲得，實(shí)現(xiàn)了參與方信息共享。

圖10 基于區(qū)塊鏈的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

“GS1+區(qū)塊鏈”實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品追溯

基于“GS1+區(qū)塊鏈”技術(shù)的水產(chǎn)品追溯過程：

第一步，應(yīng)用GS1系統(tǒng)，對水產(chǎn)品流通過程涉及的貿(mào)易項(xiàng)目、物流單元、位置、資產(chǎn)、服務(wù)關(guān)系等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編碼標(biāo)識，利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)與自動識別技術(shù)存儲并采集信息；

第二步，各參與方作為一個(gè)個(gè)“區(qū)塊”加入到區(qū)塊鏈中，在區(qū)塊鏈中達(dá)成一致、共享數(shù)據(jù)信息，同時(shí)保證私有信息不被泄露?！版湣鄙习l(fā)生的任何交易都會被蓋上“時(shí)間戳”保證信息不被篡改；

第三步，消費(fèi)者一旦遇到假冒偽劣、涉及食品安全問題的水產(chǎn)品，可通過區(qū)塊鏈從問題水產(chǎn)品到相關(guān)供應(yīng)商，層層追溯到水產(chǎn)品出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，及時(shí)、準(zhǔn)確找到問題真正的源頭，使企業(yè)準(zhǔn)確、快速召回問題產(chǎn)品批次，降低企業(yè)損失，充分保障消費(fèi)者合法權(quán)益。基于“GS1+區(qū)塊鏈”的水產(chǎn)品追溯模型，如圖11所示。

圖11 基于“GS1+區(qū)塊鏈”的水產(chǎn)品追溯模型

將“GS1+區(qū)塊鏈”應(yīng)用于水產(chǎn)品流通過程，充分利用GS1系統(tǒng)提供的全球化、標(biāo)準(zhǔn)化的編碼方案、標(biāo)識方法及區(qū)塊鏈“去中心化”、公開透明、防篡改的特性，使得水產(chǎn)品流通各環(huán)節(jié)不僅擁有全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化編碼標(biāo)識，而且保證了各參與方交易信息公開透明，監(jiān)管機(jī)構(gòu)公開監(jiān)督整個(gè)流通過程，使得假冒偽劣現(xiàn)象無處遁形?！癎S1+區(qū)塊鏈”技術(shù)的應(yīng)用，在提高水產(chǎn)品流通效率的前提下，保障水產(chǎn)品安全流通，同時(shí)，當(dāng)遇到問題水產(chǎn)品可通過水產(chǎn)品追溯，準(zhǔn)確定位問題源頭，及時(shí)找回問題水產(chǎn)品，最大程度減少供應(yīng)鏈損失，維護(hù)相關(guān)企業(yè)與消費(fèi)者合法權(quán)益。