區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)創(chuàng)新追溯模式

何 靜 胡鑫月

(上海海洋大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 上海 201306)

建設(shè)高水平的食品追溯體系可以有效地對(duì)食品安全問題進(jìn)行事前防范和事后溯源跟蹤。我國(guó)已經(jīng)積極開展食品可追溯體系建設(shè)工作，取得了一定的成效，但仍存在一些問題：1)現(xiàn)有追溯系統(tǒng)通常是針對(duì)較窄范圍內(nèi)的特定農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行溯源，如豬肉、蔬菜、水產(chǎn)品等，而大量的食品是由各種初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)加工、組合形成的，會(huì)涉及到多個(gè)產(chǎn)業(yè)、多個(gè)地區(qū)，目前還無(wú)法得到這些加工食品和半加工食品的完整追溯信息；2)實(shí)踐中，更多是在垂直一體化企業(yè)內(nèi)部或有限環(huán)節(jié)供應(yīng)鏈內(nèi)實(shí)施追溯，缺少供應(yīng)鏈全程追溯，更缺少供應(yīng)鏈與供應(yīng)鏈之間的跨鏈追溯；3)中心化模式的追溯系統(tǒng)，追溯信息的真實(shí)性和可靠性常常被質(zhì)疑，成為很多企業(yè)和消費(fèi)者參與追溯意愿不強(qiáng)的重要原因，從而影響了追溯系統(tǒng)的可持續(xù)實(shí)施。

食品供需網(wǎng)作為一種組織體系，就是通過(guò)形成網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，打通供應(yīng)鏈之間的通道，形成供應(yīng)鏈之間多元化的聯(lián)系，解決供應(yīng)鏈的“孤島”問題。食品供需網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化組織結(jié)構(gòu)也同時(shí)增加了追溯的難度和復(fù)雜性，亟需更完善的信息技術(shù)進(jìn)行支撐。區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的分布式存儲(chǔ)架構(gòu)、“瀑布效應(yīng)”等優(yōu)勢(shì)，能夠很好地賦能食品供需網(wǎng)，創(chuàng)新追溯模式，以解決目前食品追溯中存在的諸多問題。

對(duì)于食品追溯模式已經(jīng)有很多學(xué)者展開了研究，但主要集中在供應(yīng)鏈內(nèi)部的追溯。朱燕妮等[1]利用Hash函數(shù)針對(duì)黑茶生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)構(gòu)造了雙向追溯模式，提出建立向上進(jìn)行防偽溯源，向下進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。楊信廷等[2]提出以供應(yīng)鏈為橫軸，以信息的感知、傳輸、處理為縱軸的質(zhì)量安全追溯模式，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品及食品全供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)。李世盛等[3]構(gòu)建了追溯管理與質(zhì)量管理結(jié)合, 追溯管理與生產(chǎn)管理結(jié)合的追溯模式，提出了以WCF框架來(lái)構(gòu)建SOA體系結(jié)構(gòu)的北京金星鴨業(yè)生產(chǎn)追溯管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。但是食品質(zhì)量演變具有多主體、多階段、不確定的復(fù)雜系統(tǒng)特征[4]，很多追溯模式較多局限于單條食品供應(yīng)鏈或者供應(yīng)鏈局部環(huán)節(jié)的追溯，有的只包含食品生產(chǎn)加工企業(yè)以及物流等信息，無(wú)法涵蓋到所有的相關(guān)參與者，會(huì)出現(xiàn)追溯信息不完整、可信度低、易斷鏈等問題[5]。

目前，對(duì)于跨供應(yīng)鏈系統(tǒng)追溯的研究探索不多。曾超凡[6]分析了我國(guó)現(xiàn)有供應(yīng)鏈追溯模式有鏈?zhǔn)?、交叉式、中央?shù)據(jù)庫(kù)式、指針式等，提出了中央數(shù)據(jù)庫(kù)式和指針式相結(jié)合的糧食混合追溯模式。董玉德等[7]在危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)(HACCP)管理體系的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了面向服務(wù)的多層分布式農(nóng)產(chǎn)品追溯模式。這些交叉式、分布式的模式雖然涉及供應(yīng)鏈之間的關(guān)聯(lián)，但沒有展開論述。何靜[8]提出食品產(chǎn)業(yè)各個(gè)主體之間要打破只局限于企業(yè)內(nèi)部可追溯或部分環(huán)節(jié)可追溯的現(xiàn)狀以及“鏈內(nèi)合作，鏈外競(jìng)爭(zhēng)”的模式，通過(guò)緊密的協(xié)作來(lái)滿足最終產(chǎn)品的高質(zhì)量交付。食品供需網(wǎng)是具有結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性、功能多樣性、開放充分性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的組織結(jié)構(gòu)模式，探索利用供需網(wǎng)的組織形式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的食品追溯體系[8]，為跨鏈交互追溯提供了契機(jī)。

另外，在區(qū)塊鏈技術(shù)不斷升級(jí)的基礎(chǔ)上，食品可追溯模式的升級(jí)也成為必然。錢建平等[9]闡述了追溯系統(tǒng)從1.0到3.0的發(fā)展歷程，分析了追溯系統(tǒng)的智能化提升趨勢(shì)，將云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)以及區(qū)塊鏈技術(shù)引入追溯過(guò)程，提高了質(zhì)量安全預(yù)警能力和可信度。目前阻礙食品質(zhì)量安全追溯的最大障礙之一就是信任問題，區(qū)塊鏈技術(shù)被認(rèn)為可以建立信息透明和安全的信任機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)可追溯性管理過(guò)程中價(jià)值信息的交換[10]。京東、阿里、騰訊、華為等為代表的企業(yè)均以供應(yīng)鏈為平臺(tái)展開了區(qū)塊鏈布局，沃爾瑪聯(lián)合清華大學(xué)和IBM 將超級(jí)賬本區(qū)塊鏈系統(tǒng)應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈管理探究其應(yīng)用。Tian[11]將區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、RFID 技術(shù)設(shè)計(jì)了關(guān)于食品供應(yīng)鏈可追溯系統(tǒng)。曾小青等[12]建立了物聯(lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈的食品安全追溯系統(tǒng)架構(gòu)，采用聯(lián)盟鏈模式和超級(jí)賬本區(qū)塊鏈開發(fā)平臺(tái)提高了食品供應(yīng)鏈效率和透明度。Kamath[13]以沃爾瑪?shù)呢i肉和芒果區(qū)塊鏈試點(diǎn)項(xiàng)目為例，分析區(qū)塊鏈技術(shù)在食品可追溯方面的應(yīng)用，并指出區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈存在的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。但關(guān)于區(qū)塊鏈應(yīng)用于食品追溯的研究依舊是針對(duì)單一供應(yīng)鏈，圍繞核心企業(yè)展開的，沒能充分發(fā)揮區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化的優(yōu)勢(shì)。

因此本研究將以區(qū)塊鏈和供需網(wǎng)追溯系統(tǒng)為研究對(duì)象，把區(qū)塊鏈技術(shù)嵌入食品供需網(wǎng)中，發(fā)揮區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和食品供需網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，打造創(chuàng)新的可追溯模式。在研究區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)同和系統(tǒng)功能協(xié)同機(jī)制基礎(chǔ)上，構(gòu)建區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)的追溯模式總體框架，并闡述追溯機(jī)制的具體運(yùn)作。力求通過(guò)創(chuàng)新模式的構(gòu)建解決當(dāng)前食品追溯中存在的局限性，以期為食品追溯系統(tǒng)進(jìn)一步高效、可持續(xù)地發(fā)展提供借鑒。

1 區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)概述

1.1 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種基于密碼學(xué)方法將數(shù)據(jù)區(qū)塊按照產(chǎn)生的時(shí)間順序以鏈條的形式連接起來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[14]，形成了一個(gè)去中心化的分布式賬本，不依賴第三方或核心機(jī)構(gòu)，由所有節(jié)點(diǎn)共同擁有和監(jiān)督。

區(qū)塊鏈綜合了密碼學(xué)、分布式存儲(chǔ)、共識(shí)機(jī)制、智能合約等技術(shù)，改變了數(shù)據(jù)管理方式，其特點(diǎn)主要有：1)去中心化：通過(guò)分布式核算和存儲(chǔ)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了信息自我驗(yàn)證、傳遞和管理，沒有中心管制；2)不可篡改性：只有區(qū)塊鏈中的所有節(jié)點(diǎn)對(duì)所要記錄的數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)后，數(shù)據(jù)才會(huì)被記錄，采用密碼學(xué)原理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，保證數(shù)據(jù)不可偽造；3)開放透明性：除了交易各方的私有信息被加密外，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)對(duì)所有人開放，每一筆交易都會(huì)通過(guò)廣播的方式讓所有節(jié)點(diǎn)可見，任何人都可以通過(guò)公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)；4)可追溯性：時(shí)間戳存儲(chǔ)了網(wǎng)絡(luò)中所執(zhí)行的所有交易歷史，可為每一筆數(shù)據(jù)提供檢索和查找功能，而且區(qū)塊由前一個(gè)區(qū)塊的哈希值相連，可一直追溯到第一個(gè)區(qū)塊；5)去信任化：區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)通過(guò)算法建立了信用體系，在該體系內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)自由靈活的價(jià)值傳輸活動(dòng)，而無(wú)需其他信用機(jī)構(gòu)提供信用擔(dān)保。

1.2 食品供需網(wǎng)

食品供需網(wǎng)(Food supply and demand network，F(xiàn)SDN)是以全球資源獲取、全球生產(chǎn)加工、全球銷售和保障食品安全、健康、營(yíng)養(yǎng)為目標(biāo)，相關(guān)組織、機(jī)構(gòu)之間由于多種“供需流”的交互作用而形成的一種多功能開放式的供需動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模式[8]，目前企業(yè)實(shí)踐中的跨鏈協(xié)作、跨界合作的趨勢(shì)也正是供需網(wǎng)理念的體現(xiàn)。FSDN的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要具有以下特征：1)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性，F(xiàn)SDN有著復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成也呈現(xiàn)多樣化，不僅包含企業(yè)和職能組織節(jié)點(diǎn)，如食品種養(yǎng)殖企業(yè)、食品加工制造企業(yè)、分銷商、零售商、金融機(jī)構(gòu)、科研院所等，還包含供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)以及由企業(yè)和供應(yīng)鏈組合而成的動(dòng)態(tài)合作子網(wǎng)。該結(jié)構(gòu)中不存在核心企業(yè)，保證了各方地位的平等性，形成去中心化的多邊關(guān)系。2)功能多樣性，在FSDN中，節(jié)點(diǎn)之間的交互突破了傳統(tǒng)以產(chǎn)品為中心的物流、資金流、信息流，強(qiáng)調(diào)多供需流的交互，如金融、知識(shí)、技術(shù)、人才、企業(yè)文化等等，以滿足不同節(jié)點(diǎn)間的供需合作要求。3)開放充分性，F(xiàn)SDN轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)供應(yīng)鏈“鏈內(nèi)合作，鏈際競(jìng)爭(zhēng)”的關(guān)系，形成跨組織、跨鏈合作的利益共同體，以實(shí)現(xiàn)全面合作共贏。4)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，F(xiàn)SDN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)供應(yīng)鏈線性串聯(lián)鏈狀結(jié)構(gòu)的不足，由于“多邊網(wǎng)絡(luò)關(guān)系”的存在，不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致整條供應(yīng)鏈的斷鏈或解體，而是可以很快進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)，保持了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)的韌性和穩(wěn)定性。

圖1 食品供需網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of food supply and demand network

2 區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯模式的構(gòu)建

一個(gè)有效的食品質(zhì)量追溯模式要具備3個(gè)最基本的特點(diǎn)：①包含全部參與主體和相關(guān)主體以及食品生產(chǎn)流通全過(guò)程，做到充分開放； ②各主體之間追溯信息采集、存儲(chǔ)與交換便捷，打破信息孤島； ③保證信息不可偽造不可篡改，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。而區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能上的協(xié)同則為追溯系統(tǒng)的完善和優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

2.1 區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)的協(xié)同分析

2.1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的協(xié)同

區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)分別代表了技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和組織網(wǎng)絡(luò)，兩者在網(wǎng)絡(luò)屬性和結(jié)構(gòu)上具備耦合性(如圖2)，能夠?qū)崿F(xiàn)食品追溯多主體協(xié)同。區(qū)塊鏈采用分布式存儲(chǔ)，具有去中心化的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，供需網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)供需關(guān)系建立動(dòng)態(tài)合作供需網(wǎng)絡(luò)且各參與節(jié)點(diǎn)地位的平等同樣體現(xiàn)了去中心化的特點(diǎn)。區(qū)塊鏈技術(shù)網(wǎng)絡(luò)保障了供需網(wǎng)絡(luò)中供需流的信息不可篡改，食品供需網(wǎng)絡(luò)也為區(qū)塊鏈技術(shù)網(wǎng)絡(luò)部署提供了實(shí)施平臺(tái)，并且區(qū)塊鏈可以借助食品供需網(wǎng)跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨鏈的開放性特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)跨鏈應(yīng)用。區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的協(xié)同改善了傳統(tǒng)供應(yīng)鏈圍繞核心企業(yè)集中化控制的現(xiàn)狀，使得食品追溯全過(guò)程的數(shù)據(jù)更新維護(hù)由參與主體共同完成，確保了追溯信息的完整可靠。

圖2 區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)同F(xiàn)ig.2 Network structure synergy between blockchain and food supply and demand network

2.1.2系統(tǒng)功能的協(xié)同

區(qū)塊鏈技術(shù)嵌入食品供需網(wǎng)中能夠?qū)崿F(xiàn)彼此功能的互補(bǔ)促進(jìn)，二者在系統(tǒng)功能方面的協(xié)同充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了1+1>2的功能效應(yīng)(如圖3)。一方面，食品供需網(wǎng)借助區(qū)塊鏈技術(shù)突破鏈與鏈的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)集成化和信息智能化，另一方面，區(qū)塊鏈在食品供需網(wǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用場(chǎng)景融合，充分發(fā)揮實(shí)時(shí)記賬，信息共享的作用。二者的功能協(xié)同能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨鏈合作，數(shù)據(jù)隱私保護(hù)與信息真實(shí)共享協(xié)調(diào)，交易合規(guī)可追溯，流程處理效率提升，達(dá)成共識(shí)構(gòu)建行業(yè)互信環(huán)境等。

圖3 區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)的系統(tǒng)功能協(xié)同F(xiàn)ig.3 System function synergy between blockchain and food supply and demand network

1)非對(duì)稱加密技術(shù)與多主體參與協(xié)同。充分開放性和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性使得食品供需網(wǎng)中包含了不同類型和不同層級(jí)的參與主體，利用區(qū)塊鏈非對(duì)稱加密技術(shù)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)職能為各參與節(jié)點(diǎn)授權(quán)并分配不同的密鑰權(quán)限，只有通過(guò)授權(quán)的節(jié)點(diǎn)才能加入對(duì)應(yīng)供需子網(wǎng)形成的聯(lián)盟鏈中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名以及信息加密傳輸功能，可以解決數(shù)據(jù)隱私和數(shù)據(jù)共享價(jià)值間長(zhǎng)期存在的矛盾，消除相關(guān)方在數(shù)據(jù)共享中的后顧之憂。并且依附于食品供需網(wǎng)平臺(tái)的區(qū)塊鏈技術(shù)可以匯集各供需聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨鏈等多場(chǎng)景應(yīng)用的交互合作。

2)智能合約與多供需流交互協(xié)同。食品供需網(wǎng)在傳統(tǒng)供應(yīng)鏈模式下物流、信息流、資金流的基礎(chǔ)上，納入了技術(shù)流，人才流，管理流，企業(yè)文化流等供需流，利用區(qū)塊鏈智能合約技術(shù)將各主體間的供需關(guān)系加以界定，實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)與需求的高效匹配，有效整合企業(yè)資源，拓展合作范圍。并且智能合約無(wú)需第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證，自動(dòng)觸發(fā)執(zhí)行合約代碼，進(jìn)一步提升企業(yè)間交互自動(dòng)化程度和便捷度，降低溝通合作成本，賦能食品供需網(wǎng)企業(yè)協(xié)同效率提升。

3)共識(shí)機(jī)制與供需合作交易協(xié)同。共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)去中心化狀態(tài)下，各節(jié)點(diǎn)達(dá)成一致共識(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制與食品供需網(wǎng)中供需主體之間的復(fù)雜交易協(xié)同，極大程度上解決交易信息不對(duì)稱的問題。所有交易信息的實(shí)時(shí)上鏈都將經(jīng)過(guò)全網(wǎng)廣播，各主體協(xié)同驗(yàn)證，只有達(dá)成一致共識(shí)的信息才會(huì)進(jìn)行上鏈存儲(chǔ)，這也實(shí)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)在所有參與節(jié)點(diǎn)處均有相同備份，因此共識(shí)機(jī)制能構(gòu)建食品供需網(wǎng)追溯的信任環(huán)境，避免機(jī)會(huì)主義的惡意干擾，促進(jìn)主體間充分合作。

2.2 區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯模式的總體框架

通過(guò)對(duì)區(qū)塊鏈與食品供需網(wǎng)協(xié)同機(jī)制的分析可見，區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯為解決傳統(tǒng)追溯存在的問題提供了一個(gè)新的思路，打破了分段追溯管理存在的信息壁壘，增加了全產(chǎn)業(yè)鏈追溯管理的精度和深度。追溯主體的拓展和技術(shù)的深入既保證了系統(tǒng)功能的完整性可靠性又降低了追溯復(fù)雜性。在前述分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯模式的總體框架，如圖4所示。

2.2.1食品追溯參與主體

由于食品供需網(wǎng)的多主體多供需流交互的特點(diǎn)，溯源需求不僅在食品供應(yīng)鏈內(nèi)部環(huán)節(jié)，還存在食品供應(yīng)鏈與食品供應(yīng)鏈之間，供應(yīng)鏈與相關(guān)組織機(jī)構(gòu)之間，因此本研究將食品追溯參與主體分為四類：一是提供食品信息的全流程參與者，主要包括食品供應(yīng)商、食品制造商、食品分銷商、食品零售商以及物流企業(yè)；二是對(duì)食品流通進(jìn)行監(jiān)管的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，包括政府、社會(huì)監(jiān)管部門、檢測(cè)部門等；三是消費(fèi)者；四是為食品追溯提供支持服務(wù)的機(jī)構(gòu)，包括金融機(jī)構(gòu)、科研單位、合作高校等等，所有參與主體既是食品追溯信息的提供者也是使用者和監(jiān)管者。

2.2.2追溯模式框架設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)的食品追溯模式總體框架是以區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)為核心，以供需網(wǎng)的組織架構(gòu)為基礎(chǔ)，體現(xiàn)食品追蹤和溯源過(guò)程的體系結(jié)構(gòu)，由供需網(wǎng)業(yè)務(wù)層、區(qū)塊鏈追溯層以及查詢應(yīng)用層構(gòu)成，如圖4所示。

圖4 區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯模式的總體框架Fig.4 Overall framework of the food supply and demand network traceability model enabled by blockchain

供需網(wǎng)業(yè)務(wù)層主要用于上鏈數(shù)據(jù)的采集，各參與主體提供各方面信息，對(duì)食品追溯進(jìn)行控制和支持。食品生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)中食品供應(yīng)商、加工制造商，分銷商、零售商采用信息采集設(shè)備記錄食品“從農(nóng)田到餐桌”的每一個(gè)環(huán)節(jié)信息，實(shí)現(xiàn)了種植養(yǎng)殖信息、生產(chǎn)加工信息、中間分銷信息、零售信息、物流運(yùn)輸信息等全過(guò)程記錄；并且記錄了食品供應(yīng)鏈之間的跨鏈交易，保證了食品源頭查詢過(guò)程不斷鏈。另外，在該層中政府、社會(huì)監(jiān)管部門、金融機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)和合作高校對(duì)食品追溯起到監(jiān)管以及信息服務(wù)的作用，例如政府、社會(huì)監(jiān)管部門將食品流通標(biāo)準(zhǔn)等信息上鏈，以智能合約的形式約束食品追溯中的流通行為；金融機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑵髽I(yè)信譽(yù)評(píng)估等級(jí)或金融資訊信息上鏈，為企業(yè)提供資質(zhì)認(rèn)證；科研機(jī)構(gòu)和高?？梢詫⒆钚录夹g(shù)和人才信息上鏈，為食品追溯各環(huán)節(jié)或系統(tǒng)提供服務(wù)。供需網(wǎng)業(yè)務(wù)層的多功能信息采集上鏈，完善了食品追溯體系多渠道信息傳輸交互功能。

區(qū)塊鏈追溯層依托區(qū)塊鏈核心技術(shù)對(duì)供需網(wǎng)業(yè)務(wù)層上鏈的信息進(jìn)行分布式存儲(chǔ)和傳輸，是保證食品追溯信息真實(shí)可靠的關(guān)鍵部分。將供需網(wǎng)業(yè)務(wù)層打包的信息存儲(chǔ)在區(qū)塊中，每一個(gè)區(qū)塊都存儲(chǔ)了上一個(gè)區(qū)塊的哈希值，加蓋時(shí)間戳排序形成鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在任意節(jié)點(diǎn)生成區(qū)塊后，將全網(wǎng)廣播至其他節(jié)點(diǎn)加以驗(yàn)證，只有50%以上的節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)后，區(qū)塊才能被添加上鏈，這保證了每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有完整追溯信息數(shù)據(jù)備份，使得數(shù)據(jù)不可篡改，無(wú)效數(shù)據(jù)不會(huì)被惡意傳播。并且利用區(qū)塊鏈非對(duì)稱加密技術(shù)為各節(jié)點(diǎn)分配公鑰和私鑰，可進(jìn)行身份驗(yàn)證使得每條數(shù)據(jù)都可以被相應(yīng)用戶添加和更新，或傳遞到下游用戶，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)間的信任。另外，區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)封裝各種合約代碼，在食品信息上鏈時(shí)自動(dòng)執(zhí)行預(yù)設(shè)的條款，有效提高追溯監(jiān)管能力，避免源頭造假。區(qū)塊鏈追溯層為整個(gè)追溯模式提供了追溯信息透明完整可靠安全的保障。

查詢應(yīng)用層主要為食品供需網(wǎng)所有參與主體，即提供食品信息的全流程節(jié)點(diǎn)企業(yè)、食品生產(chǎn)流通的監(jiān)管機(jī)構(gòu)、消費(fèi)者、為食品追溯提供支持服務(wù)的機(jī)構(gòu)，提供食品生產(chǎn)流通信息查詢以及食品質(zhì)量安全追溯服務(wù)，可見該追溯模式下，食品質(zhì)量安全追溯監(jiān)管由所有參與主體共同維護(hù)和更新，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決食品供應(yīng)生產(chǎn)流通中的問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溯源快速解決，保障食品質(zhì)量安全。

3 區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯模式的運(yùn)作

現(xiàn)實(shí)中很多加工食品是由多種初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品和食品添加原料構(gòu)成的，其生產(chǎn)流通過(guò)程會(huì)涉及多條食品供應(yīng)鏈的交互，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品供需網(wǎng)追溯模式能夠打破傳統(tǒng)追溯針對(duì)單一食品供應(yīng)鏈的局限性，做到全產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)的追溯，實(shí)現(xiàn)食品追溯信息完整可靠。以下將以加工食品為例分析該追溯模式的運(yùn)作，如圖5所示。

圖5 區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯模式的運(yùn)作Fig.5 The operation of the food supply and demand network traceability mode enabled by blockchain

加工食品在加工制造過(guò)程中涉及到多種食品或農(nóng)產(chǎn)品原材料的供給，每種食品或農(nóng)產(chǎn)品的供給除經(jīng)過(guò)各自供應(yīng)鏈的生產(chǎn)流通外，最終送達(dá)到加工食品制造商。在原材料供給環(huán)節(jié)中，各供應(yīng)鏈中的供應(yīng)商、制造商、銷售商通過(guò)區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行身份認(rèn)證，以節(jié)點(diǎn)形式加入食品供需網(wǎng)區(qū)塊鏈追溯，通過(guò)GPS、溫濕度傳感器、無(wú)線射頻識(shí)別、溯源碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的部署，分別將種養(yǎng)殖信息、加工制造信息、銷售訂單信息進(jìn)行信息建檔上傳至區(qū)塊鏈中。同樣，區(qū)塊鏈中的合作企業(yè)可通過(guò)追溯平臺(tái)密鑰系統(tǒng)進(jìn)行身份驗(yàn)證，信息核實(shí)，共享追溯信息。

加工制造商將采購(gòu)來(lái)的食品或農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)應(yīng)組合、加工制造形成最終的產(chǎn)成品。在此過(guò)程中，制造商將對(duì)各原材料進(jìn)貨信息進(jìn)行整合記錄，并將加工食品類型、產(chǎn)品批次、加工流程、用料信息、出廠記錄等等信息都存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈中，經(jīng)由區(qū)塊鏈全網(wǎng)廣播，參與主體達(dá)成共識(shí)后，更新加工食品信息檔，接著加工食品制造商將最終產(chǎn)成品傳遞到下一銷售商，如超市、餐廳、酒店等等場(chǎng)所。另外，加工制造商也可以通過(guò)區(qū)塊鏈分布式存儲(chǔ)獲取有關(guān)追溯信息的更新。

加工食品銷售商進(jìn)行收貨檢驗(yàn)，反饋到貨信息，并將該環(huán)節(jié)的倉(cāng)儲(chǔ)信息、轉(zhuǎn)運(yùn)信息、食品收發(fā)貨信息、食品價(jià)格、保質(zhì)期等進(jìn)行上鏈，當(dāng)食品銷售出去后要及時(shí)更新倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)，將銷售訂單信息上傳至區(qū)塊鏈中，更新對(duì)應(yīng)的食品信息檔。

物流公司利用全球定位跟蹤系統(tǒng)，運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)詳細(xì)記錄食品運(yùn)輸過(guò)程中的出入庫(kù)信息、運(yùn)輸方式、車輛信息、運(yùn)輸軌跡、運(yùn)輸環(huán)境、承運(yùn)人等信息，將每個(gè)環(huán)節(jié)之間的物流信息根據(jù)時(shí)間戳上鏈至區(qū)塊鏈中，所有主體均能清楚知道食品運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程。

政府、社會(huì)監(jiān)管部門以及質(zhì)量檢測(cè)部門以節(jié)點(diǎn)的形式加入?yún)^(qū)塊鏈，實(shí)現(xiàn)了線上線下同時(shí)監(jiān)管，能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)食品質(zhì)量和流向，查驗(yàn)數(shù)據(jù)完整性，監(jiān)督企業(yè)履行社會(huì)責(zé)任。通過(guò)編寫智能合約和腳本代碼將食品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化，如果發(fā)生食品安全事件或追溯信息有問題時(shí)，就會(huì)自動(dòng)尋找出現(xiàn)問題的節(jié)點(diǎn)觸發(fā)合約進(jìn)行預(yù)警，快速響應(yīng)追蹤查找問題來(lái)源。

最終，消費(fèi)者、食品生產(chǎn)流通企業(yè)、監(jiān)管部門、相關(guān)機(jī)構(gòu)均可通過(guò)密鑰分配的不同查詢權(quán)限，查詢食品追溯相關(guān)信息。在該追溯模式下，消費(fèi)者能夠看到食品相關(guān)的主要信息，不僅能夠查詢加工食品的生產(chǎn)制造流通全過(guò)程，而且能夠跨鏈查詢加工食品涉及到的原材料的各自供應(yīng)鏈信息，保證了食品追溯信息的完整性，加以區(qū)塊鏈技術(shù)保障信息不可篡改，很大程度上提高消費(fèi)者信任，當(dāng)對(duì)信息存疑時(shí)，可向監(jiān)管部門反饋?zhàn)稍儯桓魇称飞a(chǎn)流通企業(yè)能夠通過(guò)區(qū)塊鏈去中心化的分布式存儲(chǔ)本身具有的橫向追溯功能，向上溯源向下追蹤，了解上下游企業(yè)信息以及食品狀態(tài)信息；監(jiān)管部門可以實(shí)時(shí)查詢各環(huán)節(jié)企業(yè)信息及各環(huán)節(jié)操作的具體信息，做到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控；除此之外，食品供需網(wǎng)追溯模式還包含了為食品追溯提供支持服務(wù)的相關(guān)機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)了追溯系統(tǒng)功能，例如金融機(jī)構(gòu)加入供需網(wǎng)追溯區(qū)塊鏈中能夠獲取食品企業(yè)交易的真實(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)企業(yè)進(jìn)行信用評(píng)估，將信用評(píng)估結(jié)果上鏈能夠提高企業(yè)的資質(zhì)認(rèn)證，同時(shí)也降低了金融機(jī)構(gòu)信息不對(duì)稱的風(fēng)險(xiǎn)，有利于解決中小企業(yè)融資難的問題?？蒲袡C(jī)構(gòu)和高校通過(guò)獲取食品行業(yè)信息，分析當(dāng)前現(xiàn)狀及問題，能夠提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

4 總結(jié)與展望

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和全面合作共贏理念的深化，食品產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成變得日趨復(fù)雜，不僅僅是食品供應(yīng)鏈內(nèi)部，食品供應(yīng)鏈與食品供應(yīng)鏈之間也存在越來(lái)越多的跨鏈合作需求。運(yùn)用傳統(tǒng)供應(yīng)鏈的思維對(duì)食品安全信息進(jìn)行追溯已經(jīng)難以解決現(xiàn)實(shí)中的食品安全問題，正如前文所述，需要考慮整個(gè)供需網(wǎng)絡(luò)，建立基于食品供需網(wǎng)的追溯系統(tǒng)，運(yùn)用供需網(wǎng)的理念解決當(dāng)前追溯系統(tǒng)存在的信息不完整、易斷鏈、可信度低等問題。區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改的特性則為食品供需網(wǎng)追溯系統(tǒng)的實(shí)施提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和實(shí)現(xiàn)手段的支撐。

本研究將區(qū)塊鏈技術(shù)嵌入食品供需網(wǎng)中，構(gòu)建了區(qū)塊鏈賦能食品供需網(wǎng)追溯的創(chuàng)新模式。該追溯模式推動(dòng)了食品追溯從組織網(wǎng)絡(luò)化向數(shù)字智能網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)演進(jìn)，為未來(lái)食品追溯系統(tǒng)的理論研究和實(shí)踐發(fā)展提供了新的思路。但是本研究目前還停留在定性分析的層面，后續(xù)的研究可以從技術(shù)實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)追溯等展開研究，也可以從定量的角度進(jìn)一步探討該模式下各方參與追溯的激勵(lì)機(jī)制和利益分配問題，從而為食品可追溯系統(tǒng)良性、可持續(xù)地實(shí)施提供更具可操作性的方案。