基于區(qū)塊鏈的糧食供應(yīng)鏈溯源信息多方共享機(jī)制①

李瑩佳

（上海工程技術(shù)大學(xué) 上海201620）

一條完整的糧食供應(yīng)鏈，從源頭到末端所涉及的信息量巨大、參與方眾多，單位重量的糧食從其生長的土壤條件和周圍環(huán)境的自然狀況到成熟收割，從供產(chǎn)銷環(huán)節(jié)的流轉(zhuǎn)到最終呈現(xiàn)在消費(fèi)者的餐桌上，經(jīng)過的流程環(huán)節(jié)繁瑣冗長。要想及時(shí)、全面又精準(zhǔn)的了解其中間過程的具體細(xì)節(jié)信息，僅僅基于傳統(tǒng)的信息追溯系統(tǒng)和技術(shù)手段很難真正實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上各參與方對于商品信息和流轉(zhuǎn)過程中細(xì)枝末節(jié)數(shù)據(jù)信息的訴求。而這些關(guān)于糧食本身的質(zhì)量信息和存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)銷、流通、運(yùn)輸過程環(huán)節(jié)的諸多細(xì)節(jié)，對于供應(yīng)鏈上各參與主體了解市場狀況、改進(jìn)商品質(zhì)量、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正自身生產(chǎn)經(jīng)營過程中的問題與制定營銷策略又至關(guān)重要。

1 糧食供應(yīng)鏈追溯體系的現(xiàn)實(shí)狀況

1.1 中國糧食產(chǎn)品供應(yīng)鏈現(xiàn)存問題

糧食供應(yīng)鏈將供應(yīng)方、運(yùn)輸方、需求方和監(jiān)管者四方依照時(shí)間軸的先后順序依次串聯(lián)起來，在每條供應(yīng)鏈的不同節(jié)點(diǎn)都會(huì)實(shí)時(shí)更新該條供應(yīng)鏈上糧食產(chǎn)品的生產(chǎn)來源、質(zhì)量品質(zhì)、運(yùn)輸狀態(tài)、終端環(huán)節(jié)、銷售方向和顧客特點(diǎn)等階段性的信息［1］。然而供應(yīng)鏈上各方在信息獲取類型和時(shí)間需求上各有不同，尤為關(guān)鍵的是，信息的真實(shí)性和及時(shí)性是各方都在竭盡全力追尋的目標(biāo)，在兼顧質(zhì)量和效率的同時(shí)獲取所需數(shù)據(jù)信息，通常需要以大量的時(shí)間和資金成本為代價(jià)。

當(dāng)下市場不缺乏糧食產(chǎn)品的品種，而是有品質(zhì)保障的糧食作物及其半成品，消費(fèi)者在選購食品時(shí)越來越注重糧食的來源地、衛(wèi)生檢疫結(jié)果、營養(yǎng)價(jià)值的含量、種植環(huán)境、加工過程和冷藏技術(shù)。糧食品種數(shù)量繁雜、受眾覆蓋面大，是每個(gè)人日常飲食中無法缺少的食材，波及群體廣泛，因此，糧食的質(zhì)量和品質(zhì)問題在所有食品范圍內(nèi)引起高度重視。同時(shí)，食品安全是民生問題最重要的底線，國家也在積極引導(dǎo)，只為讓消費(fèi)者吃到放心的食品。因此，糧食品質(zhì)信息的披露不僅關(guān)系到食品質(zhì)量安全問題，也事關(guān)消費(fèi)者的信任度和滿意度。

由于糧食產(chǎn)品不同于其他農(nóng)產(chǎn)品，高級水果、乳制品、肉類、生鮮等已在業(yè)內(nèi)建立了區(qū)塊鏈+大數(shù)據(jù)的商品信息質(zhì)量追蹤體系，而糧食作物其本身顆粒小、形狀體態(tài)散亂、質(zhì)量重、數(shù)量龐大等特點(diǎn)，通過傳統(tǒng)的溯源技術(shù)安裝芯片、標(biāo)記條形碼的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的全產(chǎn)業(yè)鏈追蹤難度大、成本高，對于商家和消費(fèi)者來講，這種方式勢必會(huì)將糧食的價(jià)格大大抬高。因此，使用傳統(tǒng)的溯源方式會(huì)極大的壓低糧食產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，無法讓更多文人享受最新科技成果。

1.2 傳統(tǒng)追溯體系的發(fā)展瓶頸

傳統(tǒng)食品信息追溯體系一般是借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)搭建數(shù)據(jù)信息平臺(tái)的主體部分，通常通過ERP或SCM系統(tǒng)完成并上傳訂單數(shù)據(jù)和交易信息，信息數(shù)據(jù)分布散亂，不能形成完整統(tǒng)一的數(shù)據(jù)追蹤鏈條［2］；同時(shí)，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息是由不同單位、不同崗位的工作人員負(fù)責(zé)的，信息接洽不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致各環(huán)節(jié)信息不流通，出現(xiàn)銜接縫隙，最終無法保證整條產(chǎn)品追溯鏈上的信息真實(shí)完整、隨時(shí)可查。

同時(shí)，糧食不同于其他的食品，其本身單個(gè)顆粒小，形態(tài)分散不集中，很少將其它食品的追蹤技術(shù)運(yùn)用在糧食追溯體系中。對于此問題，國外有企業(yè)嘗試將微型的RFID芯片或者印有條形碼的可食用微型顆粒物分散投入糧食中，以實(shí)現(xiàn)糧食產(chǎn)業(yè)全鏈條的信息追蹤。但是這種方式降低了糧食的純度，使糧食雜質(zhì)率上升，影響口感和營養(yǎng)成分，同時(shí)加大了糧食產(chǎn)品的加工難度，增加產(chǎn)品的成本。

1.3 追溯鏈上各參與方對信息的訴求狀況

傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈中包括的參與主體來源廣泛，主要涉及有糧食種植農(nóng)戶、化肥養(yǎng)料經(jīng)銷商、糧食成品加工處理商戶、分銷商、終端消費(fèi)者等，因此，一條完整的糧食供應(yīng)鏈中的信息數(shù)量龐大且多源異構(gòu)。在對信息進(jìn)行處理分類時(shí)，工作量冗雜繁瑣，且并非信息鏈中所有的信息都是信息需求方所需要的，也并不是每一個(gè)信息供需方對所有信息都有共享和隨時(shí)獲取的權(quán)利。實(shí)際信息追溯過程中，信息需求方在獲取所需信息時(shí)，需要同時(shí)兼顧信息鏈的上下游信息錄入方之間的協(xié)同配合以及監(jiān)管部門的市場監(jiān)管問題。信息鏈中并不是所有的信息都能對每一個(gè)環(huán)節(jié)的信息捕獲方公開，涉及專利技術(shù)和商業(yè)隱私的數(shù)據(jù)不能展現(xiàn)給所有需求者，部分信息可以對特定的需求方公開，但是又不能在整條信息追溯鏈中完全共享［3］。因此，信息的輸入多源異構(gòu)，且信息提供方對信息的公開范圍各有不同，在信息需求端，信息獲取方的需求面也千差萬別。因此傳統(tǒng)供應(yīng)鏈中的信息網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，信息的上傳和獲取并不能及時(shí)有效地滿足各方對信息質(zhì)量和效率的訴求。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)在追溯體系中的應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)開始被越來越多的行業(yè)認(rèn)可和應(yīng)用，目前已經(jīng)在金融行業(yè)、貿(mào)易交流、生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)等環(huán)節(jié)被不斷地探索和推進(jìn)融合。區(qū)塊鏈有去中心化、時(shí)間戳和記載信息不可更改的特點(diǎn)，是傳統(tǒng)信息記載和追溯手段不具備的優(yōu)勢。

區(qū)塊鏈的基本單元結(jié)構(gòu)是應(yīng)用了密碼學(xué)的技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)信息以電子記錄的形式被永久的記錄下來，存放在相應(yīng)的區(qū)塊中［4］。區(qū)塊由包括元數(shù)據(jù)的區(qū)塊頭與包括交易數(shù)據(jù)的區(qū)塊體組成，每一個(gè)鏈條都完整地記錄了每一個(gè)結(jié)點(diǎn)相應(yīng)對象的信息變動(dòng)情況。這些區(qū)塊完成了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作，每一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間都包含著所有的數(shù)據(jù)，其基礎(chǔ)模型被分為六層，分別為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層。其中，數(shù)據(jù)層是整條區(qū)塊鏈技術(shù)最底層的數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)，主要是通過特定的時(shí)間戳與加密技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并形成一個(gè)有意義的區(qū)塊［5］。區(qū)塊鏈運(yùn)用的哈希算法是保證所記錄的信息不會(huì)被篡改的單向密碼機(jī)制，哈希值可以唯一準(zhǔn)確地標(biāo)識每一個(gè)區(qū)塊，在接收到一段信息之后，哈希算法以一種不可逆的方式將其轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的數(shù)據(jù)串，這樣就保證了記錄的信息不會(huì)被篡改。區(qū)塊鏈記錄數(shù)據(jù)信息的技術(shù)相當(dāng)于一套由不同人來記賬大型的分布式賬本，每一個(gè)人都有自己的賬本，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只是系統(tǒng)的一部分，所有人擁有平等的記賬權(quán)，因此單方面的修改信息是無效的，不會(huì)被認(rèn)可。

將區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用于信息追溯體系中既保障了信息數(shù)據(jù)的安全可靠和信任度，同時(shí)由于所有上傳的交易信息可跟蹤、可追溯，因此保證了被記錄的信息不可偽造、不可篡改［6］。

3 區(qū)塊鏈構(gòu)建糧食供應(yīng)鏈追溯信息體系

3.1 滿足供應(yīng)鏈上多方參與主體的信息訴求

區(qū)塊鏈的信息溯源機(jī)制基于點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，且已經(jīng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息不可被刪除和修改，特定時(shí)間段內(nèi)生成的數(shù)據(jù)將會(huì)被包裹在一個(gè)區(qū)塊中，最終所有已經(jīng)形成的區(qū)塊將會(huì)首尾相接永久保存［7］。在糧食的種植、施肥、加工、包裝、運(yùn)輸和銷售等各環(huán)節(jié)形成的區(qū)塊在其特定的時(shí)間段內(nèi)鏈接形成鏈，每個(gè)環(huán)節(jié)的參與者將該環(huán)節(jié)生成的糧食溯源信息以二維碼的形式呈現(xiàn)于信息共享平臺(tái)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，于是所有關(guān)于該批次糧食從源頭到最終銷售方向的信息都會(huì)存儲(chǔ)在溯源信息共享平臺(tái)上。整條供應(yīng)鏈上有關(guān)糧食從種植施肥環(huán)節(jié)到銷售終端環(huán)節(jié)的變動(dòng)情況將形成完整、流暢的溯源信息鏈，從而在商品貿(mào)易交往活動(dòng)的供應(yīng)方、運(yùn)輸方、需求方和監(jiān)管者之間建立起緊密的聯(lián)系。服務(wù)終端通過對溯源信息的分析整合，以及各方登錄用戶信息的交互和數(shù)據(jù)信息分類后，將供應(yīng)鏈中數(shù)據(jù)切入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，最終各個(gè)參與方可以通過授權(quán)獲得所需要的數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)查看糧食在各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量品質(zhì)、流轉(zhuǎn)方向和存儲(chǔ)環(huán)境，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題出處進(jìn)而提出修正和補(bǔ)救措施提供了可能［8］。

構(gòu)建糧食供應(yīng)鏈溯源信息多方共享體系從很大程度上消除了信息孤島，無論是數(shù)據(jù)的真實(shí)性還是及時(shí)性，都比傳統(tǒng)技術(shù)更便捷。同時(shí)，該信息共享體系將供應(yīng)鏈中的信息供求方有機(jī)聯(lián)系起來，形成完整的信息網(wǎng)絡(luò)，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)從供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)提取有效信息并篩選分類，同時(shí)分成完全共享公開數(shù)據(jù)和有限共享隱私數(shù)據(jù)，既保護(hù)了信息數(shù)據(jù)的隱私性，同時(shí)又使信息方便可查，保證需方信息獲取渠道的可靠性和及時(shí)性。

3.2 建立多環(huán)節(jié)、全方位的完整信息追溯鏈條

3.2.1 種植環(huán)節(jié)

種植地區(qū)的氣候條件、土壤狀況、空氣質(zhì)量等客觀自然狀況都會(huì)對糧食的生長狀況和養(yǎng)分汲取質(zhì)量有重要的影響，同時(shí)種植環(huán)節(jié)也是糧食品質(zhì)和營養(yǎng)成分含量的最初決定環(huán)節(jié)。生長的源頭不僅決定了最終的成品質(zhì)量，也是消費(fèi)者最關(guān)心一個(gè)環(huán)節(jié)。通過供應(yīng)鏈信息溯源系統(tǒng)對糧食種植環(huán)節(jié)的信息實(shí)時(shí)追蹤，可以將糧食的產(chǎn)地信息和種植過程全面地呈現(xiàn)出來。

我國目前的糧食種植方式主要是以家庭承包和農(nóng)場集中種植為主，但種植戶在地緣上的分散和糧食種植管理信息的獲取渠道狹窄，導(dǎo)致種植戶不了解市場需求和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)狀況而盲目跟風(fēng)種植。最終不僅使農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域性的供需不平衡，而且農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)頻繁會(huì)對農(nóng)民收入造成影響。通過查看糧食供應(yīng)鏈上各個(gè)時(shí)點(diǎn)的農(nóng)作物種植和收割信息，可以及時(shí)了解各類作物的現(xiàn)存狀況，推演供需量差，為種糧、儲(chǔ)糧和售糧提供參考。

3.2.2 加工、儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)

糧食加工環(huán)節(jié)的工藝流程和加工器械用具的異同都對出品糧食的質(zhì)量、營養(yǎng)流失程度和口感好壞有直接或間接的影響，加工環(huán)節(jié)也是消費(fèi)者極其關(guān)注的重點(diǎn)之一。因此，公開糧食加工環(huán)節(jié)的信息可以使消費(fèi)者更深入地了解糧食的質(zhì)量信息，選購滿足需求的糧食加工產(chǎn)品。由于不同類型的糧食作物在收割之后對存儲(chǔ)環(huán)境的條件要求千差萬別，存放不當(dāng)則容易腐爛變質(zhì)，同時(shí)溫度、濕度、菌落和酶的種類及活性都對其新鮮程度有嚴(yán)重的影響，檢測方式、加工工藝和保藏技術(shù)的偏差，都會(huì)損壞糧食產(chǎn)品及其半成品的新鮮程度和營養(yǎng)價(jià)值，甚至?xí)癄€變質(zhì)。

糧食的加工和儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)的所有信息記錄在供應(yīng)環(huán)節(jié)的區(qū)塊鏈中，易于獲取糧食加工環(huán)節(jié)工藝流程、儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)的環(huán)境狀況以及在此過程中糧食本身的質(zhì)量品質(zhì)的變動(dòng)情況。

3.2.3 運(yùn)輸、轉(zhuǎn)銷環(huán)節(jié)

糧食的物流運(yùn)輸、轉(zhuǎn)銷環(huán)節(jié)也是關(guān)乎其質(zhì)量安全保障的重要一環(huán)。傳統(tǒng)信息追溯系統(tǒng)是以物流運(yùn)輸企業(yè)為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建溯源信息的中心化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，但由于信息來源分散、涉及的轉(zhuǎn)銷企業(yè)廣泛，收集到的信息多呈現(xiàn)分散化狀態(tài)，降低了各需求方的信息溝通便捷度，甚至?xí)霈F(xiàn)信任缺失的現(xiàn)象。以區(qū)塊鏈為核心技術(shù)，在去中心化和共同信任機(jī)制的支持下，構(gòu)建多方參與、相互協(xié)調(diào)的糧食運(yùn)輸、轉(zhuǎn)銷環(huán)節(jié)的信息追溯體系，可以實(shí)現(xiàn)在傳感器的輔助下倉儲(chǔ)和物流過程中的溫度、濕度、菌落、保鮮劑殘留等信息都會(huì)跟隨糧食的轉(zhuǎn)運(yùn)流程全面留存、實(shí)時(shí)查詢，同時(shí)，物流轉(zhuǎn)運(yùn)信息多方共享。

3.2.4 銷售環(huán)節(jié)

糧食產(chǎn)品進(jìn)入銷售環(huán)節(jié)后，需要通過質(zhì)量核驗(yàn)和數(shù)量清點(diǎn)來核對糧食成品和半成品的產(chǎn)品信息、質(zhì)檢部門再次進(jìn)行檢疫化驗(yàn)，審核無誤后才能轉(zhuǎn)到銷售平臺(tái)。銷售平臺(tái)上達(dá)成銷售交易后，本次糧食交易的銷售價(jià)格、銷售時(shí)間、貨品來源、發(fā)貨地址和收貨地址等信息將會(huì)記錄在供應(yīng)鏈中糧食的電子信息庫和時(shí)間戳上［9］。消費(fèi)者、供應(yīng)商和市場監(jiān)管部門都可以隨時(shí)查看已記錄下來的任何信息，便于消費(fèi)者了解購入食品的全部信息。于供應(yīng)商而言，能夠高效全面地搜集到所有銷售信息和目標(biāo)客戶信息，為進(jìn)一步制定合理的銷售方案和采用市場戰(zhàn)略提供了依據(jù)。同時(shí)，市場監(jiān)管部門能夠有效降低檢查監(jiān)管費(fèi)用。

區(qū)塊鏈的公開透明、不可篡改的特點(diǎn)為消費(fèi)者提供溯源服務(wù)，保障鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)都處在可控范圍中，任何階段的產(chǎn)品質(zhì)量信息都會(huì)展現(xiàn)在區(qū)塊體中［10］。同時(shí)，借助區(qū)塊鏈技術(shù)的支撐，建立網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，將供應(yīng)方、運(yùn)輸方、需求方和監(jiān)管者等信息供需方連成網(wǎng)絡(luò)，將農(nóng)戶、企業(yè)以及零售終端聯(lián)結(jié)起來，共置于信息共享平臺(tái)，不僅可以實(shí)現(xiàn)追溯信息多方共享，還可以實(shí)現(xiàn)對糧食物流環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)跟蹤以及全程監(jiān)管，加強(qiáng)信息鏈管理，將大幅降低信用成本。