基于區(qū)塊鏈的食品安全溯源體系設(shè)計(jì)

馮韡

近幾年，各類食品質(zhì)量安全事件的出現(xiàn)，使得消費(fèi)者對(duì)于我國的食品安全現(xiàn)狀產(chǎn)生了嚴(yán)重的信任危機(jī)，人們對(duì)于食品安全的重視程度也不斷提高，在此背景下，各種溯源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)食品安全的溯源主要是指能夠通過相應(yīng)標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)食品來源的溯源，并提供從開始生產(chǎn)階段到最終食品端上餐桌全過程各種信息的詳細(xì)展示。一旦出現(xiàn)食品安全質(zhì)量問題，通過標(biāo)識(shí)能夠溯源并定位問題發(fā)生的具體環(huán)節(jié)，將其相應(yīng)的責(zé)任明確到個(gè)人，從而進(jìn)一步縮小食品安全事件的影響范圍。由于當(dāng)前食品的種類和數(shù)量越來越多，使得傳統(tǒng)的食品安全溯源技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)狀，逐漸出現(xiàn)了食品安全溯源不及時(shí)、溯源信息不準(zhǔn)確等問題。于是，區(qū)塊鏈技術(shù)憑借低成本、高效率、分布式等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。綜合上述食品安全溯源存在的問題，本文在引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展對(duì)其溯源體系的設(shè)計(jì)研究。

一、基于區(qū)塊鏈的食品安全溯源體系設(shè)計(jì)

1.基于EPC編碼的食品標(biāo)記識(shí)別。將食品有效標(biāo)識(shí)作為食品安全溯源體系的核心，為實(shí)現(xiàn)對(duì)食品信息的追蹤和溯源，需要對(duì)食品加工企業(yè)生產(chǎn)出的每一件食品都進(jìn)行準(zhǔn)確地標(biāo)識(shí)。在對(duì)食品進(jìn)行標(biāo)識(shí)時(shí)，可以采用EPC編碼的方式，結(jié)合帶有RFID技術(shù)的掃描裝置，對(duì)每一個(gè)食品的編號(hào)進(jìn)行掃描，通過掃描裝置可以獲取到與該產(chǎn)品線相關(guān)的電子信息文檔，并將其顯示在掃描裝置的顯示屏中。同時(shí)，也可通過掃描裝置將電子信息自動(dòng)錄入到區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中，方便對(duì)其進(jìn)行安全存儲(chǔ)。除此之外，在對(duì)食品進(jìn)行標(biāo)記識(shí)別時(shí)，還需要對(duì)其重要組成材料和相關(guān)物品的信息進(jìn)行識(shí)別。

2.基于區(qū)塊鏈的食品溯源信息錄入。為了進(jìn)一步保證食品溯源過程中的信息安全，并實(shí)現(xiàn)對(duì)食品更準(zhǔn)確地追蹤，避免出現(xiàn)非法行為影響信息存儲(chǔ)和信息傳輸?shù)龋梢砸雲(yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，結(jié)合該項(xiàng)技術(shù)中的智能合約，自動(dòng)對(duì)相應(yīng)的責(zé)任節(jié)點(diǎn)進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，并通過非對(duì)稱加密算法實(shí)現(xiàn)對(duì)食品溯源信息的錄入。圖1為基于區(qū)塊鏈的食品溯源信息錄入流程示意圖。

按照?qǐng)D1所示的流程實(shí)現(xiàn)對(duì)食品溯源信息的錄入，在食品生產(chǎn)加工廠和物流公司授權(quán)時(shí)，均需要引入智能合約實(shí)現(xiàn)對(duì)其授權(quán)，并在確保身份驗(yàn)證成功的基礎(chǔ)上完成被授權(quán)的操作，對(duì)各類相關(guān)信息進(jìn)行錄入。同時(shí)，針對(duì)溯源體系當(dāng)中各類食品信息的維護(hù)和交易過程，都需要通過區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)日志記錄，并將記錄的內(nèi)容存儲(chǔ)在各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊當(dāng)中。通過區(qū)塊鏈中的時(shí)間戳技術(shù)和非對(duì)稱加密技術(shù)，能夠保證食品溯源信息的不可篡改和存儲(chǔ)的可靠性。

3.食品溯源信息的訪問與查詢。設(shè)計(jì)食品安全溯源體系的最終目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)食品從生產(chǎn)到最終送到消費(fèi)者手上這一過程各類信息的訪問和查詢，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要記錄人員在食品信息電子文檔中記錄每一條信息，并完成電子簽名。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)電子信息內(nèi)容的訪問權(quán)限設(shè)定，需要結(jié)合智能合約當(dāng)中的編寫規(guī)則代碼實(shí)現(xiàn)。根據(jù)溯源體系當(dāng)中不同用戶的身份信息，為其提供相應(yīng)的溯源信息讀取權(quán)限，其中體系用戶以及相應(yīng)的監(jiān)管用戶應(yīng)當(dāng)具有最高的訪問權(quán)限，在發(fā)生食品安全事故時(shí)，應(yīng)當(dāng)由監(jiān)管用戶和執(zhí)法用戶通過溯源體系分配的私鑰對(duì)食品在整個(gè)供應(yīng)鏈當(dāng)中的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行追溯訪問和查詢，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食品問題根源的快速確定，并將產(chǎn)生這一問題的責(zé)任追溯到個(gè)人。同時(shí)，針對(duì)存在問題的食品，還應(yīng)當(dāng)在完成食品溯源信息訪問和查詢后，確定其當(dāng)前所在區(qū)域位置，并對(duì)問題產(chǎn)品進(jìn)行召回。

當(dāng)消費(fèi)者購買食品后，同樣可以通過掃描或輸入溯源碼的方式對(duì)與食品質(zhì)量安全相關(guān)的信息進(jìn)行查詢，但無法查詢到食品在供應(yīng)鏈中其他階段的信息，無法獲取到錄入人員以及其他涉及用戶個(gè)人隱私的信息，在保證了消費(fèi)者參與到溯源過程的同時(shí)，也保證了溯源用戶隱私的安全性。

二、對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上文從理論方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的溯源體系的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步驗(yàn)證該體系的構(gòu)建能否實(shí)現(xiàn)對(duì)食品安全的溯源可行性，我們選擇以針對(duì)奶粉的溯源作為案例，按照上述設(shè)計(jì)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)溯源體系對(duì)奶粉產(chǎn)品溯源的主要功能。同時(shí)，為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可對(duì)比性，選擇以傳統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溯源體系作為對(duì)照組，通過兩種溯源體系的應(yīng)用效果對(duì)比，完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。兩種溯源體系除設(shè)計(jì)內(nèi)容不同外，其他條件完全相同，均選擇在32位、4G內(nèi)存、總硬盤為500G的PC機(jī)當(dāng)中完成相應(yīng)的運(yùn)行操作。我們選擇將兩種溯源體系當(dāng)中的鏈碼調(diào)試時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩種溯源體系均按照?qǐng)D2所示的流程完成鏈碼調(diào)試工作。

按照?qǐng)D2所示流程完成鏈碼的調(diào)試后，利用PC機(jī)當(dāng)中的時(shí)鐘程序完成對(duì)兩種溯源體系鏈碼調(diào)試耗時(shí)的記錄，并將其繪制成表1所示。

從表1中的對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的溯源體系針對(duì)五個(gè)不同編號(hào)奶粉進(jìn)行鏈碼調(diào)試能夠全部正常啟動(dòng)，并且保證調(diào)試時(shí)間均在3.00s以內(nèi)。傳統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溯源體系在應(yīng)用過程中無法針對(duì)編號(hào)為NF003和NF005的奶粉進(jìn)行鏈碼調(diào)試正常啟動(dòng)，無法為食品安全管理提供可靠的溯源信息，同時(shí)其他正常啟動(dòng)的鏈碼調(diào)試耗時(shí)也明顯高于區(qū)塊鏈溯源體系。因此，通過上述得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明，本文提出的基于區(qū)塊鏈的溯源體系在實(shí)際應(yīng)用中可以有效縮短鏈碼調(diào)試耗時(shí)，進(jìn)一步提高溯源效率。

綜上，針對(duì)傳統(tǒng)溯源體系存在容易受到外界攻擊、企業(yè)之間無法實(shí)現(xiàn)信息共享以及溯源效率低等問題，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)就顯得很有必要。通過研究及實(shí)驗(yàn)證明，在引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)后，利用其具備的分布式和不可篡改的優(yōu)勢(shì)，在確保溯源信息安全的條件下可提高溯源效率。但由于研究能力有限，本文設(shè)計(jì)的溯源體系在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在某些方面不足，例如性能有待進(jìn)一步完善、應(yīng)當(dāng)在數(shù)據(jù)錄入過程中引入真實(shí)性機(jī)制等，因此，在后續(xù)的研究當(dāng)中，針對(duì)上述兩個(gè)問題還將開展更加深入的研究。