基于區(qū)塊鏈+RFID技術蔬菜溯源系統(tǒng)的研究*
——以吉林市為例

楊武川 ， 鐘依柔 ， 揣志增 ， 惠名佚 ， 莊春雨 ， 揣小龍

（吉林農(nóng)業(yè)科技學院，吉林 吉林 132101）

0 引言

近年來，蔬菜產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出較大優(yōu)勢，蔬菜產(chǎn)品安全問題也越來越被人們重視。當前，我國蔬菜產(chǎn)業(yè)以農(nóng)戶種植為主，一般規(guī)模較小，在各地區(qū)基本沒有蔬菜的龍頭企業(yè)，不能帶動周邊中小型菜企的發(fā)展，并且中小型企業(yè)存在基礎能力薄弱、科學育苗能力不足、引入高新技術困難等多重問題，制約了這些蔬菜企業(yè)的發(fā)展[1]。另外，部分中小型企業(yè)的蔬菜產(chǎn)品質量也令人擔憂。一是自身的品牌競爭力弱，企業(yè)形象不足；二是許多小企業(yè)存在著用劣質蔬菜充當優(yōu)質蔬菜售賣的現(xiàn)象，嚴重擾亂了蔬菜售賣市場，降低了消費者的消費欲望。

政府多次出臺相關政策，頒布各類食品安全管理法律法則，但在實踐中暴露出了一些問題，比如：這些規(guī)則是針對具體環(huán)節(jié)進行約束的，從而未能使供應鏈端的信息連接起來，導致供應鏈端信息不足，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，想要迅速找出問題源頭，召回問題產(chǎn)品，對負責企業(yè)或個人進行問責，就顯得尤為困難。為解決此類問題，課題組提出運用區(qū)塊鏈+RFID技術對農(nóng)產(chǎn)品進行溯源[2]。其原理是：利用區(qū)塊鏈技術設計農(nóng)產(chǎn)品溯源方案，對蔬菜從種植環(huán)節(jié)到出售環(huán)節(jié)的所有信息進行溯源，實現(xiàn)內外信息共享，既要保證信息的完整性，又要使信息公開透明，便于監(jiān)管部門對問題企業(yè)追責，增強參與企業(yè)的責任心，提升了蔬菜企業(yè)的品牌形象，提高核心競爭力[3]。當消費者有查詢產(chǎn)品溯源信息的權限后，監(jiān)管部門的能力與手段將會有一定的強化，企業(yè)將會更加重視蔬菜全過程的質量安全，蔬菜的安全指數(shù)會有所提高，消費者的權益與健康將會得到保障。本課題以吉林市蔬菜溯源系統(tǒng)為研究對象，進行研究探討。

1 蔬菜溯源存在的問題

目前，吉林市蔬菜追溯系統(tǒng)正處于起步和探索階段，但是據(jù)課題組考察調研，蔬菜溯源系統(tǒng)存在以下問題：

1）蔬菜追溯平臺冗雜。以吉林市為例，吉林市內各個企業(yè)或農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)部門建立的蔬菜追溯系統(tǒng)是僅供各自單位內部使用的，如果不同系統(tǒng)在一個平臺上使用，很有可能會出現(xiàn)系統(tǒng)之間互不兼容的情況，并且不同的溯源系統(tǒng)監(jiān)管機制、信息采集標準、追溯標識等都不統(tǒng)一，因此，會造成蔬菜產(chǎn)品信息資源浪費。

2）追溯信息存在不夠完整或虛假失實等情況。因以上情況而產(chǎn)生的信息孤島會造成兩種后果：一是不利于消費者對產(chǎn)品進行溯源；二是阻滯了政府推動統(tǒng)一追溯平臺發(fā)展的腳步。

2 解決問題的措施

1）吉林市相關部門制定了“食品安全追溯系統(tǒng)研究人才計劃”，挖掘吉林省內各個高?？蒲芯?，優(yōu)化吉林市科研軟環(huán)境，提高經(jīng)費支持力度，組建一支專業(yè)化、高效化的科研隊伍。對在吉各高校實行“一校一方法”的策略，與校方合作，共同培養(yǎng)食品安全追溯系統(tǒng)人才，并簽訂相關就業(yè)協(xié)議；對吉林省重點高校食品學院人才放寬相關政策，促進留吉人數(shù)提升，并且對于有食品科研需求的技術型人才，加快申報審批流程，重點項目給予資金傾斜，最大程度幫助項目研究?？蒲泄リP團隊在吉林市委市政府的領導下、吉林市重大戰(zhàn)略項目研究要求下、遵循市場需求的原則下，發(fā)揮專業(yè)科研能力，研發(fā)操作簡單、功能強大的用戶端食品追溯系統(tǒng)，進而將吉林市內目前所應用的各種追溯系統(tǒng)全部整合并統(tǒng)一替換，以達到追溯平臺的完整統(tǒng)一。

2）利用區(qū)塊鏈技術將蔬菜從生產(chǎn)到銷售的全部過程分為7個環(huán)節(jié)：生產(chǎn)環(huán)節(jié)、存儲環(huán)節(jié)、質檢環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)和追溯環(huán)節(jié)。在各個環(huán)節(jié)都貼上RFID標簽，把所有信息串成鏈[4]。在不同的環(huán)節(jié)分別設有不同的信息采集員和監(jiān)管部門，信息采集員負責記錄信息，并將信息上傳平臺，監(jiān)管部門則在驗證消息的完整性、消息發(fā)送者身份的合法性后，通過私鑰對信息進行認證，并把上傳信息和驗證信息一同記錄在溯源信息中[5]。消息上鏈需要監(jiān)管部門的認證這一舉措，不僅使消費者能快速辨別溯源信息的真?zhèn)危瑫r也增強了企業(yè)的責任心，提高了溯源信息的可信度。

①生產(chǎn)環(huán)節(jié)：農(nóng)場主負責將蔬菜生產(chǎn)過程信息（種子來源、種子名稱、農(nóng)藥名稱、用藥含量、肥料名稱、用料含量等）錄入并上傳區(qū)塊鏈，形成初始區(qū)塊。系統(tǒng)通過調用智能合約自動識別上傳的信息是否符合設定，如若符合，則進行上傳認證，并將信息傳入下一環(huán)節(jié)；如若不符合，則向監(jiān)管層發(fā)出警告，后續(xù)由監(jiān)管部門介入查看（監(jiān)管部門通過技術甄別，對發(fā)出警告的產(chǎn)品二次核驗，提出進一步解決方案，直到產(chǎn)品合格）。在當前環(huán)節(jié)與下一環(huán)節(jié)進行信息傳輸時，監(jiān)管部門有權對信息進行審核查驗，在產(chǎn)品檢驗合格后，運用私鑰對信息加以簽名認證。

②存儲環(huán)節(jié)：倉庫接收來自生產(chǎn)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品后，獲得訪問編輯信息的權限。在對產(chǎn)品進行必要的檢查和維護后，將檢查信息更新并上傳。當產(chǎn)品轉移離開倉庫時，區(qū)塊鏈的MD5碼會發(fā)生改變，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息封鎖，使得信息不可被篡改。

③質檢環(huán)節(jié)：質檢員的主要工作是檢驗產(chǎn)品的農(nóng)藥含量、產(chǎn)品完整度，然后對其進行測評并劃分等級，并將測評信息如實上傳[6]。在這一過程中，會有監(jiān)管部門實時抽查，檢測蔬菜質檢是否合格或質檢信息是否正確等，如果信息在檢測過程中出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)會發(fā)出警告，監(jiān)管部門立即介入，解決此問題，同時，進行簡單隨機抽樣調查。在確認沒有問題后，監(jiān)管部門對信息進行認證，認證信息也一同被寫入鏈中；如有問題，則依法追究相關人員的責任。

④加工環(huán)節(jié)：加工者對加工日期、加工工具、加工地點等進行記錄，管理員會進行二次核驗，核驗無誤后再上傳信息。在上傳信息過程中，全程不允許更改，保證信息的真實性，如有錯誤，則立即報備。在包裝產(chǎn)品時，除了必要的包裝信息外，還需生成溯源碼或二維碼，粘貼在產(chǎn)品外包裝上，以便消費者在購買產(chǎn)品后進行溯源。

⑤運輸環(huán)節(jié)：運輸員對物流出發(fā)地和目的地、運輸工具、運輸時間等進行記錄，并將物流信息反饋回物流公司，公司在平臺上對信息進行更新。

⑥銷售環(huán)節(jié)：蔬菜經(jīng)過上一環(huán)節(jié)后發(fā)往不同地區(qū)的銷售企業(yè)，因此在企業(yè)接收產(chǎn)品后，不僅需要對蔬菜來源及去向等進行記錄，還需要對當前本企業(yè)的信息進行上傳，以確保消費者在進行溯源時，每一環(huán)節(jié)的溯源信息無任何遺漏。在銷售過程中，消費者的溯源信息在平臺進行反饋，企業(yè)通過對反饋數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，分析出各類蔬菜的需求量，便于來年對某作物的種植面積進行擴大或減少。

⑦追溯環(huán)節(jié)：消費者在完成追溯系統(tǒng)網(wǎng)站上的身份認證后，通過掃描所購買蔬菜的二維碼或輸入追溯碼就可以看到蔬菜從供應商的材料來源到終產(chǎn)品初始分銷的路徑中所有過程的基本信息。

將上述所有環(huán)節(jié)分成區(qū)塊，并通過RFID電子標簽技術將每個區(qū)塊接到同一條鏈路上，構成一個完整的溯源系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 蔬菜溯源系統(tǒng)

3 溯源系統(tǒng)主要技術

3.1 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈的基礎技術主要有哈希運算、數(shù)字簽名、P2P網(wǎng)絡、共識算法、智能合約等。所有技術互相融合運用，充分解決了傳統(tǒng)溯源所暴露的缺點。

哈希運算的鏈式結構和默克爾樹、密碼學中的時間戳技術、共識算法（PBFT、PoW類共識算法，拜占庭容錯類算法）能有效地防止數(shù)據(jù)被篡改[7]?！胺来鄹摹辈⒉皇遣荒芫庉媴^(qū)塊鏈系統(tǒng)上記錄的內容，而是整個編輯過程被以類似“日志”的方式記錄了下來，并且記錄的“日志”是不能被修改的。

P2P網(wǎng)絡的去中心化、多鏈式結構，數(shù)字簽名和智能合約的認證能有效地解決溯源信息不防偽、易被造假等問題。通過監(jiān)管機構對數(shù)據(jù)的簽字認證，可以防止惡意節(jié)點身份冒充，增加數(shù)據(jù)的可信度；同態(tài)加密、零知識證明等技術給鏈上數(shù)據(jù)加密，任何不相關的用戶都無法從密文中讀取到有用信息，而交易相關的用戶可以在設定權限范圍內讀取有效數(shù)據(jù)，這一特性保護了用戶的隱私，避免了信息被竊取盜用[8-9]。

3.2 RFID （射頻識別）技術

射頻識別技術通過運用無線電實現(xiàn)對信息的傳送與識別、對物品的快速追蹤、對數(shù)據(jù)的交換處理。利用RFID技術能適應惡劣的工作環(huán)境、識別精確度高等特性，將其運用于物流供應鏈管理中，實現(xiàn)集裝箱的自動識別，電子封條與貨物跟蹤。在追溯系統(tǒng)中引入RFID技術，使得系統(tǒng)的人力成本大大降低，工作效率大幅度提高。

4 總結

首先，本課題將區(qū)塊鏈技術與射頻識別技術結合，利用其特性優(yōu)化溯源系統(tǒng)，使溯源系統(tǒng)成本降低，提高整個系統(tǒng)的可靠性。其次，把蔬菜生產(chǎn)、加工、運輸、倉儲、交易的監(jiān)測和后期追溯等相關節(jié)點利用區(qū)塊鏈+RFID技術進行結合，將商品的信息上鏈，給商品一個“身份證”，無論商品出現(xiàn)在何處，都可以確認其身份。將該技術投入使用，使蔬菜消費的信任度進一步提升，使虛假售賣、以次充好、濫用農(nóng)藥等危害消費者權益和人身安全的事件不再發(fā)生，同時也促進了當?shù)貭I商環(huán)境的優(yōu)化，給消費者舒適、完美的購物體驗。再次，系統(tǒng)記錄的信息是具有實時性的，所上傳的數(shù)據(jù)是不可篡改的、公開透明的，如果某個環(huán)節(jié)出了問題，那么在事發(fā)后便可以快速地查出問題出現(xiàn)在哪一步，以及這一環(huán)節(jié)的責任人是誰，這樣能更好地明確職責，增強個人和企業(yè)的責任感，提高生產(chǎn)者安全責任意識，創(chuàng)造放心消費品牌。

雖然本課題充分利用了區(qū)塊鏈和RFID技術的基本特征，一定程度上解決了傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)中心化嚴重、信息共享難和信息追溯難等問題，但是還有部分技術問題有待解決。例如，目前國際上還沒有正式的RFID產(chǎn)品標準，不同廠家研制出的RFID可能互不兼容，且不同國家制定的數(shù)據(jù)格式標準也不同。因此，如何讓這些標準互相兼容，是后續(xù)研究所需要打破的技術壁壘。區(qū)塊鏈處理交易性能需要持續(xù)提升，應用場景還需進一步拓展，用戶隱私需要進一步保護等，解決這些問題將使追溯系統(tǒng)更加成熟完善，更能推動蔬菜溯源系統(tǒng)的發(fā)展。