區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

魏祥 張媛媛

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)隨之迎來新的變革。農(nóng)業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需要融合現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)。介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)監(jiān)管、農(nóng)產(chǎn)品溯源和供應(yīng)鏈方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）08-68-4

2014年，區(qū)塊鏈作為一個關(guān)于去中心化數(shù)據(jù)庫的術(shù)語進入公眾視野。2019年中共中央政治局10月24日下午就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行第十八次集體學(xué)習(xí)。中共中央總書記習(xí)近平在主持學(xué)習(xí)時強調(diào)：“區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用。我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”[1]。2021年6月，工信部和中央網(wǎng)信辦發(fā)布《關(guān)于加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，標志著我國區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了歷史性新機遇。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)一直是國家發(fā)展的根本，伴隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1.1區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈是一種新型的計算機技術(shù)應(yīng)用模式，主要通過點對點傳輸、加密算法、分布式數(shù)據(jù)存儲和共識機制來實現(xiàn)。區(qū)塊鏈是比特幣的一個重要概念，本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫。同時，區(qū)塊鏈作為比特幣的底層技術(shù)，用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生一串?dāng)?shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊中都包含了一批次比特幣的網(wǎng)絡(luò)交易信息，主要用于驗證其信息的有效性和生成下一個區(qū)塊。

區(qū)塊鏈通過哈希（Hash）算法進行運算后會生成一串字符串，字符串會被保存在區(qū)塊的頭部，這樣就可以將一個區(qū)塊通過指向上一個區(qū)塊Hash值的方式來加入?yún)^(qū)塊鏈。Hash算法是一種將原始信息換算成對應(yīng)的加密值的加密算法。通過Hash算法加密后的密文不可逆推，因為Hash算法是一種單向的加密方式，只有加密的過程，沒有解密的過程。區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)如圖1所示，一個區(qū)塊頭部的previous Hash字段保存著上一個區(qū)塊的Hash值，通過某個區(qū)塊就可以找到整個區(qū)塊鏈的第一個區(qū)塊。

1.2物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指將無處不在的終端設(shè)備和設(shè)施，包括內(nèi)在智能的傳感器、工業(yè)系統(tǒng)、移動終端、家庭智能設(shè)施、數(shù)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，以及外在使能的，如攜帶無線終端的個人與車輛、貼上射頻識別（RFID）的各種資產(chǎn)的智能化物件或智能塵埃；通過各種無線或有線的長距離、短距離通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)互聯(lián)互通和應(yīng)用的大集成，以及基于云計算的SaaS營運等模式，能夠在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用最優(yōu)的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、報警聯(lián)動、定位追溯、預(yù)案管理、調(diào)度指揮、安全防范、遠程控制、在線升級、遠程維保、決策支持、統(tǒng)計報表、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對萬物的高效、安全、節(jié)能、環(huán)保的“管、控、營”一體化。物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)有傳感器技術(shù)、RFID標簽、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、智能技術(shù)及納米技術(shù)，而這些關(guān)鍵技術(shù)又是由RFID、傳感網(wǎng)、M2M、兩化融合作為支撐，物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù)如圖2所示。

1.3智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級階段，集移動互聯(lián)網(wǎng)、新興互聯(lián)網(wǎng)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，主要依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點（土壤水分、環(huán)境溫濕度、圖像、二氧化碳等）和無線通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能預(yù)警、智能感知、智能分析、智能決策、專家在線指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可視化管理、精準化種植、智能化決策[2-4]。

2.1區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合的過程

先進的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)過程集成了基于區(qū)塊鏈的功能，以建立對物聯(lián)網(wǎng)的信任[5-6]。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中包含區(qū)塊鏈概念，消除了第三方認為應(yīng)用程序可信的需求。區(qū)塊鏈技術(shù)通過分發(fā)公司數(shù)據(jù)確保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的安全，可以防止任何惡意的人為篡改數(shù)據(jù)的可能性。此外，與其他應(yīng)用程序相比，區(qū)塊鏈技術(shù)可以使應(yīng)用程序中的設(shè)備識別和身份驗證更容易。雖然添加區(qū)塊鏈功能后，應(yīng)用程序開發(fā)的成本顯著增加，但從長遠來看，企業(yè)可以通過獲得客戶的信任和保存寶貴的用戶數(shù)據(jù)來獲得收益。此外，區(qū)塊鏈技術(shù)可以防止由于失去互聯(lián)網(wǎng)連接而導(dǎo)致的任何數(shù)據(jù)丟失。現(xiàn)在，區(qū)塊鏈驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)使人們能夠保存鏈中的有價值的數(shù)據(jù)，一旦連接重新建立，就可以將其取回。

2.2區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合的優(yōu)勢

以下是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用程序中集成區(qū)塊鏈功能的五大業(yè)務(wù)優(yōu)勢：

①加速數(shù)據(jù)更改：這是將區(qū)塊鏈功能集成到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中的最大好處之一。但是，由于區(qū)塊鏈在一定時間內(nèi)只能處理一定數(shù)量交易方面的局限性，最好采用企業(yè)級的方式來處理海量數(shù)據(jù)。

②降低成本：區(qū)塊鏈可以消除交易中間人，從而降低運營成本。該技術(shù)使用戶可以在分散的環(huán)境中以對等方式傳輸數(shù)據(jù)，從而減少業(yè)務(wù)支出。分散化為物聯(lián)網(wǎng)提供了一種經(jīng)濟高效的方式。

③增強安全性：區(qū)塊鏈技術(shù)可以提供安全的交易，將數(shù)據(jù)合法化，并確保其來自受信任的來源，實現(xiàn)區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的企業(yè)依賴于設(shè)備認證等安全措施。通過基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)，可以有效實施這些措施。

④簡化會計流程：這是區(qū)塊鏈技術(shù)在銀行和金融服務(wù)領(lǐng)域日益普及的主要原因，它使用戶能夠簡化會計流程。時間戳可以幫助公司隨時審計整個交易記錄。

⑤提高供應(yīng)鏈效率：在許多現(xiàn)代企業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理和維護著整個供應(yīng)鏈。區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，消除了中間人的需求，有效提高了供應(yīng)鏈效率，進一步提高了交易速度，降低了運營成本。

簡而言之，在保障個人數(shù)據(jù)安全方面，區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合將在整個工作場所保持令人難以置信的效果。

近年來，數(shù)據(jù)安全一直是企業(yè)部門的頭等大事?？梢哉J為，對安全數(shù)據(jù)存儲和訪問的需求每年都將繼續(xù)增長。區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的開發(fā)也將隨之發(fā)展。區(qū)塊鏈為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面臨的安全問題提供了強大的解決方案。建議企業(yè)咨詢信譽良好的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)公司，以充分利用這2種技術(shù)。

3.1區(qū)塊鏈+農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息一般采用中心化管理方式傳遞給管理人員，使相關(guān)管理人員能夠根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息來掌握農(nóng)業(yè)的實際情況，建立起現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。伴隨智能設(shè)備越來越多地接入物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)中心的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施、維護成本及能源消耗都面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此需要引入新的技術(shù)來解決此類問題，而區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化管理方式可以有效降低農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的投入與維護成本，通過區(qū)塊鏈技術(shù)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，使入網(wǎng)的檢測設(shè)備實現(xiàn)了自我管理與維護，節(jié)省了以云端控制為中心的高昂的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、維護以及能源消耗費用，降低了互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的后期維護成本，有助于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和規(guī)模化水平。

3.2區(qū)塊鏈+農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)

在區(qū)塊鏈與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的融合中，用戶消費數(shù)據(jù)將會是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域又一個巨大飛躍。由于農(nóng)業(yè)的特殊性和農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的難以收集性，致使農(nóng)業(yè)的發(fā)展依然存在著農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)管理難、互通難、價值難以體現(xiàn)的問題。大數(shù)據(jù)時代的主題是數(shù)據(jù)的共享、處理及有效利用，數(shù)據(jù)在未來將成為我國的核心資產(chǎn)。區(qū)塊鏈是一種數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，具有不可篡改、強背書、全歷史的特點，保障農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)提供者的私密性和合法權(quán)益、提高農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的流通性、增強農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)所有者的共享動力、動態(tài)分享農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的信息和狀態(tài)等都可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)進行解決，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機構(gòu)之間安全、可控、加密的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)共享。

3.3區(qū)塊鏈+農(nóng)業(yè)監(jiān)管

農(nóng)業(yè)監(jiān)管在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中具有非常重要的作用，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)監(jiān)管多是依靠人工進行管理，不僅耗時耗力，且難以達到良好的監(jiān)管效果。在智慧農(nóng)業(yè)背景下，不僅需要注意農(nóng)作物的生長狀況，還要加強農(nóng)產(chǎn)品信息的管理，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于其中，以此保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的準確性：收集土壤多元信息，把不利因素進行分析并改良土質(zhì)指標；檢測控制與水質(zhì)條件，對二氧化碳、重金屬含量進行智能調(diào)控，保障農(nóng)作物正常生長。

3.4區(qū)塊鏈+農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈

供應(yīng)鏈本身就有鏈路的特性，區(qū)塊鏈技術(shù)通過去信任、去中心化方式，以點對點傳輸、共識機制、分布式數(shù)據(jù)存儲、加密算法等技術(shù)，來共同維護一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫，主要是針對農(nóng)產(chǎn)品主體間效率協(xié)調(diào)等問題。產(chǎn)品供應(yīng)鏈涉及從原材料到成品，從生產(chǎn)到銷售，最后抵達客戶手中的所有環(huán)節(jié)。產(chǎn)品在供應(yīng)鏈過程中的生產(chǎn)日期、價格、質(zhì)量、產(chǎn)品狀態(tài)、負責(zé)企業(yè)及地址等信息都可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)進行分類記賬，交易信息會被去中心化和永久性記錄，不僅減少了時間延誤和人工錯誤，而且還降低了成本支出。區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)高效地在供應(yīng)鏈不同部門之間進行共享，達到統(tǒng)一憑證、全程記錄、及時高效，能夠有效解決多方參與、信息碎片化、流通環(huán)節(jié)重復(fù)審核等問題，從而降低物流成本，提高效率。

3.5區(qū)塊鏈+農(nóng)業(yè)保險

農(nóng)業(yè)保險的主要特點是品種小、覆蓋范圍低。當(dāng)下農(nóng)業(yè)保險最大的問題是經(jīng)常出現(xiàn)騙保事件。如果在農(nóng)業(yè)保險中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，那么農(nóng)業(yè)保險不僅會在農(nóng)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)保護和農(nóng)業(yè)產(chǎn)權(quán)交易方面有很大的提升空間，而且還會極大簡化農(nóng)業(yè)保險的操作流程。另外，因為智能合約是區(qū)塊鏈的一個重要概念，所以將智能合約的概念合理地運用到農(nóng)業(yè)保險領(lǐng)域，會讓農(nóng)業(yè)保險的賠付更加方便和智能。在此之前，如果發(fā)生比較大的農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害事件，相應(yīng)的理賠周期可能會比較長。將智能合約運用到區(qū)塊鏈之后，一旦檢測到農(nóng)業(yè)災(zāi)害，就會自動啟動賠付流程，使賠付更加高效。

3.6區(qū)塊鏈+農(nóng)產(chǎn)品溯源

農(nóng)產(chǎn)品溯源是對農(nóng)產(chǎn)品的整個產(chǎn)業(yè)鏈包括生產(chǎn)、加工、銷售等各個節(jié)點信息的認證，為生產(chǎn)商、加工商和銷售商等提供信用背書。利用區(qū)塊鏈去中心化、公開透明、數(shù)據(jù)不可篡改、數(shù)據(jù)共享、點對點傳輸?shù)燃夹g(shù)特點，將農(nóng)產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程加入到聯(lián)盟鏈上，每個關(guān)鍵節(jié)點上的信息都形成一個信息和價值的共享鏈條，做到來源可查、去向可追、責(zé)任可究。農(nóng)產(chǎn)品的各個節(jié)點信息可通過溯源碼進行查找，以此明確責(zé)任，保證農(nóng)產(chǎn)品安全。

對消費者而言，農(nóng)產(chǎn)品溯源不僅能讓消費者看到產(chǎn)品的尺寸、外觀，還能通過溯源看到農(nóng)產(chǎn)品從品種選擇，到播種、收獲、加工、包裝、銷售等一系列的生產(chǎn)過程，讓消費者放心，而且利用區(qū)塊鏈的不可篡改性，可以防止產(chǎn)品被篡改，讓產(chǎn)品更加放心。其次，對于生產(chǎn)廠家，要建立農(nóng)產(chǎn)品種植、生產(chǎn)、流通的追溯信息庫，加強標準體系，對各個環(huán)節(jié)進行全過程的監(jiān)控管理，進行追溯信息的綜合分析利用，提供追溯作業(yè)平臺，通過網(wǎng)絡(luò)、客戶端等渠道提供綜合信息服務(wù)等。農(nóng)產(chǎn)品可溯源就是農(nóng)產(chǎn)品的第二張臉，消費者通過農(nóng)產(chǎn)品溯源碼了解農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、成長、運輸、加工過程中的一切信息，從而提高農(nóng)產(chǎn)品購買率。因此，對于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)而言，無論是從消費者、國家監(jiān)管或者企業(yè)自身來說，實現(xiàn)自身產(chǎn)品的信息可追溯，都是農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是整個農(nóng)產(chǎn)品市場的最終導(dǎo)向。

綜上所述，基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在加大規(guī)模普及應(yīng)用，在這個過程中需要降低設(shè)備的成本投入，增加技術(shù)人員研究力度，提升從業(yè)人員感知力和認知力。隨著智慧農(nóng)業(yè)的不斷推廣和落實，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中是發(fā)展的一個趨勢，從業(yè)人員在不斷提高技術(shù)水平的同時，還要對物聯(lián)網(wǎng)安全問題進行關(guān)注，加大對設(shè)備安全檢查方法、設(shè)備安全機制、數(shù)據(jù)訪問控制及入侵監(jiān)測機制的研究力度。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，不僅能夠安全可靠地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，而且能加快促進我國經(jīng)濟效益增長，不斷向?qū)崿F(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)這一發(fā)展目標持續(xù)奮進。

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