基于區(qū)塊鏈技術(shù)的湖南省道地藥材全過程追溯體系構(gòu)建

鐘 錠 劉金紅 夏新斌 周良榮

湖南中醫(yī)藥大學人文與管理學院，湖南長沙 410208

我國歷代醫(yī)家認為，中藥材的藥性與其生長的地理環(huán)境有密切關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出了“道地藥材”的概念[1]。道地藥材極具中醫(yī)藥特色和優(yōu)勢，作為中醫(yī)臨床用藥的重要部分，不僅具有公認的品質(zhì)優(yōu)、效果好特點，且在促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展上起到重要作用，更是區(qū)域中醫(yī)文化的鮮明代表[2]。隨著中醫(yī)藥事業(yè)的不斷發(fā)展，社會對中藥材的需求日益上升，而道地藥材更是備受消費者青睞[3]。然而近些年來，中藥材及中藥飲片的質(zhì)量問題屢見不鮮，已經(jīng)成為制約我國中醫(yī)藥事業(yè)和中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。針對傳統(tǒng)溯源方式中存在的中心化、不透明化和易被篡改的問題[4]，本文以湖南省道地藥材全過程追溯為切入點，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，探索構(gòu)建新型道地藥材質(zhì)量追溯體系，以期能為中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供參考[5]。

1 湖南省道地藥材全過程追溯痛點分析

1.1 體系制度不健全

中藥材追溯體系的建立已提出若干年，相關(guān)部門出臺了一系列政策文件，如《中藥材保護和發(fā)展規(guī)劃（2015—2020 年）》[6]、《關(guān)于加快推進重要產(chǎn)品追溯體系建設(shè)的意見》[7]、《中華人民共和國中醫(yī)藥法》[8]、《關(guān)于協(xié)同推進肉菜中藥材等重要產(chǎn)品信息化追溯體系建設(shè)的意見》[9]等，對構(gòu)建中藥材溯源及質(zhì)量安全的長效機制提出了明確要求。但目前并未得到有效實施，我國尚未建立起溯源的標椎和規(guī)范，中藥材追溯相關(guān)法律法規(guī)不健全，使得我國中藥材溯源仍然存在很大阻礙[10]。以湖南省為例，湖南省道地藥材溯源未能形成體系制度，使得市場上存在假冒偽劣的藥材，影響道地藥材產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

1.2 責任主體不明確

由于湖南省內(nèi)并未建立明確的道地藥材追溯體系和追蹤技術(shù)，道地藥材從種苗培育到最后消費，整個產(chǎn)業(yè)鏈涉及的主體、環(huán)節(jié)眾多，各個節(jié)點之中，包含了種苗供應商、種苗栽培農(nóng)戶、中藥材生產(chǎn)商及末端銷售商等參與者。一旦發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)道地藥材，由于全過程溯源責任主體的不明確，管理部門很難將責任落實到具體部門或者企業(yè)，也使得道地藥材的追溯無從下手。

1.3 信息全程追溯難

信息共享是中藥材產(chǎn)業(yè)鏈中各個主體合作共贏的基礎(chǔ)，有效的信息追溯一方面可以減少中藥材市場信息不對稱所帶來的存貨滯銷和供應不足的威脅，也有利于中藥材市場上下游之間信息互通降低成本[11]。道地藥材的全過程追溯，涉及到中藥材種苗培育、后期栽培、中藥材生產(chǎn)及最后的銷售環(huán)節(jié)，參與主體包括了種苗供應商、種苗栽培農(nóng)戶、中藥材生產(chǎn)商及末端銷售商4 個群體。目前，湖南省尚未建立一個可以貫穿各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，也缺乏一個將中藥材參與主體統(tǒng)一到一個追溯系統(tǒng)的平臺，影響了道地藥材全過程追溯。

1.4 信息易被篡改

條形碼、二維碼和射頻識別技術(shù)（radio frequency identification，RFID）是目前湖南省道地藥材溯源的主要形式。藥材加工商在中藥材外包裝上面直接加印條形碼、二維碼或粘貼RFID 貼紙，可將中藥材生產(chǎn)批次及流通過程中的信息記錄下來。消費者可以通過掃描的方式，獲取中藥材相關(guān)信息。溯源信息存儲在中心化的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)或者若干分布式數(shù)據(jù)庫內(nèi)，使得擁有中央服務器的機構(gòu)或個人有機會篡改信息，且數(shù)據(jù)可以輕易地遭到不法人員的攻擊，使得中藥材溯源信息的真實性備受爭議[12]。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)應用于湖南省道地藥材全過程追溯可行性分析

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種開放式的、分布式的存儲數(shù)據(jù)的鏈式結(jié)構(gòu)，其是按照時間順序?qū)⒏鱾€環(huán)節(jié)主體用密碼學原理建立起相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)區(qū)塊。將區(qū)塊鏈技術(shù)應用于湖南省道地藥材溯源體系的構(gòu)建，可以有效解決傳統(tǒng)溯源技術(shù)中的中心化、不透明化和容易被篡改問題，可有效保障湖南省道地藥材生產(chǎn)到消費各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)真實、不被篡改、可追溯[13]。

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯性

區(qū)塊鏈上的不同區(qū)塊包含著不同存儲信息，各個區(qū)塊通過時間先后順序鏈接，因此，可以根據(jù)時間進行信息的溯源[14]。藥材來源的各個環(huán)節(jié)難以明確，信息的真實可靠性難以確保是湖南省道地藥材溯源的主要問題。此過程具有數(shù)據(jù)所屬方多、交易環(huán)節(jié)復雜的特點。利用區(qū)塊鏈技術(shù)，可以在區(qū)塊鏈上的每個交易區(qū)結(jié)構(gòu)體中，記載著參與者在各環(huán)節(jié)的交易信息，這樣既可以查詢又可以追蹤道地藥材的來源，有效地確保了可追溯性。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改性

區(qū)塊鏈運用了哈希計算和密碼學方法，將鏈上各個區(qū)塊按時間順序排列再鏈接，一旦有一條信息改動，時間節(jié)點之前所有信息都要改動，加大了信息數(shù)據(jù)篡改的成本和難度，從技術(shù)上維護了真實性[5]。湖南省道地藥材產(chǎn)業(yè)鏈中運用區(qū)塊鏈技術(shù)，參與各方在每筆中藥材交易產(chǎn)生時依據(jù)合約確認交易后就會產(chǎn)生交易區(qū)塊，交易區(qū)塊一旦經(jīng)共識機制確認就會形成上鏈數(shù)據(jù)，上鏈數(shù)據(jù)不可篡改，包括供應鏈管理中的原料、生產(chǎn)、運輸、銷售數(shù)據(jù)，皆可證明真實性[15]。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)的開放性

區(qū)塊鏈技術(shù)各節(jié)點數(shù)據(jù)，除了加密節(jié)點的私有信息以外，其他節(jié)點的維護需要參與者進行統(tǒng)一維護，任何參與主體都可以參與、查詢及記錄。采用去中心化的公開透明的存儲方式，具有開放性。在道地藥材交易過程中，通過簽名可以確認每筆交易，聯(lián)盟鏈形式的區(qū)塊鏈，通過認證機構(gòu)證書可以認證參與者身份，基于以上可以確認每筆交易的合法性和真實性[16-17]。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的湖南省道地藥材全過程追溯體系構(gòu)建

3.1 參與主體設(shè)置

根據(jù)道地藥材供應鏈體系，將道地藥材追溯劃分成3 個主體。第一類為中藥材質(zhì)量和交易管理部門，包括國家中醫(yī)藥管理局和地方中醫(yī)藥管理局等部門；第二類主體為道地藥材相關(guān)參與生產(chǎn)、銷售的企業(yè)，包括種苗供應培育、中藥材生產(chǎn)銷售廠家和銷售商；第三類為中藥材最終的消費者。

3.2 體系架構(gòu)設(shè)計

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的湖南省道地藥材全過程追溯體系，共計三大模塊、六層架構(gòu)。每個模塊之間運用了不同的應用程序接口：首先是采用了軟件開發(fā)工具包的交互模塊，其次在核心模塊與基礎(chǔ)模塊之間運用全球遠程過程調(diào)用接口。①數(shù)據(jù)層：將中藥材的生產(chǎn)、成分、中轉(zhuǎn)信息，利用Couch DB 作為分布式共享賬本存儲系統(tǒng)，進行系統(tǒng)存入，借助字節(jié)數(shù)組等操作，完成復雜的業(yè)務查詢。②網(wǎng)絡(luò)層：對藥材溯源系統(tǒng)的賬本、狀態(tài)、成員信息等數(shù)據(jù)利用Gossip 協(xié)議進行個人對個人（peer to peer，P2P）分發(fā)。③共識層：系統(tǒng)依據(jù)指定的背書策略，向背書節(jié)點發(fā)送交易提案。通過模擬執(zhí)行將結(jié)果運用背書系統(tǒng)鏈碼進行數(shù)字簽名，隨即返還至應用程序。④合約層：采用Chaincode實現(xiàn)智能合約，主要包括兩類，一類完成是藥中材背書、發(fā)起中藥材成分信息背書、中轉(zhuǎn)信息背書。另一類是完成中藥材信息、成分信息、中轉(zhuǎn)信息查詢等業(yè)務邏輯。⑤業(yè)務層：利用REST ful 接口，前端部分實現(xiàn)業(yè)務處理。后端部分實現(xiàn)用戶及中藥材的管理，借助Hyperledger Fabric 提供的軟件開發(fā)工具包和區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行通信。⑥應用層：基于超文本標記語言（hyper text markup language，HTML），層疊樣式表（cascading style sheets，CSS）、Angular JS 前端框架，向用戶提供頁面交互操作。由于用戶部分是底層內(nèi)置完成的，因此僅有用戶登錄和退出兩項操作。見圖1。

圖1 湖南省道地藥材全過程追溯體系構(gòu)架

3.3 系統(tǒng)存儲設(shè)計

本系統(tǒng)從中藥材的生產(chǎn)、運輸、銷售的各環(huán)節(jié)關(guān)鍵信息進行分類，包括中藥材的生產(chǎn)、成分、倉儲物流等信息。經(jīng)此分類后，再使用區(qū)塊鏈系統(tǒng)對中藥材相關(guān)信息進行溯源。如此操作，一方面方便質(zhì)檢機構(gòu)對中藥材生產(chǎn)信息進行檢驗，向消費者提供安全、透明的中藥材詳細信息。另一方面，向監(jiān)管部門提供了審查所需的依據(jù)。

3.4 業(yè)務流程設(shè)計

①接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：一類被稱為核心數(shù)據(jù)，包括中藥材的產(chǎn)地、編碼、企業(yè)相關(guān)信息；另一類是非核心數(shù)據(jù)，包括用戶信息、企業(yè)工商信息和交易信息等。②區(qū)塊鏈的核心內(nèi)容，對接平臺上的數(shù)據(jù)上鏈，通過各方參與的溯源節(jié)點，了解交易信息。當發(fā)生交易時，可對交易進行確認，從而形成完整的、可供查詢的信息鏈。③中藥材溯源結(jié)果，通過可視化的方法，展示在系統(tǒng)前端以供各方及時查詢。④假如查詢結(jié)果和包裝上面所描述的信息有差別時，產(chǎn)品標記的明文來源，與通過包裝所查詢到的信息不一樣，就可以判斷此中藥材來源存在問題，此時消費者可以向有關(guān)部門反映。業(yè)務流程見圖2。

圖2 湖南省中藥材溯源系統(tǒng)業(yè)務流程

4 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的湖南省道地藥材全過程追溯體系實現(xiàn)路徑

4.1 國家政府層面

第一，政府應逐步完善基于區(qū)塊鏈技術(shù)的湖南省道地藥材全過程追溯體系的法律法規(guī)，保障道地藥材追溯過程中有法可依。本文提到的智能合約，雖然能夠保證道地藥材各責任主體公平交易，但是畢竟缺乏法律效力，且當前針對道地藥材追溯體系相關(guān)法律仍然不健全[18-19]。因此，政府需要高度重視，將區(qū)塊鏈技術(shù)應用于道地藥材追溯納入法律監(jiān)管，保證道地藥材從生產(chǎn)到消費的全過程，均有法律參考依據(jù)[20]。第二，政府需要加大對區(qū)塊鏈技術(shù)應用于道地藥材追溯體系的資金投入力度，緩解道地藥材相關(guān)企業(yè)資金壓力。政府應設(shè)立區(qū)塊鏈技術(shù)追溯體系建設(shè)的專項資金，用于追溯體系的軟件研發(fā)、硬件購買和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等[21]。

4.2 社會企業(yè)方面

一方面，道地藥材相關(guān)協(xié)會和企業(yè)，要聯(lián)合制訂基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥材追溯體系的行業(yè)內(nèi)技術(shù)標準，為道地藥材行業(yè)發(fā)展提供參考標準。將藥材追溯體系技術(shù)標準制訂的智能賦予相關(guān)企業(yè)和協(xié)會，改變單一的技術(shù)委員會制訂方式，有利于提升道地藥材行業(yè)的信譽和競爭門檻[22]，幫助企業(yè)突破體系建設(shè)的技術(shù)壁壘，促進標準的及時更新和修訂，更符合市場規(guī)律[23]。

另一方面，企業(yè)需要加大相關(guān)人才的培養(yǎng)，不斷推動區(qū)塊鏈技術(shù)的革新?lián)Q代，適應多變的市場需求。區(qū)塊鏈平臺涉及多種技術(shù)，例如共識機制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、密碼學、P2P、智能合約等，如何將這些技術(shù)與實際業(yè)務結(jié)合使用且進一步優(yōu)化，存在十分廣闊的探索空間[24]。企業(yè)需要培養(yǎng)專業(yè)能力強的技術(shù)人員，積極推動區(qū)塊鏈技術(shù)朝著靈活性和容錯性更強的方向發(fā)展[25]。

4.3 消費者方面

消費者作為道地藥材實際購買者，應當樹立起掃描道地藥材溯源碼查詢來源的意識，確保道地藥材各方面信息正確后購買。當消費者發(fā)現(xiàn)道地藥材存在明顯質(zhì)量問題時，應當向管理部門進行投訴。管理部門接到投訴，確認投訴情況為真實后，可運用基于區(qū)塊鏈技術(shù)的道地藥材追溯體系提供的可靠存儲數(shù)據(jù)，核查是哪個環(huán)節(jié)存在的問題，落實責任主體，進行相關(guān)處罰[26]。