基于區(qū)塊鏈的蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)功能及應(yīng)用流程設(shè)計(jì)

徐揚(yáng) 何杰 張浩 尚君燭 胡錦蓉 喬博帥

摘?要：蔬菜質(zhì)量安全問題已成為農(nóng)產(chǎn)品問題研究的重中之重，為響應(yīng)國家針對(duì)蔬菜質(zhì)量安全提出的新要求，文章結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，從構(gòu)建目標(biāo)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能模塊和應(yīng)用流程四個(gè)方面提出了一種能夠提高追溯信息可信度的蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)搭建方法。文章的研究成果對(duì)于區(qū)塊鏈賦能蔬菜供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；蔬菜供應(yīng)鏈；信息溯源；平臺(tái)搭建

中圖分類號(hào)：F259.23???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1005-6432（2023）10-0182-03

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2023.10.182

1?引言

蔬菜供應(yīng)鏈在數(shù)據(jù)采集時(shí)往往缺乏約束機(jī)制，并且由于上下游企業(yè)之間存在復(fù)雜的利益博弈關(guān)系，易造成信息不對(duì)稱和不透明，導(dǎo)致溯源信息缺乏可信度［1］。區(qū)塊鏈技術(shù)則是一種集合了去中心化、不可篡改和底層公開等特點(diǎn)的強(qiáng)大監(jiān)控工具，將該技術(shù)應(yīng)用到蔬菜供應(yīng)鏈中，能夠?qū)崿F(xiàn)蔬菜產(chǎn)品的全程信息公開、透明，有效解決農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者與消費(fèi)者所面臨的“信息孤島”。

近年來，隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用場景的豐富，基于區(qū)塊鏈的追溯體系建設(shè)不斷推進(jìn)。2017年8月，沃爾瑪和IBM聯(lián)手打造了中國豬肉和墨西哥芒果供應(yīng)鏈的區(qū)塊鏈追溯系統(tǒng)，將芒果從種植基地到銷售超市的流通信息溯源時(shí)間從6.5天縮短到了幾秒鐘，大大提高了溯源效率［2］。因特爾公司在海產(chǎn)品供應(yīng)鏈中引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)建立分布式賬本，極大地促進(jìn)了海產(chǎn)品的可追溯性［3］。在國內(nèi)，順豐將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到廣州梅州柚的溯源流程管理中，每批次產(chǎn)品有唯一溯源碼與其對(duì)應(yīng)，記錄梅州柚的種植、質(zhì)檢、流通和消費(fèi)信息［4］。

文章在上述背景下開展研究，依托區(qū)塊鏈技術(shù)打造蔬菜“智能”供應(yīng)鏈，對(duì)蔬菜供應(yīng)鏈實(shí)施全流程信息采集和質(zhì)量追溯，為消費(fèi)者構(gòu)筑從源頭到餐桌、從線上到線下的蔬菜產(chǎn)品安全鏈路，保障蔬菜的質(zhì)量安全。

2?基于區(qū)塊鏈的蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

2.1?平臺(tái)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

從質(zhì)量安全溯源體系的運(yùn)作規(guī)則出發(fā)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)整體架構(gòu)，由底層向上依次為感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

2.1.1?感知層

感知層位于平臺(tái)最底層，通過二維碼、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備采集蔬菜從種植、包裝、運(yùn)輸?shù)戒N售全流程的關(guān)鍵信息，實(shí)時(shí)讀取有效數(shù)據(jù)并識(shí)別存儲(chǔ)，確保溯源信息的準(zhǔn)確性與完整性，并將信息推送至傳輸層。

2.1.2?傳輸層

通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口、TCP/IP等數(shù)據(jù)傳輸方式接收來自感知層的信息。以智能合約的形式將相關(guān)的法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容嵌入到區(qū)塊鏈中，便于在接收數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)執(zhí)行上述條款，以此防止不合格蔬菜產(chǎn)品的供應(yīng)鏈活動(dòng)［5］。

2.1.3?數(shù)據(jù)層

有記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊并進(jìn)行封裝。區(qū)塊鏈為每個(gè)蔬菜產(chǎn)品生成一個(gè)時(shí)間戳的數(shù)字簽名，按照多簽名復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，使得傳統(tǒng)中心化存儲(chǔ)方式數(shù)據(jù)可靠性差、易泄露等問題得以巧妙地解決。

2.1.4?應(yīng)用層

采用Browser/Server技術(shù)架構(gòu)，通過電腦或者手機(jī)終端的網(wǎng)站、App或小程序等應(yīng)用，為監(jiān)管部門、消費(fèi)者、相關(guān)企業(yè)提供查詢、監(jiān)控和追溯服務(wù)。用戶在終端設(shè)備進(jìn)行協(xié)議確認(rèn)后，通過交互行為讀取溯源信息，實(shí)現(xiàn)蔬菜供應(yīng)鏈的可視化和透明化。

2.2?區(qū)塊鏈應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈信息系統(tǒng)存儲(chǔ)供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)中的關(guān)鍵信息，其由生產(chǎn)者、加工者、流通者、經(jīng)營者、消費(fèi)者、監(jiān)管部門等多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)。區(qū)塊鏈在蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)中的技術(shù)應(yīng)用主要包括信息上鏈、信息存儲(chǔ)、信息查詢和信息更改幾個(gè)方面。

2.2.1?信息上鏈

節(jié)點(diǎn)用戶將相關(guān)信息錄入數(shù)據(jù)庫并提交到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)，供應(yīng)鏈其他節(jié)點(diǎn)也會(huì)同步該節(jié)點(diǎn)上傳的公開信息。這些同步信息按照時(shí)間戳進(jìn)行排列并打包成區(qū)塊，同時(shí)將生成的當(dāng)前區(qū)塊的哈希值、上鏈的前一個(gè)區(qū)塊的哈希值和Merkle根等存進(jìn)區(qū)塊。

2.2.2?信息存儲(chǔ)

將多個(gè)交易封裝到區(qū)塊，以存儲(chǔ)區(qū)塊的方式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)調(diào)用PBFT或RAFT等共識(shí)算法對(duì)產(chǎn)生的區(qū)塊達(dá)成共識(shí)后，調(diào)用setTransaction（）等相關(guān)方法將交易信息打包生成的區(qū)塊發(fā)送到區(qū)塊鏈上。區(qū)塊上鏈后，區(qū)塊中所有數(shù)據(jù)的id存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，便于供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)用戶查詢信息。

2.2.3?信息查詢

消費(fèi)者掃描所購蔬菜外包裝上的二維碼即可查詢蔬菜在供應(yīng)鏈全流程的關(guān)鍵信息，據(jù)此判斷其質(zhì)量和品質(zhì)。除消費(fèi)者以外，蔬菜全生命周期的信息對(duì)所有加入該區(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)用戶開放，確保信息的公開透明。

2.2.4?信息更改

在設(shè)備故障或人為操作失誤導(dǎo)致錄入的信息缺失或有誤的情況下，由相應(yīng)的供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)向政府監(jiān)管部門申請更正信息，監(jiān)管部門確認(rèn)該信息是意外導(dǎo)致的錯(cuò)誤而非惡意修改后，則發(fā)起對(duì)更正信息的共識(shí)，更正信息產(chǎn)生的區(qū)塊達(dá)成全網(wǎng)共識(shí)后，重新被添加到區(qū)塊鏈。

2.3?功能模塊分析

從平臺(tái)的構(gòu)建目標(biāo)出發(fā)，綜合考慮農(nóng)戶、物流商、經(jīng)銷商、消費(fèi)者、監(jiān)管部門等用戶在蔬菜供應(yīng)鏈相應(yīng)環(huán)節(jié)的信息需求，共設(shè)置企業(yè)信息管理、產(chǎn)品管理、生產(chǎn)加工管理、二維碼管理、溯源管理和系統(tǒng)管理等六大功能模塊。

2.3.1?企業(yè)信息管理

包括企業(yè)基本信息和生產(chǎn)基地信息。企業(yè)名稱、營業(yè)執(zhí)照屬于基本信息，生產(chǎn)基地信息包括地塊編號(hào)、規(guī)模、所在地和農(nóng)戶名稱等。農(nóng)業(yè)企業(yè)信用平臺(tái)作為權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)接入?yún)^(qū)塊鏈，對(duì)供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行資質(zhì)審核，確保整個(gè)平臺(tái)的“信用下限”。除此之外，通過政府的地理信息系統(tǒng)在地圖上展示入駐企業(yè)的位置。

2.3.2?產(chǎn)品信息管理

分為產(chǎn)品基本信息管理和質(zhì)檢信息管理。產(chǎn)品基本信息通常由生產(chǎn)企業(yè)或經(jīng)銷商上傳，下游企業(yè)及消費(fèi)者可以及時(shí)了解產(chǎn)品的相關(guān)信息，同時(shí)也起到了品牌建設(shè)和地方特色農(nóng)產(chǎn)品宣傳的作用。質(zhì)檢信息是確保蔬菜質(zhì)量安全，讓消費(fèi)者放心的同時(shí)樹立平臺(tái)權(quán)威形象的關(guān)鍵。

2.3.3?生產(chǎn)加工管理

主要用于蔬菜生產(chǎn)加工流程的管控，包括幼苗培育、移栽、用藥、施肥、收割、包裝等信息記錄。

2.3.4?二維碼管理

二維碼由節(jié)點(diǎn)企業(yè)在平臺(tái)發(fā)出申請后自動(dòng)分配。企業(yè)將二維碼與蔬菜產(chǎn)品的批次進(jìn)行綁定，形成“一物一碼”標(biāo)簽。供應(yīng)鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)的企業(yè)將產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測、流通、交易等信息上傳至平臺(tái)，并與二維碼標(biāo)簽建立關(guān)聯(lián)，形成蔬菜溯源檔案。

2.3.5?溯源查詢管理

消費(fèi)者可通過掃描產(chǎn)品包裝上的二維碼查詢蔬菜在供應(yīng)鏈上的全部信息，包括產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境、質(zhì)檢信息、途經(jīng)地區(qū)、相關(guān)企業(yè)資質(zhì)等，增加消費(fèi)者對(duì)蔬菜的放心度。同時(shí)，經(jīng)銷商也可以通過獲取二維碼上的信息了解產(chǎn)品流通過程的相關(guān)信息，確保所銷售產(chǎn)品的安全性。

3?基于區(qū)塊鏈的蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)應(yīng)用流程分析

3.1?產(chǎn)品信息采集流程

3.1.1?生產(chǎn)環(huán)節(jié)

在生產(chǎn)基地里部署視頻監(jiān)控設(shè)備、溫濕度傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集并錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈會(huì)將這些數(shù)據(jù)信息打包成區(qū)塊，加密并上傳至平臺(tái)。產(chǎn)品標(biāo)識(shí)和區(qū)塊相關(guān)聯(lián)，共同封存在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊鏈為每個(gè)蔬菜產(chǎn)品生成溯源檔案，并附以時(shí)間戳。

（1）選擇蔬菜種植地。平臺(tái)對(duì)每塊種植土地進(jìn)行管理，將蔬菜種植基地的名稱、位置、土壤環(huán)境等信息錄入到平臺(tái)中。為每塊土地賦予二維碼（大碼），用于記錄蔬菜的生長全過程。

（2）蔬菜生長過程監(jiān)控。將采購來的蔬菜種子進(jìn)行培育，并將種子的信息錄入二維碼中，包括種子品種、生產(chǎn)批次等。二維碼與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相關(guān)聯(lián)，記錄蔬菜的生長環(huán)境，在生長過程中使用過的農(nóng)藥種類，打藥時(shí)間、打藥人員、使用了多少農(nóng)藥等信息，對(duì)蔬菜生長過程進(jìn)行全面的監(jiān)控管理。

（3）收割包裝出庫。二維碼將記錄蔬菜的生長周期，在收割過程中記錄蔬菜的品種、批次、收割時(shí)間、數(shù)量等信息，同時(shí)讓質(zhì)檢部門進(jìn)行質(zhì)檢，將檢驗(yàn)報(bào)告統(tǒng)一錄入二維碼，然后將蔬菜進(jìn)行包裝賦碼（小碼），將大碼信息同步到小碼上。

3.1.2?加工環(huán)節(jié)

利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集加工單位、加工環(huán)境、添加劑使用情況、包裝材料、包裝設(shè)備、保質(zhì)期、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告等數(shù)據(jù)，將這類信息打包上鏈，通過數(shù)字簽名確保信息無法篡改。

3.1.3?物流環(huán)節(jié)

平臺(tái)為企業(yè)提供蔬菜產(chǎn)品在運(yùn)輸倉儲(chǔ)過程中的質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警服務(wù)。通過RFID標(biāo)簽建立蔬菜與車輛、倉庫之間的關(guān)聯(lián)，車輛行駛路線、環(huán)境溫濕度、氣體含量等信息均通過車載數(shù)據(jù)系統(tǒng)上傳至蔬菜的溯源檔案，一旦監(jiān)測到數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則立即將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)并將警示信號(hào)反饋至終端操作人員。

3.1.4?銷售環(huán)節(jié)

銷售商在接收到蔬菜產(chǎn)品后，通過掃描蔬菜外包裝上的二維碼錄入商戶信息，并將產(chǎn)品價(jià)格、銷售單位、儲(chǔ)存時(shí)間、儲(chǔ)存環(huán)境等信息錄入到追溯檔案中。在交付到消費(fèi)者手上時(shí)完成銷售時(shí)間的上傳，以確保區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)一致性。

3.2?產(chǎn)品信息溯源流程

當(dāng)蔬菜溯源檔案建立之后，商戶和消費(fèi)者可以通過平臺(tái)網(wǎng)站和手機(jī)移動(dòng)端兩種方式查詢溯源信息。

3.2.1?Web網(wǎng)頁端

通過網(wǎng)站平臺(tái)和手機(jī)移動(dòng)端在產(chǎn)品信息檢索頁進(jìn)行信息查詢，當(dāng)輸入關(guān)鍵字或溯源碼后，平臺(tái)會(huì)調(diào)用查詢接口，顯示出消費(fèi)者所查詢的相關(guān)批次信息，點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)產(chǎn)品的溯源檔案進(jìn)行查看。

3.2.2?手機(jī)應(yīng)用終端

如今，智能手機(jī)的普遍應(yīng)用為產(chǎn)品溯源提供了便捷手段，蔬菜供應(yīng)鏈溯源可以通過手機(jī)掃描二維碼實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)碼之后直接顯示該蔬菜產(chǎn)品的溯源信息。

4?結(jié)論

文章以區(qū)塊鏈技術(shù)為依托，提出了蔬菜供應(yīng)鏈追溯平臺(tái)的搭建方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測、管控、追蹤和監(jiān)管，保障蔬菜從農(nóng)田到餐桌的質(zhì)量安全。文章充分利用了區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)來推動(dòng)農(nóng)業(yè)、物流業(yè)等傳統(tǒng)工業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展。在供給側(cè)改革的大環(huán)境下，提高蔬菜產(chǎn)品的質(zhì)量、安全和高效供應(yīng)水平將是學(xué)者們持續(xù)探索和優(yōu)化的目標(biāo)。

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［基金項(xiàng)目］本文由江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：CX（20）3074）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：71874067）資助。

［作者簡介］徐揚(yáng)，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模式與技術(shù)；通訊作者：何杰，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模式與技術(shù)。