基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源管理研究

朱盼盼 張予倩 康豫 陳晨

摘 要：針對(duì)目前農(nóng)產(chǎn)品溯源體系中存在的數(shù)據(jù)真實(shí)性、完整性難以保障，溯源數(shù)據(jù)共享傳遞效率低，監(jiān)管協(xié)作機(jī)制不完善等問題，將區(qū)塊鏈技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈相結(jié)合，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源方案，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)正向跟蹤和逆向溯源、數(shù)據(jù)加密保證不可篡改及安全運(yùn)行，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的信心，革新農(nóng)產(chǎn)品供需關(guān)系。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品；供應(yīng)鏈；區(qū)塊鏈；溯源

高效可靠的農(nóng)產(chǎn)品追溯體系能夠全面、準(zhǔn)確追溯產(chǎn)品整個(gè)生命周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量管理水平，為消費(fèi)者提供可靠信息，及時(shí)回應(yīng)消費(fèi)者關(guān)切，對(duì)于確保產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)消費(fèi)者信心及農(nóng)業(yè)健康生態(tài)的構(gòu)建具有重要作用。然而，目前溯源系統(tǒng)存在溯源數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、信任感低且安全性受限等挑戰(zhàn)，使得真正發(fā)揮溯源價(jià)值變得相當(dāng)困難。傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)單一，數(shù)據(jù)偽造、篡改成本低，可信度低。數(shù)據(jù)采集方面，農(nóng)產(chǎn)品追溯管理的基礎(chǔ)是采集錄入完整、真實(shí)的信息，然而，受限于數(shù)據(jù)錄入者的素質(zhì)，源頭數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證，參與主體可能因?yàn)樽陨砝?，故意錄入虛假信息，僅僅依靠個(gè)體的自覺性來保障信息安全是極為不現(xiàn)實(shí)的。此外，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的溯源信息為各個(gè)獨(dú)立個(gè)體所擁有，溯源信息共享效率低。再者，溯源過程監(jiān)督體系不夠完善，供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)職責(zé)界限模糊，缺乏統(tǒng)一有力的監(jiān)管部門和信息反饋平臺(tái)，導(dǎo)致溯源過程難以真實(shí)反映，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效監(jiān)管。

區(qū)塊鏈憑借其去中心化、公開透明、加密保護(hù)和防篡改的特點(diǎn)，在產(chǎn)品可追溯性方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，不僅可以有效克服中心化追溯系統(tǒng)諸多痛點(diǎn)，提升產(chǎn)品溯源信息準(zhǔn)確性，而且利用智能合約可以縮短流通時(shí)間，提升產(chǎn)品新鮮度，優(yōu)化流通價(jià)值鏈?；趨^(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源具有全流程跟蹤記錄、鏈上信息不可篡改、方便共享等優(yōu)勢(shì)，為供應(yīng)鏈場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品可追溯提供了新思路。全程跟蹤記錄，可為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量管控提供更多支持?；趨^(qū)塊鏈的信息生成方法，將產(chǎn)品從生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)打包成塊，加上時(shí)間戳，形成區(qū)塊鏈，與農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈流程完美融合，可實(shí)現(xiàn)全程跟蹤記錄。傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)只存儲(chǔ)到一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)容易被篡改，安全性較低。基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，相互監(jiān)督，彼此制約，在提高溯源效率的同時(shí)，增加了數(shù)據(jù)篡改難度，保證產(chǎn)品追溯數(shù)據(jù)的可信度。區(qū)塊鏈的實(shí)時(shí)記錄、不可篡改和公開透明特點(diǎn)，使得監(jiān)管機(jī)構(gòu)和消費(fèi)者一旦發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品安全問題，可以通過查詢產(chǎn)品溯源信息，追根溯源，實(shí)現(xiàn)源頭可查、責(zé)任可查，形成產(chǎn)品質(zhì)量管控全過程管理，促進(jìn)行業(yè)自律。

一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

（一）農(nóng)產(chǎn)品溯源發(fā)展

農(nóng)產(chǎn)品溯源起源于歐盟的“瘋牛病”事件，瘋牛病暴發(fā)給農(nóng)業(yè)帶來了巨大的負(fù)面影響，也給歐盟各國食品監(jiān)管部門帶來巨大壓力。為了扭轉(zhuǎn)這一局面，歐盟于1997年開始研究建立牛肉相關(guān)產(chǎn)品的核查和登記制度，追溯從養(yǎng)殖到銷售的全過程信息，助力快速識(shí)別問題食品的范圍和責(zé)任，實(shí)現(xiàn)快速召回，保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益。我國于1995年通過《中華人民共和國食品衛(wèi)生法》，對(duì)全國食品衛(wèi)生工作做了全面部署。進(jìn)入21世紀(jì)以來，先后發(fā)生了多起影響消費(fèi)者身體健康的食品安全事件。為此，我國加大了食品安全追溯制度建設(shè)力度。2022年，完善農(nóng)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量安全追溯體系寫入中央一號(hào)文件。

（二）區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的應(yīng)用

區(qū)塊鏈憑借其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源提供了新思路，國家在政策上給予了較大鼓勵(lì)和支持。2017年國務(wù)院《關(guān)于積極推進(jìn)供應(yīng)鏈創(chuàng)新與應(yīng)用的指導(dǎo)意見》指出，利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立供應(yīng)鏈信用評(píng)價(jià)機(jī)制。2019年國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室《關(guān)于第一批境內(nèi)區(qū)塊鏈信息服務(wù)備案編號(hào)的公告》中指出，基于區(qū)塊鏈的溯源應(yīng)用是重點(diǎn)方向。2021年工業(yè)和信息化部、中央網(wǎng)信辦聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確要將區(qū)塊鏈應(yīng)用滲透到經(jīng)濟(jì)社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域，在產(chǎn)品溯源、數(shù)據(jù)流通、供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域培育一批知名產(chǎn)品，形成場(chǎng)景化示范應(yīng)用。同年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《關(guān)于拓展農(nóng)業(yè)多種功能促進(jìn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》要求把區(qū)塊鏈技術(shù)引入農(nóng)業(yè)產(chǎn)加銷各個(gè)環(huán)節(jié)。

二、基于區(qū)塊鏈的溯源管理

（一）用戶需求分析

農(nóng)產(chǎn)品溯源可分為前向傳遞信息溯源和后向信息溯源。其中，前向溯源是從生產(chǎn)者到消費(fèi)者的信息溯源，可以直觀地記錄農(nóng)產(chǎn)品流通過程；后向溯源是指當(dāng)發(fā)生食品安全問題時(shí)，從供應(yīng)鏈終端消費(fèi)環(huán)節(jié)追溯農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息，從而快速確定發(fā)生問題環(huán)節(jié)及對(duì)應(yīng)的相關(guān)負(fù)責(zé)人。按照參與主體的不同，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源用戶可分為企業(yè)需求、監(jiān)管需求和消費(fèi)者需求。對(duì)于企業(yè)，溯源系統(tǒng)最重要的作用是為顧客提供可信來源證明，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，提升品牌效益；對(duì)于消費(fèi)者，重要的是可以利用溯源系統(tǒng)獲取可靠信息，驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在質(zhì)量安全問題時(shí)，可以及時(shí)向有關(guān)部門投訴；對(duì)于監(jiān)管者，重要的是要借助溯源平臺(tái)對(duì)問題產(chǎn)品及時(shí)召回，完成追責(zé)，規(guī)范企業(yè)行為。

（二）區(qū)塊鏈技術(shù)選擇

區(qū)塊鏈按照應(yīng)用方式及訪問管理權(quán)限可以大致分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈三種。其中，公有鏈也稱為無許可區(qū)塊鏈，任何來自不同背景的成員和組織都可以參與到系統(tǒng)中進(jìn)行交易、挖掘和參與系統(tǒng)維護(hù)工作。整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中沒有確定的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗鼘?duì)所有成員都是公開透明的，所有用戶都可以訪問。這種完全授權(quán)的方式允許網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)成員可以在任何時(shí)候檢查區(qū)塊鏈的任何部分，驗(yàn)證區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的正確性。私有鏈在準(zhǔn)入原則上與公有鏈相對(duì)立，整個(gè)系統(tǒng)權(quán)限由單個(gè)組織或者私人控制，私有鏈被用于多個(gè)組織之間私有數(shù)據(jù)的交換和共享，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傾向于集中化，由控制規(guī)則的組織或個(gè)人決定哪些節(jié)點(diǎn)可以參與。相對(duì)于公有鏈，私有鏈無須花費(fèi)很多的資金和算力來達(dá)成共識(shí)，更廉價(jià)、快速。聯(lián)盟鏈?zhǔn)且环N在準(zhǔn)入原則上處于公有鏈與私有鏈中間的區(qū)塊鏈形式，整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)不是由單個(gè)組織控制的，但也不是完全開放的，而是由多個(gè)機(jī)構(gòu)或組織聯(lián)合管理的，每一個(gè)組織或機(jī)構(gòu)都分別操作著一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，共同維護(hù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。三種類型的區(qū)塊鏈各有千秋，需要針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的區(qū)塊鏈類型，公有鏈適用于需要更高穩(wěn)定性與安全性，但是不追求較高交易速率的場(chǎng)景；對(duì)于強(qiáng)調(diào)隱私性、內(nèi)部監(jiān)督及交易速率的應(yīng)用場(chǎng)景，私有鏈或者聯(lián)盟鏈更為適宜。本研究結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈特點(diǎn)和溯源業(yè)務(wù)需求，選擇構(gòu)建以供應(yīng)鏈多元主體組成的聯(lián)盟鏈為基礎(chǔ)的溯源體系。

（三）溯源方案構(gòu)建

圍繞產(chǎn)品全生命周期涉及的所有節(jié)點(diǎn)及關(guān)鍵質(zhì)量信息，選擇符合其特點(diǎn)和用戶需求的區(qū)塊鏈平臺(tái)，構(gòu)建由供應(yīng)鏈中多元主體參與的聯(lián)盟鏈，其溯源架構(gòu)如圖1所示。

采集層結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲取產(chǎn)品質(zhì)量所有相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層由區(qū)塊和數(shù)據(jù)庫組成，將區(qū)塊鏈接組成區(qū)塊鏈，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)主要采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與區(qū)塊鏈相結(jié)合的方式進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信。共識(shí)層多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同驗(yàn)證交易的共識(shí)機(jī)制保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。合約層自動(dòng)執(zhí)行滿足約定條件的交易，并將其交易信息上鏈共享。應(yīng)用層提供滿足其需求的統(tǒng)一信息查詢、數(shù)據(jù)錄入等服務(wù)支持，向不同用戶提供不同的功能。信息錄入系統(tǒng)中涉及生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和銷售等。生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要的參與主體是農(nóng)戶，農(nóng)戶負(fù)責(zé)將產(chǎn)地信息，澆水施肥、采摘等生產(chǎn)信息上傳錄入?yún)^(qū)塊中，利用數(shù)字簽名技術(shù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過驗(yàn)證后的信息在整個(gè)區(qū)塊鏈上同步保留、存儲(chǔ)。加工環(huán)節(jié)主要的參與主體是加工商，加工商對(duì)來自生產(chǎn)環(huán)節(jié)的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行初加工或深加工，并將信息進(jìn)行更新上鏈。物流環(huán)節(jié)主要的參與主體是物流商，物流商將產(chǎn)品位置移動(dòng)、運(yùn)輸方式、環(huán)境等數(shù)據(jù)上鏈共享。銷售環(huán)節(jié)主要的參與主體是銷售商和消費(fèi)者。銷售環(huán)節(jié)信息溯源不僅有助于品牌培育、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，而且基于消費(fèi)信息的分析，可挖掘客戶需求，提供個(gè)性化服務(wù)，提高消費(fèi)者滿意度，促進(jìn)銷售。借助信息查詢系統(tǒng)，消費(fèi)者可查詢農(nóng)產(chǎn)品全生命周期信息，政府可以進(jìn)行正向追蹤、反向追溯，對(duì)問題產(chǎn)品倒查追責(zé)。基于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源邏輯設(shè)計(jì)智能合約，滿足約定規(guī)則時(shí)可自動(dòng)執(zhí)行。符合要求的企業(yè)注冊(cè)登錄上傳數(shù)據(jù)，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商、加工商和銷售商信息上鏈之后，消費(fèi)者和監(jiān)督部門可以利用溯源碼在查詢頁面查看溯源的相關(guān)信息。

（四）系統(tǒng)功能測(cè)試

通過系統(tǒng)功能測(cè)試可驗(yàn)證農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)正向跟蹤和逆向溯源、數(shù)據(jù)加密保證不可篡改及安全運(yùn)行。滿足要求的企業(yè)用戶進(jìn)行注冊(cè)登記，借助共識(shí)機(jī)制和智能合約，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳共享，并同步到所有分布式賬本中，審核驗(yàn)證。對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈生產(chǎn)企業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)按生產(chǎn)先后關(guān)鍵順序，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)登記畫像、上鏈存證，通過成品賦碼，形成區(qū)塊鏈溯源一物一碼。在倉儲(chǔ)流通銷售過程中，采集倉儲(chǔ)流通過程上鏈，對(duì)應(yīng)一物一碼實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，并在銷售時(shí)對(duì)接銷售系統(tǒng)，記錄銷售訂單編號(hào)、銷售時(shí)間、銷售方、購買方相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)全過程可信追溯，供消費(fèi)者查詢和監(jiān)管部門抽查，及時(shí)確認(rèn)問題產(chǎn)品責(zé)任主體。

三、結(jié)語

本研究針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)中存在的問題，結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈特點(diǎn)，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，提出基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源方案，滿足產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)、監(jiān)管等各方關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量把控和溯源的業(yè)務(wù)需求，以有效提高農(nóng)產(chǎn)品溯源的精準(zhǔn)度、安全性和運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張雅倩，劉江平，陳晨.應(yīng)用Hyperledger Fabric和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，42（6）：12-23.

[2]陳琦，王冠楠，趙蒙，等.農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)對(duì)消費(fèi)者重購意愿影響研究[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2022，22（5）：100-111.

[3]卞立平，孫愛東，孫曉明，等.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品深度溯源系統(tǒng)建設(shè)思考和設(shè)計(jì)方案[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，38（4）：1092-1098.

[4]應(yīng)毅，王志瑞，劉亞軍，等.基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（14）：207-213.

[5]景旭，劉滋雨，秦源澤.基于區(qū)塊鏈中繼技術(shù)的集群式農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源模型[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38（11）：299-308.

[6]劉雙印，雷墨鹥兮，徐龍琴，等.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可信溯源系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2022，53（6）：327-337.

[7]李旭東，楊千河，姚竟發(fā)，等.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)研究綜述[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（6）：16-24.

[8]李天明，嚴(yán)翔，張?jiān)瞿?，?區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2021，57（23）：50-60.

[9]張曉蝶，黃鄭正，趙金輝，等.基于區(qū)塊鏈多鏈的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈追溯應(yīng)用[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2021，35（10）：172-179.

[10]吳曉彤，柳平增，王志鏵.基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2021，38（5）：42-48.