劉海洋 曹永生 方 溈 陳彥清

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081）

我國種業(yè)自《種子法》實(shí)施以來進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，育種水平不斷提高，種子質(zhì)量明顯增強(qiáng)。但是由于種業(yè)的準(zhǔn)入門檻低、利潤空間巨大、市場監(jiān)管有難度等問題，使得種子從研發(fā)到市場流通銷售各環(huán)節(jié)都存在缺陷。在育種研發(fā)環(huán)節(jié)，各育種單位研究內(nèi)容重復(fù)、分散、分工不清，導(dǎo)致育成的品種多、突破性品種少；在品種登記及品種權(quán)交易環(huán)節(jié)，由于知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)環(huán)境較差，使得品種權(quán)有效保護(hù)不足，導(dǎo)致實(shí)際銷售品種與包裝聲明的審定品種并不一致；在制種繁種及銷售環(huán)節(jié)，由于眾多的種子分銷商多、小、散、亂，知識產(chǎn)權(quán)意識不足，種子溯源繁瑣，導(dǎo)致市場出售的種子同物異名，經(jīng)常出現(xiàn)套牌、假冒、侵權(quán)等現(xiàn)象；在市場監(jiān)督環(huán)節(jié)，由于維權(quán)成本高、種子溯源困難，所以種子市場流通難以進(jìn)行有效的監(jiān)管。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，利用行業(yè)數(shù)據(jù)對行業(yè)進(jìn)行監(jiān)督管理是各行業(yè)的發(fā)展趨勢。在種業(yè)領(lǐng)域中，種子從研發(fā)到市場流通各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)構(gòu)成了種業(yè)大數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的各個(gè)參與方包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機(jī)構(gòu)、育種單位、種子公司、種子經(jīng)銷商、種子購買者。將種業(yè)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地利用可以更好地促進(jìn)種業(yè)領(lǐng)域向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方向發(fā)展。種業(yè)領(lǐng)域天然存在著育種范圍廣、種子用戶多、銷售地區(qū)偏遠(yuǎn)的特點(diǎn)，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時(shí)代，采用完全中心化的數(shù)據(jù)管理手段難以實(shí)現(xiàn)種業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中大規(guī)模用戶參與及交互的管理。種子知識產(chǎn)權(quán)及商標(biāo)權(quán)是由分散于全國各地的種子局進(jìn)行監(jiān)管，但是由于育種環(huán)節(jié)信息溝通不暢、種子售賣渠道難以追溯，造成種子維權(quán)難、確權(quán)難的問題。

區(qū)塊鏈技術(shù)采用分布式數(shù)據(jù)管理方式，不僅可以解決育種科研中假數(shù)據(jù)、錯(cuò)數(shù)據(jù)的問題，還可以建立一套完整的、可追溯的種子交易體系，將科研育種、品種審定、品種出售以及種子商標(biāo)等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合，對記入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以及參與種子交易中的每一筆資金的結(jié)算進(jìn)行監(jiān)管。采用區(qū)塊鏈技術(shù)可以通過低成本的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)保障在種業(yè)各環(huán)節(jié)用戶的交易合法、安全及數(shù)據(jù)的真實(shí)可信。本文從區(qū)塊鏈技術(shù)的原理出發(fā)，提出一種區(qū)塊鏈技術(shù)在種業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)想，并從數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、擴(kuò)展層以及應(yīng)用層對區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用方式進(jìn)行分析。最后，針對區(qū)塊鏈技術(shù)及種業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域目前的發(fā)展現(xiàn)狀，給出目前區(qū)塊鏈的應(yīng)用局限分析。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈?zhǔn)菍?shù)據(jù)按照時(shí)間順序進(jìn)行保存，并借助密碼學(xué)方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的類似于鏈表的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈可以分為區(qū)塊頭、區(qū)塊體以及鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)3 個(gè)部分，通過3 個(gè)部分的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)易追溯、難篡改的特點(diǎn)。區(qū)塊頭中存儲的是表征該區(qū)塊的身份信息，包括上一區(qū)塊的散列值、時(shí)間戳、Merkle 根，通過這3 個(gè)基本的數(shù)據(jù)就可以完全表示出這個(gè)區(qū)塊在鏈中的位置。區(qū)塊體中包含了實(shí)際需要保存的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過加密算法加密之后以Merkle 樹的形式組織在一起。在每一個(gè)區(qū)塊頭（除創(chuàng)世區(qū)塊）中都包含父區(qū)塊的散列值，通過這種方式可以形成一條從創(chuàng)世區(qū)塊到當(dāng)前區(qū)塊的區(qū)塊鏈。同時(shí)，由于每一個(gè)區(qū)塊頭中都包含著該區(qū)塊形成時(shí)的時(shí)間戳，所以形成的區(qū)塊鏈還具有時(shí)序性。隨著時(shí)間的積累，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)會越來越多，在形成20 個(gè)區(qū)塊之后，某一個(gè)節(jié)點(diǎn)偽造區(qū)塊數(shù)據(jù)的概率接近于零。

狹義的區(qū)塊鏈技術(shù)是指區(qū)塊鏈這種按照時(shí)間順序存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；廣義的區(qū)塊鏈技術(shù)指的是應(yīng)用區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的配套技術(shù)及其算法，即區(qū)塊鏈技術(shù)體系。區(qū)塊鏈技術(shù)體系是指應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用開發(fā)時(shí)的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、核心機(jī)制以及智能合約的綜合體系，其中包含區(qū)塊鏈的分布式賬本存儲、組網(wǎng)方式、廣播機(jī)制、共識機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制等?；趨^(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲的組網(wǎng)方式是P2P（Peer to Peer）網(wǎng)絡(luò)，采用P2P 組網(wǎng)方式可以實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的去中心化及節(jié)點(diǎn)平等化。如果要實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)完全平等，還需要廣播機(jī)制、共識機(jī)制等核心算法的支撐。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、P2P 組網(wǎng)方式、廣播機(jī)制是構(gòu)成區(qū)塊鏈技術(shù)體系的三大核心要素，由這3 部分要素可以實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的去中心化、節(jié)點(diǎn)平等化以及數(shù)據(jù)可追溯、難篡改的特點(diǎn)。共識機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制的應(yīng)用可以促進(jìn)公有鏈的維護(hù)以及發(fā)展，但隨著私有鏈、聯(lián)盟鏈的出現(xiàn)以及區(qū)塊鏈3.0 時(shí)代的到來，智能合約以及更多類型的共識機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制在迭代更新，區(qū)塊鏈技術(shù)體系隨著新的應(yīng)用場景不斷地出現(xiàn)并隨之?dāng)U大。

2 種業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中的區(qū)塊鏈技術(shù)

2.1 種業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用需求分析 種業(yè)大數(shù)據(jù)是指在種業(yè)領(lǐng)域各環(huán)節(jié)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的集合，其中包括的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有品種審定、保護(hù)、登記、推廣數(shù)據(jù)及種子生產(chǎn)經(jīng)營許可、生產(chǎn)經(jīng)營備案、進(jìn)出口、質(zhì)量檢測、監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)，種子從研發(fā)到市場流通過程中所產(chǎn)生的科研育種、種子商標(biāo)、植物新品種權(quán)、種子流通渠道、種子售后及保險(xiǎn)等數(shù)據(jù)都是種業(yè)大數(shù)據(jù)的組成部分。隨著我國種業(yè)市場的規(guī)范化發(fā)展，種業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越多，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的參與方也隨之增多，合理有效地應(yīng)用種業(yè)大數(shù)據(jù)可以對種業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行有效監(jiān)督。國內(nèi)種業(yè)領(lǐng)域由于育種范圍廣、品種審定周期長、銷售地區(qū)偏遠(yuǎn)等特點(diǎn)造成了種子銷售渠道難以溯源，種子在進(jìn)入市場銷售之后出現(xiàn)套牌、假冒、侵權(quán)等行為以及植物新品種確權(quán)難、維權(quán)難的問題。各種業(yè)公司和科研單位在育種時(shí)不能及時(shí)有效溝通，造成了前期科研育種中資源的浪費(fèi)。采用區(qū)塊鏈技術(shù)體系構(gòu)建的多方參與的、去中心化的數(shù)據(jù)存儲共享方案恰好可以解決目前種業(yè)領(lǐng)域中的問題，將種業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用區(qū)塊鏈這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保存，保證了數(shù)據(jù)的安全；利用P2P 組網(wǎng)方式可以提高數(shù)據(jù)的共享與前期科研育種時(shí)的溝通效率，利用區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)具有易追溯、難篡改的特點(diǎn)，可以解決種子銷售渠道溯源難、種子維權(quán)、確權(quán)難的問題。

針對種業(yè)大數(shù)據(jù)中前期科研育種數(shù)據(jù)溝通不暢、作物品種審定周期長以及后期確權(quán)難的問題，可以利用區(qū)塊鏈這種低成本且具有數(shù)據(jù)難篡改、易追溯優(yōu)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲方案。將科研育種環(huán)節(jié)中的育種數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈中，建立育種及植物品種信息追溯系統(tǒng)，可以根據(jù)時(shí)間順序在后期種子確權(quán)和維權(quán)中提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)體系，建立種業(yè)領(lǐng)域育種及種子所有權(quán)歸屬私有鏈，將育種單位的育種信息及品種所有權(quán)進(jìn)行分布式存儲，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（各育種單位）共同維護(hù)育種信息及品種信息，使得保存于區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)公開透明，為前期科研育種信息溝通不暢以及后期維權(quán)難、確權(quán)難提供可靠的數(shù)據(jù)保障。

針對種業(yè)大數(shù)據(jù)銷售環(huán)節(jié)中產(chǎn)生套牌、假冒、侵權(quán)的問題，基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系建立種子交易溯源系統(tǒng)可以監(jiān)管種子在市場流通中的每一筆資金。將種子交易中各級經(jīng)銷商的種子售賣途徑及售賣渠道的數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈進(jìn)行存儲，可以方便快捷地進(jìn)行種子銷售環(huán)節(jié)的溯源，這樣可以保證每一批種子都能找到源頭。采用區(qū)塊鏈技術(shù)體系中的廣播機(jī)制、P2P 網(wǎng)絡(luò)，再加上適合種子交易溯源系統(tǒng)的激勵(lì)機(jī)制，促使全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)種子交易數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，為打擊種子銷售環(huán)節(jié)中的套牌、假冒、侵權(quán)現(xiàn)象提供透明化的數(shù)據(jù)。

將種業(yè)各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈技術(shù)體系進(jìn)行存儲以及安全驗(yàn)證，會促進(jìn)種業(yè)大數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范發(fā)展，從而形成種子市場交易數(shù)據(jù)、種子所有權(quán)及植物新品種權(quán)數(shù)據(jù)的共同維護(hù)型區(qū)塊鏈“生態(tài)”，形成一個(gè)良性的數(shù)據(jù)循環(huán)，促進(jìn)種業(yè)領(lǐng)域向更加標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的方向發(fā)展。

2.2 層級架構(gòu)分析 應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)體系構(gòu)建育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和種子交易溯源系統(tǒng)可以將育種到銷售各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈存儲系統(tǒng)中，從而解決種業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲與驗(yàn)證問題，為之后種子維權(quán)難、確權(quán)難提供可依賴的數(shù)據(jù)。基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用層級架構(gòu)如圖1 所示。

育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中存儲的是各育種單位的育種信息、品種經(jīng)過審定之后的審定信息、種子商標(biāo)及包裝的信息，種子交易溯源系統(tǒng)中存儲的是種子在經(jīng)過各級經(jīng)銷商銷售之后的交易信息。數(shù)據(jù)層中應(yīng)用區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存，將每一個(gè)育種單位的育種信息經(jīng)過Hash 運(yùn)算之后以Merkle 樹的形式組織在一起，將形成的Merkle 根保存在區(qū)塊頭中，區(qū)塊頭包含著時(shí)間戳、當(dāng)前區(qū)塊的Hash 值、上一區(qū)塊的Hash 值。這樣將前期科研育種及品種審定信息存儲，如果在后期發(fā)生種子確權(quán)難的問題時(shí)，可以提供區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)都達(dá)成共識的數(shù)據(jù)，從而解決品種權(quán)確權(quán)難的問題?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)體系的種子交易溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中存儲的是品種經(jīng)過審定后在市場中的流通信息，將各級種子經(jīng)銷商的種子交易信息以區(qū)塊鏈形式存儲于數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，可以防止市場中假種子、套牌種子的出現(xiàn)，為種子維權(quán)提供可靠的數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層的組網(wǎng)方式是P2P 網(wǎng)絡(luò)，由于育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和種子交易溯源系統(tǒng)的應(yīng)用場景不同，所以P2P 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也不同。育種及植物品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是各育種單位，種子交易溯源系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是各級種子經(jīng)銷商。在科研育種階段，育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以通過廣播機(jī)制進(jìn)行全網(wǎng)的育種信息的廣播，全網(wǎng)50%以上節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證之后可以存儲到數(shù)據(jù)層中，育種信息廣播及驗(yàn)證機(jī)制可以避免育種環(huán)節(jié)的重復(fù)區(qū)，也可以在后期的種子確權(quán)過程中通過時(shí)間順序確定種子歸屬權(quán)。種子交易溯源系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代表著種子的各級經(jīng)銷商，根據(jù)種子市場實(shí)際的應(yīng)用場景，網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)發(fā)布種子交易數(shù)據(jù)，得到種子交易雙方與第三方公正機(jī)構(gòu)的認(rèn)可即可將數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈當(dāng)中。利用P2P 組網(wǎng)方式可以讓種子生產(chǎn)銷售各環(huán)節(jié)的參與方共同貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全性與可信度。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用層級架構(gòu)

擴(kuò)展層包括基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系的共識層、激勵(lì)層、合約層。育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的共識層不同于一般公有鏈的共識機(jī)制——需要通過工作量證明機(jī)制來取得區(qū)塊的記賬權(quán)。由于我國品種審定和植物品種權(quán)是由農(nóng)業(yè)部門承擔(dān)，所以育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的共識層證明機(jī)制采用單機(jī)構(gòu)證明機(jī)制，這也符合聯(lián)盟鏈的構(gòu)成條件，只要聯(lián)盟中具有認(rèn)證資質(zhì)的節(jié)點(diǎn)通過該審定品種的信息，就可以將該品種信息記錄到區(qū)塊鏈當(dāng)中。種子交易溯源系統(tǒng)與育種及品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)應(yīng)用場景不一樣，種子交易溯源系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄需要各級經(jīng)銷商以及銷售點(diǎn)來共同維護(hù)，不具有聯(lián)盟鏈的特點(diǎn)，所以需要共識機(jī)制與激勵(lì)層的激勵(lì)機(jī)制協(xié)調(diào)進(jìn)行區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的維護(hù)。在種子交易溯源系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)相對簡單的工作量證明機(jī)制，然后通過激勵(lì)層激勵(lì)機(jī)制的配合，可以使得種子交易溯源系統(tǒng)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都參與到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的維護(hù)當(dāng)中，這樣可保證種子交易溯源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠且具有公信力。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的種業(yè)應(yīng)用合約層利用非對稱加密技術(shù)，賦予每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)公鑰與私鑰，這樣在記錄每一條關(guān)于品種信息及種子交易信息時(shí)，都能唯一確定交易雙方及品種權(quán)所有者。合約層還可以利用目前比較成熟的智能合約技術(shù)，將品種審定信息及品種所有權(quán)以數(shù)字簽名的形式進(jìn)行保存，并將品種審定及種子所有權(quán)授予流程編寫智能合約程序建立在種業(yè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層之上，這樣通過智能合約可以控制種子所有權(quán)及品種審定的流程，促使保存于區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)更加規(guī)范 合理。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用將數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、擴(kuò)展層的核心機(jī)制與算法部署到網(wǎng)站、APP、第三方應(yīng)用等，用戶通過應(yīng)用層可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢以及交互，實(shí)現(xiàn)種業(yè)數(shù)據(jù)的互聯(lián) 互通。

2.3 共識機(jī)制與激勵(lì)機(jī)制 種業(yè)大數(shù)據(jù)的各參與方是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，育種及植物新品種信息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和種子交易溯源系統(tǒng)的參與方包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、育種單位、種子公司、種子經(jīng)銷商、種子購買者及售后保險(xiǎn)公司。

育種及植物新品種信息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的品種審定、保護(hù)、登記、推廣以及科研育種等信息構(gòu)成了該區(qū)塊鏈體系的總賬本，即區(qū)塊鏈中實(shí)際存儲的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識的機(jī)制可以采用弱中心化的共識機(jī)制，由于我國品種審定及植物新品種權(quán)的保護(hù)都是由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機(jī)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，所以在進(jìn)行品種審定及植物新品種權(quán)的記賬時(shí)，可以由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、育種單位、種子公司三方進(jìn)行記賬。政府、種子企業(yè)、育種單位三方進(jìn)行記賬之后，通過廣播機(jī)制進(jìn)行全網(wǎng)廣播，在達(dá)到全網(wǎng)50%以上節(jié)點(diǎn)同意之后可以將品種審定數(shù)據(jù)和植物新品種權(quán)數(shù)據(jù)記入到區(qū)塊鏈當(dāng)中。這樣“弱中心化”的共識機(jī)制不僅可以通過政府、種子企業(yè)、育種單位三方的公信力進(jìn)行背書，而且有全網(wǎng)50%以上的參與節(jié)點(diǎn)的同意也可以保證節(jié)點(diǎn)參與數(shù)據(jù)的維護(hù)，通過這種方式將品種審定及植物新品種權(quán)數(shù)據(jù)記入到區(qū)塊鏈當(dāng)中，所有的數(shù)據(jù)可追溯、難篡改。

種子交易溯源系統(tǒng)中的制種繁種、各級經(jīng)銷商經(jīng)銷渠道、種子流通等數(shù)據(jù)構(gòu)成了該區(qū)塊鏈系統(tǒng)的總賬本。該系統(tǒng)的參與方包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機(jī)構(gòu)、各種子公司、各級種子經(jīng)銷商、種子購買者。該系統(tǒng)記錄的是種子從制種繁種到購買使用的流通信息，所以在達(dá)成共識的時(shí)候不能確保所有的最終購買者都能參與到購買信息的提供與記賬當(dāng)中，所以該區(qū)塊鏈系統(tǒng)的共識機(jī)制采用“分級共識”。大型種子公司到中高級經(jīng)銷商的種子銷售渠道數(shù)據(jù)在上游經(jīng)銷商和下游購買者兩方達(dá)成共識之后，通知農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機(jī)構(gòu)進(jìn)行審核，三方通過之后可以將種子上游售賣信息存儲到區(qū)塊鏈當(dāng)中?？紤]到眾多的小經(jīng)銷商以及購買者只有在種子出現(xiàn)假冒現(xiàn)象時(shí)才會進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯，所以小經(jīng)銷商和種子購買者的共識機(jī)制可以在維權(quán)過程中通過種子購買者、小經(jīng)銷商及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機(jī)構(gòu)的共識之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的追溯和保存。通過這樣的“分級共識”，可以做到種子交易溯源系統(tǒng)中的上游經(jīng)銷數(shù)據(jù)和下游經(jīng)銷數(shù)據(jù)根據(jù)不同的需求進(jìn)行不同方式的共識，使記入?yún)^(qū)塊鏈當(dāng)中的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

育種及植物新品種信息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與種子交易溯源系統(tǒng)的激勵(lì)機(jī)制可以采用“積分式”對參與數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)。育種及植物新品種信息鏈中的信息提供方是各育種單位及種業(yè)公司，在政府、種子公司、育種單位三方達(dá)成共識記入?yún)^(qū)塊鏈中的品種審定及新品種信息之后，可以給予育成品種的單位一定的積分激勵(lì)，該積分的使用規(guī)則可以由政府、種子公司、育種單位共同制定。種子交易溯源系統(tǒng)的信息鏈可以給予中高級經(jīng)銷商一定的激勵(lì)，通過激勵(lì)鼓勵(lì)各級經(jīng)銷商將種子的銷售渠道信息進(jìn)行記賬。

2.4 智能合約與密鑰機(jī)制 智能合約作為區(qū)塊鏈技術(shù)體系中的創(chuàng)新機(jī)制，可以通過將代碼部署到區(qū)塊鏈上的形式進(jìn)行日常帶有條款事務(wù)的強(qiáng)制執(zhí)行。育種及植物新品種信息鏈中可以根據(jù)品種審定、植物新品種賦權(quán)的法律程序編寫代碼部署到區(qū)塊鏈當(dāng)中，通過程序化的腳本進(jìn)行品種審定與植物新品種權(quán)的觸發(fā)。利用智能合約在進(jìn)行品種權(quán)的確定及轉(zhuǎn)移過程中，通過智能合約可以確定品種權(quán)的權(quán)限、品種權(quán)的交易周期及失效條件等具體的程序。對于種業(yè)領(lǐng)域中多方參與、信任度不高的品種賦權(quán)及審定程序，應(yīng)用智能合約可以降低管理成本，還可以在品種維權(quán)時(shí)避免不必要的爭議。種子交易溯源系統(tǒng)中的智能合約應(yīng)用范圍會更加廣泛，由于種子交易溯源信息鏈中存儲的是種子流通信息，可以通過智能合約進(jìn)行交易雙方賬號、金額、品種權(quán)等信息的維護(hù)。將智能合約部署到種子交易溯源信息鏈，只有在種子買賣雙方共同確認(rèn)的條件下才會觸發(fā)種子交易流通信息進(jìn)行全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的廣播及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部職能機(jī)構(gòu)的審核達(dá)成三方共識，將數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈當(dāng)中。本文提出的育種及植物新品種信息鏈和種子交易溯源信息鏈都是“弱中心化”的私有鏈，共識機(jī)制采用的是政府、種子企業(yè)、育種單位三方達(dá)成的共識，所以還是有權(quán)限相對較高的節(jié)點(diǎn)存在。如果將智能合約這種程序化的腳本部署到育種及新品種信息鏈和種子交易溯源鏈當(dāng)中，可以為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供更好的去信任條件，所有的記賬行為都是在合約條件下執(zhí)行，可以保證在大量終端參與情況下達(dá)到更高級別的信任。

區(qū)塊鏈技術(shù)體系的最終目的是要達(dá)到去中心化的效果，全網(wǎng)所有的節(jié)點(diǎn)擁有相同的數(shù)據(jù)操作權(quán)限。但是由于種業(yè)大數(shù)據(jù)中的品種審定、植物新品種賦權(quán)等法律行為必須有政府部門進(jìn)行監(jiān)管，所以本文將育種及新品種信息鏈和種子交易溯源信息鏈最終采用“弱中心化”的共識機(jī)制，政府、企業(yè)、育種單位三方達(dá)成共識的情況下即可記入?yún)^(qū)塊鏈的記賬行為。借鑒區(qū)塊鏈應(yīng)用的典型密鑰管理機(jī)制，種業(yè)大數(shù)據(jù)中的區(qū)塊鏈應(yīng)用采用公鑰、私鑰相互配合的機(jī)制進(jìn)行區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缰械纳矸葑R別、數(shù)字簽名等行為。育種及植物品種信息鏈和種子交易溯源信息鏈的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都擁有一個(gè)公鑰和私鑰，公鑰用于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的身份識別以及信息的上傳，私鑰用于記賬及共識達(dá)成后的數(shù)字簽名。通過私鑰可以計(jì)算得出公鑰，但是通過公鑰不能反推私鑰，這樣的密鑰管理可以結(jié)合共識機(jī)制和智能合約進(jìn)行區(qū)塊鏈的記賬，保證每一個(gè)區(qū)塊的信息都可以確定是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄及交易的。這樣的非對稱密鑰機(jī)制可以完全保證種業(yè)大數(shù)據(jù)中需要保密數(shù)據(jù)的安全及信息鏈的真實(shí)可信。

3 局限性分析

根據(jù)種業(yè)大數(shù)據(jù)中實(shí)際產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及區(qū)塊鏈技術(shù)體系運(yùn)行機(jī)制，本文將基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系的種業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用分解為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、擴(kuò)展層（包括共識層、激勵(lì)層）、應(yīng)用層4 層模型。但是由于種業(yè)大數(shù)據(jù)包含數(shù)據(jù)項(xiàng)多、數(shù)據(jù)范圍廣，基于區(qū)塊鏈技術(shù)搭建的應(yīng)用還存在以下3 點(diǎn)局限：一是由于區(qū)塊鏈技術(shù)體系是假設(shè)P2P 網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立完成區(qū)塊鏈信息的記錄、支付、路由的功能，但是在種業(yè)領(lǐng)域中要求所有的節(jié)點(diǎn)都具備該功能是不現(xiàn)實(shí)的，尤其在種子交易溯源系統(tǒng)中，多數(shù)的經(jīng)銷商可能并不具備區(qū)塊鏈體系要求的所有功能，無法完成區(qū)塊鏈上的完整交易。這種情況下只能依靠高級經(jīng)銷商進(jìn)行區(qū)塊鏈的記錄及支付功能，低級的經(jīng)銷商采用驗(yàn)證機(jī)制完成數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；二是由于育種及銷售范圍廣，銷售地區(qū)較偏遠(yuǎn)的限制，不能保證育種信息、品種審定信息及交易信息快速安全處理，需要設(shè)置更好的共識機(jī)制來完善品種信息溯源系統(tǒng)及種子在交易系統(tǒng)的共識層；三是區(qū)塊鏈技術(shù)體系構(gòu)建應(yīng)用中存在的資源浪費(fèi)問題，品種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)及種子交易追溯采用聯(lián)盟鏈的方式可以避免網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)“挖礦”造成的算力浪費(fèi)，但是全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)參與共識的達(dá)成，造成了各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)及共識結(jié)果延遲，所以需要設(shè)計(jì)更加符合種業(yè)應(yīng)用場景的工作量證明機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制，使得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)需求降低、共識過程 更快。

4 總結(jié)與展望

區(qū)塊鏈技術(shù)作為去中心化、去信任化的技術(shù)體系以及分布式數(shù)據(jù)存儲解決方案，使得金融領(lǐng)域的傳統(tǒng)管理方式發(fā)生了創(chuàng)新與本質(zhì)的改變，區(qū)塊鏈3.0時(shí)代的到來要求將區(qū)塊鏈技術(shù)體系應(yīng)用到社會的各個(gè)領(lǐng)域中。本文提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)體系在種業(yè)大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用設(shè)想，并對其局限性進(jìn)行分析。通過區(qū)塊鏈技術(shù)，種業(yè)領(lǐng)域的監(jiān)管者（農(nóng)業(yè)部門）可以更好地將種業(yè)領(lǐng)域各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，然后基于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行種子市場的監(jiān)管，無需中心化的網(wǎng)絡(luò)即可發(fā)揮監(jiān)管職能，并可以通過分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容納種業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)育種單位及種子企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的共同監(jiān)管和維護(hù)，解決目前農(nóng)作物品種確權(quán)難、維權(quán)難的問題，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的時(shí)代更好地支撐未來種業(yè)行業(yè)的發(fā)展。