食品安全問題是重大的民生問題和政治問題。采用區(qū)塊鏈技術(shù)從保證信息可靠性、保障傳輸可信性和構(gòu)建可信環(huán)境三個方面分析解決食品安全問題的可行性，實現(xiàn)正向可追蹤、逆向可溯源、事件可查證、責(zé)任可追責(zé)的生態(tài)系統(tǒng)。

食品可追溯國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)食品可追溯

我國已逐步將食品安全可追溯上升到法律層面的高度，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合利用現(xiàn)代化的信息手段解決食品安全可追溯，創(chuàng)新監(jiān)管模式，是食品安全控制的重要發(fā)展方向。

目前國內(nèi)已經(jīng)建成多個食品安全電子可追溯系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都是從各個主研單位的管轄角度出發(fā)建設(shè)的小范圍或只覆蓋食品生產(chǎn)或流通某個環(huán)節(jié)的食品安全可追溯系統(tǒng)，互相獨立，形成了信息孤島。目前國內(nèi)外食品可追溯關(guān)鍵技術(shù)主要集中在條碼技術(shù)和RFID（無線射頻識別）兩個方面，這兩種技術(shù)分別有不同的應(yīng)用場景和優(yōu)缺點。由于移動終端的普及，條碼技術(shù)中的二維碼開始被應(yīng)用在食品可追溯方面，通過借助工業(yè)級的掃描設(shè)備和移動數(shù)據(jù)終端，即可實現(xiàn)在生產(chǎn)、倉儲、流動環(huán)節(jié)的全程采集和識別。基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID技術(shù)具備識別距離遠、無需借助可視化的標簽、能夠在極端環(huán)境下使用、內(nèi)容可更新、信息量大和不容易復(fù)制等特點，使其在食品生產(chǎn)、加工、存儲和銷售環(huán)節(jié)能夠進行全方位跟蹤，并可追溯到食品的最小單元，有效實現(xiàn)了食品質(zhì)量關(guān)鍵信息的覆蓋。

國外食品安全追溯

歐盟自從1986年英國發(fā)生瘋牛病以來，便率先進行了肉牛和犢牛的可追溯性研究。自2005年起，凡在歐洲銷售的食品上必須有可追溯標簽，否則拒絕進入，并相應(yīng)制訂了魚類、蛋類和禽類、水果和蔬菜以及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等相應(yīng)的追溯法規(guī)。

FDA在美國《生物性恐怖主義法案》(2002)的指導(dǎo)下，制定了三個重要的法規(guī)，這些法規(guī)為企業(yè)和執(zhí)法者提供了實施食品追溯的技術(shù)和執(zhí)法依據(jù)。要求食品生產(chǎn)者、加工者、分包商、零售商、進口商需要保持(紙的或電子的)記錄，以便迅速識別食品的供給方和接受方。

加拿大在農(nóng)業(yè)政策框架(APF)的指導(dǎo)下，一個由政府啟動，企業(yè)推動的國家食品可追溯體系于2004年在加拿大開始建立。政府承諾在該體系下，將保證80%的國產(chǎn)食品從農(nóng)產(chǎn)品原料到零售均可得到追溯。

日本2001年立法實施建立國產(chǎn)牛肉的追溯體系，2005年底以前建立糧油農(nóng)產(chǎn)品認證制度，開發(fā)國家食品可追溯數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。2006年實施的“肯定列表制度”對我國農(nóng)產(chǎn)品出口產(chǎn)生影響。

韓國自2004年開始在生產(chǎn)協(xié)會中試行可追溯制度，同時在牲畜、水果、蔬菜、原料食品、特殊農(nóng)作物等領(lǐng)域開展。2005年，在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量控制法令中引入了全方位的農(nóng)產(chǎn)品追溯程序，并于2006年開始在全國執(zhí)行。

從國外的食品可追溯最新動態(tài)可看出，目前世界上的主要發(fā)達國家都開始或已經(jīng)建成了全國性的食品安全可追溯系統(tǒng)，這些系統(tǒng)建設(shè)的思路對我國建設(shè)食品安全可追溯系統(tǒng)具有重要的參考意義。

我國食品安全可追溯行業(yè)存在的問題

影響可追溯系統(tǒng)實施的元素

食品可追溯系統(tǒng)的服務(wù)對象主要是終端消費者，其次是需要信息支撐作為監(jiān)管手段的監(jiān)管部門，最后是生產(chǎn)企業(yè)本身。

對生產(chǎn)企業(yè)食品是否實施可追溯系統(tǒng)起決定作用的元素主要有兩點：一是成本和收益，二是國家政策導(dǎo)向。其中國家政策導(dǎo)向的有利形勢在國務(wù)院發(fā)布的文件中有集中體現(xiàn)。成本和收益是企業(yè)最關(guān)心的方面，企業(yè)實施可追溯系統(tǒng)的成功與否取決于實施追溯系統(tǒng)所投入的成本和取得的收益是否能夠形成良性循環(huán)。歸根到底，能否成功實施食品可追溯系統(tǒng)取決于消費者是否對實施了可追溯系統(tǒng)的食品的價格上漲買單。

消費者認可追溯系統(tǒng)的前提

消費者對追溯體系的認知度還處于很低的狀態(tài)，這一方面體現(xiàn)在消費者不知道什么是食品可追溯系統(tǒng)；另一方面體現(xiàn)在消費者對食品可追溯系統(tǒng)所提供信息的可靠性、真實性存在質(zhì)疑。針對第一種情況，企業(yè)和政府需要再加大宣傳的力度。針對第二種情況，首先需要確保食品可追溯系統(tǒng)所能提供給消費者的是真實數(shù)據(jù)。

從能影響數(shù)據(jù)的真實性角度看，在可追溯系統(tǒng)發(fā)揮作用的過程中有兩個階段最為重要，一是數(shù)據(jù)采集階段，二是數(shù)據(jù)存儲階段。數(shù)據(jù)采集階段是數(shù)據(jù)的源頭，當前一般通過使用自動采集技術(shù)如RFID等提升輸入虛假數(shù)據(jù)的難度。另外，依靠法律制裁提升企業(yè)或個人輸入虛假信息的成本。對于數(shù)據(jù)存儲階段發(fā)生篡改的可能性分析需要從追溯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上進行。

追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中心化

當前可追溯系統(tǒng)存在中心化的特點，即在可追溯系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，數(shù)據(jù)的采集輸入主要依賴于單個企業(yè)，核心企業(yè)作為系統(tǒng)的中心，具有對數(shù)據(jù)進行任何操作的能力。當某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生意外，對該生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息采集和錄入有控制權(quán)的個人就可能會對可追溯系統(tǒng)中的信息進行修改。

數(shù)據(jù)安全性難以保證

現(xiàn)有的可追溯系統(tǒng)中參與方包括原料單位、生產(chǎn)單位、運輸單位、倉儲單位、銷售單位。食品銷售成功，利潤高，參與方單位均可獲利，其利益是一致的。但如果篡改追溯系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)能夠促進食品銷售，那么生產(chǎn)、運輸、銷售、倉儲這些系統(tǒng)參與者在追溯系統(tǒng)中就有篡改數(shù)據(jù)的共同意愿。即使參與方在其認為安全的范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)進行篡改，也會極大增加系統(tǒng)最終銷售出的食品發(fā)生安全問題的可能性。這樣的行為使得追溯系統(tǒng)純屬擺設(shè)，絲毫達不到追溯的效果。

當前食品可追溯系統(tǒng)雖然經(jīng)過長時間的研究和發(fā)展，但是仍然存在結(jié)構(gòu)中心化、數(shù)據(jù)安全性低，易受篡改、數(shù)據(jù)完整性無法驗證等問題，解決這些問題有利于食品安全可追溯系統(tǒng)更好地應(yīng)用和推廣、增強消費者對食品安全可追溯的信心，使得食品安全保障的手段更加高效，所以進行這方面的研究具有深遠的社會意義和價值。

區(qū)塊鏈技術(shù)在食品可追溯系統(tǒng)的應(yīng)用可行性

區(qū)塊鏈技術(shù)原理及特點

區(qū)塊鏈技術(shù)源于2008年比特幣的技術(shù)應(yīng)用，它是一種把區(qū)塊以鏈的方式組合在一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈適用于存儲簡單的、有先后關(guān)系的、能在系統(tǒng)內(nèi)驗證的數(shù)據(jù)，用密碼學(xué)對數(shù)據(jù)的不可篡改和不可偽造進行保障。它能夠使參與者對全網(wǎng)交易記錄的事件順序和當前狀態(tài)建立共識。經(jīng)過不斷的發(fā)展演進，目前區(qū)塊鏈技術(shù)概括起來是指通過去中心化和去信任的方式集體進行一個可靠數(shù)據(jù)庫維護的技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)的特點主要有以下四個方面：

去中心化區(qū)塊鏈是不依賴于單一信任中心的系統(tǒng)，整個網(wǎng)絡(luò)沒有中心化的硬件或者管理機構(gòu)，節(jié)點間具有均等的權(quán)利和義務(wù)，任何一個節(jié)點出現(xiàn)問題都不會影響系統(tǒng)的運作。在處理只涉及到鏈條內(nèi)封閉系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)時，區(qū)塊鏈本身能夠保障參與者之間的信任。

不可篡改作為區(qū)塊鏈最為顯著的特征，區(qū)塊鏈使用非對稱加密和哈希算法，保障數(shù)據(jù)的記錄與傳遞真實、不可篡改且不可抵賴。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)由每個節(jié)點共同維護，每個參與維護節(jié)點都能復(fù)制獲得一份完整數(shù)據(jù)庫的拷貝。其協(xié)議與運作機制的關(guān)鍵為標記“時間戳”，全部節(jié)點定時一起記賬、確認信息，形成記錄全網(wǎng)定時時長間隔內(nèi)所有正確、無重復(fù)信息的賬本數(shù)據(jù)庫“Block”，即為一個“區(qū)塊”。以比特幣區(qū)塊鏈為例，除非能夠同時控制整個系統(tǒng)中超過51%的算力，否則單個節(jié)點對數(shù)據(jù)庫的修改是無效的，也無法影響其他節(jié)點上的數(shù)據(jù)。

共識機制參與到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的各個節(jié)點之間是無需互相信任的，整個系統(tǒng)的運作規(guī)則公開透明，所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容是公開的，因此在系統(tǒng)指定的規(guī)則范圍和時間范圍內(nèi)，節(jié)點之間不能也無法欺騙其它節(jié)點，以這種制度達成了節(jié)點間對信托關(guān)系的共識。

多方寫入、共同維護在區(qū)塊鏈里，參與方由利益不完全一致的實體組成，在不同的記賬周期內(nèi)，由不同的參與方發(fā)起記錄，輪換方式取決于不同的共識機制，其他參與方對發(fā)起的記錄進行共同驗證。

基于以上特點，區(qū)塊鏈應(yīng)用已超出了加密貨幣的范疇，范圍逐步擴大并形成了“區(qū)塊鏈+”的發(fā)展趨勢，主要涉及涵蓋智能合約、證券交易、電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、社交通訊、文件存儲、存在性證明、身份驗證、股權(quán)眾籌及社會管理等各個領(lǐng)域。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于食品可追溯系統(tǒng)的適用性

保證信息的可靠性

在食品可追溯信息中，對某一個食品進行整個供應(yīng)鏈的可追溯，食品的每個特征信息，如地理位置、屬性、檢驗檢測數(shù)據(jù)等信息數(shù)據(jù)以及信息數(shù)據(jù)生成的文件，不可復(fù)制是相當重要的。

區(qū)塊鏈技術(shù)中，利用哈希技術(shù)可以保證信息數(shù)據(jù)的可靠性，確保數(shù)字文件、注冊表、生產(chǎn)證書、照片或視頻等仍然與首次在區(qū)塊鏈中登記時相同。利用數(shù)字簽名算法來保證信息數(shù)據(jù)在鏈條上數(shù)據(jù)不被篡改和偽造，保證參與者身份的真實性和消息的完整性。在這里，數(shù)字簽名算法采用的是非對稱加密算法和哈希函數(shù)，采用“簽名＋驗證”互補運算來驗證數(shù)據(jù)的真?zhèn)?。因此，在區(qū)塊鏈技術(shù)中，任何信息數(shù)據(jù)都可以被追蹤并查詢到，修改區(qū)塊鏈中信息數(shù)據(jù)和信息文件幾乎是不可能完成的，因為需要將整個鏈條中的加密數(shù)據(jù)進行破解和修改。區(qū)塊鏈分布式的特點，解決了中央數(shù)據(jù)庫可能遭受損壞或攻擊的問題。

保證信息傳輸可信性

在目前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，食品從源頭種植到最終消費者的餐桌，越來越多的信息數(shù)據(jù)采集依靠傳感器進行，信息傳輸?shù)目煽啃詫Υ_保整個鏈條的安全起著關(guān)鍵作用。

物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集的大量信息數(shù)據(jù)及保存數(shù)據(jù)的信息文件涌入食品可追溯系統(tǒng)，區(qū)塊鏈技術(shù)中通過分布式賬本的方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和信息存儲的去中心化，通過IPFS（InterPlanetary File System,星際文件系統(tǒng)）實現(xiàn)了信息文件存儲的去中心化。區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機制保障區(qū)塊鏈系統(tǒng)大規(guī)模高效協(xié)作不斷運行。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，共識機制解決并保證了每一條上傳的信息數(shù)據(jù)在所有鏈條節(jié)點上的一致性和正確性，保證了在不依靠中心化組織認可的前提下，可直接寫入數(shù)據(jù)區(qū)塊并記錄到區(qū)塊鏈，進入整個追溯體系中，完成運轉(zhuǎn)。

構(gòu)建可信環(huán)境

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，信任關(guān)系的建立和維系變?yōu)榈统杀竟ぷ鳌^(qū)塊鏈技術(shù)使得種植源頭的農(nóng)民、運輸過程的卡車司機等各方參與者都可以使用簡單的智能終端（包含手機）向供應(yīng)鏈條輸入可信任的數(shù)據(jù)，從而保證食品可追溯系統(tǒng)中的溯源數(shù)據(jù)及時有效地上傳，保障消費者、企業(yè)或相關(guān)機構(gòu)可以獲取足夠的信息數(shù)據(jù)支撐。

區(qū)塊鏈技術(shù)中激勵機制，只要可追溯系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參與者對整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)產(chǎn)生貢獻，就可以給予激勵，這也就更加促進了食品可追溯系統(tǒng)各個參與方對食品可追溯的參與熱情，提高各方參與度，形成食品可追溯的良性循環(huán)。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)構(gòu)建

基于區(qū)塊鏈技術(shù)對食品安全可追溯系統(tǒng)存在問題的適用性分析，對基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進行構(gòu)建，如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

流程設(shè)計

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠達到食品進行正向可追蹤、逆向可溯源、事件可查證、責(zé)任可追責(zé)的主要實現(xiàn)流程為：

食品可追溯系統(tǒng)的參與方，包括原料生產(chǎn)單位、生產(chǎn)制造單位、物流運輸單位、倉儲單位和銷售單位，通過物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集并上報。利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)，通過共識機制、激勵機制等有效手段，在激勵各個參與方積極記錄數(shù)據(jù)的同時，保證各參與方對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行確認，保證數(shù)據(jù)信息及數(shù)據(jù)文件不可篡改。

根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的特點，對各參與方上傳到區(qū)塊鏈中的區(qū)塊信息進行定義，對需要通過區(qū)塊鏈進行共享的信息進行指定?？勺匪菹到y(tǒng)的各個參與方將定義的信息及時上傳到區(qū)塊鏈，各參與方根據(jù)自己的權(quán)限分配，對信息數(shù)據(jù)進行確認和接收。

食品可追溯系統(tǒng)的各個參與方將追溯信息和追溯鏈條上的追蹤記錄分布式存儲，形成區(qū)塊鏈條，保證區(qū)塊鏈條上的數(shù)據(jù)及時、真實有效、不可復(fù)制、不可篡改，從而保障對每一個食品從生產(chǎn)源頭到消費者手中都是可以精準追溯的，對于可能發(fā)生的問題，可以及時進行查證，進行責(zé)任界定并追責(zé)。

通過應(yīng)用程序的有效管理和驗證機制，對食品可追溯系統(tǒng)的各個參與方進行身份識別認證和管理，對每一個參與方進行可信度評估。區(qū)塊鏈非對稱加密算法與數(shù)字簽名等機制，保障了食品可追溯系統(tǒng)中的溯源數(shù)據(jù)是安全可靠并且可以保障其隱私性。