李佳欣 譚凱暢 施海東 母仕宇

摘 要：本文針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源效率低下、可信度較低、溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)易篡改等系列問(wèn)題，參考農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)塊鏈的聯(lián)盟鏈，提出了基于“區(qū)塊鏈+PBFT機(jī)制”的農(nóng)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)安全管理模型，通過(guò)BaaS云平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)儲(chǔ)存農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)，同時(shí)加強(qiáng)隱私保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品溯源的信息進(jìn)行加密和匿名處理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品追溯與隱私保護(hù)的雙重目標(biāo)，在這一過(guò)程中融入政府可信化監(jiān)管，由政府提供公共信用數(shù)據(jù)，從而保障消費(fèi)者權(quán)益，維護(hù)市場(chǎng)秩序。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源；BaaS云平臺(tái)

Optimization Model for Trusted Government Supervision and Management of Agricultural Product Traceability Under Blockchain Architecture

Abstract： Aiming at a series of problems such as low traceability efficiency， low credibility and easy tampering of traceability system data in traditional agricultural product industry chain， this paper proposes a big data security management model of agricultural products based on “blockchain + PBFT mechanism” by referring to the traceability standard of agricultural product industry chain and combining with the alliance chain of blockchain. It stores the data of agricultural product industry chain through BaaS cloud platform and Internet of things technology， strengthens the construction of privacy protection system， encrypts and anonymizes the information of agricultural product traceability， realizes the dual goals of agricultural product traceability and privacy protection， and integrates government credible supervision in this process. The government provides public credit data to protect the rights and interests of consumers and maintain market order.

Keywords： blockchain; agricultural products industry chain traceability; BaaS cloud platform

隨著人們對(duì)美好生活的要求不斷提高、健康飲食的意識(shí)不斷增強(qiáng)，農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)的食品安全問(wèn)題受到廣泛關(guān)注。盡管目前農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中存在一個(gè)中心化的管理機(jī)構(gòu)，但其維護(hù)成本較高且交易數(shù)據(jù)仍然無(wú)法完全公開(kāi)透明。因此，急需一種新型技術(shù)手段構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品溯源渠道，以保障農(nóng)產(chǎn)品的食品安全。

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈政府可信監(jiān)管溯源系統(tǒng)優(yōu)化模型是一種政府參與監(jiān)管的食品安全保障模型，可對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、供給、銷售各環(huán)節(jié)進(jìn)行順向追蹤，從生產(chǎn)源頭到消費(fèi)終端的產(chǎn)業(yè)鏈全過(guò)程進(jìn)行溯源反饋，或從消費(fèi)終端到生產(chǎn)源頭進(jìn)行逆向追蹤，是一種可有效保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及其相關(guān)信息真實(shí)可靠的追溯系統(tǒng)，結(jié)合聯(lián)盟鏈和PBFT共識(shí)機(jī)制，使所有的誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)保持一致，降低錯(cuò)誤信息對(duì)于整體的判斷，同時(shí)通過(guò)政府可信化監(jiān)管對(duì)整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源進(jìn)行宏觀調(diào)控，真正實(shí)現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌”的全程可追溯信息化管理，使整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)始終處于有效監(jiān)控之中[1]。

通過(guò)與政府可信監(jiān)管相結(jié)合，能夠更好地加強(qiáng)對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與管理，企業(yè)可以與政府達(dá)成合作，使市場(chǎng)監(jiān)督管理局重點(diǎn)監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，為消費(fèi)者的食品安全提供保障?！皡^(qū)塊鏈+PBFT機(jī)制”有助于消費(fèi)者實(shí)時(shí)監(jiān)控所購(gòu)買的農(nóng)產(chǎn)品物資的安全情況，透明可視化的產(chǎn)業(yè)鏈流程有助于促進(jìn)全民監(jiān)督，減少農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全糾紛。

1 傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源的困境

1.1 條形碼溯源方式的局限性

農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題持續(xù)受到人們的廣泛關(guān)注，農(nóng)產(chǎn)品溯源渠道也不斷拓展，條形碼溯源是一種常用的農(nóng)產(chǎn)品溯源方式。原始的條形碼是通過(guò)寬度（線）與平行線的距離來(lái)顯示信息，也被稱為一維條形碼或者是標(biāo)識(shí)體系[2]。目前，條形碼一般用于商品銷售中的商品定價(jià)，而不是為了跟蹤產(chǎn)品，無(wú)法追蹤到農(nóng)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)、供給、銷售各個(gè)方面的情況。因此，條形碼的溯源方式難以滿足消費(fèi)者對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品食品安全保障方面的需求，難以解決食品安全糾紛。

1.2 傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品溯源方式效率低下

傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品溯源方式效率低下，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①記錄方式落后。許多農(nóng)產(chǎn)品的追溯信息仍依賴于紙質(zhì)記錄或簡(jiǎn)單的電子表格，這種方式難以高效地存儲(chǔ)、查詢、共享信息。②信息分散。農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)涉及多個(gè)利益相關(guān)者，如農(nóng)戶、加工商、運(yùn)輸公司、零售商等。每個(gè)環(huán)節(jié)的信息記錄方式不同，導(dǎo)致信息分散，難以整合。③數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致信息無(wú)法有效互通和共享，增加了追溯的難度和成本。

1.3 傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)易被篡改

傳統(tǒng)溯源模式由于缺乏對(duì)于防偽系統(tǒng)的監(jiān)控以及共識(shí)機(jī)制的協(xié)調(diào)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)輸入數(shù)據(jù)的過(guò)程中，可能存在利益驅(qū)動(dòng)而更改數(shù)據(jù)的情況，存在數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險(xiǎn)，難以保證農(nóng)產(chǎn)品溯源鏈中數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。因此，本模型研究的重點(diǎn)在于如何使傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)區(qū)塊鏈模型獲得的數(shù)據(jù)更加可信與真實(shí)，保障消費(fèi)者的合法權(quán)益和食用安全，在完善傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)的同時(shí)引入政府機(jī)構(gòu)對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源全過(guò)程的可信化監(jiān)管模式，用政府這一“有形的手”規(guī)范市場(chǎng)的運(yùn)行情況。

2 技術(shù)分析

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈通常被認(rèn)為是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，被稱為分類帳，其利用一種加密算法創(chuàng)建一個(gè)按時(shí)間順序排列的由數(shù)據(jù)塊組成的鏈結(jié)構(gòu)，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的所有交易記錄都可以存儲(chǔ)在塊中[3]。根據(jù)賬本記錄和維護(hù)過(guò)程、訪問(wèn)權(quán)限和經(jīng)濟(jì)生態(tài)模式的不同，區(qū)塊鏈的形態(tài)分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈[4]。公有鏈以去中心化為主、多中心化為輔，其中的任何節(jié)點(diǎn)都可以參與記錄與維護(hù)，但其承載能力較弱，而農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈不需要全員可見(jiàn)，沉沒(méi)成本較高。私有鏈的參與者過(guò)于局限，只有個(gè)體和公司內(nèi)部可參與記錄與維護(hù)，自行背書式的信任機(jī)制不具有去中心化的特點(diǎn)，無(wú)法滿足農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源的要求。相比之下，聯(lián)盟鏈的優(yōu)勢(shì)突出表現(xiàn)在數(shù)據(jù)交易過(guò)程中可以精簡(jiǎn)部分節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目穩(wěn)定，兼具安全、效率和成本優(yōu)勢(shì)。利用聯(lián)盟鏈助力農(nóng)產(chǎn)品溯源不僅能夠提高溯源的透明度和安全性，打破傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心化的局面，還可增強(qiáng)供應(yīng)鏈各追溯主體之間的信息互通性。圖1為區(qū)塊鏈溯源層次系統(tǒng)模型圖。

2.2 共識(shí)算法

共識(shí)算法作為區(qū)塊鏈的核心，主要負(fù)責(zé)確保數(shù)據(jù)傳遞和處理過(guò)程中的正確性和一致性[5]。工作量證明機(jī)制具有去中心化的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出，不適合商業(yè)應(yīng)用尤其是農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的溯源。權(quán)益證明機(jī)制的改進(jìn)模式是創(chuàng)造性通過(guò)實(shí)施科技式的民主方法來(lái)消除絕對(duì)中心化的弊端，但這種機(jī)制仍然依賴于代幣，難以完美解決區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源方面的應(yīng)用。PBFT共識(shí)算法是基于BFT算法改進(jìn)的，顯著降低了算法的復(fù)雜程度，大大提高了共識(shí)效率。

基于“區(qū)塊鏈+PBFT機(jī)制”的農(nóng)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)安全管理模型借助PBFT共識(shí)算法極大地降低了算法的復(fù)雜程度，在去中心化的同時(shí)可在一定程度上減少資源的浪費(fèi)。此外，由于工作量證明機(jī)制和權(quán)益證明機(jī)制在不同節(jié)點(diǎn)都能填充新的板塊，在一定程度下會(huì)導(dǎo)致“分叉”問(wèn)題，而PBFT機(jī)制只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠提出新的板塊，可在低資源消耗的同時(shí)解決“分叉”問(wèn)題。圖2為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源流程圖。

2.3 BaaS云平臺(tái)與區(qū)塊鏈技術(shù)

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)逐漸被大眾認(rèn)知，然而區(qū)塊鏈搭建的難度較大，僅在部分龍頭企業(yè)得到應(yīng)用，大多數(shù)消費(fèi)者難以接觸到輸入?yún)^(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。因此，為了使更多的企業(yè)和消費(fèi)者有機(jī)會(huì)接觸到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的載入、檢測(cè)和監(jiān)督，BaaS云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。

“云鏈結(jié)合”即“云計(jì)算+區(qū)塊鏈”，將二者的本質(zhì)特點(diǎn)“服務(wù)”結(jié)合在一起，具有按需供給的特點(diǎn)，把區(qū)塊鏈放在云端，既可以達(dá)到區(qū)塊鏈拓展服務(wù)范圍的目的，又可以利用云計(jì)算技術(shù)門檻低、個(gè)性化強(qiáng)的特點(diǎn)滿足消費(fèi)者個(gè)性化的需求，實(shí)現(xiàn)跨流程、跨企業(yè)、跨區(qū)域的可視化區(qū)塊鏈溯源應(yīng)用。

3 區(qū)塊鏈架構(gòu)下農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的應(yīng)用路徑

區(qū)塊鏈架構(gòu)下農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈溯源系統(tǒng)主要由4個(gè)模塊構(gòu)成，首先是針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品種植、生產(chǎn)、分銷、包銷等一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理層面的數(shù)據(jù)收集，可進(jìn)一步細(xì)化分為種植生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)部門、加工管理數(shù)據(jù)部門、產(chǎn)品檢測(cè)部門、物流信息管理部門等4個(gè)部門，各部門針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)流程進(jìn)行科學(xué)有效的檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)聯(lián)盟鏈進(jìn)行上傳，聯(lián)盟鏈可以容納多方同時(shí)寫入，接納更多相關(guān)檢測(cè)行業(yè)和良心企業(yè)參與其中、互相監(jiān)督。同時(shí)，“區(qū)塊鏈+PBFT機(jī)制”的共識(shí)機(jī)制可以更大程度上減少錯(cuò)誤信息對(duì)于消費(fèi)者的影響，保證農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、可行性。

從用戶角度來(lái)看，消費(fèi)者可以通過(guò)掃描農(nóng)產(chǎn)品包裝袋上的二維碼身份標(biāo)識(shí)，借助微信小程序或者手機(jī)App獲取農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的全流程信息，這一過(guò)程不僅能提升消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量保證的信任，而且能夠倒逼企業(yè)提高對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的重視程度，“區(qū)塊鏈+PBFT機(jī)制”共識(shí)機(jī)制也能促使企業(yè)互相監(jiān)督，形成良性競(jìng)爭(zhēng)氛圍。

從政府可信化監(jiān)管角度來(lái)看，農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)將農(nóng)產(chǎn)品的種植、生產(chǎn)、加工、倉(cāng)儲(chǔ)物流和零售終端等全過(guò)程的信息上鏈，監(jiān)管部門可以作為其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的管控。這增加了數(shù)據(jù)的可信度和透明度，有助于政府部門對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全進(jìn)行監(jiān)管[6]。

政府可信化監(jiān)管的主體包括國(guó)家監(jiān)管部門（如國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局）和各級(jí)地方政府，監(jiān)管部門可通過(guò)BaaS云平臺(tái)和區(qū)塊鏈模型搜集農(nóng)產(chǎn)品溯源類企業(yè)每一階段農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)；企業(yè)可與地方政府達(dá)成合作，享受國(guó)家對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品溯源政策的優(yōu)惠福利。市場(chǎng)監(jiān)督管理局的專業(yè)技術(shù)檢測(cè)人員應(yīng)走正規(guī)程序?qū)ζ髽I(yè)和產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)完成后，地方政府仍應(yīng)對(duì)該階段企業(yè)上傳到區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，查看數(shù)據(jù)是否有誤，實(shí)現(xiàn)政府對(duì)于企業(yè)自主錄入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)管。同時(shí)，政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)利好政策，提高企業(yè)對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的應(yīng)用率，從而提高消費(fèi)者對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品食品安全的信賴程度，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品的售賣。

從供應(yīng)鏈各參與主體角度來(lái)看，區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)開(kāi)放和共享可以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)之間的信息共享和協(xié)同工作：上下游企業(yè)之間能夠及時(shí)了解行業(yè)整體運(yùn)行狀態(tài)，降低溝通成本，為生產(chǎn)企業(yè)提供高效的產(chǎn)銷對(duì)接渠道，建立包含生產(chǎn)、物流、銷售的可信流通體系，提升產(chǎn)品供應(yīng)鏈的流轉(zhuǎn)效率；促進(jìn)政府部門、企業(yè)、消費(fèi)者等各方的協(xié)同監(jiān)管和參與，為政府部門提供監(jiān)督、管理、支持和決策的依據(jù)，提高監(jiān)管效率，增強(qiáng)監(jiān)管效果[7]。圖3為區(qū)塊鏈溯源安全保障體系。

4 結(jié)語(yǔ)

區(qū)塊鏈架構(gòu)下農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈政府可信化監(jiān)管溯源系統(tǒng)不僅是一個(gè)農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)，而且涵蓋各方面監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的對(duì)接，同時(shí)需要政府對(duì)這一模塊進(jìn)行監(jiān)管與指導(dǎo)。目前我國(guó)區(qū)塊鏈溯源技術(shù)的發(fā)展僅次于美國(guó)和西歐，作為一種新興產(chǎn)業(yè)，區(qū)塊鏈溯源技術(shù)有著極大的發(fā)展前景，然而不少企業(yè)因缺乏相關(guān)研究和對(duì)于區(qū)塊鏈構(gòu)建成本的擔(dān)憂仍然處于觀望態(tài)勢(shì)，因此有必要在國(guó)家、政府層面實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈溯源領(lǐng)域的立法保障和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定相應(yīng)的法律法規(guī)，積極鼓勵(lì)區(qū)塊鏈溯源技術(shù)的發(fā)展，引進(jìn)專業(yè)人才，更好地保障區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品溯源領(lǐng)域的應(yīng)用。

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