基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碭山酥梨溯源系統(tǒng)研究

汪星禮 高銘悅 楊娟

【摘 要】采用基于區(qū)塊鏈的技術(shù)，對碭山酥梨采用溯源的方式，來保證市場上碭山酥梨來源的可靠性，同時也為消費(fèi)者提供可靠的食品安全保障。利用區(qū)塊鏈技術(shù)中的去中心化、公開透明、數(shù)據(jù)塊鏈防偽、數(shù)據(jù)分享、P2P數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c，將農(nóng)場、農(nóng)戶、銷售企業(yè)、物流倉企業(yè)、認(rèn)證機(jī)構(gòu)、食品加工企業(yè)等加入到組織鏈上，可以將每個重要節(jié)點上的信息都構(gòu)成一個價值和信息的共享鏈條，做到可以溯源，從技術(shù)上打破了傳統(tǒng)的溯源平臺信息不透明、數(shù)據(jù)內(nèi)容容易被修改、安全性差、相對封閉等弊端。

【關(guān)鍵詞】去中心化;共享鏈條;區(qū)塊鏈

一、引言

碭山酥梨栽種歷史源遠(yuǎn)流長，是我國傳統(tǒng)三大名梨之首，以其汁多味甜且具化痰止咳的功能而馳名中外。2017年10月13日，中華人民共和國國務(wù)院發(fā)布文件《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》，該建議提及的重要項目：創(chuàng)新農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)組織體制;提高農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)化技術(shù)水平;提高質(zhì)量安全性的可追溯功能。強(qiáng)化農(nóng)作物和食品冷鏈設(shè)施及規(guī)范化建設(shè)，降低流通成本和損耗。

如果將區(qū)塊鏈技術(shù)即時應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品，可以完成下面三個功能：

（1）農(nóng)業(yè)人員可以更快、更安全地向消費(fèi)者銷售農(nóng)作物;

（2）購買者可以明確地了解到農(nóng)產(chǎn)品的來源，以及生產(chǎn)日期，安心食用食品;

（3）農(nóng)作物生產(chǎn)者和加工商可以清楚地知道哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，以便及時改進(jìn)。

二、基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碭山酥梨溯源系統(tǒng)總體設(shè)計

建立基于區(qū)塊鏈技術(shù)下的碭山酥梨溯源系統(tǒng)，該框架主要包括線下產(chǎn)品信息采集、在線數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)分析預(yù)測及改進(jìn)管理應(yīng)用，其中線下產(chǎn)品采集主要是對酥梨從種植到被售賣的一整套信息的采集;在線數(shù)據(jù)查詢平臺是將采集的信息以區(qū)塊的方式發(fā)布到網(wǎng)上，以支撐分析預(yù)警與優(yōu)化管理的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。整個系統(tǒng)由信息的收集，刷選，處理，優(yōu)化等組成，觀察項目實施效果是否達(dá)到四個方面的目標(biāo)：一是保證信息的來源可靠，二是保證信息的直觀明了，三是保證信息的及時有用，四是提供及時的服務(wù)。區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用，不再是由原來的產(chǎn)品追溯系統(tǒng)向基于區(qū)塊鏈底層協(xié)議支持的中央服務(wù)器端平臺的技術(shù)變革，而是需要提供一個分散的數(shù)據(jù)和信息交互網(wǎng)絡(luò)[1]。

農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、銷售的產(chǎn)業(yè)鏈各個節(jié)點的信息認(rèn)證，通過溯源代碼可以追查出農(nóng)產(chǎn)品在各個節(jié)點的信息數(shù)據(jù)，明確責(zé)任，確保的安全性。追溯目前采用的智能標(biāo)簽（RFID）和二維碼（或條形碼）技術(shù)已經(jīng)較為成熟，區(qū)塊鏈可以切入的方向有2個。

（一）數(shù)據(jù)安全

目前，溯源信息儲存在溯源平臺系統(tǒng)中，這種集中存儲模式存在安全問題，例如，網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)損毀、人為修改偽造，都可能會造成無法彌補(bǔ)的重大損失。利用區(qū)塊鏈的相關(guān)技術(shù)，可以將農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到加工以及衍生的物流、銷售等各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生并把這些數(shù)據(jù)信息上鏈[2]，記錄儲存在區(qū)塊鏈分布式網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)信息一旦上鏈便不可修改，克服了數(shù)據(jù)安全的難題。

（二）新商業(yè)模式

溯源系統(tǒng)依靠于記錄在數(shù)據(jù)庫中的溯源數(shù)據(jù)，但是難以確保人工錄入溯源信息時不出現(xiàn)錯誤。農(nóng)產(chǎn)品溯源產(chǎn)業(yè)鏈中的農(nóng)民（或生產(chǎn)的企業(yè)）、銷售公司、物流公司、加工企業(yè)、顧客等都是相互隔離的，缺少信任機(jī)制。基于區(qū)塊鏈的通證經(jīng)濟(jì)可以通過智能合約的形式，實現(xiàn)溯源節(jié)點間的信任機(jī)制，并隨著溯源信息在節(jié)點中推進(jìn)，向節(jié)點發(fā)送電子幣作為獎賞，使其從溯源系統(tǒng)的參加者變成擁有者，可以有效地保證錄入的質(zhì)量。

三、關(guān)鍵技術(shù)

（一）分布式賬本

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分散的記錄技術(shù)，它由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成交易記賬，參與該系統(tǒng)的節(jié)點有可能來自不同的組織，每一個正常的節(jié)點都可以記錄完整的賬目。因此，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)由所有節(jié)點共同維護(hù)，每個維護(hù)節(jié)點都能拷貝取得一份完整或著部分記錄的副本。另外，由于記賬節(jié)點夠多，從理論上看，除非全部的節(jié)點被攻擊或者破壞，否則賬目會一直保持它的完整性，從而確保了賬目數(shù)據(jù)的可靠性。

（二）非對稱加密算法

經(jīng)常使用的非對稱加密算法包括RSA加密算法、Elgamal加密算法、D-H矩陣、橢圓曲線加密算法（ECC）等。交易信息是存儲在區(qū)塊鏈上的，并且是透明公開的狀態(tài)，高度加密的是賬戶的身份信息，并且會同時產(chǎn)生并擁有公鑰和私鑰，其他人是可以知道公鑰的，但是只有數(shù)據(jù)擁有者才知道私鑰信息，只有經(jīng)過數(shù)據(jù)擁有者授權(quán)才有權(quán)力訪問，從而確保了數(shù)據(jù)安全性和個人隱私。其框架如圖一所示。

（三）時間戳伺服器

時間戳是跟在每一個區(qū)塊的哈希后，并發(fā)布出去，每一個時間戳是用來證明資料的時效性，每個時間戳都使用前面的戳進(jìn)行哈希計算，從而形成一種用來保證區(qū)塊序列的鏈條。

四、結(jié)語

將區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中，從技術(shù)上講，不僅將原來的產(chǎn)品追溯系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詤^(qū)塊鏈底層協(xié)議為支撐的中央服務(wù)器平臺，還需要數(shù)據(jù)信息交互網(wǎng)絡(luò)和獲取一個各方弱中心化的數(shù)據(jù)。在這個網(wǎng)絡(luò)中，農(nóng)戶、種子商、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測有關(guān)部門、批發(fā)商、銷售商、以及提供金融服務(wù)的相關(guān)企業(yè)都可以通過鏈上同步共享數(shù)據(jù)，通過鏈上賬本、對身份驗證進(jìn)行嚴(yán)格加密以及鏈上的各種接口共享區(qū)塊鏈帶來的高效、便捷和信任增強(qiáng)，同時這些節(jié)點要想提高對這些權(quán)利的享有程度，必須肩負(fù)著保障數(shù)據(jù)可靠性的責(zé)任。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王馨迪.科技投入項目（應(yīng)用類）績效評價體系研究[D].北京交通大學(xué)，2017（10）：13-15.

[2]熊愛宗.以太坊，發(fā)展前景廣闊[J].世界知識，2017（13）：14-16.

作者簡介：汪星禮 （1998-），男，安徽合肥，本科，現(xiàn)在宿州學(xué)院信息工程學(xué)院。

基金項目：2018年安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201810379100）;2018年安徽省宿州學(xué)院質(zhì)量工程項目（szxy2018ccjy01）;2018年第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（201802070215）。