農(nóng)產(chǎn)品溯源在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

蹇 念

（遵義市職業(yè)技術(shù)學(xué)校，貴州 遵義 563000）

隨著時代的進步和人民群眾對生活質(zhì)量要求的提高，更多的人愈加重視飲食安全。食品安全與國民體質(zhì)息息相關(guān)，與食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展及出口競爭息息相關(guān)。但是仍然有諸如非轉(zhuǎn)基因大豆、農(nóng)藥殘留等農(nóng)產(chǎn)品、食品安全問題出現(xiàn)。要想實現(xiàn)全方位無死角管控確實有難度。所以，為了迅速排查問題根源，快速處理不合格農(nóng)產(chǎn)品，懲治農(nóng)產(chǎn)品違規(guī)人員，建立先進周密的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。

西方國家出臺了許多措施來保障農(nóng)產(chǎn)品安全，比如美國有專設(shè)機構(gòu)負責(zé)溯源農(nóng)產(chǎn)品信息；英國有系統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系；日本對肉牛產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)錨定標識，以追根溯源。這些措施都有力地保障了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。

西方國家的溯源系統(tǒng)已成熟運行了多年，而我國的溯源系統(tǒng)還處于起步階段。我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障體系建設(shè)采用分步走的戰(zhàn)略部署，初級階段是由政府部門、社會機構(gòu)、農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)共同參與建設(shè)溯源系統(tǒng)；更高級階段是建立由國家市場監(jiān)督管理總局的食藥部門管理農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的工作。因為分段實施，各階段采集信息難免不統(tǒng)一，信息之間會有不兼容、共享難等現(xiàn)象。采集信息時，需要借助物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的硬件設(shè)施，如果農(nóng)產(chǎn)品種類繁多，所耗費基礎(chǔ)建設(shè)資源也較大。如溯源相關(guān)工作對象太多，以及溯源環(huán)節(jié)繁雜，就降低了溯源效率，造成擁有海量信息卻查找緩慢、共享困難的情況。

基于農(nóng)產(chǎn)品溯源的社會要求，有的學(xué)者從技術(shù)的角度，建議應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)搭建供應(yīng)鏈式的管理系統(tǒng)，有的學(xué)者建議構(gòu)建基于國情的溯源系統(tǒng)，然而都有優(yōu)缺點。

分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以避免形成數(shù)據(jù)孤島，可防止篡改數(shù)據(jù)，利用分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以有機融合政府部門、非公組織和農(nóng)戶等角色在溯源系統(tǒng)中的作用，進一步整合各類農(nóng)產(chǎn)品信息。使用分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以有效采集各類信息，借助數(shù)據(jù)塊可以有效溯源。基于此種技術(shù)的優(yōu)越性，使得農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)得以實現(xiàn)跨越式發(fā)展，在智慧農(nóng)業(yè)中發(fā)揮更大作用。

1 農(nóng)產(chǎn)品溯源的必要性

近幾年，農(nóng)產(chǎn)品安全時間多有發(fā)生，主要分布在相關(guān)流通環(huán)節(jié)。比如，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中農(nóng)藥殘留過多，殺蟲劑所含成分超標，監(jiān)管不能全覆蓋，消費者維權(quán)意識及能力欠缺，信息反饋不及時，社會監(jiān)督乏力，區(qū)域性環(huán)境污染問題等等。

農(nóng)產(chǎn)品加工流通鏈較長，環(huán)節(jié)較多，監(jiān)管力量的薄弱使得任何一個環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)安全問題，也難以實現(xiàn)有效追溯，這是農(nóng)產(chǎn)品安全問題頻發(fā)的原因之一。所以，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源已成為當(dāng)務(wù)之急，要實現(xiàn)多農(nóng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、流通各環(huán)節(jié)的監(jiān)管、記錄全覆蓋，使每個階段的信息都能真實、有效地記錄下來，提高農(nóng)產(chǎn)品安全性。分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)正是迎合了農(nóng)產(chǎn)品溯源的要求，且為農(nóng)產(chǎn)品溯源拓寬了思路。

2 分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)溯源優(yōu)勢

由于中心化溯源體系在追逐信息時的信任感缺乏客觀性，而通過分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進行多方反復(fù)驗證，多方協(xié)同維護數(shù)據(jù)完整性的原理，可實現(xiàn)常見品牌農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)由眾多參與者形成聯(lián)盟。隨著參與者數(shù)量的增多，共同驗證維護的信息越多，則農(nóng)產(chǎn)業(yè)信息的完整性、真實性越強，消費者獲得的信任感也就越強。

對于中心化溯源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容易被篡改的情況，分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)實現(xiàn)了在分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上去中心化的特性，從而避免了數(shù)據(jù)的易篡改性。分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)也降低了人為修改或意外丟失數(shù)據(jù)的可能性。另外，多方參與數(shù)據(jù)驗證、完善的特性，利于數(shù)據(jù)的活化和共享。同時，分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)還附帶有支付及結(jié)算的清算特性，減少了賬目糾紛的情況，降低了相應(yīng)成本。

分布式存儲技術(shù)可確保數(shù)據(jù)塊和數(shù)據(jù)鏈的真實、完整、防篡改，為確保鏈前數(shù)據(jù)的真實準確，可結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的多種先進技術(shù)進行強化。比如，在批量農(nóng)產(chǎn)品信息上鏈前，可以在大宗農(nóng)產(chǎn)品批次中捆綁全球定位系統(tǒng)設(shè)備，確保農(nóng)產(chǎn)品鏈上信息與實際地理位置一一對應(yīng)，在初始環(huán)節(jié)筑牢溯源信息的真實性。

所以，分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以應(yīng)用于大宗農(nóng)產(chǎn)品追根溯源，可以在確保農(nóng)產(chǎn)品信息上鏈之后，主體各方都能實時獲取到各個階段的真實信息，而且避免人為篡改農(nóng)產(chǎn)品信息。根據(jù)分布式存儲信息可以便捷地追溯農(nóng)產(chǎn)品各個階段的信息，避免了孤立數(shù)據(jù)點的缺失。分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)為大宗農(nóng)產(chǎn)業(yè)追根溯源帶來了新的應(yīng)對方式，為農(nóng)產(chǎn)業(yè)各個關(guān)鍵階段帶來了更為豐富的信息數(shù)據(jù)。基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)溯源體系去中心化的特性，有機融合了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、全球定位以及智能監(jiān)控等新興技術(shù)，實現(xiàn)了鏈上數(shù)據(jù)真實有效、實時獲取，在核心上強化了農(nóng)產(chǎn)品溯源的信任性，保障了消費者的知情權(quán)，也凸顯了品牌農(nóng)產(chǎn)品價值的技術(shù)支撐。

分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以實時實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、流通、營銷等各階段信息上鏈，農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)可借助網(wǎng)絡(luò)身份認證技術(shù)，實現(xiàn)溯源系統(tǒng)中產(chǎn)品信息的安全認證，實現(xiàn)全鏈信息的記錄。溯源系統(tǒng)中的農(nóng)產(chǎn)品信息還包含生產(chǎn)日期、銷售日期以及來源分布。消費者可有效獲取農(nóng)產(chǎn)品種產(chǎn)銷的完整信息，確保購買到真實產(chǎn)地的農(nóng)產(chǎn)品，實現(xiàn)放心消費。

3 基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源模型

基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的特性，設(shè)計了農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)模型及架構(gòu)。

3.1 溯源系統(tǒng)設(shè)計思想與實時追溯機制

3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計思想

如果在同一數(shù)據(jù)表中存儲所有階段的數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致越來越多的階段性數(shù)據(jù)內(nèi)容累加到現(xiàn)有數(shù)據(jù)表中，數(shù)據(jù)量會集聚增大，數(shù)據(jù)內(nèi)容更為龐雜，不同階段的參與者在同一溯源體系中的信息私密性會降低。所以，該溯源系統(tǒng)采用雙分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和側(cè)鏈模式，在此基礎(chǔ)上，借助超級記錄表的通道思想，優(yōu)化存儲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)一階段一張表的設(shè)計理念。將各階段信息封裝后，存儲在不同數(shù)據(jù)表中，做好后期進行溯源的基礎(chǔ)性工作，在確保信息安全的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的扁平化處理，且可溯源。

3.1.2 動態(tài)追溯機制

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈各階段相對關(guān)系并不惟一，有時先后順序會有變動。溯源系統(tǒng)要有效捕捉農(nóng)產(chǎn)品流通、加工不同階段的信息，進而組合為系統(tǒng)的流動鏈條，即全程追蹤。系統(tǒng)按照模塊化、流程化的設(shè)計理念，將不同階段的農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行封裝，并在后續(xù)階段進行調(diào)取和利用，促進農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的延鏈、補鏈、強鏈，使溯源系統(tǒng)可以增強不同場景的適用性，實現(xiàn)實時追溯。

3.2 溯源模型

為強化溯源系統(tǒng)的靈活性和適用性，借助一階段一張表的理念和實時追溯機制，設(shè)計出基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)模型。農(nóng)產(chǎn)品不同階段信息均封裝為獨立模塊，后臺調(diào)用程序和具有該階段數(shù)據(jù)表維護權(quán)限的節(jié)點協(xié)同處理該階段事務(wù)請求，階段模塊與模塊調(diào)度程序協(xié)同運行，階段模塊間接通信服務(wù)模塊。溯源系統(tǒng)的核心區(qū)域是管理協(xié)調(diào)各環(huán)節(jié)的模塊，可應(yīng)對消費者與監(jiān)管者的信息查詢指令，靈活組合各個階段，實現(xiàn)實時溯源。

4 基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系設(shè)計

4.1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)下農(nóng)產(chǎn)品溯源體系框架的建立

建立基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，有利于對農(nóng)產(chǎn)品安全、可靠的管理。按照數(shù)據(jù)存儲層、網(wǎng)絡(luò)通信層、應(yīng)用層這一分布式存儲技術(shù)層次模型建立的溯源系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通信層與數(shù)據(jù)存儲層各自功能相對獨立，又互有關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)存儲層主要負責(zé)記錄農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、物流、營銷等全生命周期的數(shù)據(jù)，存儲各節(jié)點的交換信息，一旦數(shù)據(jù)上鏈，就無法修改。數(shù)據(jù)層對農(nóng)產(chǎn)品信息的頭部信息和塊體信息進行存儲，哈希算法校驗后，加入時間戳記，在數(shù)據(jù)鏈中記錄信息。去中心化以及防篡改的特性確保全網(wǎng)絡(luò)參與節(jié)點實時更新，如果有人為因素篡改數(shù)據(jù)，就會被清除出該節(jié)點。溯源系統(tǒng)監(jiān)管部門和農(nóng)產(chǎn)品各鏈環(huán)機構(gòu)共同承擔(dān)數(shù)據(jù)校驗和認證作用，可實現(xiàn)標準化、規(guī)范化審驗農(nóng)產(chǎn)品信息。應(yīng)用層通過網(wǎng)絡(luò)平臺面向公眾提供查詢服務(wù)，生產(chǎn)者、物流運營方、消費者和政府部門在應(yīng)用層輸入交換數(shù)據(jù)，應(yīng)用層將數(shù)據(jù)傳遞到網(wǎng)絡(luò)層提供溯源查詢。在基于分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)打造的溯源模型中，分布式網(wǎng)絡(luò)與共識認證的鼓勵措施，以及哈希加密算法和時間戳記的加持，為農(nóng)產(chǎn)品溯源提供了真實、可靠的技術(shù)保障。

4.2 數(shù)據(jù)錄入模塊

在記錄農(nóng)產(chǎn)品信息的過程中，數(shù)字化信息代表了全網(wǎng)鏈中的農(nóng)產(chǎn)品，信息節(jié)點維護方借助參數(shù)指標和身份認證開放授權(quán)節(jié)點權(quán)限，確保信息修改的有效和可靠。嚴密跟蹤產(chǎn)品信息，防范溯源路徑的篡改。借助私鑰，擁有權(quán)限的節(jié)點進入?yún)^(qū)塊鏈，通過可視化界面維護數(shù)據(jù)。維護的數(shù)據(jù)涉及農(nóng)產(chǎn)品編號、商家信息、產(chǎn)品型號、產(chǎn)地信息、生產(chǎn)日期、流通渠道以及相關(guān)標準等，錄入完畢后，系統(tǒng)自動校驗數(shù)據(jù)是否合乎標準，通過校驗后在后續(xù)流程作為具備權(quán)限的生產(chǎn)商節(jié)點與后續(xù)環(huán)節(jié)進行交換。此過程需要非對稱Encryption技術(shù)進行數(shù)碼簽名，確保信息節(jié)點的隱秘性。在各節(jié)點對全網(wǎng)進行廣播后，加蓋時間戳記后的前一階段交換信息存儲在區(qū)塊中。各個參與節(jié)點競相在下一個責(zé)任方記錄農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，這種機制保證了農(nóng)產(chǎn)品鏈路信息的真實性。在不同階段記載產(chǎn)品信息時，可依照記載的身份ID數(shù)據(jù)表來標識其確切身份，在溯源系統(tǒng)中這是重要環(huán)節(jié)，這樣在整個鏈路中可以全息體現(xiàn)產(chǎn)品在不同階段的形狀，并為消費者實時展示。

4.3 數(shù)據(jù)查詢模塊

農(nóng)產(chǎn)品進入銷售環(huán)節(jié)后，零售商向消費者出售產(chǎn)品，需要在溯源系統(tǒng)中錄入產(chǎn)品交易碼。因為區(qū)塊體系中嵌有上個區(qū)塊的哈希校驗值，所以可以借助此值追溯上一階段的農(nóng)產(chǎn)品信息，直至產(chǎn)品源頭。農(nóng)產(chǎn)品溯源要確保在以下階段可以掌控數(shù)據(jù)：生產(chǎn)階段、加工階段、物流運輸階段、零售階段和消費階段。

借助農(nóng)產(chǎn)品溯源查詢功能，每個農(nóng)產(chǎn)品都在不同階段進行數(shù)碼簽名和時間戳記認證。在電子文檔中，涵蓋了特定產(chǎn)品的交易編號、生產(chǎn)日期戳記、出廠時間戳記、產(chǎn)品類型等。在流通階段，用戶可以通過獲得權(quán)限后錄入私鑰，借助平臺獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。不僅如此，農(nóng)產(chǎn)品的源頭牧場、農(nóng)場、園區(qū)的原始環(huán)境等信息都涵蓋于區(qū)塊鏈中，一旦有食品安全事件發(fā)生，可以通過一定權(quán)限獲取原始記錄中記載的相關(guān)環(huán)境信息。

4.4 系統(tǒng)環(huán)節(jié)應(yīng)用

在追溯系統(tǒng)的生產(chǎn)階段，主要節(jié)點指生產(chǎn)商。其要對不同的農(nóng)產(chǎn)品進行分類編碼生成產(chǎn)品檔案，然后在系統(tǒng)中記載生產(chǎn)信息、加工信息、質(zhì)量問題和出售數(shù)據(jù)等。這一階段的原料通過轉(zhuǎn)化形成經(jīng)過包裝的新產(chǎn)品。物流換機通過運輸公司及代理商的追溯調(diào)閱系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品實際配送區(qū)域、線路進行掌握，所以物流商要記錄農(nóng)產(chǎn)品的配送方式、配送環(huán)境等。銷售階段主要記載直銷、分銷以及零售情況，產(chǎn)品出售后，消費者可以借助產(chǎn)品二維碼直觀明了地了解產(chǎn)品的整個全鏈環(huán)流通過程。