區(qū)塊鏈技術(shù)在食品溯源領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

馮 盼，劉文粘

（鄭州科技學院信息工程學院，河南 鄭州 450064）

全球化的食品生產(chǎn)現(xiàn)狀使消費者更加關(guān)注食品的安全性以及供應鏈的可追溯性，而實現(xiàn)食品供應鏈的可追溯可以保證食品的安全質(zhì)量并提高人們的消費信心。區(qū)塊鏈技術(shù)因其不可篡改的特點，為基于區(qū)塊鏈的各種應用提供了目前最為可靠的安全性和可信度[1]。近年來，在食品安全領(lǐng)域，將區(qū)塊鏈技術(shù)與供應鏈管理結(jié)合已經(jīng)成為一種新的趨勢。

1 食品供應鏈溯源概述

食品可追溯性的定義在國際上尚未統(tǒng)一，歐盟與國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）將可追溯性描述為在生產(chǎn)、加工及銷售的各個環(huán)節(jié)中對食品、飼料、食用性禽畜以及可能成為食品或飼料組成成分的所有物質(zhì)的追溯或追蹤能力[2]。本文將食品可追溯性定義為食品在供應鏈的任一環(huán)節(jié)中，能夠隨時追蹤其狀態(tài)及運轉(zhuǎn)情況的能力。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈是結(jié)合密碼學技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及共識機制形成的一個分布式賬本，比特幣（Bitcoin）、以太坊（Ethereum）、超級賬本（Hyperledger）是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的三大主流平臺。本文參照文獻[3-5]，對比了三大主流平臺（表1）。

表1 區(qū)塊鏈平臺對比表

3 區(qū)塊鏈與食品溯源

區(qū)塊鏈技術(shù)的特性能很好地滿足食品溯源領(lǐng)域?qū)溨行畔⒄鎸嵭院妥匪菪缘囊?。孫志國等[6]指出，食品安全溯源體系引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)將帶來革命性的改變，可低成本、高效率地解決食品安全領(lǐng)域存在的信任難題；CREYDT 等[7]指出，將區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合可以徹底改變食品工業(yè)。

3.1 研究現(xiàn)狀

區(qū)塊鏈在食品溯源領(lǐng)域還屬于起步階段，目前相關(guān)研究主要集中于從底層架構(gòu)上對整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)進行重新設(shè)計、利用現(xiàn)有主流區(qū)塊鏈架構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的安全性兩方面。

3.1.1 設(shè)計系統(tǒng)方面

TIAN[8]在2016 年首次提出將區(qū)塊鏈與RFID 技術(shù)相結(jié)合用于農(nóng)產(chǎn)品供應鏈溯源；2020 年，劉宗妹[9]在Fabric 平臺上使用Go 語言開發(fā)鏈碼，初步建立了一個食品溯源查詢系統(tǒng)。KIM 等[10]分析了將溯源數(shù)據(jù)聚集至一個公共鏈的優(yōu)勢與不足，優(yōu)勢在于公共鏈能為消費者提供最大的透明度，但也因此泄漏了供應鏈中不同組織的商業(yè)隱私。針對這一矛盾，XU 等[11]提出Off-Chain 和On-Chain 相結(jié)合的數(shù)據(jù)管理架構(gòu)，并利用該架構(gòu)使用區(qū)塊鏈技術(shù)建設(shè)了一個可追溯系統(tǒng)[12]。食品生產(chǎn)過程中涉及環(huán)節(jié)眾多，數(shù)據(jù)量大，考慮到商業(yè)隱私與系統(tǒng)性能，在設(shè)計系統(tǒng)時使用雙鏈的數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)更合適。

3.1.2 優(yōu)化系統(tǒng)方面

2018 年，MONDAL 等[13]使用基于對象證明的身份驗證協(xié)議，通過在物理層集成傳感器以及在網(wǎng)絡(luò)層集成區(qū)塊鏈技術(shù)，提高食品供應鏈溯源的安全性；2019 年，李明佳等[14]從溯源體系頂層架構(gòu)出發(fā)，指出了區(qū)塊鏈技術(shù)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層與通信層的技術(shù)落腳點。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)應用建議

3.2.1 區(qū)塊鏈平臺的選擇

在Ethereum 和Hyperledger 兩個區(qū)塊鏈平臺上均可以實現(xiàn)食品溯源應用的開發(fā)[9-10,15]。在網(wǎng)絡(luò)延遲和CPU 負載方面，Hyperledger 相比于Ethereum 有更好的性能，但Ethereum 具有更高的靈活性和可靠性。因此在選擇區(qū)塊鏈平臺時，應考慮屬性與能力，選擇更契合的平臺。

3.2.2 區(qū)塊鏈平臺評價標準

現(xiàn)有的相關(guān)研究多集中于系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化，有部分文獻在區(qū)塊鏈平臺上對所設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)進行了深入研究，文獻均聲稱實現(xiàn)了食品的可追溯性，但尚未有文獻對所設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)可追溯性的質(zhì)量進行明確說明。筆者認為，研究學者將焦點集中于區(qū)塊鏈技術(shù)為溯源系統(tǒng)帶來安全性的同時，應該考慮到所設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)可追溯性的質(zhì)量。對此，分別從系統(tǒng)性能和追溯質(zhì)量方面提出了一些評價標準，如表2 所示。

表2 追溯系統(tǒng)評價標準表

3.2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)的安全性保障

現(xiàn)有文獻中，學者們在設(shè)計系統(tǒng)時因為區(qū)塊鏈技術(shù)固有的安全性，便默認所設(shè)計的系統(tǒng)也是安全的，這一想法有失偏頗。實際上，在整個溯源系統(tǒng)架構(gòu)中，除了區(qū)塊鏈涉及的部分之外，仍然需要依靠諸如RFID標簽、傳感器等諸多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來掃描跟蹤食品的狀態(tài)數(shù)據(jù)。因此，若不能保證傳感器以及傳感器與區(qū)塊鏈之間通信網(wǎng)絡(luò)的安全性，數(shù)據(jù)在上傳區(qū)塊鏈的過程中便可能被篡改，導致數(shù)據(jù)不可靠。因此，在設(shè)計基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品溯源系統(tǒng)時，應對所設(shè)計架構(gòu)的安全性進行全面分析，對存在安全隱患的部分設(shè)置相應的防御措施，如對RFID 讀寫器與標簽之間的通信進行加密等，而實際需采取的措施還應根據(jù)具體的系統(tǒng)架構(gòu)來決定。

4 結(jié)論

本文總結(jié)分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在食品溯源領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并基于研究現(xiàn)狀提出了區(qū)塊鏈技術(shù)應用的相關(guān)建議，以期為相關(guān)研究提供啟發(fā)與借鑒。