基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全高效追溯體系分析

羅靜

摘要：隨著社會的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對食品安全的重視程度越來越高，怎樣才能讓廣大國民吃得更安全，已然成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)急需研究的重點(diǎn)議題。該文主要分析了以聯(lián)盟區(qū)塊鏈為依托的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全高效追溯體系構(gòu)建方法。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品;質(zhì)量安全;追溯體系;區(qū)塊鏈

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）06-0272-02

自中華人民共和國成立以來，我國國民對于生活質(zhì)量的需求逐漸由吃得飽轉(zhuǎn)變?yōu)槌缘煤?，再轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在吃得安全，這也給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營帶來了更大的挑戰(zhàn)。如何才能實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸以及銷售等多個環(huán)節(jié)的有效融合，形成對農(nóng)產(chǎn)品的全面追蹤，使人們吃得放心、吃得健康，值得我們深思。

1農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯需求分析

所謂農(nóng)產(chǎn)品可追溯，是對農(nóng)產(chǎn)品自生產(chǎn)開始直至消費(fèi)結(jié)束中各階段質(zhì)量安全所進(jìn)行的追蹤。作為關(guān)乎民生的重點(diǎn)問題，農(nóng)產(chǎn)品安全一直受到社會各界的普遍關(guān)注，構(gòu)建起具有良好高效性，同時可信程度更高的質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，屬于目前優(yōu)化食品安全，確保國民身體健康的重要基礎(chǔ)。國內(nèi)外專家對農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的研究一直在進(jìn)行當(dāng)中，而隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展，使農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全追蹤逐漸步入新的時代，通過對物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、云存儲以及信息采集等高新技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的優(yōu)化與改進(jìn)。然而，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息記錄存在以下兩個方面的問題：1）區(qū)塊鏈共識算法會引發(fā)記錄速度方面的問題。雖然所有人都能實(shí)現(xiàn)對比特幣區(qū)塊鏈的自由使用，不過每秒僅能寫入七筆是其最大的極限;2）參與節(jié)點(diǎn)數(shù)在界限性方面的問題。即便是用于商業(yè)用途的區(qū)塊鏈，在參與節(jié)點(diǎn)數(shù)量大于幾十個的時候，其性能也會出現(xiàn)嚴(yán)重惡化。

2農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)設(shè)計

2.1DSAI系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯過程中安全存儲以及大數(shù)據(jù)存儲等方面問題的有效解決，提出一種以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的農(nóng)產(chǎn)品信息存儲方案（英文縮寫為DSAI），此方案通過對去中心化星際文件系統(tǒng)（IPFS）的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對存儲問題的有效解決。

2.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)具有良好的可行性與整體性，需要為系統(tǒng)整體配置包括采集層、應(yīng)用層以及存儲層三大模塊。其中，采集層主要包括各類物聯(lián)網(wǎng)的傳感器模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時收集，繼而向節(jié)點(diǎn)服務(wù)器進(jìn)行上傳。隨后，通過服務(wù)器使其被寫入數(shù)據(jù)存儲層內(nèi)的分布式存儲系統(tǒng)以及區(qū)塊鏈當(dāng)中。最后，應(yīng)用層與以數(shù)據(jù)系統(tǒng)服務(wù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用程序之間進(jìn)行相關(guān)聯(lián)。

2.1.2信息采集

該模塊構(gòu)成主要包括GPS模塊、GPRS模塊以及溫濕度傳感器，能夠依據(jù)溫度及濕度所呈現(xiàn)的變化對農(nóng)產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，并由GPS模塊開展農(nóng)產(chǎn)品定位以及信息采集節(jié)點(diǎn)的劃分。由傳感器經(jīng)過傳輸?shù)臄?shù)據(jù)則用于對農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲過程的質(zhì)量檢測，如果發(fā)現(xiàn)其中包含不符合要求的情況，將無法加以存儲、運(yùn)輸以及銷售。

2.1.3數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲層當(dāng)中，將數(shù)據(jù)存儲在以區(qū)塊鏈與分布式存儲為基礎(chǔ)的系統(tǒng)當(dāng)中，而基于區(qū)塊鏈對于傳感器大數(shù)據(jù)在實(shí)際輸入和輸出效率方面的考量，系統(tǒng)需要對節(jié)點(diǎn)服務(wù)器所獲取的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自動封裝，并向存儲系統(tǒng)上傳，從而緩解區(qū)塊鏈在大數(shù)據(jù)存儲方面的壓力。事務(wù)屬于數(shù)據(jù)存儲的主要載體，因此可以說向區(qū)塊鏈進(jìn)行存儲的數(shù)據(jù)是以一系列事務(wù)所構(gòu)成的，然而由于區(qū)塊鏈自身無法實(shí)現(xiàn)對事務(wù)結(jié)構(gòu)的判斷，所以要針對數(shù)據(jù)表示進(jìn)行自定義處理，以借助于數(shù)據(jù)標(biāo)識實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查詢。先要在全網(wǎng)范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)標(biāo)識進(jìn)行公布，隨后于區(qū)塊鏈的共識階段對共識機(jī)制進(jìn)行設(shè)置，與虛假貨幣之間具有一定區(qū)別，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯在數(shù)據(jù)方面具有較強(qiáng)的多元性，這也就造成無法簡單地通過工作量證明或者權(quán)益證明實(shí)現(xiàn)共識。系統(tǒng)結(jié)合拜占庭容錯算法以實(shí)現(xiàn)共識，繼而獲得過半的全節(jié)點(diǎn)共識，從而實(shí)現(xiàn)對區(qū)塊鏈向交易的寫入。

2.1.4應(yīng)用層

系統(tǒng)應(yīng)用層中主要包括對農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)信息數(shù)據(jù)的處理、追溯客戶端構(gòu)建、系統(tǒng)中各層間交互。針對農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)的各項信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠充分了解農(nóng)產(chǎn)品處于供應(yīng)鏈整體中容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，從而便于采用更具針對性的措施縮減損害。利用對追溯客戶端的構(gòu)建，能夠在最大限度上實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品所采取的大眾監(jiān)視度。對于追溯過程整體的構(gòu)建，需要在系統(tǒng)各層間通過交互形式完成，系統(tǒng)算法對于農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的精確處理效果，將會直接決定系統(tǒng)最終所呈現(xiàn)的效率。

2.2平臺建設(shè)

2.2.1關(guān)鍵控制點(diǎn)

出于農(nóng)產(chǎn)品目前所普遍出現(xiàn)的質(zhì)量問題以及安全危害，應(yīng)用FMECA（即故障模型效應(yīng)以及關(guān)鍵分析1方法，對農(nóng)產(chǎn)品全過程追溯中的每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制點(diǎn)以及控制指標(biāo)進(jìn)行篩選，繼而為農(nóng)產(chǎn)品全過程追溯的最終實(shí)現(xiàn)形成良好支撐。通過FMECA方法對農(nóng)產(chǎn)品追溯過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行分析的過程中，需要就故障模式、影響（FMEA）以及危害性（CA）角度進(jìn)行具體分析，結(jié)合追溯鏈中故障模式的實(shí)際嚴(yán)重程度、影響、危害性以及概率等級，對實(shí)用數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和分析以確認(rèn)最終的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

2.2.2追溯機(jī)制

通過對我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理相關(guān)法律法規(guī)以及編碼規(guī)范的研究，利用信息分類法針對以時空編碼為基礎(chǔ)的追溯編碼進(jìn)行研究。針對追溯編碼進(jìn)行設(shè)計研究，融合農(nóng)產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)結(jié)束的時間、生產(chǎn)地點(diǎn)坐標(biāo)和產(chǎn)品線數(shù)量，合成一個具有唯一性并且可以實(shí)現(xiàn)有效標(biāo)識的時空追溯碼?？梢詫⒋舜a當(dāng)作主鍵并存儲到數(shù)據(jù)庫，同時對產(chǎn)地、加工、消費(fèi)以及流動等諸多環(huán)節(jié)的各類信息進(jìn)行保存?？梢詰?yīng)用EAN/UCC-128編碼技術(shù)以及失控編碼，以確認(rèn)編碼方式。

2.2.3身份認(rèn)證

利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)所具備的授時定位功能，針對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸以及銷售各方開展授權(quán)認(rèn)證處理，確保平臺當(dāng)中各個參與主體信息的真實(shí)性與可靠性。對流通過程的各個環(huán)節(jié)要進(jìn)行多次認(rèn)證，繼而事前防范農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量方面所出現(xiàn)的安全事故。在事故出現(xiàn)之后，能夠?qū)σl(fā)事故的原因進(jìn)行快速定位，同時對同一批次的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行緊急召回。

2.2.4平臺構(gòu)建

結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的整體框架以及相關(guān)規(guī)范，對其相應(yīng)時空追溯碼加以整合，采取B/S架構(gòu)以及Java語言，同時應(yīng)用SSH框架，構(gòu)建起同時面對農(nóng)產(chǎn)品種植、生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)、監(jiān)管部門以及第三方質(zhì)量檢驗(yàn)部門的多方平臺。

3農(nóng)產(chǎn)品追溯視域下聯(lián)盟區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)間的融合

就農(nóng)產(chǎn)品追蹤相關(guān)問題來說，對區(qū)塊鏈的應(yīng)用目前仍然需要面對物聯(lián)網(wǎng)傳感器中數(shù)據(jù)量較傳動區(qū)塊鏈更大的問題，因此區(qū)塊與交易生產(chǎn)速度相對較差，很難實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)追蹤的供給，應(yīng)該說區(qū)塊鏈屬于一類具有局限性的資源。所以，在對區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行融合的過程中，需要對存儲方案進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的支持，并且不應(yīng)該對網(wǎng)絡(luò)以及存儲資源形成浪費(fèi)。為了確保區(qū)塊鏈存儲系統(tǒng)能夠順利進(jìn)行，應(yīng)該使單筆交易變得足夠小，繼而實(shí)現(xiàn)一定程度上的區(qū)塊擴(kuò)容。

先要利用各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)針對傳感器數(shù)據(jù)加以收集，并將其存人到鏈下存儲系統(tǒng)當(dāng)中，通過對IPFS的應(yīng)用，在存儲系統(tǒng)中針對數(shù)據(jù)加以過濾處理，利用縮減重復(fù)數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的第一步簡化。在完成數(shù)據(jù)過濾以后，需要將數(shù)據(jù)對象相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行封存（將其看作是一個交易），隨后把交易Hash廣播至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。其具體實(shí)現(xiàn)過程可以呈現(xiàn)為以下算法：

數(shù)據(jù)檢驗(yàn)以及封裝算法

輸入農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息和生成Hash。

輸出如果信息合格，便將Hash存人到區(qū)塊鏈;如果信息不合格，便要重新開始加以信息采集處理。

while階段傳感器數(shù)據(jù)并未完全錄入

do傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測

if傳感器數(shù)據(jù)能夠符合要求

then填人到事務(wù)數(shù)據(jù)集當(dāng)中

else舍棄數(shù)據(jù)，隨后檢查問題，最終進(jìn)行重新錄入

endwhile

有關(guān)提高區(qū)塊鏈交易量的問題主要在于交易速率的提升，利用擴(kuò)容的方式時應(yīng)該充分考量網(wǎng)絡(luò)所具備的承載能力f網(wǎng)絡(luò)寬帶以及存儲容量能夠足夠支撐體量更大的區(qū)塊），如果容量已經(jīng)達(dá)到上限，無法及時對新塊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，有可能會造成數(shù)據(jù)對象狀態(tài)出現(xiàn)改變的情況下，數(shù)據(jù)仍然沒有被寫入到區(qū)塊鏈當(dāng)中，繼而帶來十分嚴(yán)重的交易延遲問題。此外，孤塊率的提高會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不一致性變得更為嚴(yán)重（主要表現(xiàn)為分叉變多），繼而對區(qū)塊鏈實(shí)際安全性能造成影響。

區(qū)塊鏈的可應(yīng)用場景具有較強(qiáng)的多樣性，對交易性能形成影響的主要因素包括區(qū)塊形成間隔、公共節(jié)點(diǎn)數(shù)量、區(qū)塊大小以及孤塊率，所以若想實(shí)現(xiàn)對具有良好安全性、高效性區(qū)塊鏈系統(tǒng)的設(shè)計，需要就以上幾個方面的因素進(jìn)行具體考量。

4結(jié)束語

總而言之，隨著各類現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以聯(lián)盟區(qū)塊鏈為依托的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全高效追溯體系已然成為目前農(nóng)業(yè)行業(yè)的研究重點(diǎn)，值得廣大科研人員投入更多時間和精力對其進(jìn)行更為深入的研究，同時對國外的一些先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)加以借鑒，繼而與我國農(nóng)業(yè)發(fā)展與國民農(nóng)產(chǎn)品需求的整體隋況相結(jié)合，創(chuàng)建出一套更加符合我國國情的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入新的活力。