基于區(qū)塊鏈的食品安全溯源技術(shù)研究

食品安全問題是我國食品生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局的重點(diǎn)關(guān)注問題，根據(jù)相關(guān)單位反饋的數(shù)據(jù)可知，近年來由于食品安全造成的市場(chǎng)公共事件正呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)，瘦肉精、大米鎘超標(biāo)等事件的發(fā)生，使國家食品安全誠信工作陷入了危機(jī)[1]。為解決此方面問題，給消費(fèi)者提供全面的安全保障，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中相關(guān)信息的透明化處理，食品生產(chǎn)單位開發(fā)了針對(duì)食品生產(chǎn)信息的有效追溯方案[2]。現(xiàn)有的追溯方案在實(shí)際應(yīng)用中的不足開始顯露，包括終端用戶可檢索或可追溯的數(shù)據(jù)大多為生產(chǎn)過程中的靜態(tài)數(shù)據(jù)，無法滿足在供應(yīng)鏈上的溯源共享需求，甚至?xí)嬖谛畔⒃诹魍ㄖ谐霈F(xiàn)丟失等方面的問題[3]。本文在此次研究中，嘗試將區(qū)塊鏈技術(shù)作為核心技術(shù)，利用此項(xiàng)技術(shù)的去中心化優(yōu)勢(shì)，開展食品安全追溯方法的設(shè)計(jì)。

1 基于區(qū)塊鏈的食品安全生產(chǎn)信息去中心化處理

為實(shí)現(xiàn)對(duì)食品安全生產(chǎn)信息的有效追溯，在本研究中，引進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)，通過對(duì)食品信息庫的溯源化，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息去中心化處理，以此保證生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)信息具有可追溯性[4]。在此過程中，將食品安全生產(chǎn)信息錄入集成區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)在錄入后區(qū)塊鏈技術(shù)將主動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描與分解，將一個(gè)完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)劃分為由“數(shù)據(jù)頭+數(shù)據(jù)塊”構(gòu)成的數(shù)據(jù)。此過程如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的錄入數(shù)據(jù)分解處理圖

按照?qǐng)D1所示的方式，將數(shù)據(jù)劃分成由若干個(gè)數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，此時(shí)數(shù)據(jù)的中心值以離散化狀態(tài)分布在空間中，通過此種方式，可避免數(shù)據(jù)在流通過程中出現(xiàn)丟失、被篡改等方面的問題。

在此標(biāo)記處，將數(shù)據(jù)按照只讀標(biāo)準(zhǔn)錄入操作終端分布式賬本中，使用區(qū)塊鏈技術(shù)中的智能合約，進(jìn)行賬本數(shù)據(jù)的只讀設(shè)計(jì)[5]?？稍诖诉^程中，將操作終端分布式賬本作為一個(gè)集成Key-Value的狀態(tài)庫，錄入的數(shù)據(jù)只能通過追加的方式寫入，在沒有終端指定指令的條件下，賬本數(shù)據(jù)是不可發(fā)生更改的。將操作終端分布式賬本與生產(chǎn)過程建立連接關(guān)系，使用Oracle進(jìn)行默認(rèn)值的更新，此過程的計(jì)算公式為

式中：D表示食品安全生產(chǎn)信息更新處理；T表示信息更新頻率；C表示數(shù)據(jù)追加方法；α表示數(shù)據(jù)分解維度；N表示數(shù)據(jù)分解次數(shù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的更新，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作終端分布式賬本中食品安全生產(chǎn)信息的不斷錄入，錄入時(shí)按照上述步驟進(jìn)行信息處理，以此種方式完成基于區(qū)塊鏈的食品安全生產(chǎn)信息去中心化處理。

2 食品安全信息標(biāo)識(shí)與編碼

引進(jìn)二維碼技術(shù)，可進(jìn)行食品安全生產(chǎn)信息的標(biāo)識(shí)處理。在此過程中，將生產(chǎn)作業(yè)終端中的以太網(wǎng)環(huán)境作為支撐，在終端App上建立食品信息數(shù)據(jù)中心，終端每反饋一個(gè)生產(chǎn)行為，對(duì)應(yīng)的前端都將進(jìn)行一次生產(chǎn)行為的拍照與掃描，掃描的信息將作為食品生產(chǎn)過程中的信息[6]。使用空間定位技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)信息生成所在的空間位置進(jìn)行定位，匹配掃描信息與生產(chǎn)空間位置信息，將其作為信息標(biāo)識(shí)的主要內(nèi)容。此過程計(jì)算公式為

式中：S表示信息標(biāo)識(shí)內(nèi)容；B表示掃描信息；i表示掃描次數(shù)；j表示空間位置定位信息。完成對(duì)食品安全生產(chǎn)信息的標(biāo)識(shí)處理后，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝處理，將訂單信息、產(chǎn)品信息、作業(yè)環(huán)節(jié)信息按照輸出的順序進(jìn)行打包[7]。打包后的信息將在終端通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上傳，此過程計(jì)算公式為

式中：X表示封裝信息的上傳處理；u表示訂單信息；n表示產(chǎn)品信息；k表示作業(yè)環(huán)節(jié)信息；p表示數(shù)據(jù)打包方式。此部分信息將作為業(yè)務(wù)信息被存儲(chǔ)在指定的區(qū)塊地址中。在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)編碼技術(shù)，選擇商品及其規(guī)格屬性信息，開啟信息定位服務(wù)，對(duì)單品信息進(jìn)行掃描，根據(jù)掃描的順序，進(jìn)行產(chǎn)品可追溯信息的編碼，此過程計(jì)算公式為

式中：d表示可追溯信息的編碼處理；L表示可追溯信息長度；s表示信息屬性；h表示可追溯信息空間分布密度。

3 食品安全數(shù)據(jù)追溯與召回信息展示

將智能合約作為支撐，在客戶端程序上進(jìn)行追溯指令與交易的請(qǐng)求，當(dāng)前端完成對(duì)追溯請(qǐng)求的響應(yīng)后，程序?qū)⒆詣?dòng)彈窗，提示用戶進(jìn)行個(gè)人購買食品的簽名。此過程計(jì)算公式為

式中：E表示個(gè)人購買食品的簽名設(shè)置；x表示追溯指令請(qǐng)求發(fā)送；γ表示智能合約；ε表示彈窗程序。終端將根據(jù)用戶輸入的關(guān)鍵詞，為客戶端提供追溯服務(wù)項(xiàng)目，用戶可以根據(jù)其個(gè)人查詢與檢索需求，進(jìn)行追溯碼的查詢。查詢后的信息將在終端平臺(tái)上通過指定的路徑上傳，此過程計(jì)算公式為

式中：M表示追溯信息上傳路徑；V表示用戶輸入的關(guān)鍵詞；E表示單品貼標(biāo)數(shù)據(jù)；G表示有效交互路徑；ψ表示QR標(biāo)簽；χ表示追溯碼。展示界面生成后，食品的動(dòng)態(tài)化生產(chǎn)方式、溯源過程、企業(yè)注冊(cè)信息將通過注冊(cè)模塊進(jìn)行上傳，客戶端可以根據(jù)其個(gè)人需求，對(duì)不同信息進(jìn)行查詢、下載與檢索。以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品安全數(shù)據(jù)追溯與召回信息展示。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為確保方法的可行性，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以地區(qū)內(nèi)某大型食品生產(chǎn)工廠作為測(cè)試單位，此工廠在2021年便開始使用機(jī)械化技術(shù)輔助食品生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)已實(shí)現(xiàn)了通過數(shù)字化的方式進(jìn)行存儲(chǔ)與終端錄入。

實(shí)驗(yàn)前，根據(jù)本文提出方法的實(shí)際應(yīng)用需求，在數(shù)字化生產(chǎn)作業(yè)終端搭建可視化實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)環(huán)境技術(shù)參數(shù)為終端支撐平臺(tái)Visual Studio；信息編程使用Java語言；生產(chǎn)信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫為SQL Server；終端操作環(huán)境為Linux/Windows；有效運(yùn)行內(nèi)存為16 GB、外設(shè)硬盤信息存儲(chǔ)容量800 GB；追溯信息展示瀏覽器為IE8++、Firefox、Chrome等（支持多種瀏覽器在線追溯）。

工作人員需要通過瀏覽器登錄食品生產(chǎn)工作的官方賬號(hào)，在登錄界面輸入個(gè)人信息。完成對(duì)信息的錄入后，點(diǎn)擊界面查詢功能按鍵，此時(shí)終端將自動(dòng)進(jìn)行此產(chǎn)品生產(chǎn)信息編碼或標(biāo)識(shí)碼的跳轉(zhuǎn)。

將基于WebShell檢測(cè)技術(shù)的食品安全生產(chǎn)信息追溯方法作為傳統(tǒng)方法，按照相同的方法，將其部署在食品生產(chǎn)廠的可視化測(cè)試環(huán)境中。使用兩種方法對(duì)食品生產(chǎn)廠內(nèi)不同批次的生產(chǎn)食品信息進(jìn)行追溯，將追溯信息展示的完整度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成表格，如表1所示。由表1可知，本文設(shè)計(jì)的方法可以在實(shí)現(xiàn)對(duì)食品安全生產(chǎn)信息有效追溯的基礎(chǔ)上，提高追溯信息的完整度。

表1 追溯信息展示完整度對(duì)比結(jié)果表

5 結(jié)語

總結(jié)現(xiàn)有工作在實(shí)施中的問題，發(fā)現(xiàn)我國現(xiàn)階段食品衛(wèi)生安全監(jiān)督工作中的追溯工作存在“治標(biāo)不治本”的現(xiàn)象，為解決此方面問題，本文開展了此次研究，并在完成研究后，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了方法的可靠性。相關(guān)食品安全的話題一直是我國相關(guān)單位的研究與關(guān)注重點(diǎn)，也是一項(xiàng)關(guān)系民生的話題，要實(shí)現(xiàn)對(duì)此項(xiàng)工作在實(shí)施中的進(jìn)一步優(yōu)化，還應(yīng)在后續(xù)的研究中，進(jìn)行本文設(shè)計(jì)方法的深化，以此種方式，實(shí)現(xiàn)為社會(huì)公共群體提供一個(gè)安全、可靠、透明的消費(fèi)與食品購買環(huán)境。