基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源研究

劉江越,李自臣 ,陳 梅,慕顏如,葉雨薇

(1.烏魯木齊職業(yè)大學(xué),烏魯木齊 830002;2.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州 510000)

0 引言

隨著生活水平的提升,消費(fèi)者對食品安全和質(zhì)量的要求日漸提升,對農(nóng)產(chǎn)品的溯源需求也越來越迫切。傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源方式存在信息不對稱、數(shù)據(jù)不全且易被篡改等問題,難以保證信息的真實性,建立可靠的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源體系乃當(dāng)下大勢所趨。

農(nóng)產(chǎn)品物流指從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)地到消費(fèi)者手中的整個物流過程,涉及生產(chǎn)、加工、質(zhì)檢、運(yùn)輸、銷售等多個環(huán)節(jié),農(nóng)產(chǎn)品物流的管理涉及生產(chǎn)計劃、配送計劃、庫存管理、運(yùn)輸安排、質(zhì)量監(jiān)控等方面。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改、匿名、公開透明等特點(diǎn),基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源逐漸成為一種新型溯源方式。在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源平臺中,每筆交易都會生成一個區(qū)塊,每個區(qū)塊與前一個區(qū)塊相連形成區(qū)塊鏈,這些區(qū)塊記錄了交易的詳細(xì)信息,包括生產(chǎn)、經(jīng)銷、運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)。這些信息一旦寫入?yún)^(qū)塊鏈就無法被篡改,能夠確保溯源數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。

區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品物流溯源中已經(jīng)有了廣泛的實踐和應(yīng)用。以IBM的Food Trust為例,該平臺利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品的可追溯性,提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的可信度。該平臺可追溯農(nóng)產(chǎn)品的種植、加工、運(yùn)輸、銷售等各個環(huán)節(jié),確保了農(nóng)產(chǎn)品從田間地頭到餐桌的全程可控,還可防范假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)入市場,以保障消費(fèi)者的權(quán)益。國內(nèi)也有不少企業(yè)和機(jī)構(gòu)在探索區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品物流溯源中的應(yīng)用,如阿里巴巴推出的“菜鳥智慧物流溯源”平臺、中國郵政推出的“糧食安全碼”等,都是基于區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品的可溯源性,其具體應(yīng)用過程見圖1。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品物流溯源架構(gòu)圖Fig.1 Architecture of agricultural products logistics traceability

基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型,旨在提高農(nóng)產(chǎn)品物流全過程溯源的透明度,提高對農(nóng)產(chǎn)品的溯源能力,使基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源技術(shù)更加成熟和完善,為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供保障。

1 模型構(gòu)建

1.1 模型設(shè)計

1)數(shù)據(jù)采集與處理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型中不可或缺的一部分,通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可實現(xiàn)物流數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲,為后續(xù)溯源提供必要的數(shù)據(jù)支撐。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集物流數(shù)據(jù),對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化清洗及挖掘,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

2)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)搭建。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式賬本技術(shù),其核心思想是利用密碼學(xué)算法保證信息的安全性與不可篡改性,通過去中心化使網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點(diǎn)相互連接并共享數(shù)據(jù),實現(xiàn)信息的去中心化和公開透明?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)搭建去中心化、不可篡改、可信任的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),并將其作為主要的數(shù)據(jù)存儲、管理平臺。

3)智能合約編寫。智能合約技術(shù)可實現(xiàn)程序的自動化操作,提高溯源模型的效率和可靠性。編寫具有自動化執(zhí)行功能的智能合約,以便實現(xiàn)對物流數(shù)據(jù)的自動化管理和操作。

4)數(shù)據(jù)存儲與共享。將采集到的物流數(shù)據(jù)通過智能合約存儲到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中,讓參與方通過數(shù)據(jù)共享機(jī)制在可信任的平臺上共享和查詢數(shù)據(jù),實現(xiàn)物流溯源。

5)溯源查詢及應(yīng)用。讓用戶通過用戶端查詢接口查詢指定農(nóng)產(chǎn)品的物流溯源信息,實現(xiàn)從農(nóng)場到餐桌的全過程溯源,以保障食品安全。

農(nóng)產(chǎn)品流通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架及農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型構(gòu)成詳見圖2、圖3。

圖2 農(nóng)產(chǎn)品流通物聯(lián)網(wǎng)框架Fig.2 Framework of the internet of things of agricultural product circulation

圖3 農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型構(gòu)成Fig.3 Constitute of agricultural products logistics traceability model

1.2 溯源信息查詢方式

在農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型中,消費(fèi)者可通過查詢區(qū)塊鏈上存儲的信息了解農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、銷售等全過程的信息。查詢溯源信息的方式主要有兩種：①掃描二維碼：在農(nóng)產(chǎn)品上印制二維碼,將該二維碼與區(qū)塊鏈中存儲的信息進(jìn)行綁定,消費(fèi)者可通過掃描二維碼查詢其溯源信息。②查詢商品編號：將農(nóng)產(chǎn)品的商品編號輸入指定網(wǎng)站或程序,查詢其溯源信息。

2 模型實驗

構(gòu)建小規(guī)模的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型,模擬農(nóng)產(chǎn)品從種植到銷售的完整流程。采用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集物流數(shù)據(jù),包括種植環(huán)節(jié)的氣象數(shù)據(jù)、采摘環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、包裝環(huán)節(jié)的信息、運(yùn)輸環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)等。區(qū)塊鏈技術(shù),將采集到的物流數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈平臺中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和查詢功能。通過用戶端查詢接口驗證物流數(shù)據(jù)的可靠性,實現(xiàn)食品安全證明、生產(chǎn)信息查詢、批次溯源等功能。

實驗結(jié)果表明,農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)的物流溯源模型具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可靠性高：通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的去中心化存儲與不可篡改,確保數(shù)據(jù)的真實性和可信度。②安全性強(qiáng)：通過智能合約技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動管理,采用訪問控制機(jī)制,保護(hù)數(shù)據(jù)的隱私性和安全性。③透明度好：通過區(qū)塊鏈平臺的信息共享和查詢功能,用戶可以查看完整的物流信息,增強(qiáng)食品安全監(jiān)管的透明度和公正性。④實用性強(qiáng)：在用戶端查詢接口實現(xiàn)食品安全證明查詢、生產(chǎn)信息查詢、批次查詢等功能,提高了用戶的溯源效率?？梢?基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型可提高食品安全監(jiān)管的效率和精度,能夠有效保障消費(fèi)者權(quán)益。

3 模型實驗結(jié)果分析

1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率及可靠性：統(tǒng)計分析區(qū)塊鏈中存儲的數(shù)據(jù)與實際情況的比對結(jié)果,發(fā)現(xiàn)模型的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率超過90%,表明通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性與可靠性。

2)查詢效率及性能：平均查詢響應(yīng)時間小于1 ms,數(shù)據(jù)讀寫速度達(dá)到200次/s。與傳統(tǒng)的溯源技術(shù)相比,基于區(qū)塊鏈技術(shù)的模型擁有更快的查詢響應(yīng)速度與高效的數(shù)據(jù)讀寫能力。

3)安全性及防篡改性：區(qū)塊鏈的去中心化和加密特性使得模型能夠有效抵御惡意攻擊、數(shù)據(jù)篡改等行為,確保數(shù)據(jù)的完整性和可信度,具有較高的安全性和防篡改性。

4)用戶體驗與反饋：通過用戶反饋及調(diào)查等方式了解到,用戶對基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型給予了積極反饋。模型通過交互式的圖表、數(shù)據(jù)可視化工具展示農(nóng)產(chǎn)品的物流路徑、生產(chǎn)環(huán)境信息、質(zhì)量檢測結(jié)果等,向用戶提供更直觀易懂的信息,幫助其更好地了解農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和質(zhì)量保障效果。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率及可靠性、查詢效率及性能、安全性及防篡改性、用戶體驗等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,為進(jìn)一步推動農(nóng)產(chǎn)品溯源領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,提升農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的可溯源性提供了有力支持。

4 結(jié)論與展望

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品物流溯源模型的設(shè)計與實現(xiàn)已經(jīng)取得了一定的成效。通過對實驗結(jié)果的分析,模型能夠有效地實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的全程監(jiān)管,實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費(fèi)者手中全過程的可溯源性,保障了消費(fèi)者的食品安全。同時,模型采用了去中心化的設(shè)計思路,保障了信息的安全性和不可篡改性,增強(qiáng)了農(nóng)產(chǎn)品的信任度。

模型對農(nóng)產(chǎn)品信息的采集、存儲和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)仍需進(jìn)一步優(yōu)化,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。此外,在實際應(yīng)用中,模型的推廣和應(yīng)用仍需進(jìn)一步探索和實踐,以逐步提升模型的可行性和實用性。故提出以下建議和展望：加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)的合作,建立更加完善的農(nóng)產(chǎn)品信息采集、存儲和傳輸體系。進(jìn)一步完善區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品物流溯源中的應(yīng)用,加強(qiáng)信息的安全性和可靠性。加大對模型的實踐和推廣力度,增強(qiáng)其在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域的可行性和實用性。