基于区块链技术的智能合约在现代农业中的应用研究

甄琢 范书国 康爱赢 赵楠 沈阳师范大学

引言

现代农业信息化问题引起了各界的广泛关注。是国家农业信息化战略的重要组成部分，国家政府机构也在这一领域投入了大量精力，通过解析农产品物流，农产品供应链的概念和内涵，明确了农产品供应链及其业务逻辑，指出了目前农产品流通中存在的交易问题，其中包括农产品流通主体合作深度不够，各环节各渠道联系不紧密，相互之间协调度较低，其原因是双方之间的信任问题、过程的安全性问题和没有标准的规范规则，为了发展和完善现代农业物流业，促进农产品流通主体的合作稳定性，使其可以长期建立合作稳定关系，提出了基于区块链技术的智能合约。

1 国内外区块链研究发展情况

区块链技术最早的应用场景是货币和支付手段。区块链和比特币有很深的联系。比特币开始出现在2008 年底，随着比特币的出现，区块链技术开始走入实验室，但是商业化尝试是在2014 年。2015 年，出现了许多与区块链相关的技术。2014 年前后，开始认识到区块链技术的价值，并将其用在数字货币以外的领域，例如分布式域名系统、分布式自治组织、分布式身份认证等。这些应用被称为分布式应用。区块链的典型应用有智能合约、DAPP、虚拟机。

区块链技术与传统技术的最大区别是，区块链是一种分散式信任机制。区块链技术尝试打破中心化信任的垄断和崩塌风险，用去中心的思路尝试构建全新、更加健壮的信任体系。信任是区块链的核心，价值、通证、资产等都是构建在其上的延伸。随着区块链技术的发展，很多部门开始参与到区块链技术的研究中。从比特币、以太坊等公有链项目开源社区，到各种类型的IT 企业及监管机构、金融机构、风险投资基金、区块链创业公司，区块链的发展也逐渐得到发展。

现代农业农产品流通中存在的交易问题，其原因是双方之间的信任问题，为此提出了基于区块链技术的智能合约。

2 区块链相关技术介绍

根据应用场景和设计体系将区块链系统分为公有链、联盟链和专有链。公有链的节点可以任意加入、退出网络和参与区块链上数据的读写，在运行时以拓扑结构互联互通，网络中不存在中心化的服务端节点。联盟链的各个节点有相对应的实体机构，经过授权后才能加入或退出网络。各个实体机构组织组成联盟，他们共同维护区块链的运转。专有链的节点写入权限由内部控制，读取权限可以对外开放。

区块链技术是指通过去中心化和去信任的方式维护数据库的技术。区块链技术是多种技术整合的结果，这些技术包括P2P 文件传输、加密算法等，与数据库结合在一起，形成一种新的数据记录、传递、存储与呈现的方式。区块链技术可以使系统中的任何人参与数据的记录和存储。区块链技术在没有中央控制点的分布式对等网络的情况下，用分布式集体运作的方法，构建了一个P2P 的自组织网络。通过比较复杂的校验机制，区块链数据库能够保持连续性、一致性和完整性，参与的人作假也不能改变区块链的完整性，更不能篡改区块链中的数据。区块链技术涉及的关键点包括：可靠数据库、时间戳、去中心化、去信任、集体维护、非对称加密等。

3 智能合约的设计

制定并生成智能合约：1、首先用户先注册成为区块链的用户，区块链将会给用户一对公钥和私钥。公钥是账户地址，私钥是账户的唯一钥匙。2、用户们根据需要，共同制定了一份合约。合约中包含了用户的权利和义务；合约以电子化的方式记录。用户分别用私钥进行签名，来确保合约的有效性。

传输并存储智能合约：1、交易双方达成合约之后，合约通过P2P在区块链中传输，合约会传输到每个节点。验证节点收到传输的合约后先保存到内存中。2、共识时间到来之后，验证节点把合约打包成一个合约集合Set；并计算该集合Set 的Hash 值；将合约集合Hash 值封装在一个区块结构里，然后广播该区块结构。3、其他验证节点收到该区块结构后，会分解出该结构里合约集合Hash 值，与本验证节点Hash 集合下的Hash 值做比较；发送一份本节点认可的集合给其他节点，通过比较和发送；所有的验证节点在规定的时间内对最新的合约集合达成一致。

智能合约执行：1、智能合约会按时检查自动机，检查每个合约内包含的触发条件、状态机、事务；将满足条件的事务推送到等待验证的队列中，等待共识；未满足触发条件的事务将存放在区块链上。2、进入最新验证的事务，扩散到每个验证节点，验证节点首先进行签名验证，确保有效性；等验证节点达成一致，事务会执行，执行后通知用户。3、事务执行成功后，状态机会判断合约的状态，当合约的所有事务都执行完，状态机会将合约的状态标记为完成，并从最新的区块中移除该合约；反之标记为进行中，保存在新的区块中，将进行下一轮处理。

4 总结与展望

区块链行业整体处于萌芽阶段，智能合约、现代农业也处于这个阶段。智能合约与传统合约本质上都是解决相同问题：以一种方式形成一种合约关系，使得承诺可以执行。只不过它们采用了不同的方法。因为智能合约事前执行，不像传统合约一样，事后执行。多重签名智能合约也是未来的一个趋势，比如基于多重签名的交易合约，部分参与者的私钥就可以使用合约中的资金。甚至于，合约可以更加细化。

在这个蓬勃发展的智能合约领域，尤其是基于区块链的智能合约领域，尽管自动化、高效率和低成本的潜力巨大，但还是有明显的不足。现有区块链技术的一个缺陷就是，智能合约的代码需要向网络内所有参与者尤其是验证者公开。对于很多金融贸易、企业交易来说，这是个巨大的缺陷。因为这就意味着资金投入之后，网络中非参与者可能会了解并积极参与贸易中并给参与者带来麻烦。这同时意味着区块链智能合约的非参与者可以囤积或出售资产，这将损害参与者的利益。

智能合约的发展可能需要经历漫长的道路，对来自截然不同的领域，如经济学、密码学、网络科学、金融学的自动化合约执行来说，共同设计研究合约准则是必经之路。如果缺少交叉沟通，无论是对技术的缺乏还是对商业用途模式意识的缺乏，都将造成智能合约的低效。