区块链技术在食品溯源中的应用研究

范长英

摘 要：可追溯性已成为食品供应链管理中的一个关键要素，尤其是在食品、藥品等安全敏感部门，上游（制造商、生产商等）和下游（分销商、批发商等）供应链成员需要存储和处理与可追溯性相关的信息，以便向国家当局和要求更高的客户提供证明。消费者也对食品溯源寄予厚望。然而，现代食品溯源网络的复杂性及其碎片化阻碍了良好可追溯机制的发展。本文对使用区块链技术解决食品溯源中的相关问题进行应用研究。

关键词：区域链;食品溯源

1.引言

农产品可追溯性在食品溯源的各个阶段捕获、存储和传输有关食品、饲料、食品生产动物或物质的充分信息，随时检查产品的安全性和质量控制、向上追踪和向下追踪。可追溯性系统有三个基本特征：（1）所有成分和产品的单位/批次标识;（2）关于它们何时何地移动和转化的信息;（3）连接数据的系统。

可追溯性被认为是食品行业的一项新质量指标。在食品溯源中存储和处理用于跟踪的敏感案例信息在全世界都是强制性的。可追溯性被视为改善食品安全系统、原材料质量、库存管理的战略工具，也是竞争优势的来源。可追溯性系统帮助企业识别原因和范围，并解决安全或质量控制问题。

2. 物联网与区块链技术

可追溯性驱动的食品溯源管理基于物联网（IoT）等新技术。物联网相关应用程序提供产品的实时信息以及整个生产和分销过程中的污染信息。IoT应用解决了资金限制实际问题，并设计优化食品供应网络。物联网应用程序和相关技术，如射频识别，可以通过实时查询和控制数字化信息来彻底改变行业。

区块链是一项技术进步，通过在分布式环境（如供应链）中提供信任，有可能改变服务。它可以提供从终端消费者到工厂或农场的向后控制，绕过传统的管理机构，确保更快、更安全的交易。例如，支持区块链的应用程序在不损害隐私和安全的情况下，增强了食品供应链网络中不同合作伙伴之间的信息共享。

3. 基于区块链的食品溯源可追溯性框架

尽管采用物联网相关应用带来了巨大的好处，但食品溯源中仍然存在各种障碍。例如，食品溯源网络如今变得越来越复杂和支离破碎。这种复杂性使得识别和跟踪全球化食品溯源网络中的产品和流程变得极其困难。在这种情况下，可追溯性已成为一项要求，不仅要确保食品溯源的安全性，还要确保遵守食品安全法规、了解产品的生命周期。信息缺失或无法获取可能导致粮食不安全和消费者健康问题。此外，参与者之间不共享与可追溯性相关的信息，因为他们有自己的可追溯性机制，并且不可避免地存储其独特的可追溯性记录。这种信息共享障碍对核心参与者在食品安全和质量方面构成了重大风险，也阻碍了外部利益相关者检查监管合规性。可追溯性相关信息的可靠性也是当今的一个关键挑战。这对于具有众多供应商、不同监管机构和数百万客户的全球化食品溯源网络来说尤其如此。

本文将以农产品为用例场景，并将相应的需求和功能映射到基于区块链的架构中。总体方法框架包括以下步骤：（1）确定生态系统要求：根据相关文献的理论发现和当前实践状态，确定技术和管理过程要求。（2） 生态系统架构的开发：前一步中定义的需求被仔细地转换为具有特定基础设施特征的分布式信任架构。特别是，开发了系统的组件和子系统，并定义了它们的接口。（3） 系统实施、测试和验证：采用适当的技术构建系统，同时确保其可操作性。

作为食品，人们最关心的是食品从种植到加工过程中施肥、用药的安全性，以确保最终客户的安全和高质量。根据实际需求设计基于区块链技术的农产品溯源框架如下图1所示：

4.区块链技术应用溯源优势

区块链技术在溯源中的使用有显著的优势，并在提高信任、效率、质量和弹性方面具有各种好处。

（1）将可追溯性过程的总体处理降至最低，从而降低相关可追溯性相关的运营成本;

（2）从食品溯源可追溯性过程中消除隐藏成本和纸张负载。智能合约部署所提供的自动化（通过智能合约强制执行几乎所有与可追溯性相关的功能）也可以作为一种成本降低机制。此外，智能合约的自动执行功能保证了冗余，并实时同步相应的信息。

（3）提供了良好的可审计性和信任性。它考虑到了法规遵从性的重要性，特别是在食品等安全敏感行业，在这些行业中，可追溯性成为各种供应链利益相关者（消费者、供应链管理者、公共决策者和特殊利益集团）持续关注的问题。

（4）提高了向消费者提供的产品/服务的整体质量和安全性。例如，改进管理产品召回和/或产品质量的过程控制。此外，任何对食品数据的篡改都可以立即识别和防止。最终向客户提供的高质量食品加强了食品溯源参与者的业务连续性。此外，区块链的固有特征增强了交换的可追溯性记录的准确性、可信度、及时性和可用性。

5.总结和展望

本文提出了一个基于区块链的食品溯源可追溯性框架。区块链被用作分布式防篡改监管链机制，智能合同被用作管理SC利益相关者和流程以及产品定义和创建的自动化机制。

尽管提议的区块链支持的食品供应链可追溯性方法提供了重要依据，但应考虑一些限制。区块链技术不适合存储大量数据，人们认识到可伸缩性是需要解决的主要挑战之一，这源于确认、验证交易所需的时间。例如，多层食品溯源网络需要在相对较短的时间内处理大量交易;因此，可能会出现可伸缩性问题。未来的研究还可以侧重于提供可互操作的功能和标准化的信息结构。

参考文献：

[1]袁勇，王飞跃.区块链技术发展现状与展望[J].自动化学报， 2016， 42（4）： 481-494.

[2]赵磊，毕新华，赵安妮.基于区块链的生鲜食品移动追溯平台框架重构[J].食品科学，  2020，  41（3）： 314-321.

基金项目：山东省重点研发计划（软科学）项目“ 区块链技术支撑下供应链信息共享管理模式创新研究”（编号：2020RKA07032）。