基于区块链技术在蜂产品质量溯源系统的研究与应用

龚勋 赵海红 沈晶 曹锰 王璐 马庆岩 魏文华│文

辽宁葫芦岛市军民融合和新材料产业发展中心，125060

我国是养蜂大国，蜂蜜、蜂王浆、蜂胶等蜂产品产量均居世界首位。蜂蜜产品作为天然的营养保健品，越来越受到市民的青睐。生活水平的提高使得人们对蜂蜜质量有了更高的要求，更关注蜜源、加工过程等内在质量，尤其是蜂产品“药食同源”的特性，其质量的高低直接影响疗效和产品口碑。本研究将区块链技术的去中心化、自带信任、数据公开透明、全程可追溯的特点应用于蜂产品质量的溯源，从而为终端消费者提供蜂产品全周期的信息溯源系统。

一、区块链技术的应用及特征

1.区块链技术及应用

区块链技术的研发与应用主要起源于比特币。在比特币形成过程中，作为存储单元的区块记录了相应时间内各节点、各区块链的交流信息[1]。区块链由区块头和区块体组成，其中，区块头由版本、父区块哈希值、数据、Merkle根、时间戳、目标难度、#Nonce值等部分组成；区块体包括所有参与交易的输入、输出和长度等交易信息。伴随着区块信息交流的深入和扩大，各区块通过随机散列实现连接，后一区块包括前一区块的哈希值，一个区块与另一区块相继接续，最终形成的结果是区块链[2,3]。

区块链技术是密码学、计算机科学、经济学等多个学科发展到一定阶段后的产物。区块链系统本身能产生信用，来自于程序（算法）的不可更改性质。因为区块链记录信息的产生需要全网络节点确认，而一旦生成将永久记录，无法篡改[4]。区块链是一种由多方共同维护，以块链结构存储数据，使用密码学保证传输和访问安全，能够实现数据一致存储，无法篡改，无法抵赖的技术体系[5]。这种特性为产品的追根溯源提供了技术应用基础。

2.区块链技术的特征

区块链可以看作是一种分布式账本技术，其分布式的存储结构可以确保信息的真实性与完整性，区块之间通过共识机制联系在一起，再结合密码学原理可以有效地防止信息在收集、流转过程中被恶意篡改。区块链是基于非对称加密算法、P2P网络技术、时间戳技术的共享数据库，具有去中心化、共识机制、开放透明、匿名性四个特征。

二、蜂产品质量追溯系统功能模块的设计

图1 蜂产品溯源系统的功能模块

三、蜂产品溯源系统的总体架构

蜂产品溯源系统架构分为应用层、管理层、网络层、数据存储层、物理层五层。

应用层：消费者通过手机APP可以实时查看蜂蜜的原产地，蜂产品加工状态、物流（快递单号）以及销售等全过程，每一个环节都会有一个区块记录着相同的账本，并且这个账本只允许追加而无法修改。每个区块之间都是通过满足共识机制的节点维护着整个网络不需要人为的介入，加上每个区块信息都包含有唯一的时间戳更加保证了信息的安全性。蜂产品溯源系统区块上的信息内容是通过hash加密保存在默克尔树上，在极大地保证了数据真实性，防止了数据的泄露[6]。

管理层：后台或者第三方监管需要监管者加入区块链系统并且拿到相应的公钥才能查询。由于区块链技术的特性，监管者无权也无法篡改信息内容，可以快速帮助监管者在蜂产品出现质量问题时进行溯源追责，同时防止各个环节（尤其是生产和流通环节）出现徇私舞弊的情况。

网络层：包含脚本代码、数字化合约、共识算法等机制共同制定控制管理层的规则，利用脚本代码使每个区块连接起来并且使其可追溯。共识算法是一种去中心化机制，提高了蜂产品溯源系统的信任度[7]。数字化合约则是通过代码控制输出日志记录，对于后面的溯源和监管起着至关重要的作用。

数据存储层：主要依托IT技术，提供网络数据传输服务，实现区块链网络节点之间的信息交互，每一个节点既能接受信息，又能发布信息，节点之间通过一个共同的区块链来保持通信。在区块链网络中，每一个节点都可以创造出新的区块。

四、蜂产品溯源系统的实现与应用

本研究依托江苏常州生产的数字化蜂箱，以葫芦岛市数字化蜂业示范基地建设情况为例，增加温度、湿度、重量感应、数据传输等蜂群管理相关数据模块[8]。通过采集蜂箱信息，蜜源、温度、湿度、产量、病虫害防治等信息通过上链系统，区块链会将蜂蜜品种、生产日期等信息自动生成一个溯源码，经加密并上传到区块链中，系统会生成信息记录，并附上时间戳。

成熟蜜采集和蜂产品加工环节中，将蜂蜜的加工工艺、生产时间、操作流程等信息通过上链存储到区块链系统中，蜂蜜的信息记录会随着供应链不断更新。

物流环节中，物流企业会将仓库信息、包装信息、运输单号、时间等信息更新到供应链上。

销售环节中，蜂产品的来源、价格、销售单位、仓储环境等信息写入之前的更新的信息记录，完整的蜂蜜供应链信息记录自动生成。消费者购买蜂蜜的时候，只要用手机扫描外包装上的二维码，就能获取蜂蜜从生产、加工到销售的每一步情况，并且能保证每一步自己所查询到的信息都是真实有效的。

基于区块链的蜂产品质量溯源系统集成蜜蜂养殖、蜂蜜加工、物流运输、销售等环节，采用分布式共享总账，将区块链上的各个节点组成网络，实现链条上信息的溯源追踪。

五、小结

图2 蜂产品溯源系统的总体架构

绿色、健康、天然、口感佳逐渐成为市民挑选高品质蜂蜜的基本要求。影响这些标准的根本就在于从生产、加工再到销售这一系列的供应链的操作是否安全。蜂产品溯源系统有较好的扩展性和可移植性，区块链技术的去中心化、不可篡改、分布式存储的特点，解决蜂蜜供应链中可追溯的中间环节，实现蜜蜂从养殖到消费者的全过程精准可追溯，相当程度上遏制了假冒伪劣蜂蜜的流通，为消费者提供蜂蜜生产全程数据而设立的数字化动态追踪、监控系统，同时也提高劳动效率，降低管理成本。

区块链技术能够为商品溯源提供新的解决方案，但仍然面临很多问题。比如：扫描二维码，溯源到的是这个标签，而并非商品本身。如果在中间环节中商品被掉包，依然是可能混进假货的。区块链技术的应用能为制造、销售伪劣产品增加了难度与成本，并不能因为加入区块链就彻底消除[9,10]。区块链本身的交易速度远远落后于现在支付宝、京东的处理速度。这些问题的存在，使得区块链溯源的发展任重而道远。