基于区块链技术的食品供应链溯源模式创新研究

王梓蓉

(兰州财经大学信息工程学院，甘肃兰州 730020)

食品安全是保障人类社会生存的一项重要课题，随着现代社会的发展与人们生活品位的提高，人们对于食品的口味和质量都有更高标准。从食品的生产到加工，再到投放到市场，被消费者购买，这需要有一整套的食品供应链条作为支撑。如何让食品在严格的监管下安全地送达人们的餐桌上，这就需要对食品进行追根溯源，让人们能够放心地购买食品，实现食品供应链的规范与创新，这是引起社会各方面重视的重要课题。食品供应链溯源能够全方位展现食品信息，是实现食品质量监管的有效手段。在信息技术发达的现代社会，互联网和大数据的发展使中国食品供应链溯源基于区块链技术下的模式创新有了新的可能。

一、关于食品供应链溯源的研究

起初，研究食品供应链溯源研究的初始是因为人们在日常消费的食品中出现能够危害到人类生命健康或繁衍生息的问题，人们迫切想知道每天所接触的食品是否安全，尤其是世界各国曾经出现的疯牛病等食品安全问题，使人们更想确认食品的来源，迫切地想知道食物的制作是否存在不安全隐患。互联网的飞速发展更有利于人们确认食品来源和解决食品安全问题，人们在互联网和物联网平台上建立食品供应链，食品溯源研究成为世界各个国家保证食品安全的重要问题。

(一)国外相关研究

食品安全能够得到国外尤其是欧洲国家的广泛重视，主要是由于欧洲疯牛病疫情的频繁爆发，这使得人们对于食用牛肉制品有更多的安全考虑。在欧洲，牛肉是人们的主要食品，牛肉的安全直接关系到人们的生命健康安全，是人们生活中的关键问题。为了减少疯牛病对人们食用食品安全的有害影响，当疯牛病疫情到来时，人们能够通过有效的信息系统快速、准确地确定牛肉的来源，确定牛肉的安全情况，欧盟食品监管机制对于食品供应溯源的建立起到重要的保障作用。一些发达国家很快通过食品溯源推行了本国食品溯源系统。如：日本是通过射频技术来进行农产品的追踪，将各类农产品的生产信息记录到相应的标签之中，就可以追溯到农场产品的相关信息了。美国在食品的溯源中植入了多种技术，并将食品生产过程中的地理信息、时间信息等植入其中，对于运用的多种食品溯源技术也推行了PDA输入检索，食品买入者和食用者很快就能够通过这些技术进行食品相关信息查询，确定自己的购买与食用意向。由于国外对于食品溯源研究与应用的较早，在使用过程中积累了一定的经验，在食品溯源中与现代信息技术发展相结合，将食品溯源与区块链相结合进行研究与应用，取得较好的效果。如：Sandi R等人提出将区块链技术在食品溯源中应用建立食品溯源平台；Chen ST和Michael M把区块链技术当作食品供应链溯源的管理手段[1]，对食品溯源提出相关规范；还有一些相关研究建立在区块链技术之上，结合了食品安全协议、RFID技术等与其构建完整的食品溯源框架；还有学者注重食品溯源系统的食品数据保存研究，国外学者对于食品供应链溯源研究从不同视角进行，为世界食品安全提供更多的保障。

(二)国内相关研究

近年来，中国对于食品安全越来越重视，虽然中国食品供应溯源研究的相对较晚，相对于国外发达国家而言发展时间较短，中国的重视程度加快了中国食品供应链溯源研究的进程。国内供鉴了国外成熟的食品供应链溯源技术，国人对于食品安全的高呼声与快速技术学习相融合促进国内食品供应链溯源研究与应用稳步发展起来。国内食品供应链溯源技术供鉴RFID无线射频技术来获取食品的流向；通过二维码、条码获取食品的基础信息；运用传感器网络对于食品生长或加工的环境进行反馈。这些食品溯源供应链技术最大程度满足人们对于食品信息的获取，保证人们通过这些信息的查询确定对于食品的认可与购买。将RFID无线射频技术与无线传感器网络相结合，对牛肉等溯源对象进行跟踪，通过牛肉制品生产流水线的物联网为射频网络发送完整的信息，这些信息被保存在数据库中，上传到食品供应链溯源系统之中，成为国内食品溯源技术的主要模式[2]。李久林在食品溯源中采用HTTP或HTTPS技术的蔬菜信息管理平台，为蔬菜种植、运输、保存、销售的相关企业提供信息管理规范，使这些企业对于食品安全规范熟悉并便于按规范操作，更方便政府相关部门的管理。国内对于区块链与食品供应链溯源相结合的研究与应用也逐渐丰富了相关理论，在研究力量较弱的情况下，一些优秀的团队通过艰苦的努力实现了国内自主研发的供应链平台。如：VeChain通过区块链的NFC防伪芯片结合向用户提供手机应用程序，很好地解决了人们在现实生活中对于食品安全溯源的使用与需求问题，为国内区块链与食品供应链溯源的研究开创新思路和新模式。

二、区块链技术在食品供应链溯源中的作用

(一)区块链概述

区块链是一组带时间戳的数据，是一种不可变的记录，不属于任何单个实体的计算机群管理。区块链不同于其他互联网平台，主要是它没有中心机构进行管理与控制，所有集中在区块链中的有效信息将采取分类式排列，处于一个平台之上，所有人都能浏览上面的信息。在平行且分类账式的排列中，所有的信息节点都具有公平性，都将对自己提供的信息负责，无论是在信息维护、系统遭到攻击等不利因素出现时，区块链由于在交易和块生成确认机制中所保证的区块链网络安全性使信息系统免于无法工作的情况[3]。区块链为了保证信息的安全，使用了多种加密算法，只有通过公私钥对区块链中所有的节点进行解密，才能获取信息，因此，有效地保证了信息的安全性与隐私性。信息在区块链上进行交易时采用共识机制，只有交易达成了共识，该交易才能够被保存在区块链中，信息记录才被确认为真实有效，最大程度保障了信息的有效性。

区块链技术具有支撑性的基础框架，在不同的基层中采用不同的技术方法，运用多种技术进行整合，实现区块链新时代计算机网络技术。区块链在网络运行中通过应用层、合约层、激励层、共识层、网络层、数据层等进行，根据实际产品的不同，实现区块链运行步骤的整合与架构，在完成交易的基础上实现信息与价值的转移。实际上，区块链技术是一项复杂的技术，既要求在技术链中植入一些与产品相关的发行、分配机制，又要在技术链中各个层次中运用相适应的PoW、DPoS等软件进行合理、科学的调控，对于区块链技术的设计人员来讲，在不同的层次找到适合于本产品的技术软件是合理、高效地运用区块链技术的关键，如：比特币在合约层使用脚本而以太坊责使用智能合约，这就是根据不同的产品而运用不同的合约层技术的体现。

存储数据是计算机的区块链技术最基本的功能之一。在区块链中数据存储方式是按照时间戳排列进行链接构成，当然，在这种链接方式中每一个区块链会有一个区块头和区块体与下一个区块头与区块体相链接，最终架构成区块链。在区块链的区块头中设置有版本号、Nonce、Hash、时间戳、默克尔树根，当区块头中的Nonce认证了信息工作量之后，Hash经历了多少次运算也就能体现在区块头中，每一次的交易都被认证、保留在内，下一个区块头的Nonce总比上一个区块头Nonce数据量大，区块链技术的有效链接防止重复交易的发生，在区块头结尾的默克尔树根是这个区块头的“检验官”，对于本区块头的交易是否进行真正的交易完成或者有无更改与损坏进行验证，整个区块头从交易到认证再到检验完成形成了一个信息数据存储闭环，在区块链技术中每一个区块链都负责完成当前区块头所设置的任务内容，下一个区块头依然进行设置任务内容的完成，依据如此，将区块头进行链接构成产品区块链。大量的信息数据通过区块头的运算、验证得以保存到区块体中，由于一些原因，产品信息可能实行了多重交易或者没有交易，这些产品的信息也可以通过哈希函数加密，以文本信息经过处理之后转化成散列字符串存储起来，保证了产品信息的整体性，防止产品信息有所遗漏。

区块链技术的存储不是简单地对于产品信息的加工，而是通过特有的哈希和公私密钥码算法之后将产品信息封存在区块链中[4]。在具体的产品进行区块链设计中可以根据产品特性的不同选择算法。一般来说，哈希算法用于和块地址生成，以及将数据信息转换为散列字符串加密储存；公私密钥码算法则用于交易数字签名及验证。为了最大程度地保证产品信息的安全，区块链的共识机制作为区块链安全的技术保障被广泛地运用。

(二)区块链技术应用作用

区块链技术是建立在科学认证基础上，在产品信息通过上传渠道进行区块头中进行交易、验证、共识之后所形成的信息，具有真实性、不可篡改性等特点，完全体现出信息化带给人们现代生活的新体验，而除去了人与人之间、人与计算机之间的相互联系与沟通的繁琐。也就是说，当每一次交易在完成之后将无法更改或删除，区块链的这一特征将存储的数据变得牢固。区块链技术还很好地解决了产品信息透明的问题，由于通过区块链技术进行交易的产品信息是不可能被更改的，因此，每一次产品的交易都将被复制到区块链网络节点上，区块链能够显示出所参与的每个产品交易，不允许任何产品未经过交易而进入到区块中，极大地提高了产品信息的透明度。在产品通过区块链技术进行交易时，区块链技术的特征是使每一个产品得到一个时间戳，这是对产品进行交易后的保障，也是产品进入区块链技术中具有可追溯性的依据。在进入信息时代之后，人们的生产生活无时无刻不与网络技术相联系，区块链技术是信息时代的产物，也是应人们对于信息网络应用的要求而产生的时代产物。区块链技术诉诸于信息网络发展，使处理速度更加快捷，在传统的产品交易中，从初始化到银行组织系统大概需要三天时间，而运用区块链技术只需要几分钟或几秒钟就可以完成整个过程。在现代人们生活节奏逐渐加快的背景下，对于区块链技术模式的开发与运用受到人们的广泛认可。

在我国将区块链技术运用到食品溯源中的经典案例有很多，它们大多都运用了区块链技术的特征，体现出产品真实性、环保性、优良性的特点。人们通过区块链技术的交易信息透明性、可追溯性、数据来源的真实可靠性，获得对产品的信任。“赣南脐橙”是生长于江西的优质果品特产，由于产品受到广大群众欢迎，因此，一些橙果商家在市场销售过程中冒充“赣南脐橙”危害消费者的利益。赣州市人民政府运用区块链技术将由赣州运出的脐橙进行产品销售记录，通过区块链技术对“赣南脐橙”进行确权、信用广播、共识机制等存储信息，在形成二维码后通过手机扫码供消费者进行“赣南脐橙”确认，起到防止假冒商品充斥市场的作用。“善粮味道”的大米则是让消费者通过区块链技术对产品生长的产地进行了解，在区块链技术环节中更加注重数字农场的建立，通过区块链技术让消费者获取到“善粮味道”大米从播种到生长再到加工的全过程，让消费者全面了解大米在原产地的生产全过程是对消费者消费心理和消费诉求的理解，让区块链技术以不同模式运用到不同的产品中去，使区块链技术发挥到最大化，使产品也能够得到利益最大化[5]。而对于“步步鸡”这样的畜牧业食品溯源，区块链技术则支撑的是“一鸡一牌”的可识别标识，消费者通过物联网技术获取产品信息，为消费者提供真实可靠的产品生长记录。

将区块链技术运用到食品溯源之中是我国食品安全管理和监管的重要措施，是在新时代计算机技术发展下提高食品安全水平的重要举措，保障国民饮食健康的重要发展趋势。区块链技术应用到食品溯源模式之中会给中国食品安全和食品安全监管部门带来巨大的社会效益，需要人们不断地进行模式创新与探索。

三、基于区块链技术下中国食品供应链溯源模式的创新

相对于世界发达国家，中国食品供应链溯源研究与应用还处于起步阶段，很多技术还没有真正地运用到食品溯源之中，在已经建立的溯源系统中对于各方面问题的考虑还不是很全面，中国食品供应链溯源现状呈现出一系列问题，这些问题阻碍了人们对于食品安全信息获取的速度，对于食品安全的重要民生问题也有一定的影响，因此，结合时代发展，在区块链技术下，对于中国食品供应链溯源模式进行不断的创新，这已经成为当前中国食品供应链溯源的发展趋势。

(一)中国食品供应链溯源模式现状

我国对于食品安全问题虽然很重视，但是在很多方面还存在一定的不足，在很大程度上影响人们对于食品溯源信息的获取，也减缓我国建设现代化社会的步伐。

1.立法不完善，信息标准不统一。法律是权益的保障，依照法律执行更是保障权益的关键。在我国食品供应链溯源模式中，二者都处于薄弱环节。相对欧盟等国家，我国对于食品安全方面的立法基础较薄弱，一方面，表现在我国对于食品安全及相关法律立法较少。如，近年来，我国只颁布有《食品安全法》，而《食品安全法》法条相对来说较为简单、笼统，并没有涉及一些具体问题，造成社会中存在的食品安全问题无法在法律条文中找到解决依据，容易被一些违法者所利用。另一方面，我国食品相关法律执行力度不大，部分法律条款没有彰显出应有的法律效力。加之对于违反食品安全相关法律处罚力度不大，甚至处罚难以执行等原因，都使我国食品安全处于监管的“灰色地带”。对于食品溯源方面的法律的规定也相对较少。处于食品供应链中的企业分别同不同的生产、加工、销售等企业相连接，各企业对食品溯源信息表达中运用的标准、类型都不同，致使人们在我国食品供应链溯源信息获取中存在杂乱无章的现象，此外，信息流程和硬件标准不统一，也使我国食品供应链难以规范。

2.基础设施和科学技术手段相对落后。我国食品运输的供应设施基础建设落后，尤其是冷链供应基础设施投入不足。基础设施的缺乏与落后极大地影响我国生鲜食品的交易，在冷链运输中的食品安全问题常常被忽略，形成供应链流通效率低下，流通成本反而增加的不良循环[6]。支撑我国食品行业的大多数企业属于小微企业，这些企业员工人数少，大部分人员都从事基础性的生产工作，而从事信息技术的工作人员数量极少，因此，对于食品供应链溯源信息的建立和信息化处理很难掌握，企业之间的共享信息减少，处在食品供应链环节很容易出现断裂现象，食品供应链溯源也就成为失去意义。

3.溯源缺乏可靠性的信息。食品安全是具有一定标准的，必须严格对照标准进行执行，体现在食品供应链溯源中的信息的明确性，同时信息也必须是真实的。在实际中，我国目前大部分食品溯源平台基于数据库开发，信息存储的集中化、不透明化使我国食品信息存在不可靠性。一方面，信息有可能会在信息管理平台遭到人为的更改；另一方面，由于食品供应链信息采集的费时、费工性，致使一些无良商家对食品溯源信息来源进行造假，食品供应链中的信息失去真实性而且呈现出不可靠性。

(二)中国食品供应链溯源模式的创新

在研究中发现，我国食品供应链溯源模式在区块链技术下，其形式、内容较为单一。部分地区虽然将区块链引入食品供应链溯源之中，但是只提供食品供应的某一方面，如，生产的地区、生产的环境等，而对于食品完整的供应信息缺乏溯源关联性，食品整条供应链条溯源信息不完备、缺乏，无法将全部供应链信息得以保存[7]。随着我国在国际地位的逐步提升，中国现代化建设也正在全面的开展，中国食品供应链溯源建设成为我国的重要课题。在区块链技术下对中国食品供应链溯源模式不断地探索与创新，是我国食品供应链溯源模式与时俱进发展的必然趋势。

1.探索食品供应链溯源平台服务格局。在食品供应链溯源软件系统开发中，注重对食品溯源服务理念的培植能够更有效地提供食品安全及监管，使食品更加安全地为人们的生活所服务。目前，主流的四种区域链平台在建立中各有特点，在食品溯源开发中应该针对开发因素进行对比，选择适合的一款平台进行区块链技术的应用。如：Bitcoin是区块链技术的起源，作为目前发展最为成熟的区块链技术，具有去中心化、信息透明度高、不可能被篡改等特点，因此，在区块链技术下用于食品溯源服务较多。但是，比特币属于一种数字加密货币，功能可拓展性差，如果想对一种食品进行深度的服务功能开发，比特币显然就不适合了。Ethereum相对于Bitcoin是能够满足更多类型产品的一种区块链，这种区块链可以进行编程，大大地提高了产品对于各个场合不同需求的满足，这也就意味着Ethereum能够应用于各种不同的区块链平台之中，能够满足产品的多种服务意向。在区块链技术的支撑下，食品供应链溯源模式也将拥有新的理念和开启新模式。首先，对于食品供应链溯源不再只关注食品安全，而是构建在食品安全服务的平台之上。传统意义下，对于食品供应链溯源是消费者、管理者对于食品生产地、生长环境、运输、销售等方面的监管和信息溯源，在新的食品供应链溯源模式创新中会植入更多的服务，如：在食品供应链中的生产地、运输过程中链接到商流、物流信息，以食品供应为主线进行延伸业务的服务平台，使更多的企业借助食品供应链服务平台融入到产品之中。全面整合供应链服务，将极大地减少食品供应链溯源的开发费用，提高商流、物流的社会接触率，实现食品供应链溯源服务平台创新模式。在食品供应链溯源模式中，对于资金的结算方式也是区块链技术解决的一个重要问题，区块链技术解决了银行系统资金审核人工化、效率缓慢的特点，极大地节省金融结算时间，优化了金融结算方式。在食品供应链溯源平台中尝试将金融服务融入其中，对于食品供应链利用率的提高将会产生极大的社会效益。将商流、物流、金融等服务融入到食品供应链溯源平台，实现社会服务链的整合，对于食品供应链的溯源具有十分重要的社会意义，也加快了区块链整合的速度。

2.完善食品直供供应链溯源模式。食品安全是世界各国政府都十分关心的重大民生问题，食品溯源有助于在供应链中迅速找出导致食品安全缺陷的原因，有效提高监管部门的工作效率，并向消费者提供详细的食品产地、生产商、供应商等，为消费者选购食品提供有力帮助。随着社会的发展，消费者对食品质量的要求在不断提高，对生鲜产品、农产品等食品的新鲜程度要求更高。鉴于消费者出于食品安全考虑对食品质量的要求，食品生产地采用直供方式进行直销。在食品供应链溯源上，这种直供方式提供了生产基地与到达地的区块链信息。但是，在实际运输过程中，运输经销商的选择、行程记录等都是供应链上涉及的具体问题。2013年，顺丰快递将常温类快递物品业务拓展到全国，接着又全力在全国各地打造农产品电商直供平台，实现食品供应直供，食品直供区块链由此形成。顺丰运输的食品是一些高附加值产品，采用直供模式会大大减低订单成本，在季节性生鲜食品如荔枝、大闸蟹等产品实现预售直供并形成食品供应依托快物流的直供平台[8]。在食品直供区块链条上，可查找的食品信息应该不仅仅局限于食品生产地、物流发送时间等，还可以将生鲜食品的卫生监管、安全监管信息一同记录到区块链中，形成对生鲜、农产品等特别质量要求的监管信息，真正使消费者放心购物。在食品供应链溯源模式中，对于食品溯源会追溯到食品物流配送情况，这其实与物流链是重复的。一方面，食品需要物流进行配送，食品在寻找配送企业；另一方面，物流企业为了自身更好的生存，开拓新的配送模式，将生鲜、农产品等食品包含进来，以提供快速供应。面对这种社会发展趋势，食品生产商应积极与物流企业相协商、沟通，尤其是在食品供应链信息采集和开发上，实现资源整合、技术整合、费用整合的形式，拓展食品直供供应链模式，为社会节省人力、财力和物力资源，为节约型社会贡献企业的一份力量。

3.创新赋能助力食品供应链溯源新模式。在信息技术发展的背景下，大数据技术也在互联网运用中得到更大的机会，数字发展成为社会发展的“促进剂”。在食品供应链溯源中，人们通过手机扫码就可以了解到食品的产地、加工信息、检疫检验信息等。在供应链条上，监管部门对食品的监管也体现出来。当食品供应链上的某个环节出现问题时，有关部门可以通过信息查询快速锁定商家，进而解决问题。近年来，区块链技术逐渐流行，由于区块链对于数据信息的真实具有不可替代的作用，因此，受到商家的信赖与广泛使用，采用区块链技术实现食品溯源是世界食品安全发展的总趋势。人们可以通过食品供应链查询到高档白酒、进口葡萄酒的原产地，在能够共享的供应链条上辨别食品真伪。在中国食品供应链溯源模式创新中，还应该看到消费者对于食品安全问题的处理技术、流程等问题有诉求[9]。在斑马技术进行的《食品安全供应链报告》中，受访者包括世界各地、各个行业近5000个消费者和近500名餐饮行业决策者，有70%消费者认为有必要对供应链中食品及其成分的制造、制备、处理方式进行信息公开。在食品供应链技术的竞争上，技术能够为食品安全赋能，是食品供应链模式创新的巨大改革。虽然如斑马技术企业一样的很多企业都在竭力满足消费者对于食品供应链溯源的需求，食品供应链溯源新模式的创新与探索仍然是一个与时俱进的时代课题。同时随着时代的发展与进步，这一技术的开发与创新将会开启新的发展势头。“浙食链”是全国第一个食品安全追溯闭环管理系统，在这个管理系统中确保食品“来源可查、去向可追”，对食品从农田到工厂、从物流到餐桌的一系列信息追溯，都可以在管理系统中查到。消费者通过扫码查询信息，更是有效地筑起食品管理、食品安全风险防范的钢铁长城。

四、结 语

随着信息技术和数字技术的发展，区块链技术将会迎来更多的发展机遇，对于食品供应链溯源也将会开发出更有效的软件。中国食品安全溯源是与时代同行的必要行动，保障食品安全是一项长期而又重大的任务，中国食品供应链溯源模式创新更是时代发展的必修课题。无论是管理者还是消费者都有责任与义务共同创新中国食品供应链溯源模式，将食品安全的大网牢牢织紧织密，守护好百姓食品安全，让人类更好地繁衍生息。