区块链技术在食品安全溯源的应用模式研究

罗浩 徐静妍 侯小丽

【关键词】食品安全溯源；区块链技术；应用模式

一、相關文献综述

近几年，我国食品有关监管部门出台了《中华人民共和国食品安全法》《食品生产许可办法》《关于深化改革加强国家食品安全工作的意见》《关于加强食品安全保障促进食品行业平稳健康发展的若干意见》等相关法律法规和办法，以确保食品的安全，但由于食品安全溯源不透明、产品信息容易被篡改，使得食品安全溯源信息的准确性不能保证。薛钦源认为信任缺失是农产品质量安全问题的重要原因[1]。由于农产品质量安全监管过程的复杂性和难度都很高，因此，为了提高监管的效率，宋英卓等设计了一种精确的监管系统[2]。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》强调，要实现食品安全战略的全面落实，必须以“四个最严”为标准，以构建统一权威的食品安全监管制度为切入点，坚持创新、协调、绿色、开放、共享的发展观念，加速食品安全战略的研究。

作为“第四次工业革命”的重要成果，伍赛特提出区块链技术正在掀起一场科技和产业革命浪潮。其去中心化、分布式存储的特点能够很好地实现产品信息透明化，保证溯源的精确性，解决传统溯源系统的弊端[3]。但是如果产品的数目不断提高，区块链溯源系统中区块链区块的数目也随之增多。唐衍军等认为在新区块产生的同时，各节点都要进行广播储存，数据量就会越来越大，工作效率越来越低[4]。目前区块链溯源系统已初步应用于相关领域，但是从社会的角度来看，还要从经济、政策、企业等多方面不断改进。

二、区块链溯源技术及其应用

（一）区块链溯源技术的内涵及特点

区块链技术溯源是指采用区块链技术去中心化、防篡改、分布存储等特性，对食品或其他物品进行溯源定源，而区块链技术溯源的最大特征是去中心化，在去中心化区块链网络中，独立保留所有的交易信息。在这种技术之下，任何一个交易者都可以通过任何一个节点去查询溯源信息，但是无法对其修改。即便某一个节点的保存信息被破坏了，也可以迅速通过其他任何一个节点进行恢复。这就使得区块链溯源技术具备了很多传统溯源技术所没有的特点，例如防止记录信息被篡改、防止信息遗漏、杜绝交易漏洞存在等优势。这项技术如果能够在未来被大力推广，将会给整个社会经济带来巨大的正向改变。

（二）区块链技术应用于食品安全溯源的现状

自党的十八大后，党中央坚持以人民群众为中心的发展思想，着力解决人民群众最关心最直接最现实的问题，不断增强人民群众的获得感、幸福感、安全感，将我国食品安全事业单位放在“五位一体”的整体布局和“四个全面”战略布局中，从土地的角度来实现，从田野到餐桌，进一步加强了农民的全面监督，提高了产品质量和全面的全过程保障能力。逐步实现重点产品信息化溯源系统和政府部门质量监督管理系统、重点商品溯源监督系统的互动，由政府部门共同监管产品，互通互享数据。

在市场需求和国家政策的双重支撑下，农产品加工溯源领域作为时下农业新的热点领域，具有巨大的市场发展前景。传统的产品追溯系统，全都使用中心化保存资料。所有与产品相关的各种数据，如生产企业的供应链信息和贸易数据等都被统一保存到一个强大的核心数据库系统中，而这些保存数据在对产品信息的修改方面也都没有那么严格的约束，且信息数据内容全部由产品所有者来确定，这也意味着如果使用了产品追溯体系将导致产品数据的真实性和安全性都大打折扣，即使政府的监督，获益方也不能保证产品数据的真实性，让使用者陷入一个信任危机的食品安全系统。面对这一情况，通过利用区块链技术导入的产品追溯体系就能够有效处理。

近年来，由于国内区块链技术发展越来越炙手可热，很多公司、院校以及新创业企业也都开始在区块链科技上投入研发。李娜等人基于区块链技术，对整个药品的追溯系统进行了发明，并实现了其防御功能，并对其进行搜索[5]。董云峰等利用区块链技术，建立了一套保证存储安全、精确可信的粮油食品全供应链可信追溯模式[6]。陶启等采用区块链技术，构建了大米产业链质量信息库系统，并在此基础上进行了智能管理系统，提出了一种基于食品风险评价、高危害因子安全跟踪等技术，到了有效控制食品质量安全[7]。巫光福等人提出了一种基于国际贸易区块链和政府监管区块链，证明了在结构的高效率和可扩展性方面存在着双链结构[8]。

三、应用案例分析——“步步鸡”项目

（一）项目介绍

为了提升居民对于鸡肉食品的信任程度，2021年众安科技针对鸡肉在生产和运输的各个流程融入防伪系列产品开展了“步步鸡”实验项目。该项目严格监控“步步鸡”从养殖到屠宰运输的全部过程，凭借着区块链技术下数据不可篡改的特点，将区块链技术与食品安全挂钩，保证了“步步鸡”产品生产外售全过程的真实可靠性，提升了居民对于该产品的信任程度。“步步鸡”饲养周期为166天，在2021年12月第一批生态鸡已经在顺丰优选平台上架销售，消费者可在顺丰优选的线上和线下渠道购买，其首发区域遍及北京、上海、浙江、广州、深圳、北京等几十个省市。

（二）“步步鸡”项目分析

1.保证过程可控性、数据真实性

“步步鸡”项目的时间周期较长，从雏鸡养殖到消费者在餐桌上食用的鸡肉，项目覆盖的环节极为密集，在传统鸡肉生产销售模式的每个环节中，鸡肉的食品安全无法得到保障，导致消费者“吃得不放心”，而众安技术的“步步鸡”溯源体系，则运用了区块链技术的高保密特性和先进的数学计算，大大减少了人为改动的可能性。在“步步鸡”项目中，选种、养殖、屠宰、物流、销售等一系列过程都被记录在区块链中，基于区块链的不可篡改性，最大程度保障了数据和信息的真实性。所有饲养的鸡从鸡苗开始就进行追踪，养户给每只鸡佩戴上带有编码的牌子，该编码是唯一的，一鸡一牌，每天采集雏鸡生活的空气、水土环境以及活动范围，直到其出栏屠宰，这些信息都会及时存储于区块链进行保存，方便消费者查看。在此项目中所运用了区块链防伪技术，在防伪标签中融入国密算法、混沌原理、激光光学、手机APP智能动态图像扫描、云端数据比对等技术，保证了商品从源头到终端的唯一性。

2.形成集聚效应、降低养殖风险

在中国传统农业背景下，自主养殖的散户占据绝大多数的地位，在这样的前提条件下，将区块链技术与物联网有效地结合起来将大大地优化我国养殖产业成本配置，我国养殖场当前的缺陷也能得到有效弥补。在饲养环境中所需要使用的感应装置，可智能收集温度、水质、空气污染物等数据，以协助养殖户及时改变喂养方法，从而确保了饲养环境满足步步鸡的正常生活需要，同时产品还增加了图片、影像采集等技术，可以通过分析步步鸡日常生活中的影像图片情况，以协助养殖户及时确定其健康状况，这也对时常出现的禽流感有着不错的预防效果，不但能够缩小防疫范围，也能够降低饲养损失。除此之外，在对步步鸡的智能监测上，引入了计算机学习和人工智能等技术手段，通过对家禽日常影像和图片的收集，得到步步鸡的每日活动量、饮水量等数据，可以自主判定步步鸡体内是否发生了变异，从而及时发现疫情和预警。为了将步步鸡更好地推向养殖户，众安科技和连陌科技共同斥资打造了众源联盟，实现了养殖、销售、售后的一体化，大大提高了养鸡场盈利能力的同时，保证了产品的质量和消费者权益以及产业链监管的效果。

四、食品行业应用区块链溯源技术存在的缺陷

（一）技术缺陷

凭借其数据不可篡改性的特点，区块链技术广泛应用于溯源机制和数据防伪，但是在良好匹配数据安全性能的同时，区块链技术的运用也存在一定风险和漏洞。例如，假设存在上传虚假数据到区块链的情况，一连串的数据交互也将受到错误信息的影响，特别是在数据量十分庞大的现代生产生活中，较少的数据信息也有可能引起网络信息反馈的“蝴蝶效应”。一旦食品生产线、运输线等信息上传数据存在隐患，将会给食品企业及消费者带来巨大风险。为了修正错误的相关数据，其存在的区块链需要整体更新，因此十分影响工作效率。同时，区块链技术本身所具有的不可篡改性对后续系统的开发和维护等也是一项艰巨的挑战，特别是庞大数据横向扩容后带来的传输、存储等诸多问题。

（二）应用缺陷

目前信息溯源技术下，食品链信息数据的获取形式及防伪形式大多数依赖于条形码、二维码等形式，便于消费者查阅的情况下也一定程度上给了不法分子利用食品的二维码、条形码进行信息转嫁、捏造虚假匹配数据等违法行为的空间。针对此类问题，目前的解决方法大多是将包含信息溯源的内容放置于商品内部，如将查询码表面覆盖涂层，刮开涂层才能进行扫码查询，但这样又为消费者带来了时间和试错成本，由此借助区块链技术的食品防伪和溯源，还需要从消费者端口进行技术优化。

（三）平台缺陷

区块链技术应用有着极其鲜明的领域“偏科”现象，当下大部分区块链技术应用领域主要有：金融、医疗、物联网物流等，但与农业以及基层食品生产领域不太匹配，缺乏符合乡村特点，特别是我国基本国情下极具鲜明特色的散户食品生产等相关应用场景。区块链溯源技术依托于互联网身份信息以及节点信息传输，在食品安全领域还没有足够的基础，只有拥有庞大的用户群体参与区块链，同时构建起完善的数据采集、处理、传输平台架构，区块链技术其强大的特征价值才能体现出来。

五、基于区块链技术的平台系统构建──以“步步鸡”项目为例

为更好地利用区块链技术对食品安全进行溯源，我们以“步步鸡”项目为例，通过企业、国家监管部门、国家基础设施建设，结合了大众可使用技术特点，从技术基础出发，到平台框架的构建，再到体系运作模式的整合，构建了一个符合我国发展要求、顺从时代发展规律的食品安全溯源系统，保证消费者从源头到餐桌的饮食健康，做到从企业生产到市场销售的高效率。

（一）平台构建和模式构想

想要解决食品安全溯源问题，首先要保证数据上链的真实有效性，除了严控自动化数据采集之外，更要设置多道数据检验关卡以及人为数据抽查，做到生产流水线和小微企业在监管部门的有力监测下，同时做好流通环节和市场终端的及时有力检测。在“步步鸡”项目的整个产品体系中，从鸡苗选择养殖、到培育生产的监控、再到加工、生产、包装出厂、食品冷链或者普通物流网络、食品批发和分销企业、最后到监管部门以及消费者，这一完整环节下想要访问食品溯源系统需要先进行注册管理，例如依托于支付宝或微信小程序的个人信息认证，不仅便捷了数据查询等操作，也为数据传输反向监控提供了“双保险”。监管部门可以监控该供应链流程的信息真实性与否，发现某一环节出了问题，可以通过该方法立即追踪具体责任人，如图1所示。

图1 基于区块链产品溯源网络架构图

用户注册成功之后，每一位用户将依托IP和钱包地址生成一个公钥和一个私钥，同时在身份信息验证的保险措施下，将数据安全信息匹配做到最佳。其中公钥对接数据传输链条，以公开信息方式登录网络，整个系统参与方都能够直接在公钥查询数据，同时也可以验证信息真伪。而私钥则是由用户自己保存，作为登录食品系统获取数据以及反向验证消费者或是监管方身份的关键。例如“步步鸡”整个产业链下，从鸡苗的选育到养殖生产再到加工销售的供应链网络中，其完整过程的生产和物流信息都存储在基于区块链技术的步步鸡溯源系统中。凭借事先拟好调试完善的智能合约，整个生产销售过程数据的生成传输无需太多人工干预，同时存储在独立隔离条件下的技术代码使得任何人无法修改该溯源机制的运行规则，因此基于区块链的步步鸡溯源方法可以保证溯源信息的真实性和可靠性，系统中的数据不会被非法节点随意更改。

（二）区块链溯源编码设计

溯源编码在溯源方案中贯穿了整个供应链流程，是保证基于区块链的食品安全管理溯源有效性的基础。溯源编码记录了产品从采集、生产加工、出入境检疫、物流仓储到销售流通全流程的关键信息，一个产品仅对应一个编码。一方面，消费者能够通过扫描溯源编码进入到溯源界面，查询到自己需要的关于步步鸡的具体信息，确认步步鸡的来源和质检报告等关键信息是否准确无误。另一方面，当步步鸡出现安全问题时，相关监管部门可以通过扫码和登录进入权限更高的溯源信息界面，查询产业链全程的管控信息，快速追踪定位到安全事故责任人，及时召回鸡苗，最大限度地保障了消费者的权益，也提高了管理部门的监管效率。

（三）政策支持和立法需求

在系統构建、部门检测、战略支持齐头并进的脚步下，国家法制建设也应当紧跟时代脚步，完善相关法律法规。对于数据恶意破坏，不按照行业规范行使企业职能的，或者妄想钻法律空子的不法分子，应当采取及时严厉的法律制裁，以保证食品安全溯源系统安全高速发展，同时国家也应当出台政策，大力扶持新兴企业发展，加快构建产业新格局。

结束语

区块链可以看作是一种分布式的账本，它具有成本低、效率高、数据安全透明等优点，能够很好地解决传统溯源系统中信息不透明、数据难共享以及信用缺失等难题。基于区块链的去中心化溯源体系对传统溯源体系产生巨大的冲击，随着我国物联网技术的飞速发展，相信在不久的将来会有越来越多食品用到区块链安全溯源，让消费者能真正买到放心的食品。我国应当提倡合理使用，采取战略规划，平台构建，软件开发，技术突破，同时也需要正视技术缺陷，取其精华去其糟粕，选择性搭配使用技术的情况下，完善区块链技术食品安全溯源系统的构建，包含政策法规，宏观调整，行业监管，技术运用，平台构建等，多方协调不可或缺。