基于“区块链+物联网”的农产品质量安全高效追溯体系研究

张鹏瑞

(甘肃建筑职业技术学院 甘肃兰州 730050)

在我国进入经济社会转型深化发展的新时代后，农产品质量追溯体系的构建能够最大程度维护农产品市场安全，树立良好的农产品企业形象，同时消费者对我国农产品市场信息的了解也得到进一步的提升。近年来，随着有关瘦肉精、毒奶粉等各种食品安全事故的频繁出现，整个社会对食品质量安全问题的关注度进一步提高。以物联网和区块链技术作为基础所形成的农产品质量追溯体系，能够针对农产品各个环节进行可视化的监控，使得农产品生产企业市场竞争优势得到提升，消费者对农产品市场的消费信心也得到增强。该文通过研究探讨区块链、物联网技术基础下形成的农产品质量追溯体系设计及其运行保障机制，以便为今后我国农产品质量追溯体系的建设和应用提供借鉴。

1 相关技术概念分析

1.1 区块链技术概念分析

从本质上看，区块链是一个分布性质的记账本，其上分布、记录的数据具备不可伪造、全程痕迹保留、完全可追溯等诸多特点[1]。区块链技术的核心内容主要包括了P2P的网络传输、时间戳、非对称数据加密、共识机制等。以现阶段我国互联网技术的发展看来，区块链技术的具体分类可以结合其开放程度方面的差异，具体分为公有链、联盟链和私有链3种不同的类型，当下我国农产品质量追溯体系的建设通常选择的是以联盟链为核心的区块链技术作为基础的技术架构条件。

1.2 物联网技术概念分析

物联网技术作为我国互联网技术持续发展过程中出现的又一技术成果代表，是以各种信息传感装置布设，在针对现实环境中声、光、热各种信息进行实时采集的前提下，实现人与物、物与物之间的实际连接，确保能够智能化感知、识别、管理各项事物的一种互联网技术。以目前我国农产品质量追溯体系的建设和发展看来，条码技术、射频识别等技术在其中的应用十分广泛，且这种结合物联网技术所形成的农产品质量安全追溯体系，能够合理对农产品生产过程中出现的各种安全风险的发生概率进行科学评估，对于各类食品质量安全问题的控制、解决有着明显的技术、数据指导作用。

2 区块链+物联网联合应用的优势及系统作用原理

2.1 二者联合应用的优势

以目前区块链和物联网技术的实际发展趋势看来，二者的优劣势都十分明显，为了确保在农产品质量安全追溯体系建设、应用二者技术优势得以全面发挥，联合应用成为今后主要的发展方向。在二者联合应用的过程中，能够对物联网技术应用中产生的各种恶意节点进行有效监测。物联网中应用最为普遍的分布式优化算法，对于单个智能体的本地计算以及相邻节点之间的通信形成长期的依赖，能够对广泛且受约束的各种优化问题以迭代的方式逐一解决[2]。但同样的，各种内部恶意节点的数据注入也会对物联网技术应用产生负面影响，且现阶段其余技术对这种恶意节点的检测尚未达到真正有效的标准。通过区块链以及相关智能合约技术的引入，恶意节点的检测效率和质量将会得到明显的提高。此外，区块链技术的合理引入可以凭借其在去中心化方面的优势，将之前农产品质量追溯体系中大数据存储的中心化问题有效改良，最大程度地削减物联网技术应用过程中对于中心结构产生的依赖。

2.2 二者联合应用的作用原理分析

以当下我国农产品质量溯源体系的建设、应用看来，物联网技术的应用可以在相关质量产品信息接入层中建立较为完善、统一的信息接入接口，确保身处供应链的各个农产品交易节点能够对其记录信息进行及时输入以及更新，传感器、GPS 定位、条码设备等作为最为基础的基础设施，可以进一步保障链上信息输入的准确性。区块链技术在这一体系中的应用则可以在农产品信息输入到溯源信息处理层之后建立完善的农产品质量信息区块。因为其中各项数据的输入都带有明显的时间节点特性，各种产品信息都能够随时进行溯源。另外，区块链技术在分布式储存以及节点共识机制方面的应用，对链上信息输入后的不可篡改性提供了保障，结合各种非对称加密算法的应用，使得农产品质量溯源体系中的相关利益主体的个人隐私安全性得到了双重的技术支持，具体的作用机理如图1所示。

图1 区块链、物联网双技术支持下的农产品质量追溯体系作用机理图

3 以区块链、物联网技术为基础的农产品质量追溯体系的建设分析

3.1 系统的主体框架的设计分析

结合我国现阶段农产品的质量溯源体系建设要求，尤其是针对猪肉这种生鲜类产品的具体供应链需求看来，物联网、区块链双技术支持的农产品质量安全追溯体系具体组成结构具体见图2。位于农产品质量安全供应链上的各个利益主体，需要在初次系统登录之后进行包括用户名称、类型、联系方式等在内的各种信息的登记和注册[3]。结合图2 中有关农产品质量安全的溯源体系看来，平台共计可以分为物理、数据、网络、共识、合约、应用等多个层次。其中的物理层则是凭借各种传感技术设备在采集环境相关数据信息的同时，将之及时录入数据层中。网络层则是需要负责对机制和节点登录主体的权限结合后台数据库进行验证，配合P2P网络协议的应用，由我国食品安全质量的相关监管部门分别将区块链上的农产品质量数据在各个节点中进行储存。以目前的状况看来，我国农产品的质量溯源体系建设中各项质量数据的存储需要结合使用链上、链下两种方式，并需要以映射机制有效将二者进行连接。农产品质量溯源平台中的共识层需要在其管理工作中使用权益证明算法帮助政府部门在工作中拥有较多的管理权限，借此对农产品的价格、运输、售卖相关的利益主体进行全面审核、管理。合约层则是以我国现阶段有关农产品质量的相关法律法规、技术标准等作为出发点，凭借智能合约的建立，进一步强化农产品质量安全溯源体系应用中的管理工作效率。

图2 区块链、物联网双技术支持下的农产品质量安全追溯体系

3.2 以物联网技术为基础的数据采集设计

以物联网、区块链技术作为基础形成的农产品质量安全溯源体系，需要将整个农产品供应链上产生的质量信息进行全方位科学采集，具体包括了农产品在生产、仓储和销售阶段的各项数据信息。数据信息采集工作落实需要以物联网技术及其相关设备作为核心，有关产品生产环节的信息可以细分为生产的环境、操作和视频信息，可以凭借各种多元化监测技术系统引入进行针对性的项目监测工作。比如：针对农产品所处环境的土壤湿度、水分含量方面的数据收集，可以借助土壤物联网信息监测系统建立、应用有效落实监测工作。对于农产品的生产加工过程则可以通过流水线数据以及加工厂的监控工作落实来实现。对于猪肉这类农产品而言，在进入物流仓储阶段之后，产品的鲜活水平是其进入运输阶段的关键所在。冷链技术则可以在维持猪肉这类农产品新鲜性的同时，降低运输过程中产生的各种污染，完全可以将以无线传感器作为基础所形成的冷链监测系统引入其中，对于运输过程中冷藏车内的温度、湿度等数据进行实时监测以及上传。

3.3 联合应用区块链、物联网技术的双数据储存设计

在猪肉这类农产品生长、生产的过程中，每日产生的数据量规模相对较大并且带有明显的异构性特点，如果将全部采集到的相关数据共同存储到区块链上，这必然会带来区块链中各项数据节点负荷较大、运行成本有所提高的问题。区块链中节点数也会随着时间的发展而不断增加，其内部的各种储存交易数据逐渐呈现出一种指数级增长趋势，全体数据在区块链上的大规模储存致使查询工作效率遭到明显削弱[4]。现阶段，我国以区块链物联网技术为基础形成的农产品质量追溯体系，需要使用链上、链下二者结合的方式进行相关农产品质量数据的双储存，位于区块链上的各项数据部分，可以凭借哈希算法生成对于重要数据相对应的唯一标识码，并将之及时存入区块链的各种数据节点中，而链下的相关部分则可以在关系型数据库中将有关农产品质量的相关信息进行分类储存，并将数据在区块链上对应的信息给出标识。

3.4 系统中智能合约的构建

这里所提到的农产品质量追溯体系中的智能合约是一种位于计算机后台的电子协议文件，有关合同的传播、执行、验证等操作都需要借助信息技术实现[5]。即便交易在第三方缺失的情形下，交易仍旧具备较高的可信度且可正常进行，因交易产生的各项数据也可实时追踪且状态不可逆转。智能合约在完成部署之后便可借助信息技术自行执行、验证，目前我国物联网和区块链技术组建的农产品质量安全追溯体系，其内部的智能合约是以当下的农产品质量安全法规、标准等为基础成型的，结合农产品的完整供应链运行可以将之细分为用户准入认证、物联网运行监测、产品的分销转运记录、产品质量安全数据信息追溯等。

4 维护区块链+物联网农产品质量追溯体系稳定运转的机制保障

4.1 利益分配机制的建立

以区块链、物联网技术为基础组建的农产品质量追溯体系想要保障稳定、长时间有效运行，需要相关部门关注农产品供应链的稳定运转，这便需要制定出科学合理的利益分配补偿机制。在农产品质量安全可追溯体系具体运转的过程中，位于其上的各种企业主体会不可避免地出现不同类型的矛盾和问题。为了进一步推动农产品供应链的科学运转，通过利益分配机制的科学合理建立，确保各企业能够在农产品质量追溯以及供应链运行的过程中获取到自己预期的利润空间，并保障整个农产品质量可追溯体系和农产品供应链的完整性以及稳定运行[6]。

4.2 预警保障机制的建立

农产品供应链上的任何一个环节发生问题，都会对最终的农产品质量安全产生巨大的影响。为了保障我国区块链、物联网技术为基础形成的农产品质量追溯体系得以科学稳定运行，需要建立一个完全覆盖农产品供应链的安全预警保障机制，确保农产品质量追溯体系在发出对应的食品安全质量问题警示信号之后，能够由相关人员及时进行问题的诊断、分析和处理，并将最终的问题处理结果和记录第一时间上传，最大程度维护我国各种农产品生产、运输和销售过程中的食品质量安全。

4.3 制度保障机制的建立

针对现阶段我国有关农产品质量安全的法律法规体系惩处力度有所不足，无法有效提高违法违规成本的情况，相关部门需要在结合经济社会发展对于农产品质量安全具体要求的情况下，进一步完善与之相关的法律法规体系，并显著提高有关各种违法违规行为的处罚成本。在我国农产品质量可追溯体系逐渐推广、应用的背景下，农产品产品质量安全需要达到的具体标准需要由相关政府部门给出科学、详细的要求，配合诸如物联网技术设备完整性标准等方面的监督检查体系建立、实施以及政策方面的有效激励，确保农产品生产企业能够凭借产品质量追溯体系持续强化产品的食品质量生产安全，可以在无形中强化市场消费者对于各种农产品的消费信心，这对于我国农产品市场空间的扩展有着十分明显的推动作用。

5 结语

互联网和区块链技术作为我国互联网技术持续发展过程中生成的两种主要技术代表，能够在我国社会公众高度关注农产品质量安全这一社会热门问题的时代背景下，建立组织层次、功能模块较为完善的农产品质量安全可追溯体系，能够在真正发挥二者技术优势，规避其技术劣势的前提下，凭借数据实时采集、上传、储存，最大程度地保障农产品质量安全各环节信息的可追溯。相关政府部门需要立足于企业利润空间的最大化建立完善的利益分配机制，配合食品质量安全运行保障机制和相关制度法规体系的建立为我国农产品供应链以及质量安全可追溯体系的稳定运行提供必要的机制保障。