基于区块链技术的湖南省道地药材全过程追溯体系构建

钟 锭 刘金红 夏新斌 周良荣

湖南中医药大学人文与管理学院，湖南长沙 410208

我国历代医家认为，中药材的药性与其生长的地理环境有密切关系，并在此基础上提出了“道地药材”的概念[1]。道地药材极具中医药特色和优势，作为中医临床用药的重要部分，不仅具有公认的品质优、效果好特点，且在促进区域经济发展上起到重要作用，更是区域中医文化的鲜明代表[2]。随着中医药事业的不断发展，社会对中药材的需求日益上升，而道地药材更是备受消费者青睐[3]。然而近些年来，中药材及中药饮片的质量问题屡见不鲜，已经成为制约我国中医药事业和中医药产业发展的重要因素。针对传统溯源方式中存在的中心化、不透明化和易被篡改的问题[4]，本文以湖南省道地药材全过程追溯为切入点，利用区块链技术，探索构建新型道地药材质量追溯体系，以期能为中医药产业高质量发展提供参考[5]。

1 湖南省道地药材全过程追溯痛点分析

1.1 体系制度不健全

中药材追溯体系的建立已提出若干年，相关部门出台了一系列政策文件，如《中药材保护和发展规划（2015—2020 年）》[6]、《关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见》[7]、《中华人民共和国中医药法》[8]、《关于协同推进肉菜中药材等重要产品信息化追溯体系建设的意见》[9]等，对构建中药材溯源及质量安全的长效机制提出了明确要求。但目前并未得到有效实施，我国尚未建立起溯源的标椎和规范，中药材追溯相关法律法规不健全，使得我国中药材溯源仍然存在很大阻碍[10]。以湖南省为例，湖南省道地药材溯源未能形成体系制度，使得市场上存在假冒伪劣的药材，影响道地药材产业良性发展。

1.2 责任主体不明确

由于湖南省内并未建立明确的道地药材追溯体系和追踪技术，道地药材从种苗培育到最后消费，整个产业链涉及的主体、环节众多，各个节点之中，包含了种苗供应商、种苗栽培农户、中药材生产商及末端销售商等参与者。一旦发现劣质道地药材，由于全过程溯源责任主体的不明确，管理部门很难将责任落实到具体部门或者企业，也使得道地药材的追溯无从下手。

1.3 信息全程追溯难

信息共享是中药材产业链中各个主体合作共赢的基础，有效的信息追溯一方面可以减少中药材市场信息不对称所带来的存货滞销和供应不足的威胁，也有利于中药材市场上下游之间信息互通降低成本[11]。道地药材的全过程追溯，涉及到中药材种苗培育、后期栽培、中药材生产及最后的销售环节，参与主体包括了种苗供应商、种苗栽培农户、中药材生产商及末端销售商4 个群体。目前，湖南省尚未建立一个可以贯穿各个环节的数据系统，也缺乏一个将中药材参与主体统一到一个追溯系统的平台，影响了道地药材全过程追溯。

1.4 信息易被篡改

条形码、二维码和射频识别技术（radio frequency identification，RFID）是目前湖南省道地药材溯源的主要形式。药材加工商在中药材外包装上面直接加印条形码、二维码或粘贴RFID 贴纸，可将中药材生产批次及流通过程中的信息记录下来。消费者可以通过扫描的方式，获取中药材相关信息。溯源信息存储在中心化的数据信息系统或者若干分布式数据库内，使得拥有中央服务器的机构或个人有机会篡改信息，且数据可以轻易地遭到不法人员的攻击，使得中药材溯源信息的真实性备受争议[12]。

2 区块链技术应用于湖南省道地药材全过程追溯可行性分析

区块链技术是一种开放式的、分布式的存储数据的链式结构，其是按照时间顺序将各个环节主体用密码学原理建立起相关联的数据区块。将区块链技术应用于湖南省道地药材溯源体系的构建，可以有效解决传统溯源技术中的中心化、不透明化和容易被篡改问题，可有效保障湖南省道地药材生产到消费各环节数据真实、不被篡改、可追溯[13]。

2.1 区块链技术的可追溯性

区块链上的不同区块包含着不同存储信息，各个区块通过时间先后顺序链接，因此，可以根据时间进行信息的溯源[14]。药材来源的各个环节难以明确，信息的真实可靠性难以确保是湖南省道地药材溯源的主要问题。此过程具有数据所属方多、交易环节复杂的特点。利用区块链技术，可以在区块链上的每个交易区结构体中，记载着参与者在各环节的交易信息，这样既可以查询又可以追踪道地药材的来源，有效地确保了可追溯性。

2.2 区块链技术的不可篡改性

区块链运用了哈希计算和密码学方法，将链上各个区块按时间顺序排列再链接，一旦有一条信息改动，时间节点之前所有信息都要改动，加大了信息数据篡改的成本和难度，从技术上维护了真实性[5]。湖南省道地药材产业链中运用区块链技术，参与各方在每笔中药材交易产生时依据合约确认交易后就会产生交易区块，交易区块一旦经共识机制确认就会形成上链数据，上链数据不可篡改，包括供应链管理中的原料、生产、运输、销售数据，皆可证明真实性[15]。

2.3 区块链技术的开放性

区块链技术各节点数据，除了加密节点的私有信息以外，其他节点的维护需要参与者进行统一维护，任何参与主体都可以参与、查询及记录。采用去中心化的公开透明的存储方式，具有开放性。在道地药材交易过程中，通过签名可以确认每笔交易，联盟链形式的区块链，通过认证机构证书可以认证参与者身份，基于以上可以确认每笔交易的合法性和真实性[16-17]。

3 基于区块链技术的湖南省道地药材全过程追溯体系构建

3.1 参与主体设置

根据道地药材供应链体系，将道地药材追溯划分成3 个主体。第一类为中药材质量和交易管理部门，包括国家中医药管理局和地方中医药管理局等部门；第二类主体为道地药材相关参与生产、销售的企业，包括种苗供应培育、中药材生产销售厂家和销售商；第三类为中药材最终的消费者。

3.2 体系架构设计

基于区块链技术的湖南省道地药材全过程追溯体系，共计三大模块、六层架构。每个模块之间运用了不同的应用程序接口：首先是采用了软件开发工具包的交互模块，其次在核心模块与基础模块之间运用全球远程过程调用接口。①数据层：将中药材的生产、成分、中转信息，利用Couch DB 作为分布式共享账本存储系统，进行系统存入，借助字节数组等操作，完成复杂的业务查询。②网络层：对药材溯源系统的账本、状态、成员信息等数据利用Gossip 协议进行个人对个人（peer to peer，P2P）分发。③共识层：系统依据指定的背书策略，向背书节点发送交易提案。通过模拟执行将结果运用背书系统链码进行数字签名，随即返还至应用程序。④合约层：采用Chaincode实现智能合约，主要包括两类，一类完成是药中材背书、发起中药材成分信息背书、中转信息背书。另一类是完成中药材信息、成分信息、中转信息查询等业务逻辑。⑤业务层：利用REST ful 接口，前端部分实现业务处理。后端部分实现用户及中药材的管理，借助Hyperledger Fabric 提供的软件开发工具包和区块链网络进行通信。⑥应用层：基于超文本标记语言（hyper text markup language，HTML），层叠样式表（cascading style sheets，CSS）、Angular JS 前端框架，向用户提供页面交互操作。由于用户部分是底层内置完成的，因此仅有用户登录和退出两项操作。见图1。

图1 湖南省道地药材全过程追溯体系构架

3.3 系统存储设计

本系统从中药材的生产、运输、销售的各环节关键信息进行分类，包括中药材的生产、成分、仓储物流等信息。经此分类后，再使用区块链系统对中药材相关信息进行溯源。如此操作，一方面方便质检机构对中药材生产信息进行检验，向消费者提供安全、透明的中药材详细信息。另一方面，向监管部门提供了审查所需的依据。

3.4 业务流程设计

①接入系统的数据：一类被称为核心数据，包括中药材的产地、编码、企业相关信息；另一类是非核心数据，包括用户信息、企业工商信息和交易信息等。②区块链的核心内容，对接平台上的数据上链，通过各方参与的溯源节点，了解交易信息。当发生交易时，可对交易进行确认，从而形成完整的、可供查询的信息链。③中药材溯源结果，通过可视化的方法，展示在系统前端以供各方及时查询。④假如查询结果和包装上面所描述的信息有差别时，产品标记的明文来源，与通过包装所查询到的信息不一样，就可以判断此中药材来源存在问题，此时消费者可以向有关部门反映。业务流程见图2。

图2 湖南省中药材溯源系统业务流程

4 基于区块链技术的湖南省道地药材全过程追溯体系实现路径

4.1 国家政府层面

第一，政府应逐步完善基于区块链技术的湖南省道地药材全过程追溯体系的法律法规，保障道地药材追溯过程中有法可依。本文提到的智能合约，虽然能够保证道地药材各责任主体公平交易，但是毕竟缺乏法律效力，且当前针对道地药材追溯体系相关法律仍然不健全[18-19]。因此，政府需要高度重视，将区块链技术应用于道地药材追溯纳入法律监管，保证道地药材从生产到消费的全过程，均有法律参考依据[20]。第二，政府需要加大对区块链技术应用于道地药材追溯体系的资金投入力度，缓解道地药材相关企业资金压力。政府应设立区块链技术追溯体系建设的专项资金，用于追溯体系的软件研发、硬件购买和基础设施建设等[21]。

4.2 社会企业方面

一方面，道地药材相关协会和企业，要联合制订基于区块链技术的药材追溯体系的行业内技术标准，为道地药材行业发展提供参考标准。将药材追溯体系技术标准制订的智能赋予相关企业和协会，改变单一的技术委员会制订方式，有利于提升道地药材行业的信誉和竞争门槛[22]，帮助企业突破体系建设的技术壁垒，促进标准的及时更新和修订，更符合市场规律[23]。

另一方面，企业需要加大相关人才的培养，不断推动区块链技术的革新换代，适应多变的市场需求。区块链平台涉及多种技术，例如共识机制、网络协议、密码学、P2P、智能合约等，如何将这些技术与实际业务结合使用且进一步优化，存在十分广阔的探索空间[24]。企业需要培养专业能力强的技术人员，积极推动区块链技术朝着灵活性和容错性更强的方向发展[25]。

4.3 消费者方面

消费者作为道地药材实际购买者，应当树立起扫描道地药材溯源码查询来源的意识，确保道地药材各方面信息正确后购买。当消费者发现道地药材存在明显质量问题时，应当向管理部门进行投诉。管理部门接到投诉，确认投诉情况为真实后，可运用基于区块链技术的道地药材追溯体系提供的可靠存储数据，核查是哪个环节存在的问题，落实责任主体，进行相关处罚[26]。