基于区块链的食品供应链溯源平台

王尔媚，苏静

1.湖南文理学院经济与管理学院（常德 415006）；2.湖南大学工商管理学院（长沙 410082）；3.湖南师范大学公共管理学院（长沙 410081）

食品安全问题一直备受关注，尤其是近些年，随着生活水平的提高，人们对食品质量的要求不断提高。一方面，越来越多的消费者愿意为绿色食品、有机食品买单；另一方面，食品企业也在积极探索如何满足消费者对食品质量的多样化需求。但食品供应链的复杂性导致食品供方和需方之间的信息不对称现象突出。一部分食品供应商可能在自身利益的驱使下提供不符合食品安全监管的产品。信息的高度不对称又使得消费者难以识别食品的风险，无法通过价格杠杆实现优胜劣汰，导致食品市场出现“劣币驱逐良币”现象，食品安全难以保障。区块链技术的发展为解决食品安全问题提供新的解决方案。其具有的可信任、防篡改、可溯源等技术特征，能够有效化解食品供应链中的信息壁垒，提升链上信息的可靠性与透明度，实现食品供应链全流程信息共享、可信流转与防伪溯源，从而以更快的食品溯源、更好的食品质量、更高的监管效率重塑食品生态系统，优化食品供应链运作效率，并保障食品安全。

1 食品供应链与区块链融合基础

食品供应链是指在食品生产、加工、运输、销售等过程中，不同参与主体共同合作，实现食品从生产者到消费者流通的网链结构[1]。食品供应链的参与主体包括农户、食品加工商、批发商、分销商、零售商、消费者及食品物流企业等，参与主体众多，且高度分散。食品供应链的集成与发展，旨在整合食品流通过程中的物流、资金流和信息流，促进食品在食品供应商、制造商、分销商、零售商和消费者之间的有效流转，实现价值增值与多方共赢。

主要的食品流通模式有多级批零模式、产地直销模式和加工商主导模式[2]。不同流通模式有不同的优点。产地直销模式可以最大程度地缩减食品供应商和消费者之间的环节；多级批零模式因其高效的运作效率成为最主要的流通模式；加工商主导模式有利于促进当地的农业现代化水平，提升农户福利[3]。尽管这3种流通模式都可有效促进食品的流通与食品产业的发展，但食品供应链管理领域仍面临一系列问题，主要表现在几个方面：

（1）信息不对称问题突出。食品供应链上各主体掌握的信息各不相同，出于自身利益最大化的目的，各主体间难以实现有效的信息共享，进而导致严重的信息壁垒。

（2）消费者对食品质量缺乏信任。消费者因对食品供应链的全流程信息不够了解，对市场上流通的各种食品难以做到充分信任。

（3）食品安全难以保障。食品生产过程中大量使用农药、化肥、激素、保鲜剂等，给食品安全带来隐患，威胁着消费者的身体健康。

（4）质量监管难度大。食品从“农场到餐桌”涉及的“点多、线长、面广、错综交叉”，导致政府和第三方机构对食品质量的监督与管理难以有效实施。

为解决上述问题，区块链技术在食品供应链领域的应用得到学术界和实业界的广泛关注[4-7]。区块链是一种共享的分布式数据库技术，是一种完整可信、不可篡改、多方参与和监督的全民记账技术[8]。其具有的去中心化、去信任机制、信息不可篡改、防伪溯源等技术特征，为实现食品安全管控的多主体、多流程、可信任、交互式信息共享提供解决路径[9]。一个简化的基于区块链的食品供应链系统如图1所示。在传统食品供应链中，“实物流”（图1的第一部分）链上的信息不够透明可靠，高度复杂化和纸质化的运作流程增加上下游主体之间的交易成本。基于区块链的全流程信息记录，可以实现食品供应链全流程信息可靠、透明、可追溯，对降低运营成本、提升食品供应链运作效率具有重要意义。

图1 基于区块链的食品供应链简化图

具体说来，食品供应链上的各主体可以通过区块链食品安全管理平台，快速识别食品从源头到终端的所有相关信息，从而减少食品欺诈风险。食品供应链上各主体基于区块链技术记录的信息主要包括但不限于以下方面：

（1）农户。记录有关农药、肥料、种植方法等的信息。收集最源头的生产信息。

（2）供应商。记录农户、产地、种植过程等的相关信息。记录与农户/加工商的交易信息。

（3）加工商。记录有关工厂及其设备、使用的加工方法、批号等信息。同时，与生产商和分销商进行的金融交易也记录在区块链平台上。

（4）分销商。记录运输细节、跟踪轨迹、储存条件（例如温度、湿度）、运输时间等。分销商之间的所有交易，以及与最终收件人（即零售商）的所有交易信息写入区块链平台。

（5）零售商。记录每个食品项目的详细信息，包括其当前的质量和数量、过期日期、储存条件以及货架上花费的时间等。

（6）消费者。在最后阶段，消费者可以使用电脑或手机扫描、查询食品二维码获得所需信息。

从分析可以看出，基于区块链的食品供应链管理平台，可以实现食品从“源头”至“终端”的快速信息溯源，且区块链的技术特征使得各主体可以在无需相互信任的前提下确保数据的真实性。食品供应链上各主体可以通过查看从农户到终端的所有具体信息，对食品的安全与质量做出合理判断，简化食品安全监管难度，提升食品供应链安全性、透明性与可溯源性。同时，智能化平台可以根据系统收集的信息自动做出分析报告，列出关键指标评价结果，帮助消费者更加便利、快速地识别与利用信息。因此，构建基于区块链的食品溯源系统是优化食品供应链流程、提升食品供应链绩效的有效途径。

2 基于区块链的食品供应链溯源平台构建路径

以区块链为底层技术的食品供应链溯源平台，可以借助区块链技术“分布式存储、信息不可篡改、可溯源”等特点，在食品溯源领域中构建一个算法式的信任世界，实现食品从“田间到餐桌”全流程信息共享、可信流转与防伪溯源等。从技术层面上来说，该平台构建路径主要包括几方面内容：剖析食品供应链溯源平台的业务需求与功能需求，刻画基于区块链的食品供应链各主体之间的网络关系图谱与运作模型，并在此基础上设计基于区块链的食品溯源平台层次架构与建设方案。

2.1 剖析食品供应链溯源平台的业务需求与功能需求

2.1.1 明确平台目标

即构建以区块链技术和物联网技术为基础的食品供应链溯源系统，实现食品生产、加工、转运、仓储、销售等全环节的信息透明，做到全流程可控可查。

2.1.2 开展平台业务需求分析

对食品供应链的业务流程进行分析，总结食品溯源系统业务流程逻辑图，解构不同阶段食品供应链溯源系统的业务需求特征。

2.1.3 针对平台功能需求展开分析

一是从监管部门的需求角度出发，建立食品供应链溯源管理子系统；二是从食品链上企业和消费者的需求角度出发，建立食品供应链溯源应用子系统，为食品供应链成员和消费者提供信息输入、查询、投诉等服务，实现食品全流程信息公开、透明、可信流转。

2.2 刻画基于区块链的食品供应链各主体之间的网络关系图谱与运作模型

食品供应链涉及的主体众多、流程复杂，因而，刻画出各主体之间的网络关系图谱，是加强食品安全监管、满足各主体需求的基础。一方面，要基于市场外部环境需求，构建以监管机构为中心的“协作网络关系图谱”，帮助监管部门依托食品供应链溯源系统对食品质量进行全流程监管。另一方面，要基于食品供应链流程与特点，构建以食品为中心的“节点网络关系图谱”，借助区块链技术保证食品生产流通活动中信息的实时性、可靠性和完整性，实现“三流”（商品流、资金流、信息流）一致的食品供应链溯源体系。在此基础上，设计一个由主管部门牵头和部署，各食品相关主体共同参与，通过各接口实现区块链上各节点信息共享的系统模型，实现对食品从“田间到餐桌”的全流程信息记录与查询，解决由信息不对称导致的食品安全问题。模型设计如图2所示。

图2 基于区块链的食品供应链溯源平台总体模型

平台要求每一个参与者在进入区块链系统时，创建一个对应的信息文档，记录与参与者有关的信息。注册成功后，各主体会获得一对公钥和私钥。公钥可以向全网公开，类似于账户ID；而私钥是非公开的部分，类似于账户密码。区块链上各主体接受到新的区块信息写入时，可以通过公钥验证数据的真实性与可靠性，但无需暴露自己的私钥，因而可以有效保护参与者的隐私。每个参与者可以利用已经注册的账户登录用户界面，进入指定区块链网络，写入区块信息或者查询所需数据。

2.3 设计基于区块链的食品溯源平台层次架构与建设方案

基于区块链核心技术架构，将平台分为存储层、服务层、接口层、功能层和应用层5个层次，并根据各个层次的目标和任务设计具体的建设方案。平台层次架构及各层次任务内容如图3所示。

图3 基于区块链的食品供应链溯源平台层次架构图

2.3.1 存储层

根据食品安全溯源平台的需求可知，平台上涉及多个不同角色的参与主体，并不要求每个参与者的权限完全一致，因而可以选用联盟链的形式进行开发。平台中所有信息均存储在区块链中，各节点在获得授权的情况下可对信息进行访问。

2.3.2 服务层

食品供应链上各成员根据“协同合作、互利共赢”的目标将所有的合作机制转化成算法，并形成统一的共识机制、签名机制等，封装于服务层内。这从算法上保证平台的运行规则由区块链的智能合约决定，不能被平台中某一主体所修改，因而可以保证数据的真实性与有效性。

2.3.3 接口层

接口层主要嵌入各类应用程序或底层协议，为食品供应链上各节点成员提供人机交互入口。

2.3.4 功能层

主要实现信息录入、追溯、查询、数据分析以及膳食营养推荐等前端功能。食品供应链上各节点成员对信息存储与使用的权限，主要取决于各节点在食品供应链中的角色与职能。

2.3.5 应用层

主要包含食品供应链上各成员接入该区块链溯源平台后进行的基本操作，包含各类信息的录入、电子钱包管理与用户角色管理等。记录的信息包含时间、数据提供者身份等内容，并以区块的形式接入到区块链中，以最大程度地保证信息的真实性和可靠性。

3 基于区块链的食品供应链溯源平台应用优势

区块链技术的应用，极大提升食品供应链上信息的可靠性与透明度。分布式与数字化存储模式，更是让精准的大数据分析与快速的信息追溯得以实现。基于区块链技术的透明性、可靠性与不可篡改性等特征，“区块链+食品供应链”溯源平台的应用与推广具备几方面的优势。

3.1 提升食品供应链上下游企业间的信息透明度

基于区块链的食品供应链溯源平台能够根据实际需求情况共享链上信息，促进食品供应链上供方和需方之间的协同共享与动态交流，突破信息不对称壁垒，化解食品供应链中的道德风险问题。在保障信息安全的前提下最大程度地提高信息共享程度。

3.2 打造相互信任互利共赢的营商环境

区块链的技术特征可以保障食品溯源平台上记录的信息是可靠、真实、可溯源的，即区块链技术的应用能够在食品溯源领域中构建一个算法式的信任世界，实现食品供应链从“田间到餐桌”全流程信息共享、防伪溯源与可信流转。

3.3 提高食品安全的可靠性

基于区块链的食品供应链溯源平台，可以借助物联网等技术，实施监控链上各主体的生产、运营、加工环节的具体情况，并详细记录其物流、信息流、资金流等信息，从而加强对食品供应链上各主体的客观震慑，提升主观遵从意愿，进而保障食品安全的可靠性。

3.4 完善食品监管体系与风险预警机制

区块链上的大量信息，实时记录食品供应链上各主体的生产、运营、管理等信息，有助于监管部门借助大数据分析工具，实现对链上主体的自动化与智能化监管。此外，监管部门可以基于区块链上的云数据，建立动态风险预警机制，自动识别异常信息，将食品安全管理从“事后溯查”制转变为“事前预防”，基于对食品供应链节点的实时监管，实现食品危机“防范于未然”的监管目标。

4 结语与建议

食品供应链涉及的点多、线长、面广，且各主体间的交互错综交叉，导致食品供应链溯源系统面临数据难共享、易篡改、难追溯等问题。区块链具有去中心化、信息不可篡改、防伪溯源、信任机制等技术特征，与农产品追溯体系的需求天然吻合。基于区块链的食品供应链溯源平台，有助于实现食品源头可追溯、流向可跟踪、信息可查询、责任可追究等目标，从而在降低食品供应链运作成本的情况下提升食品安全可靠度。然而，区块链技术在食品供应链领域的应用仍处于探索阶段。为突破区块链技术在食品安全管理领域的瓶颈，政府部门需要“以身作则”，促进公共行政的数字化改革，大力推动信息基础设施建设。同时加大对研究创新与教育培训的投入，以便最大程度地激发区块链技术的潜在效益。在政策上，一方面完善与区块链技术相关的法律法规，制定标准的行业制度，为区块链技术的应用落地设计一个明确的监管框架，以促进区块链技术规范化、标准化发展；另一方面，加大激励强度，鼓励与扶持食品供应链中区块链生态系统的发展，提升区块链技术竞争力与食品质量管理成效，实现食品供应链的持续优化。