区块链技术在乡村振兴方面的机遇与挑战

钱帅吉

(浙江省农业农村大数据发展中心, 浙江 杭州 310020)

中国作为世界人口总数第一名的国家, 农业自然是国家治理中需要重点关注的领域。作为第一产业, 一方面为国民经济造就了旺盛的需求, 另一方面为市场提供了必需的生产资料和不可或缺的产品, 是国民经济牢不可破的重要支柱。随着 《中共中央 国务院关于做好2023 年全面推进乡村振兴重点工作的意见》 的发布, 意味着中央一号文件连续20 年聚焦 “三农”。区块链技术作为一项数字化、智能化方面的新兴技术正被各行各业的专业人才所重视, 开始研究利用于各自的领域。习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时的重要讲话中强调, 要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口, 加快推动区块链技术和产业创新发展,充分发挥区块链在促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等方面的作用。浙江作为高质量发展建设共同富裕示范区和农业农村现代化先行省, 也在实施数字经济创新提质 “一号发展工程”。可见, 区块链技术在农业农村领域, 特别是在浙江农业农村领域拥有很大的发展潜力。

1 区块链技术的简介和特征

1.1 区块链简介

区块链, 从技术层面分析是去中心化的共享账本, 利用散布在世界的各个节点来存储数据, 并根据统一的共识规则把数据纳入区块和备份, 来保障数据的不可篡改和可追溯。其本质就是一个为了去中介陌生信任而出现的新型构建信任的技术基础设施。由于区块链构建信息是基于计算机、规则和算法, 故其不会受到个人喜好、意识的影响, 能够构建一种不依赖于人的信任模式, 而这种信任模式正是实现社会关系智能化的基础, 能够在更高效率处理社会关系的同时实现更高水平的公正与公平, 是实现智能社会的关键要素之一。

1.2 特点

1.2.1 去中心化

区块链的构建不需要额外的管理方和设备, 仅依靠各个节点就可以实现信息自我验证、传递和管理[1], 因此, 去中心化是区块链技术最显著的特征。它的去中心化一方面表现在各个节点的独立性, 即各个节点之间具有相同的运行逻辑和权利义务, 不存在特殊节点。另一方面表现在区块链的数据信任源是由其事先规定好的共识算法通过竞争选择出来的, 这意味着选择的结果很难被某一个主体控制。

1.2.2 开放性

区块链的开放性, 一方面指的是代码的开源,由于去中心化的技术特征, 区块链需要进行代码的开源来使程序可被验证, 并使各链上节点理解代码的逻辑及相应的规则。另一方面指的是链上的交易数据人人可见, 公众可以通过公开的接口对区块链上的数据信息进行检查、审计和追溯[2]。正是这种开放性, 使得各节点相信区块链并愿意参与其中, 实现更高级别的不依托于人的信任模式。

1.2.3 不可篡改性

区块链的不可篡改性是由两方面决定的。首先是数据存储的结构。所有的节点在给定的时间内根据共识规则选出一个节点, 利用该节点一定时间段内的交易数据与上一区块的区块头打包成新的区块, 再利用哈希算法将数据转化为一个新的哈希值, 并将哈希值存入该区块的区块头中, 就此生存一条连续的链条状数据库, 其中任一条数据遭到篡改都会导致整条链的数据变动。其次是数据的存储方式, 由于区块链上的数据是分布式存储在各个节点中的, 每个节点都有完整的数据, 要想修改一条数据就必须控制50%以上的节点, 在节点足够多时, 这基本上是不可能的。

1.2.4 匿名性

尽管开放性是区块链的一大特性, 其中的数据人人可见。但是涉及隐私部分, 区块链又具有匿名性, 交易双方的私密信息都是经过加密后再上链和广播的。通过密码学相关原理, 区块链可以实现基于各种情景来保障交易双方的隐私信息, 在整个交易过程中, 双方的身份和交易的详细情况都不被第三方查看[3]。

2 区块链的核心技术

2.1 P2P 通信

P2P 通信即为点对点的通信, 它是一种去中心化的, 仅依靠用户节点就能实现信息交换的通信技术。它是实现去中心化网络通信架构的核心技术与关键基础。由于P2P 网络中的所有对等节点都可以提供带宽、存储空间以及计算能力等资源[4],伴随着区块链中节点数量的增加, 整个区块链的计算效能和可用资源也不断增长, 使得区块链具有很强的可拓展性与鲁棒性。同时由于数据分布式存放在不同主体机构、组织或个人的计算机上, 对数据进行确权与根据私钥进行数据的加密控制就具备了物理、技术与组织的基础与正当性。

2.2 分布式账本

分布式账本即区块链的数据存储在很多个物理和逻辑上分散的区块链节点上。在各个节点上所保存的数据都是一致的。意味着区块链的每个节点事实上只需与本地账本数据打交道, 就可以获得区块链中几乎所有的信息。其本质是数据在各节点之间共有、拷贝和更新的数据库。

2.3 加密技术

区块链中涉及两项加密技术, 一是非对称密钥机制, 二是哈希算法。非对称密钥机制是区块链实现点对点安全通信的基础性技术, 非对称加密体制包括公钥和私钥两个密钥。将公钥公之于众, 而私钥仅由用户自己掌握并严格保密。由公钥所加密的信息仅能由私钥解密。而由私钥所加密的信息仅能由公钥解密。利用非对称加密的这个特点可以实现对信息的签名以确保和证明信息确实是由该公钥地址的用户所发出, 并不可抵赖。

哈希计算是实现区块链数据不可篡改及溯源的基础性技术, 它能够实现信息的单向加密, 任意长度的信息经过哈希计算后都能够得到一段确定长度的结果, 且这一步骤是无法逆转的。若对原始数据进行任一方面的改变, 所生产的哈希码将大大不同。正是由于这一特性, 哈希码常常被称为数据指纹, 即用一固定大小并大大压缩的数据码来代表原始数据本身。哈希计算在区块链中多处应用, 如区块链的封装, 工作量证明的随机数计算、回溯验证等。通过对前一区块进行哈希验证与回溯, 可以从当前区块出发一直到创始区块验证整个链的产生历程和全程可信。

2.4 共识机制

为了确保各节点数据的一致性、防止节点的舞弊行为, 需要共识机制来规定如何在P2P 网络环境下公平、公正、合理地生成区块, 验证区块和编列区块[5]。目前根据区块产生的机制的不同, 共识机制包括有POW、POS、DPOS、POA、PBTF 等类型来适应于不同的应用场景, 在效率和安全性之间取得平衡[6]。

2.5 智能合约

智能合约使区块链真正成为了一个底层技术,正是由于智能合约的支持, 区块链技术得以在去中心化的应用中得到广泛使用。从技术角度来看, 智能合约即上传到链上的一段代码, 该代码明确了触发条件和触发之后需要执行的操作。一旦触发条件满足, 智能合约就开始自动运行。由于智能合约是运行在区块链上的, 使得其也与区块链技术一样具有透明性和不可篡改性, 此外它还具有永久性, 只要存储智能合约的区块链还在, 那么该合约就会永久运行下去。

3 区块链技术在农业农村领域的机遇

3.1 农产品销售新渠道

当前农产品销售行业存在如中间环节多、产业融资难、产品质量保证难、较难形成品牌等诸多痛难点。基于区块链技术的农产品众筹平台就可以很好的解决这些痛点难点。在这种新型商业模式中,首先是农产品生产方根据自身的生产条件在平台上发布生产公告, 即自身的生产优势, 种植的农产品、执行的种植标准规范等信息。平台用户如若对该产品有购买意向就可以参与众筹, 支付众筹款项。而其中的众筹款项将进入银行进行托管, 若众筹成功, 生产方就可以根据公告内容严格执行开始生产, 且定时将生产流程中的关键信息数据上传至平台以支持产品的溯源和获得用户的监督。产品生产完成后, 商户将产品通过物流送达用户手中。而凭借物流凭证, 平台将众筹资金打到商户指定账户。这其中产生的所有数据都将记录在区块链上,成为生产商的信用记录。在该销售模式中, 订单化生产解决了融资难、中间环节多的问题, 而银行托管资金解决了资金安全问题, 消费者对生产过程的参与与监督解决了产品质量保证难问题。同时根据区块链的数据积累可以形成商户的信用积累记录,而这些信息的真实性、透明性、可追溯性, 能够帮助农业销售主体更快建立起品牌效应, 形成竞争优势。

3.2 农村 “三资” 监管新方式

当前, 在农村 “三资” 监管领域存在诸如管理难度大、违纪问题易发多发、信息化水平有待提升、数据真实性无法保证等痛难点。通过将相关信息存储到区块链上, 可以有效解决这些痛难点。将三资管理工作过程产生的数据统一上传到区块链中, 并盖上时间戳, 可以形成完整的工作流程存证链。此外, 在三资监管中还可以利用智能合约预设报警事项, 当填报的数据被验证为虚假或数据被篡改, 就会触发报警, 使监管方能及时发现问题。同时, 所有对数据进行操作的人员的身份信息和具体操作行为都将会记录在区块链中并且无法篡改。通过对这些数据的存储与分析, 能够迅速发现及处理违规操作, 使得基层操作人员更加注重操作规程,避免农村集体 “三资” 被非法侵占。

3.3 质量安全追溯新平台

长久以来, 食用农产品溯源都是群众重点关注的问题。在食品生产加工流程中, 农药化肥等内容往往不会显示在最终产品的标签上, 而一些添加剂、生产工艺也经常会被隐瞒。这导致了生产者与消费者之间巨大的信息鸿沟, 况且由于当前食品溯源系统大多存在中心化的问题, 数据容易受到人为操控, 一旦发生农产品食品安全问题, 溯源问题是难上加难。为了对食用农产品实行全生命周期信息的记录与追溯, 从而防止食品安全事故的发生或者在食品安全事故发生后及时追溯生产过程发现原因, 针对性地作出改进。质量安全追溯平台可以以联盟链的形式搭建, 将生产过程涉及的各主体囊括进去, 各方参与将生产运输销售等过程产生的信息上传到链上。由于区块链的不可篡改性, 链上的数据任何人都不得修改, 也就避免了在安全事故发生后数据遭到篡改的可能。又由于区块链的开放性,使得任何人都可以对食用农产品的信息进行监督、查询及追溯。此外, 食品安全追溯平台还可以与物联网相结合, 在食品生产中的重要节点设置传感器以保障上传到链上的数据的真实可信, 实现链上信任和链下信任的结合, 真正使消费者吃的放心。

3.4 农业保险理赔新模式

农业保险就是指为农人从事生产活动中遭受自然灾害或意外事故时蒙受的经济损失提供补偿的一种保障制度[7], 其具有分散、转移风险的功能,使农户在受灾后尽快恢复农业生产, 使农业生产更具有连续性, 同时能够稳定农产品物价、增加农民收入。农业保险相对于其他商业保险而言对保险公司的利润增长贡献度偏小, 再加上浙江省处于台风高发地区, 有较高的巨灾风险, 其具有低概率、高损失的特点, 往往导致保险公司长期的盈利不抵一年的赔付[8]。此外, 农业保险一旦出险, 相较于商业性保险需要更多人力物力进行现场勘验, 增加了理赔难度, 容易出现理赔麻烦且耗时长的情况。

区块链技术应用于农村保险领域, 可以结合物联网设备, 将传感器采集的数据及时上传并存储于区块链中, 由于区块链的不可篡改性, 可以大大降低投保、理赔过程中需要的人力物力。更进一步地说, 农业保险可以与区块链技术中的智能合约相结合。当物联网设备采集到的数据符合理赔标准时,自动将理赔款项带入受灾农户账户上, 从根本上节省了理赔中现场勘验的时间和成本。不仅能使农户更快更便捷地收到理赔, 也能大大降低保险公司的人力成本, 助推农业保险惠及更广大的农民。

3.5 建设农产品区域品牌新方法

农产品区域品牌是在产业集群的基础上, 基于某一地区的资源禀赋和区域特色, 进行系统化的品牌规划运作, 为同行业农业生产经营者所公用的公共品牌, 体现了消费者对农产品生产区域形象的认知[9]。一个良好口碑的农产品区域品牌不仅是完善现代农业产业体系的重要途径, 更是加快农村精准扶贫步伐的有效推手[10]。当前在农产品区域品牌保护上存在诸如假冒品牌、以次充好、农残超标等问题。通过区块链技术的加入,可以较好的解决这些问题。区域公用品牌拥有方、生产方、监管方可以同时部署区块链中的节点, 同时在链上加入品牌授权相关的智能合约。首先生产方需要在生产过程中向区块链中上传生产数据如农药使用情况、土壤情况等, 与此同时监管方也需要上传相关产品的抽检记录, 实现农产品相关数据的上链。拥有相关数据后, 生产方就可以向品牌拥有方申请授权, 在相关信息都符合要求时, 智能合约自动运行, 将区域公用品牌授权给生产方。由于区块链数据的去中心化、不可篡改性和开放性特征, 可以保障拥有该区域公用品牌的农产品的安全与质量, 提升农产品的竞争力, 进一步促进农业增效和农民增收。

4 区块链技术在农业农村领域的挑战

4.1 相关人才的缺失

从前文中区块链的技术简介中可知, 要想熟练地应用区块链技术需要掌握密码学、网络通信技术、物联网相关知识、相关编程技术等, 是一项需要拥有跨学科知识的应用技术。一般的工作人员较难在短时间内熟练掌握并应用。此外, 相较于城市而言, 农业农村领域信息化本身就是短板, 投身于该领域信息化的相关人才本身就不足。而从事农业农村领域事业的人员也对信息化知识缺少了解, 导致区块链技术与农业农村领域的结合面临重重挑战。

4.2 高并发问题

以较为知名的区块链平台以太坊为例, 基于以太坊的区块链交易平台每秒仅能处理20 笔交易[11], 而在物联网中每秒交易频次有数十万次,显而易见目前主流的区块链技术的交易效率难以支撑其应用到一些需要高频处理交易的应用场景中去, 较大地限制了其应用的范围。

4.3 监管和法律的问题

一方面由于区块链技术的去中心化和隐私匿名性, 在一个完全去中心化的区块链系统中, 缺失监管手段。一旦系统遭到攻击, 数字资产被转移, 就很难追查到盗窃者, 且由于区块链技术的不可篡改性, 数字资产也难以追回。另一方面, 区块链技术会涉及大量数字资产, 在司法实践中往往被当作虚拟财产处理。尽管 《民法典》 已经明确虚拟财产是合法财产应当受到法律保护, 但是其在法律中的定位还未统一, 还需相关专业人士的进一步研究与明确[12]。