基于区块链的农产品供应链溯源管理研究

朱盼盼 张予倩 康豫 陈晨

摘 要：针对目前农产品溯源体系中存在的数据真实性、完整性难以保障，溯源数据共享传递效率低，监管协作机制不完善等问题，将区块链技术与农产品供应链相结合，构建基于区块链的农产品供应链溯源方案，实现农产品供应链数据正向跟踪和逆向溯源、数据加密保证不可篡改及安全运行，保障农产品质量，增强消费者对农产品的信心，革新农产品供需关系。

关键词：农产品；供应链；区块链；溯源

高效可靠的农产品追溯体系能够全面、准确追溯产品整个生命周期，提高产品质量管理水平，为消费者提供可靠信息，及时回应消费者关切，对于确保产品质量、增强消费者信心及农业健康生态的构建具有重要作用。然而，目前溯源系统存在溯源数据集中存储、信任感低且安全性受限等挑战，使得真正发挥溯源价值变得相当困难。传统农产品溯源系统存储节点单一，数据伪造、篡改成本低，可信度低。数据采集方面，农产品追溯管理的基础是采集录入完整、真实的信息，然而，受限于数据录入者的素质，源头数据质量难以保证，参与主体可能因为自身利益，故意录入虚假信息，仅仅依靠个体的自觉性来保障信息安全是极为不现实的。此外，农产品供应链上的溯源信息为各个独立个体所拥有，溯源信息共享效率低。再者，溯源过程监督体系不够完善，供应链各环节职责界限模糊，缺乏统一有力的监管部门和信息反馈平台，导致溯源过程难以真实反映，难以实现准确有效监管。

区块链凭借其去中心化、公开透明、加密保护和防篡改的特点，在产品可追溯性方面具有不可比拟的优势，不仅可以有效克服中心化追溯系统诸多痛点，提升产品溯源信息准确性，而且利用智能合约可以缩短流通时间，提升产品新鲜度，优化流通价值链。基于区块链的农产品溯源具有全流程跟踪记录、链上信息不可篡改、方便共享等优势，为供应链场景下实现农产品可追溯提供了新思路。全程跟踪记录，可为农产品质量管控提供更多支持。基于区块链的信息生成方法，将产品从生产、加工、运输、销售等环节的数据打包成块，加上时间戳，形成区块链，与农产品的供应链流程完美融合，可实现全程跟踪记录。传统溯源系统中的数据只存储到一个中央数据库中，数据容易被篡改，安全性较低。基于区块链的农产品溯源系统中，数据存储在多个节点，相互监督，彼此制约，在提高溯源效率的同时，增加了数据篡改难度，保证产品追溯数据的可信度。区块链的实时记录、不可篡改和公开透明特点，使得监管机构和消费者一旦发现产品安全问题，可以通过查询产品溯源信息，追根溯源，实现源头可查、责任可查，形成产品质量管控全过程管理，促进行业自律。

一、国内外发展现状

（一）农产品溯源发展

农产品溯源起源于欧盟的“疯牛病”事件，疯牛病暴发给农业带来了巨大的负面影响，也给欧盟各国食品监管部门带来巨大压力。为了扭转这一局面，欧盟于1997年开始研究建立牛肉相关产品的核查和登记制度，追溯从养殖到销售的全过程信息，助力快速识别问题食品的范围和责任，实现快速召回，保护消费者权益。我国于1995年通过《中华人民共和国食品卫生法》，对全国食品卫生工作做了全面部署。进入21世纪以来，先后发生了多起影响消费者身体健康的食品安全事件。为此，我国加大了食品安全追溯制度建设力度。2022年，完善农产品全产业链质量安全追溯体系写入中央一号文件。

（二）区块链在农产品溯源中的应用

区块链凭借其技术优势，为农产品供应链溯源提供了新思路，国家在政策上给予了较大鼓励和支持。2017年国务院《关于积极推进供应链创新与应用的指导意见》指出，利用区块链技术建立供应链信用评价机制。2019年国家互联网信息办公室《关于第一批境内区块链信息服务备案编号的公告》中指出，基于區块链的溯源应用是重点方向。2021年工业和信息化部、中央网信办联合发布《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》，明确要将区块链应用渗透到经济社会多个领域，在产品溯源、数据流通、供应链管理等领域培育一批知名产品，形成场景化示范应用。同年，农业农村部《关于拓展农业多种功能促进乡村产业高质量发展的指导意见》要求把区块链技术引入农业产加销各个环节。

二、基于区块链的溯源管理

（一）用户需求分析

农产品溯源可分为前向传递信息溯源和后向信息溯源。其中，前向溯源是从生产者到消费者的信息溯源，可以直观地记录农产品流通过程；后向溯源是指当发生食品安全问题时，从供应链终端消费环节追溯农产品供应链信息，从而快速确定发生问题环节及对应的相关负责人。按照参与主体的不同，农产品供应链溯源用户可分为企业需求、监管需求和消费者需求。对于企业，溯源系统最重要的作用是为顾客提供可信来源证明，提高产品竞争力，提升品牌效益；对于消费者，重要的是可以利用溯源系统获取可靠信息，验证产品质量，当发现产品存在质量安全问题时，可以及时向有关部门投诉；对于监管者，重要的是要借助溯源平台对问题产品及时召回，完成追责，规范企业行为。

（二）区块链技术选择

区块链按照应用方式及访问管理权限可以大致分为公有链、私有链和联盟链三种。其中，公有链也称为无许可区块链，任何来自不同背景的成员和组织都可以参与到系统中进行交易、挖掘和参与系统维护工作。整个区块链网络中没有确定的验证节点，因为它对所有成员都是公开透明的，所有用户都可以访问。这种完全授权的方式允许网络中的每个成员可以在任何时候检查区块链的任何部分，验证区块链中数据的正确性。私有链在准入原则上与公有链相对立，整个系统权限由单个组织或者私人控制，私有链被用于多个组织之间私有数据的交换和共享，整个网络倾向于集中化，由控制规则的组织或个人决定哪些节点可以参与。相对于公有链，私有链无须花费很多的资金和算力来达成共识，更廉价、快速。联盟链是一种在准入原则上处于公有链与私有链中间的区块链形式，整个区块链系统不是由单个组织控制的，但也不是完全开放的，而是由多个机构或组织联合管理的，每一个组织或机构都分别操作着一个或多个节点，共同维护区块链网络。三种类型的区块链各有千秋，需要针对不同的应用场景选择合适的区块链类型，公有链适用于需要更高稳定性与安全性，但是不追求较高交易速率的场景；对于强调隐私性、内部监督及交易速率的应用场景，私有链或者联盟链更为适宜。本研究结合农产品供应链特点和溯源业务需求，选择构建以供应链多元主体组成的联盟链为基础的溯源体系。

（三）溯源方案构建

围绕产品全生命周期涉及的所有节点及关键质量信息，选择符合其特点和用户需求的区块链平台，构建由供应链中多元主体参与的联盟链，其溯源架构如图1所示。

采集层结合物联网技术，获取产品质量所有相关数据。数据层由区块和数据库组成，将区块链接组成区块链，进行数据存储。存储主要采用关系型数据库与区块链相结合的方式进行。网络层负责各节点间的数据通信。共识层多个节点共同验证交易的共识机制保证系统的安全性和稳定性，提高系统运行效率。合约层自动执行满足约定条件的交易，并将其交易信息上链共享。应用层提供满足其需求的统一信息查询、数据录入等服务支持，向不同用户提供不同的功能。信息录入系统中涉及生产、加工、运输和销售等。生产环节主要的参与主体是农户，农户负责将产地信息，浇水施肥、采摘等生产信息上传录入区块中，利用数字签名技术对其进行验证，经过验证后的信息在整个区块链上同步保留、存储。加工环节主要的参与主体是加工商，加工商对来自生产环节的农产品进行初加工或深加工，并将信息进行更新上链。物流环节主要的参与主体是物流商，物流商将产品位置移动、运输方式、环境等数据上链共享。销售环节主要的参与主体是销售商和消费者。销售环节信息溯源不仅有助于品牌培育、提高产品竞争力，而且基于消费信息的分析，可挖掘客户需求，提供个性化服务，提高消费者满意度，促进销售。借助信息查询系统，消费者可查询农产品全生命周期信息，政府可以进行正向追踪、反向追溯，对问题产品倒查追责。基于农产品供应链溯源逻辑设计智能合约，满足约定规则时可自动执行。符合要求的企业注册登录上传数据，农产品生产商、加工商和销售商信息上链之后，消费者和监督部门可以利用溯源码在查询页面查看溯源的相关信息。

（四）系统功能测试

通过系统功能测试可验证农产品供应链溯源系统能否实现供应链数据正向跟踪和逆向溯源、数据加密保证不可篡改及安全运行。满足要求的企业用户进行注册登记，借助共识机制和智能合约，进行数据上传共享，并同步到所有分布式账本中，审核验证。对农产品供应链生产企业的各个生产环节按生产先后关键顺序，进行数据采集、数据登记画像、上链存证，通过成品赋码，形成区块链溯源一物一码。在仓储流通销售过程中，采集仓储流通过程上链，对应一物一码实现关联，并在销售时对接销售系统，记录销售订单编号、销售时间、销售方、购买方相关信息，实现全过程可信追溯，供消费者查询和监管部门抽查，及时确认问题产品责任主体。

三、结语

本研究针对传统农产品供应链溯源系统中存在的问题，结合农产品供应链特点，引入区块链技术，提出基于区块链的农产品供应链溯源方案，满足产品生产、加工、运输、销售、消费、监管等各方关于农产品质量把控和溯源的业务需求，以有效提高农产品溯源的精准度、安全性和运行效率。

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