基于区块链的广西农产品质量安全追溯体系构建
时间：2022-12-04 18:05:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
□文/任悦林
（广西师范大学 广西·桂林）
［提要］ 目前，广西农产品在种植、加工、运输以及销售过程中所涉计到的主体众多且环节较复杂，并且其产品数据都是由各参与方直接单独完成，这就造成产品在种植、运输、销售过程中出现数据容易人为随意篡改的风险。因此，强化全过程农产品质量安全监管、健全追溯体系是目前我国所积极提倡的重点。本文从追溯体系视角出发，利用区块链技术，探讨5G 时代广西农产品质量安全追溯体系平台的构建。
近年来，基于区块链的农产品食品安全的研究已经逐渐替代了传统的农产品食品安全追溯体系，但是广西由于地域的偏远，科学技术的不发达，因此在农产品的安全上面并未达到很好的追溯结果。除此之外，很多的研究者是在4G 的通信条件下进行研究的，关于提升平台的运行效率、降低运营成本以及数据可靠性的研究并不多。因此，本文在基于区块链技术的基础上加入了5G 技术，对广西农产品的质量安全追溯平台的数据平均传输时间、对数据的识别准备率以及数据丢失的恢复等进行了研究，力图研发出用最小的消耗、最低的成本以及最高的信息传输效率的系统，同时又能兼容PC 端、手机App 以及小程序等，使其操作更加简单，更加具有广泛的适用范围。通过区块链可以更好地维持农产品在采摘、运输以及售卖的过程中各个环节的透明化，这样就可以很好地做到数据追根溯源的过程。
广西农产品有着较长的发展历史，由于是农产品发展大国，因此其农产品的发展对全国的粮食储备具有一定的影响。
广西土地分布广泛且平坦，主要生产旱作物、茶叶等经济作物，以及果蔬等农产品。2019 年12 月，为了推进农产品的质量安全体系的建设，广西壮族自治区农业农村厅就食品安全的问题颁布了《广西农产品质量安全“黑名单”管理办法（试行），该管理办法指出凡是适用农产品的经营主体，如农作物种子的播种、肥料的实施、产品的出售、兽药的生产以及出售等都是需要按照相关的政府部门所规定的食品质量安全政策办理相关的经营许可证。因此，农产品的生产经营主体要严格照实记录该产品的生长、经营以及售卖的全过程，并且要时刻接受县级及以上食品质量安全管理相关部门的核查，层层递进，实现对农产品的质量安全在流通过程中的全面监督与可追溯。
在实施农产品质量检查时，有拒绝接受抽样检查的、拒绝整改的、有一定的范围内使用农药以及非法添加剂的、销售不合格农产品的、有存放违禁药品和其他化合物的、从业人员无有效的健康证明的、伪造相关材料证明的等行为均被列入“黑名单”。这些被列入“黑名单”的企业经营单位，两年内对企业进行整改管理，两年之后要对产品再进行重新的质量检查，并且在检查申请审核通过后方能解除“黑名单”。
以广西壮族自治区柳江县为例，柳江县位于广西的中部，是柳州市的直辖县，是典型的城郊型农业县。从2004 年起，柳江县建立了农产品质量安全监测体系，不断推广标准化的生产，质量安全监管平台的推出使得农产品的安全问题得到了很大的提升。但是农产品质量监管平台也出现了监测体系不健全、市场的准入准则尚未建立、质量可追溯条码难以推广、检测经费不足等问题。
（一）区块链技术原理。区块链是以比特币为代表的数字加密货币体系为主要的核心技术，由各种各样的区块构成。区块上主要是承载了商品进行交易的数据，然后这些区块又按照数据上传的时间顺序进行连接起来。区块是构成区块链的基本组成部分，区块头与区块体是构成区块链的重要组成部分，如图1 所示。区块头主要包含了版本号、本次的工作量证明参数、进行时间统计的时间戳、前一区块Hash、Merkle 树根、难度目标等本区块元信息。前一区块Hash 字段中主要是对前一区块的Hash 值进行存储，若出现前一区块中任何内容被篡改的现象，则就会对后一阶段的Hash 值进行重新的计算，但Hash 运算后的结果就与此字段完全不同，由此可定位数据发生篡改的区块位置。Merkle 树根是属于一种Hash 二叉树，其叶子中的结点主要起到保存溯源数据的作用，其分支的叶子节点主要保存子叶子节点的Hash值，底层节点数据一旦发生变化就会逐级将新产生的数据向上传递到父节点，一直到Merkle 树根，从而可定位发生篡改的节点位置。（图1）
图1 区块链结构图
区块链技术的应用主要是对于数据进行保护，不论是在哪一个节点上面，一旦发生数据被篡改的现象，就会在下一个环节被察觉出来，进而追根溯源，找到数据被篡改的位置。因此，区块链技术的使用大大加强了数据在流通的过程中的安全性与可靠性，使得数据的信息更加透明。在农产品的质量安全中使用区块链技术，农产品从种植、生产、运输以及到最后的销售阶段，对数据进行及时的上传以及更新。根据区块链的保证数据真实的特性，为当地相关的农产品质量安全的监管部门提供了一定安全真实可靠的数据分析。由于区块链技术的使用，消费者在购买商品的过程中，可以根据一定的平台网站对农产品的质量安全问题进行查询，通过了解农产品的整个流通过程，增强消费者对产品的信赖。
（二）传统溯源体系。传统的广西农产品质量安全的追溯平台一般是依靠二维码、物联网的功能等实现，能够对农产品所在的位置、来源以及部分信息等进行追溯与分享，如图2 所示。（图2）
图2 传统农产品质量安全追溯体系图
广西处于偏远地区，由于受物联网以及通信设备不完善等因素影响，传统农产品溯源体系存在着一些问题。例如：（1）随着每年数据的不断增长，在追溯平台上上传以及下载的数据不断增加，那么随着物联网容量的增长，其性能在不断降低，则时常就会出现扫码或者是登陆的时候出现卡顿以及信息错误等现象。（2）数据传输效率低。现如今，农产品的质量追溯主要是4G 网络完成，4G 网络时支撑数据传输的主要渠道。但是，由于受4G 网络本身的数据传输慢的限制，当上传多个数据的时候，就会出现信息带入错误，界面卡顿以及信息更新不及时等的现象。（3）安全性不高。由于目前的网络没有加密形式，而且农产品质量的相关内容主要是通过扫码的形式进行查询与了解，而进行扫码的二维码有可能是被一些非法分子刻意篡改过的，因此扫码得出来的信息是不真实的。（4）不能实现信息共享。在传统的追溯信息平台上，环节与环节之间并不相连，而是一个个独立的个体，造成了数据在传输过程中会丢失的现象。不仅如此，还会造成数据在传输的过程中，有的供应商为了获得更高的利润，随意篡改数据，导致数据的不真实，但是也无法查询。
（一）功能需求分析
1、消费者需求。消费者是整个供应链中的最后一个客户，也是极为重要的客户。由于农产品具有“检验性”，而检验的最终结果取决于最终的消费者的消费体验。消费者在购买产品的时候，可以根据相关的服务平台或者是产品上面所提供的二维码实现对产品的质量安全的追溯，对该产品有一个最为直观的了解，实现了农产品信息的全面透明化，提高了客户对农产品信息的信任度。
2、企业需求。由于农产品在采摘以及运输的过程中涉及到的环节众多，中间有很多的企业经手，因此每个环节的企业不仅要对农产品实现信息的全面覆盖，还需要对该产品的信息实现正向以及逆向的追溯。因此，每个关节都需要设置一个管理员，分别对数据进行处理，处理之后对数据进行存储并且与其他节点上面的数据进行同步。通过各个环节信息的核对与同步，可以实现农产品产业链的信息汇总到区块链的溯源系统中，实现了企业对农产品数据的全面覆盖。
3、政府需求。政府部门所起到的最重要的作用就是对农产品质量进行监管。作为区块链溯源中权限最高的节点之一，能够直接对系统中的数据进行查看监督，实时监控节点上面的数据是否超乎规范，能够及时对产品进行抽样检查，并且对问题产品进行查询及实时追踪。
（二）框架的构建。在农产品质量安全追溯体系中，农产品从种植、成长、采摘、售卖、物流等各个环节均是由具体的版块组成，各个环节的后台服务程序以及区块链中的分布式数据库权限均是由peer 节点进行数据的整合，从而使得体系获得去中心化事务处理和数据存储的功能。本文所搭建的区块链主要分为交互模块、核心模块以及基础模块三个版块，如图3 所示。（图3）
图3 基于区块链的追溯平台框架图
（三）功能的实现
1、交互模块。区块链的交互模块主要是应用平台的前端，即用户的应用层。农产品从种植最终到消费者手中这一系列环节所涉及到所有信息流都是在应用层实现。应用层是产品供应链中的各个成员与信息进行交互的平台，也是供应商、中间商、消费者之间进行信息交流的平台。应用层全面包含了农产品在信息流、物流、资金流等全方位的记录。其中，应用层主要包含了金融机构、监管机构以及供应链。金融机构为应用层上面的客户提供金融、融资、审计等具有特色的金融服务，形成了金融信息流；
监管机构为应用层上的客户提供监督、检查以及修复等服务，保障了供应链的安全与健康运行，有利用供应链上各个环节业务的顺利开展。供应链信息流主要是为了农产品在种植、运输以及销售的过程中安全的管理，整条供应链被视为一个有机的整体，每个节点都不是孤立的存在，考虑供应链中所有相关公司的内部与外部的联系，提高供应链节点上各个企业的整体协作意识。除此之外，整条供应链上所涉及到的相关企业在信息共享的情况下实现协同决策，这样可以有效地预防分散决策所带来的盲目性而导致整条供应链条不稳定。因此，由于供应链信息流的存在，使得信息更加完善，传统意义上的商家敌对关系被紧密的合作关系所取代，新型的合作关系赋予了供应链新的价值，实现了“双赢”的大局意识。这种关系不但有利于供应链上各个节点企业的构建，更能维护核心的竞争力，能够最大限度地帮助客户实现利益的最大化，实现供应链价值的最大化。
2、核心模块。核心模块主要是引导用户去介入网络、注册、查询等环节。该版块是由各类脚本代码以及计算机算法机制组成。核心模块主要包含了合约层、共识层以及网络层。合约层主要利用现代化技术整合成一个智能合约，即使用计算机编码编成的一套数字形式的承诺，基本满足if……then 或者what……if 的逻辑，供应链中的所有参与方都需要遵从智能合约上面的约定，其中包括金融合约、监督合约以及供应链合约。共识层主要是随机动态股份授权证明，简称SDDPOS，该证明可以授予用户一些能力去决定哪些节点可以被信任。如果该客户端不能履行他们的职责，例如轮到他们进行数据记账时，其没有按时完成记账或者是对数据进行虚假操作，系统一旦发现，就会立即将其除名，除名之后，网络就会自定选定新的节点来取代他们，并且此项操作是不可逆转的，这样就极大地控制了商家对数据进行弄虚作假的行为。在区块链中，有一个SDDPOS 模块，此模块可以实现对数据进行秒处理，这就大大降低对区块链进行维护的网络费用。
此外，本次研究在区块链的网络层加入了5G 通讯技术，5G 通讯技术中的全光网技术的使用是用来降低区块链所要处理的数据在空中传输的时延，并利用新型多址技术节省了数据进行调度的开销，通过网络切片来减少数据转发的节点，实现超低时延通信。另外，还进行了P2P 网络协议、网络接入管理以及身份机制的验证。其中利用P2P网络协议，使得用户与用户之间直接进行交互，使得网络上的沟通变得更加简便，数据更加共享。
3、基础模块。基础模块主要是进行数据的处理。数据的处理主要包括数据的采集以及存储。数据的采集主要是将农产品所经历的各个环节的信息进行收集，包括农产品的种植数据、农药用量数据、采摘数据，产量数据、存储时的温度、运输时的距离、时间以及分销商在销售时的销售数据等。扫描相对应的二维码标签即可以获取相对应的数据为消费者所购买的产品提供透明化的保障。数据的存储是利用区块链的去中心化特点对农产品的种植、运输、销售等数据进行处理的。数据库，一方面是对区块链系统中数据的备份；
另一方面是用于存储，例如员工的隐私、企业的投入情况等，减少区块链系统的存储开支。
传统农产品质量追溯体系主要保存的是非溯源类数据，而基于区块链的农产品质量追溯体系主要保存的是溯源类数据。新型的农产品质量追溯体系并没有将传统的追溯体系抛弃，而是与传统的追溯体系相融合，这也能够充分保证体系对完整数据的存储以及查询管理。
在供应链的影响背景下，农产品的生产与物流成为密不可分的一体。在随着时代的发展带来很多机遇的同时，也给农产品的质量安全问题带来很大的挑战。近年来，虽然中国的农产品质量安全问题已经得到很大的提升，但是传统的农产品追溯系统平台已经跟不上时代的发展以及消费者的需求。尽管农产品质量安全追溯系统越来越受人们的关注，但是当前的农产品追溯平台存在信息收集不全、信息得不到及时更新、数据存储不安全且易丢失的情况，因此安全、透明、可信的农产品质量安全追溯平台的构建迫在眉睫。
2020 年，广西壮族自治区在农产品质量安全追溯平台建设方面出资1，000 万元，在南宁、柳州等几个区进行试点。目前，政府已经出资把信息平台搭建起来了，期待着各个环节的商家及时提供可靠的数据上传平台。然而，政府运用的RIFD 技术（即消费者可通过扫描二维码来获取食品溯源信息）对于广大老百姓和上下游商家来说都有好处，但并非是刚需。因此，区块链技术的出现很好地解决了这个问题。由于区块链具有天然的去中心化、分布式存储、数据不可篡改以及多通道的特点，使得广西农产品质量安全追溯系统具有广泛的应用前景。本文在传统农产品质量安全追溯信息平台的基础上嵌入了区块链技术，利用现代的5G 通讯技术，提高农产品在运输的过程中数据的传输、存储、同步以及备份的功能，实现农产品数据的全面透明化，增加最终消费者的信任，同时在农产品溯源系统中加入了供需功能，主要是利用大数据与云计算，根据双方的交易记录完成推送与其类似以及相关的产品，提升农产品的销售量。
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