曾小青 彭 越 王 琪

(1. 長沙理工大學經(jīng)濟與管理學院, 湖南 長沙 410076；2. 順鑫農(nóng)業(yè)股份有限公司, 北京 101300)

中國現(xiàn)有食品供應鏈分散，企業(yè)自律和社會監(jiān)督缺乏，食品安全風險管控難度極大。建立食品從田間到餐桌的全程追溯機制，對于強化責任追究，重塑消費者信心，尤為迫切。

構建食品安全可追溯體系，實現(xiàn)過程可感知、源頭可追溯、風險可預警，對于提高中國食品質(zhì)量安全的管理水平，防止食品安全事故發(fā)生，維護供需平衡，促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。近年來，國家圍繞食品、藥品等關系人民群眾生產(chǎn)生活的重要產(chǎn)品，對追溯體系建設進行了積極探索，但效果仍不盡人意。最近發(fā)生的疫苗事件再次印證了追溯體系建設的必要性，同時暴露了當前追溯系統(tǒng)的無力。

一套有效的食品安全追溯系統(tǒng)有3個要點：① 在食品供應鏈中建立標準統(tǒng)一的編碼標識；② 做好食品關鍵信息的采集、存儲與交換；③ 保證信息不可偽造，生成后不可篡改。物聯(lián)網(wǎng)為實現(xiàn)食品追溯提供了關鍵技術支持，但是當前中心化的、單一物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設成本高、信息不透明、數(shù)據(jù)容易被篡改，效果大打折扣。近兩年，區(qū)塊鏈技術不斷成熟，以其安全性、去中心化、防篡改的特點，受到了廣泛關注，應用不斷深入?；谖锫?lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈的技術解決方案有望彌補當前食品追溯系統(tǒng)的缺陷。

本研究擬針對食品安全追溯系統(tǒng)的特點，提出用物聯(lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈的方法以構建一個過程可感知、源頭可追溯、風險可預警的食品追溯體系。

1 食品安全追溯及其發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 食品安全追溯的內(nèi)涵

根據(jù)國際食品法典委員會與國際標準化組織(ISO)的定義，將可追溯性表述為：“通過登記的識別碼，對商品或行為的歷史、使用或位置予以追蹤的能力”[2-3]。食品安全追溯體系是一種設計用于食品生產(chǎn)和供應過程中追蹤某一產(chǎn)品及其特性的信息記錄與應用系統(tǒng),通過記錄食品生產(chǎn)加工流通過程的信息流，并且保障信息流的連續(xù)性。當不安全因素被發(fā)現(xiàn)時，可以通過溯源或追蹤來識別問題產(chǎn)品的源頭以及流向，并且有利于食品召回有效、精確地實施[4]。因此，食品可追溯體系可以看作是身份記錄、存儲和傳輸體系，也是一種食品生產(chǎn)過程信息管理體系。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

縱觀各國，發(fā)達國家非常重視追溯體系的建設。歐盟于2000年出臺《新牛肉標簽法規(guī)》(EC1760/2000)，要求牛肉必須具備可追溯性；2002年，又出臺了《食品安全法規(guī)》(EC178/2002)[5]，要求2005年起在成員國銷售的食品實行強制可追溯性，對于來自第三國的食品，沒有可追溯性的不得進口。美國從2004年開始規(guī)定所有涉及食品運輸、配送和進口的企業(yè)必須建立并保存食品流通的全程記錄，2011年的《食品安全現(xiàn)代化法案》，要求所有企業(yè)內(nèi)部通過批次號、代碼或者其他信息記錄辦法追溯所有原料的來源和產(chǎn)品去向，政府可在24 h完成追蹤溯源。日本、韓國、澳大利亞和加拿大也是積極推廣并實施可追溯系統(tǒng)的國家[6]。

中國產(chǎn)品追溯體系研究和建設起步較晚，但政府非常重視[7]。自2010年開始，商務部分期分批支持58個城市開展了肉類蔬菜流通追溯體系建設試點[8]。2016年，在總結(jié)前期試點經(jīng)驗基礎上，商務部會同有關部門開展重要產(chǎn)品追溯體系示范工作，并逐步由試點示范工作向常態(tài)化轉(zhuǎn)變，初步形成輻射全國、連接城鄉(xiāng)的追溯網(wǎng)絡。2017年2月，商務部、質(zhì)檢總局、食品藥品監(jiān)管總局共7個部委，聯(lián)合印發(fā)了《關于推進重要產(chǎn)品信息化追溯體系建設的指導意見》[9]，提出了“十三五”期間，食用農(nóng)產(chǎn)品、食品、藥品、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料、特種設備、危險品、稀土產(chǎn)品進出口產(chǎn)品等八大類重要產(chǎn)品要形成全國統(tǒng)一協(xié)調(diào)的追溯標準體系和追溯信息服務體系。

除了政府牽頭建設的各省肉制品蔬菜追溯系統(tǒng)，各大電商企業(yè)(如京東、阿里健康)和一些大型食品企業(yè)(如：順鑫農(nóng)業(yè)、伊利、茅臺)等紛紛建立自己的追溯系統(tǒng)[10]，呈現(xiàn)百花齊放的狀態(tài)。但由于缺少統(tǒng)一的規(guī)劃，中國未能有一個兼容、規(guī)范、統(tǒng)一的產(chǎn)品追溯體系。

1.3 研究現(xiàn)狀

目前各國產(chǎn)品追溯體系建設標準不盡相同，產(chǎn)品追溯體系覆蓋范圍較為廣泛，為學者提供了很大研究空間。

近些年，國內(nèi)外學者從不同角度定義食品追溯，并探討建設食品追溯體影響因素和構建技術。關于食品追溯體系內(nèi)涵，Karlsen等[11]通過對已有文獻的總結(jié)，指出追溯的定義和原則的理解并不統(tǒng)一，食品追溯的實施也沒有普遍適用的理論框架。Bosona等[12]將食品追溯看作物流管理的一部分，并從物流管理的角度重新定義了食品追溯，分析了建立食品追溯體系的動力、優(yōu)勢和阻礙等因素。Golan等[13]通過實證分析了食品可追溯主體行為。Catarinucci等[14]將無線傳感器網(wǎng)絡和無線射頻識別技術結(jié)合以提高白葡萄酒的可追溯性。鮑曉成等[15]基于物聯(lián)網(wǎng)的應用，探討了豬肉供應鏈可追溯系統(tǒng)的構建。

從現(xiàn)有食品追溯的研究可以看出，從追溯參與者角度、追溯系統(tǒng)構建和追溯相關技術應用等方面研究成果較為豐富，但中國食品供應鏈追溯體系建設仍處于初級階段，要實現(xiàn)覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的、覆蓋全國的追溯體系，食品追溯理論和相關技術應用都需要深入研究。

2 食品追溯體系中的關鍵標準與技術

2.1 食品安全追溯中的編碼標準——GS1

追溯體系編碼標準不一，是造成追溯系統(tǒng)不規(guī)范、互不兼容、信息“孤島”，因而未能形成完整食品供應鏈追溯的重要原因。

實際上目前國際廣泛采用的產(chǎn)品追溯標準體系是GS1體系[16]。該體系以條碼、RFID 標簽等為信息載體，由于其采集速度快、可靠性高、靈活實用成本低等特點，在供應鏈管理中得到了廣泛的應用，成為供應鏈管理現(xiàn)代化的關鍵技術。

GS1標準以“供應鏈各參與方、貿(mào)易項目、物流單元、位置、資產(chǎn)、服務關系”的編碼體系為核心，融合條碼技術、射頻識別技術、電子數(shù)據(jù)交換技術，解決供應鏈上信息編碼不唯一的問題。

目前，GS1標準被國際標準化組織(ISO)、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UN/ECE)、歐盟等國際組織認可為食品安全追溯領域的標準。中國物品編碼中心(Article Numbering Center of China，ANCC)作為國務院授權加入GS1的會員組織，負責向全國的商品條碼系統(tǒng)成員(用戶)分配全球唯一的廠商識別代碼。任何準備實施追溯的企業(yè)，首先應向中國物品編碼中心(或企業(yè)所在地物品編碼分支機構)申請廠商識別代碼，采用GS1全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)進行編碼，建立并使用自己的全球貿(mào)易項目代碼(GTIN)，實現(xiàn)食品的追溯[17]。

2.2 電子標識技術

標識技術是一種自動的，高效的數(shù)據(jù)采集、輸入、保存手段，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集自動化，從而消除人為錯誤，并且能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)進行實時交換。只有將產(chǎn)品實體變成數(shù)據(jù)，才能開展產(chǎn)品追溯，標識技術是可追溯體系的核心和基礎。

目前，條碼技術由于識別率高、成本低，是應用最廣的一種自動識別技術。它包括一維條碼、二維條碼、三維條碼。其中一維碼被廣泛應用于商品條碼和物流條碼中，二維碼在水平方向和垂直方向都能夠儲存信息，存儲容量大，相對尺寸小，具有抗損毀能力，應用領域也非常廣泛。

然而，條碼技術具有明顯的缺陷：信息是只讀的，一經(jīng)生成則不能添加或修改；容易被偽造；掃描識別距離短，一次只能讀取一個。而以射頻識別RFID電子標簽為物理載體、以EPC(Electronic Product Code)編碼體系為核心的電子標識技術則成為支持食品供應鏈追蹤的關鍵技術之一。

2.2.1 無線射頻識別RFID技術 無線射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式識別技術，它采用射頻信號來識別目標對象。系統(tǒng)包括電子標簽、讀寫器、天線和其他相關的軟件和硬件[18]。RFID的工作原理是天線在一個范圍內(nèi)發(fā)送一定頻率的射頻信號并形成電磁場，電子標簽經(jīng)過這一區(qū)域時被激發(fā)，通過感應電流得到的能量發(fā)出電子標簽中的信息，將信息傳至讀寫器，這些信息可以存儲在數(shù)據(jù)庫或其他應用中進行進一步的加工處理。

(1) RFID技術難題：不難發(fā)現(xiàn)標識技術在數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)存在安全問題。由于沒有統(tǒng)一的安全機構的保護，導致電子標簽在數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)極易被非法攻擊者操控，泄漏相關產(chǎn)業(yè)的隱私。無線傳輸本身的脆弱性，使得數(shù)據(jù)傳輸易受到干擾，使得標識技術應用環(huán)境異常，不能正常提供應用服務。另一方面就是編碼標準的問題。如前所述，GS1中有關于面向RFID的電子產(chǎn)品碼EPC Global標準，但當前市場上各種編碼方式并存，標準不統(tǒng)一、不兼容，嚴重阻礙了RFID技術的推廣使用。

(2) RFID的主要安全解決方案：保證標識技術安全的解決方案主要有2種。一種是通過物理手段阻止標簽與讀寫器之間的不安全對話，主要做法有：① 銷毀指令。在產(chǎn)品賣出后對標簽進行銷毀，以此保護消費者和相關企業(yè)的隱私。② 靜電屏蔽。利用法拉第網(wǎng)罩，對標簽進行無線電波屏蔽。③ 阻塞標簽法。通過放置一個被動式干擾標簽，將有用的信息隱藏起來，避免不合法的閱讀器進行數(shù)據(jù)讀取。這些物理安全機制會額外增加成本。另一種方案是基于密碼技術通過建立各種協(xié)議，比如隨機哈希鎖協(xié)議、哈希鏈協(xié)議、匿名ID協(xié)議等，解決標簽數(shù)據(jù)存儲的安全問題。

2.2.2 電子產(chǎn)品碼EPC技術 電子產(chǎn)品碼EPC技術是由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會和國際物品編碼協(xié)會聯(lián)合推出的電子產(chǎn)品標簽技術[19]。EPC是集編碼技術、射頻識別技術和網(wǎng)絡技術為一體的新興技術。

如圖1所示，讀寫器讀取RFID電子標簽上的EPC碼，通過EPC中間件將EPC傳送給對象名稱解析服務(Object Name Service，ONS，類似于互聯(lián)網(wǎng)的DNS)。對具體實體信息的描述語言為PML(physical markup language，物理標記語言)，由PML描述的各項服務構成了EPC IS(EPC Information Services)。EPC中間件通過ONS的指示從EPC信息服務查找保存的文件，該文件可以由EPC中間件復制，然后產(chǎn)品信息就能傳到供應鏈上。當前，由于閱讀器讀出的EPC碼只是一個信息參考(指針)，為了匹配物品信息，EPC碼需要從Internet找到IP地址并獲取該地址所存放的物品信息，因此需要ONS提供自動化的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫服務。可以預見，隨著區(qū)塊鏈技術的引入，這種由中心數(shù)據(jù)庫保存產(chǎn)品信息的方式將發(fā)生變化。

圖1 EPC工作原理Figure 1 EPC operating principle

2.3 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈作為一項顛覆性技術，正在引領全球新一輪技術變革和產(chǎn)業(yè)變革，推動“信息互聯(lián)網(wǎng)”向“價值互聯(lián)網(wǎng)”變遷[20]。在區(qū)塊鏈中，數(shù)據(jù)存儲在一個個“區(qū)塊(block)”中，每個區(qū)塊記錄下它在被創(chuàng)建期間發(fā)生的所有價值交換活動。在每個區(qū)塊中，專門用一個字段來記錄前一個區(qū)塊頭部的哈希值，使得后一個區(qū)塊能指向唯一的前一個區(qū)塊。由此，前后區(qū)塊順序相連，形成了一條長鏈。區(qū)塊鏈就是區(qū)塊以鏈的方式組合在一起，形成的一種區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫。

區(qū)塊鏈的關鍵技術主要包括鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構、非對稱加密技術、共識機制和智能合約等。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡本質(zhì)上是一個P2P(點對點)網(wǎng)絡, 每一個節(jié)點既接收信息，也產(chǎn)生信息，每一筆交易都被時間戳標記了時間標記。共識是在一群相互不信任的參與者之間建立協(xié)議的過程，決定由哪個節(jié)點進行記賬，它直接影響整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。目前共識算法主要有工作量證明機制(PoW)、時間耗用證明機制(PoET)、權益證明機制(PoS)、股份授權證明機制(DPoS)等。本研究采用的HyperLedger Sawtooth平臺是基于Intel提出的時間耗用證明(PoET)算法，克服了PoW高功耗低效率的缺點；智能合約是獲得多方承認的、運行在區(qū)塊鏈之上的且能夠根據(jù)預設條件自動處理交易的程序。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的安全性和透明度。但是，在實際業(yè)務環(huán)境中面對海量數(shù)據(jù)時，當前區(qū)塊鏈技術在吞吐量，延遲和容量方面存在可擴展性問題，需要進一步改進。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈的食品安全追溯系統(tǒng)架構設計

3.1 系統(tǒng)架構

隨著無線射頻識別RFID技術的日益成熟及成本的不斷降低，物聯(lián)網(wǎng)正成為智能化管理的重要手段。而區(qū)塊鏈不可篡改、分布式存儲等技術為溯源行業(yè)的信任缺失提供了解決方案?；谖锫?lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈的食品追溯系統(tǒng)架構如圖2所示，系統(tǒng)是典型的分布式系統(tǒng)，它使用物聯(lián)網(wǎng)(如無線射頻識別RFID、無線傳感網(wǎng)WSN、衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS)收集和傳遞食品供應鏈中的相關數(shù)據(jù)。追溯系統(tǒng)利用節(jié)點上的產(chǎn)品電子碼EPC系統(tǒng)，對附有無線射頻識別芯片標簽的食品信息進行跟蹤。系統(tǒng)以食品供應鏈的每個節(jié)點DP(Distribution Point)作為數(shù)據(jù)采集點，由EPC對流入流出各個供應鏈網(wǎng)絡節(jié)點的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)采集并將其保存到區(qū)塊鏈上。鏈上成員包括：原料生產(chǎn)方、食品加工制造方、物流方、分銷商、零售商認、監(jiān)管機構和消費者。鏈上會員一經(jīng)注冊，便可以添加、更新和查詢有關食品信息。系統(tǒng)用戶信息包括用戶的數(shù)字配置文件、基本介紹、位置、認證以及與物品的關聯(lián)。系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)都向全部用戶開放，系統(tǒng)通過智能合約定義了用戶與系統(tǒng)交互的方式，以及如何在用戶之間共享數(shù)據(jù)。鏈上每件物品都附有RFID標簽，對應一串唯一的數(shù)字加密標識符，是現(xiàn)實物品在系統(tǒng)中的虛擬身份標識。

圖2 食品安全追溯體系框架Figure 2 Food safety traceability system architecture

食品供應鏈成員需要提供有效身份資料才能注冊成為系統(tǒng)用戶，進而獲得成員在系統(tǒng)中的唯一身份。注冊時，系統(tǒng)將為每位用戶生成密鑰對(公鑰和私鑰)，公鑰可用于標識系統(tǒng)中用戶身份，私鑰用于該用戶與系統(tǒng)進行交互時，對專屬數(shù)據(jù)進行加密和解密。這使得每條產(chǎn)品數(shù)據(jù)都可以被相應用戶添加和更新，或傳遞到供應鏈下游用戶。在食品供應鏈中，當某特定鏈接位置的用戶收到產(chǎn)品時，只有這個用戶才有權用私鑰對產(chǎn)品信息加密并添加到區(qū)塊鏈上。此外，當用戶將此產(chǎn)品傳遞給下游用戶時，兩者通過智能合約來保證交易，讓供應鏈上的用戶隨時了解產(chǎn)品狀態(tài)信息。

3.2 數(shù)據(jù)關系與網(wǎng)絡結(jié)構模型

當前中國食品供應鏈數(shù)據(jù)比較分散，在這方面，歐盟由于追溯開展較早，數(shù)據(jù)相對比較完整。為此，采用BfR(德國聯(lián)邦風險評估研究所)提供的來自RASFF(歐洲食品和飼料快速預警系統(tǒng))的數(shù)據(jù)加以說明[21]。該數(shù)據(jù)集包括了牛肉、雞肉、豬肉、魚、比薩和奶酪6種食品、252個供應鏈成員的548次交易。對該數(shù)據(jù)集進行梳理，建立食品供應鏈數(shù)據(jù)關系模型見圖3。

追溯系統(tǒng)主要有四類實體的相關信息：供應鏈成員企業(yè)、產(chǎn)品、配送及批次信息。根據(jù)這些信息生成的食品供應網(wǎng)絡結(jié)構如圖4所示。

由此得到食品供應鏈的一個全局視圖，如果某一節(jié)點出現(xiàn)問題，其影響可以沿著網(wǎng)絡進行追蹤；而如果某節(jié)點發(fā)現(xiàn)問題，需要向上進行追溯。

3.3 食品安全系統(tǒng)追溯流程設計

食品安全追溯根據(jù)方向不同，可分為追蹤和溯源兩個過程。追蹤(Track)是指從上游到下游追蹤。當發(fā)生質(zhì)量問題時，通過追蹤可以了解食品去向，便于評估影響并進行食品召回；溯源(Trace)是指下游到上游的溯源過程，當出現(xiàn)食品安全問題時，可以向上查找定位問題源并及時處理。各環(huán)節(jié)處理流程：

圖3 食品安全追溯的數(shù)據(jù)關系Figure 3 Data relationship of food safety traceability

圖4 食品供應鏈網(wǎng)絡結(jié)構示例Figure 4 Structure of a food supply chain network sample

(1) 生產(chǎn)環(huán)節(jié)：種植(養(yǎng)殖)方將新品輸入系統(tǒng)，并記錄物品種、數(shù)量、生長條件(溫度、濕度)。交易時，與生產(chǎn)加工企業(yè)簽訂數(shù)字合同，并與下游企業(yè)共享物流單元識別碼(SSCC)、發(fā)貨位置、發(fā)貨日期等。

(2) 加工環(huán)節(jié)：從上游采集物流單元識別碼(SSCC)，需要記錄產(chǎn)品識別碼、貿(mào)易項目商品名和品種名、添加劑、食品加工環(huán)境如溫度控制、消毒和處理設備等數(shù)據(jù)。需要與下游廠商共享貿(mào)易項目識別碼、批號、貿(mào)易項目數(shù)量和發(fā)貨人識別碼、發(fā)貨位置等。

(3) 流通環(huán)節(jié)：物流廠商、分銷商和零售商從上游采集貿(mào)易項目識別碼、商品名和品種、物流單元數(shù)量、發(fā)貨人識別碼等信息。輸出批號、收貨日期、收貨人識別碼、向下游發(fā)貨信息，并通過溫度和濕度傳感器實時監(jiān)控物品的溫度和濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)。

(4) 消費環(huán)節(jié)：消費者可以通過掃描二維碼或EPC碼獲取產(chǎn)品從生產(chǎn)廠商到零售商所經(jīng)歷的產(chǎn)品流通路徑，同時可以獲得各產(chǎn)品流通節(jié)點的相關信息和產(chǎn)品信息。由于使用了區(qū)塊鏈技術，鏈上所有信息都是經(jīng)過驗證的。

(5) 監(jiān)管環(huán)節(jié)：食品監(jiān)管組織、認證、審計部門可隨機檢查相關數(shù)據(jù)是否完整，有沒被篡改。通過錄入或掃描標識碼得到產(chǎn)品的流通路徑、同批次產(chǎn)品的流向。

這樣，使用物聯(lián)網(wǎng)并結(jié)合區(qū)塊鏈技術，對食品的生產(chǎn)、加工、流通、監(jiān)管與消費等全部生命周期進行監(jiān)控，實現(xiàn)食品來源可查，去向可追，責任可究，防范食品安全事故的發(fā)生。

4 食品安全追溯原型系統(tǒng)在區(qū)塊鏈平臺上的實現(xiàn)

4.1 模式與平臺選擇

4.1.1 模式選擇 區(qū)塊鏈可以分為聯(lián)盟鏈、私有鏈和公共鏈[22]。公共鏈是完全開放的，私有鏈和聯(lián)盟鏈分別是選擇性的開放，舍棄了一定的去中心化。筆者認為，食品追溯系統(tǒng)既不面向某單一企業(yè)，又具有一定的行業(yè)特性，因此用聯(lián)盟鏈方式比較理想。聯(lián)盟鏈在高可用、高性能、隱私保護上更有優(yōu)勢，既可以讓監(jiān)管部門擁有監(jiān)管權，也能對所有查詢者開放查詢權，同時還能集合區(qū)塊鏈溯源、防篡改的特性。

4.1.2 平臺選擇 當前區(qū)塊平臺以開源為主，因為開源被認為更可信、更開放、技術上更可靠。當前Bitcoin、Ethereum(以太坊)以及Hyperledger(超級賬本)是三大主流區(qū)塊鏈技術平臺[23]。Bitcoin為以比特幣為代表的數(shù)字貨幣提供了區(qū)塊鏈技術應用原型；以太坊作為公有區(qū)塊鏈平臺，將比特幣針對數(shù)字貨幣交易的功能進一步進行了拓展；而支持智能合約的Hyperledger(超級賬本)項目是首個面向企業(yè)應用場景的分布式區(qū)塊鏈平臺[24]。Hyperledger是由Linux 基金會于2015 年發(fā)起為推進區(qū)塊鏈技術和交易驗證的開源項目，主要由IBM、英特爾發(fā)起，吸引了包括華為、騰訊、百度眾多國內(nèi)外公司參與。作為一個聯(lián)合項目，超級賬本由面向不同目的和場景的子項目構成。目前包括Fabric、Sawtooth(面向供應鏈管理)、Iroha、Blockchain Explorer、Cello、Indy、Composer、Burrow等。

本研究選用超級賬本HyperLedger下的Sawtooth區(qū)塊鏈平臺，來構建食品安全追溯原型系統(tǒng)。

4.2 原型系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)3.1所述的體系框架，食品安全追溯原型系統(tǒng)借助區(qū)塊鏈技術，將食品生產(chǎn)、加工、流通、消費過程的信息進行整合并寫入?yún)^(qū)塊鏈，實現(xiàn)全流程食品追溯，主要功能包括：

(1) 角色認證：食品供應鏈成員通過智能合約提交申請，通過超級用戶審核(政府監(jiān)管部門)，頒發(fā)相應的數(shù)字證書，并分配權限。

(2) 數(shù)據(jù)標識：根據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼標準，參與方為每件產(chǎn)品分配一個獨一無二的標識碼,將物聯(lián)網(wǎng)的標簽貼到產(chǎn)品上，并記錄其生產(chǎn)場地及存儲溫度、保質(zhì)期等參數(shù)信息。

(3) 信息上鏈：食品生產(chǎn)商、物流倉儲服務商、檢驗檢測機構、經(jīng)銷商等統(tǒng)一上鏈，產(chǎn)品生產(chǎn)流轉(zhuǎn)的全流程信息由各參與方在鏈上進行登記記錄，并分布保存于區(qū)塊鏈各個節(jié)點中，利用區(qū)塊鏈技術的不可篡改性，保證信息的完整性和產(chǎn)品生產(chǎn)流轉(zhuǎn)過程的可追溯性。

(4) 食品鏈追溯：由于每條信息都附有各主體的數(shù)字簽名和寫入時間戳，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)簽名和加密技術讓全鏈路信息實現(xiàn)了防篡改、標準統(tǒng)一和高效率交換。因此，用戶、食品企業(yè)、監(jiān)管機構等參與方，可以向下追蹤或往上追溯，了解食品從“田間到餐桌”的整個過程。當出現(xiàn)食品安全問題時，既便于界定追蹤責任，也可以快速實行召回，消除影響。

食品安全追溯原型系統(tǒng)的運行界面如圖5所示，該圖以Rochelle雞肉為例，完整地記錄了不同階段該食品的參與方、位置、時間、環(huán)境(如溫度、溫度)等信息。

圖5 食品追溯原型系統(tǒng)運行界面Figure 5 Screenshot of food traceability prototype system

圖6是食品追溯網(wǎng)絡中上下游之間進行交易時的邀約(Proposal)區(qū)塊示例，該區(qū)塊記錄了邀約發(fā)起方、接收方ID、標的記錄號、邀約狀態(tài)、時間戳、起始與結(jié)束區(qū)塊等信息。交易的每個狀態(tài)變化都在區(qū)塊鏈上進行記錄，不可篡改，并可追溯。

圖6 食品追溯原型系統(tǒng)交易區(qū)塊示例Figure 6 Code snippet of transaction block of food traceability prototype system

5 結(jié)論

食品安全追溯系統(tǒng)對于堵塞食品生產(chǎn)、加工、流通、消費各環(huán)節(jié)中的安全漏洞具有重要意義。隨著無線射頻識別RFID技術的日益成熟及成本的不斷降低，物聯(lián)網(wǎng)正成為智能化管理的重要手段；而區(qū)塊鏈不可篡改、分布式存儲等特征為克服溯源領域的信任缺失提供了解決方案。本研究建立了物聯(lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈的食品安全追溯系統(tǒng)架構，設計了食品追溯流程，并采用聯(lián)盟鏈模式和超級賬本區(qū)塊鏈開發(fā)平臺，對食品安全追溯原型系統(tǒng)作了實現(xiàn)。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集層面，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術優(yōu)勢，通過傳感器與智能設備連接物理世界和信息世界；再結(jié)合區(qū)塊鏈的去中心化、防篡改特點，對食品供應鏈上各環(huán)節(jié)的信息進行采集、傳輸和處理，將數(shù)據(jù)以智能合約的方式寫入?yún)^(qū)塊鏈上，數(shù)據(jù)環(huán)環(huán)相扣，既保證了信息的準確與透明，一旦發(fā)現(xiàn)問題，也可以快速定位風險源頭，更好地保障食品安全。

誠然，區(qū)塊鏈技術仍處于早期階段，實際業(yè)務環(huán)境下的海量數(shù)據(jù)處理，在吞吐量、延遲和容量方面存在擴展性問題。然而，隨著技術的進步，區(qū)塊鏈的分布式、不可篡改、可追溯這些優(yōu)點，使之必將引領新一輪技術變革和產(chǎn)業(yè)變革，推動“信息互聯(lián)網(wǎng)”向“價值互聯(lián)網(wǎng)”轉(zhuǎn)變。