錢建平，范蓓蕾，史 云，吳文斌

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081）

0 引言

追溯系統(tǒng)是提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理能力的重要途徑之一，為應(yīng)對問題頻出的食品及農(nóng)產(chǎn)品安全問題，美國、歐盟等眾多國家和地區(qū)相繼建立了食品安全追溯體系及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)［1-3］。我國近年來也在食品及農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)引入了追溯系統(tǒng)，以期提高食品及農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全管理能力，保障消費者的食品安全，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展［4］。我國相繼出臺了促進農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系推廣應(yīng)用的法律法規(guī)，在我國2018年修正的《食品安全法》第四十二條中明確食品生產(chǎn)經(jīng)營者應(yīng)當(dāng)依法建立食品安全追溯體系，保證食品可追溯。在各部門推動下追溯體系相關(guān)的國家及地方標準相繼建立，促進了追溯系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)的推廣和應(yīng)用［5］?！妒称防滏溩匪莨芾硪蟆罚℅B/T 28843-2012）規(guī)定了預(yù)包裝食品從生產(chǎn)結(jié)束到銷售之前各個環(huán)節(jié)中進行追溯信息采集和實施追溯的管理要求，《食品追溯信息記錄要求》（GB/T 37029-2018）規(guī)定了實現(xiàn)預(yù)包裝食品追溯時生產(chǎn)、物流和銷售等過程中涉及的追溯信息的記錄要求，《農(nóng)產(chǎn)品追溯要求 果蔬》（GB/T 29373-2012）、《農(nóng)產(chǎn)品追溯要求 水產(chǎn)品》（GB/T 29568-2013）等標準則規(guī)定了不同農(nóng)產(chǎn)品構(gòu)建供應(yīng)鏈可追溯體系的信息記錄要求。我國食品藥品監(jiān)管總局制定了《關(guān)于食品生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)建立食品安全追溯體系的若干規(guī)定》（2017年第39號），規(guī)定了食品生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)建立食品安全追溯體系的具體實施方法和內(nèi)容，對追溯信息內(nèi)容進行了詳細定義。上述各種標準和規(guī)定的建立促使我國追溯系統(tǒng)向更加規(guī)范的方向發(fā)展。

農(nóng)產(chǎn)品具有可追溯性的關(guān)鍵是在其生產(chǎn)、加工、流通、銷售等供應(yīng)鏈各個階段建立連續(xù)完整的信息流，通過將物流與信息流的結(jié)合，實現(xiàn)其正向追蹤和反向追溯能力。農(nóng)產(chǎn)品從農(nóng)田到消費者要經(jīng)過多個環(huán)節(jié)［6］，涉及到農(nóng)民、中間商、運輸商、銷售商、加工企業(yè)等不同的責(zé)任主體，在每個環(huán)節(jié)都可能存在不安全問題，而由于供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)復(fù)雜、責(zé)任主體多變，使得建立農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)更加復(fù)雜。供應(yīng)鏈各責(zé)任主體間的物流形成了雙向或多向的信息流，組成了一個共同參與和協(xié)同合作的“網(wǎng)鏈”［7］。但由于網(wǎng)鏈中存在著批次轉(zhuǎn)換、信息傳遞、物流與信息流無法有效銜接等問題，導(dǎo)致追溯斷鏈［8］；另一方面，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈時空跨度大，易造成信息不透明，導(dǎo)致追溯信息可信度不高［9］。目前，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息采集的工作已經(jīng)取得不錯的進展，保證信息真實性、使追溯系統(tǒng)切實有效成為當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品追溯面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題。區(qū)塊鏈技術(shù)以其不易篡改、去中心化、信息透明等特性成為解決此類問題的可行辦法［10］。區(qū)塊鏈技術(shù)是為了實現(xiàn)比特幣系統(tǒng)的去中心化而提出的一種支持數(shù)據(jù)存儲和共享的底層技術(shù)，其核心技術(shù)包括時間戳、防篡改、非對稱加密、共識機制等［11］。文章在分析傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)發(fā)展及存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建可信追溯系統(tǒng)框架，以增強追溯可信度、降低追溯斷鏈的風(fēng)險。

1 追溯系統(tǒng)發(fā)展

1.1 傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)

追溯系統(tǒng)的研究最初是歐盟為了保障其所屬成員國的牛肉產(chǎn)品安全而開展的，并早在2002年歐盟就頒布了178/2002法令，將可追溯性要求擴展到歐盟范圍內(nèi)銷售的所有食品［12］。緊隨其后，美國、加拿大、日本、澳大利亞等國相繼發(fā)布法律條令，要求建立食品身份信息，實現(xiàn)可追溯性。為了應(yīng)對國外貿(mào)易環(huán)境變化以及國內(nèi)食品質(zhì)量問題，我國從2003年開始展開追溯系統(tǒng)的相關(guān)研究，并在國家“863”、國家科技支撐等重大國家項目上設(shè)立追溯研究相關(guān)專題，相繼開展了肉類、蔬菜、水果、糧食等不同農(nóng)產(chǎn)品及食品的質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)研究。

傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)主要依靠數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、條碼技術(shù)、自動識別技術(shù)等實現(xiàn)，經(jīng)過近20年的發(fā)展，我國已經(jīng)建成了針對多種農(nóng)產(chǎn)品追溯的追溯系統(tǒng)，如表1所示，這些追溯系統(tǒng)有的由政府部門主導(dǎo)，有的由社會機構(gòu)或企業(yè)主導(dǎo)。

續(xù)表

比較這些追溯系統(tǒng)功能及框架可知，傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)框架主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)應(yīng)用等5個基礎(chǔ)部分組成，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Framework of traditional traceability system of agricultural products

在傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集階段以傳感器技術(shù)、智能手機/平板技術(shù)、GPS定位技術(shù)等為支撐，主要實現(xiàn)了對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集功能，這一階段的實現(xiàn)依賴于相關(guān)責(zé)任主體執(zhí)行的各種信息系統(tǒng)：在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)企業(yè)通過農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)，如楊信廷等［13］采用編碼、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)開發(fā)的蔬菜安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，提供了對蔬菜農(nóng)事生產(chǎn)操作、投入品使用、采收、包裝等信息的采集錄入功能；在農(nóng)產(chǎn)品加工過程，加工企業(yè)通過運行加工管理系統(tǒng)，如劉學(xué)馨等［14］采用自動檢測設(shè)備、農(nóng)殘快速檢測儀、電子秤等自動化監(jiān)控設(shè)備建立的凈菜加工過程質(zhì)量安全信息管理平臺，將企業(yè)加工過程中的關(guān)鍵質(zhì)量安全控制點的信息進行了自動化信息采集；在供應(yīng)鏈其他環(huán)節(jié)，物流管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、交易管理系統(tǒng)、檢驗檢疫系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，分別由各自責(zé)任主體執(zhí)行，采集物流、倉儲、交易等過程中農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息，如楊信廷等［15］采用地理信息系統(tǒng)、條碼技術(shù)等開發(fā)的智能配送系統(tǒng)，錢建平等［16］基于條碼溯源電子秤開發(fā)的社區(qū)菜店交易管理系統(tǒng)等。在數(shù)據(jù)傳輸階段，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等被單一或組合地應(yīng)用于追溯系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，將各種信息系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過遠距離或近距離通信技術(shù)向中央存儲數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫傳輸。而傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常以中央存儲數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫形式統(tǒng)一存在，即使存在各階段的分布式數(shù)據(jù)庫，也會在追溯系統(tǒng)構(gòu)建中完成數(shù)據(jù)的集中存儲和管理，這種存儲的特點是數(shù)據(jù)由統(tǒng)一機構(gòu)或部門管理，其數(shù)據(jù)的來源不透明，對數(shù)據(jù)庫的控制權(quán)較集中。完成中央數(shù)據(jù)庫的建立后，傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)通過XML、信息交換、加密解密算法等對數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)標簽編碼、產(chǎn)品安全預(yù)警等數(shù)據(jù)處理功能。在數(shù)據(jù)應(yīng)用階段，傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)以網(wǎng)站、APP、微信小程序等形式，向消費者、政府部門、各個農(nóng)產(chǎn)品責(zé)任主體提供了產(chǎn)品追溯、責(zé)任追蹤、安全監(jiān)管、產(chǎn)品召回等功能。

1.2 存在問題

（1）數(shù)據(jù)共享困難

雖然相關(guān)部門及機構(gòu)出臺了一系列規(guī)程、辦法、指南、要求等標準，但是部門之間缺乏有效的溝通協(xié)調(diào)，出臺的標準之間存在內(nèi)容交叉、描述不統(tǒng)一等情況。這些問題導(dǎo)致了追溯系統(tǒng)應(yīng)用中不容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)之間不兼容，需要重復(fù)建設(shè)。

（2）參與意愿不高

我國農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中責(zé)任主體眾多，很多農(nóng)戶和企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)水平低，采用信息技術(shù)實現(xiàn)全面的可追溯系統(tǒng)增加了其經(jīng)營成本和管理難度；同時由于“以次充好”現(xiàn)象的存在導(dǎo)致追溯農(nóng)產(chǎn)品不一定能產(chǎn)生額外的收益，因此追溯體系易出現(xiàn)“叫好不叫座”等情況。

（3）監(jiān)管機制不清

雖然多部門、多系統(tǒng)、多渠道監(jiān)管農(nóng)產(chǎn)品的現(xiàn)象有很大改觀，但還存在著部分產(chǎn)品及環(huán)節(jié)監(jiān)管界限不清的問題；同時由于農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量多、供應(yīng)鏈長、不確定因素多，導(dǎo)致集中式的監(jiān)管成本很高，容易出現(xiàn)監(jiān)管漏洞。

（4）信息真實存疑

目前傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)以中央數(shù)據(jù)庫存儲方式存儲追溯信息，中央數(shù)據(jù)庫的控制權(quán)過于集中，有的甚至由農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)責(zé)任主體自行監(jiān)管，追溯信息的采集和錄入全憑自覺自律，沒有對系統(tǒng)應(yīng)用和執(zhí)行過程的監(jiān)管監(jiān)督機制和手段，使得數(shù)據(jù)的真實性不能得到保證，不能完全解決農(nóng)產(chǎn)品消費市場中消費者對產(chǎn)品的信任缺失問題。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)

2.1 特征

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個分布式的公共賬本［17］，技術(shù)特征包括去中心化、可集體維護、可靠等。與傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫一樣，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫也存在于不同地域、不同計算機設(shè)備上，其內(nèi)部架構(gòu)對用戶透明。而兩者的主要區(qū)別是，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫不需要設(shè)置具有控制權(quán)限的數(shù)據(jù)庫管理員，這也是區(qū)塊鏈區(qū)別于普通數(shù)據(jù)庫的主要特點，即去中心化管理。在傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫的管理入口單一、邏輯整體性強，而區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫具有多個管理入口。在區(qū)塊鏈中，任何計算機都可以作為一個節(jié)點加入到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，且每個節(jié)點都是平等的，都保存著整個區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫，其存儲的數(shù)據(jù)具有一致性，所有數(shù)據(jù)都是全冗余備份，除了加密的交易雙方私有信息不公開以外，其他信息在區(qū)塊鏈中都是公開透明的，任何人可以訪問，使信息具有高度的共享性和透明性。

區(qū)塊鏈由一個個相連的區(qū)塊構(gòu)成，每個區(qū)塊就像數(shù)據(jù)庫記錄，每次創(chuàng)建新數(shù)據(jù)就是創(chuàng)建一個新的區(qū)塊，而區(qū)塊與區(qū)塊之間通過不可修改的哈希值建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成，其中區(qū)塊頭存儲區(qū)塊元信息，包括區(qū)塊生成時間、區(qū)塊體的哈希值、上一個區(qū)塊的哈希值等，而區(qū)塊體則存儲實際創(chuàng)建的數(shù)據(jù)。哈希值是區(qū)塊中的重要信息，是一個由計算機根據(jù)區(qū)塊頭的內(nèi)容自動計算出的長度相同的特征值，如果上一個區(qū)塊或當(dāng)前區(qū)塊的內(nèi)容有變化，勢必引起當(dāng)前區(qū)塊的哈希值產(chǎn)生變化，而原本跟在當(dāng)前區(qū)塊后面的區(qū)塊也將無法鏈接到當(dāng)前區(qū)塊，也就意味著區(qū)塊鏈斷裂。由于這種聯(lián)動機制的存在，對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)篡改幾乎不可能成功，單點錯誤不會影響全局，這也保證了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的可靠性，這種可靠性不需要依靠人們的信任和信用，而完全由區(qū)塊鏈本身的技術(shù)特征決定，具有客觀存在性。

區(qū)塊鏈的另一個重要特征是采用了時間戳技術(shù)，在區(qū)塊頭中包含了該區(qū)塊鏈生成的時間信息，唯一標識了一個時刻。每個區(qū)塊一產(chǎn)生就產(chǎn)生了對應(yīng)的時間戳，時間戳不僅提高了區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的不可篡改性，還使得區(qū)塊與區(qū)塊之間具有了時間序列的排序關(guān)系，使信息更加公正。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

目前區(qū)塊鏈已經(jīng)發(fā)展到3.0時代，成為各行業(yè)去中心化數(shù)據(jù)管理的技術(shù)支撐［18］。區(qū)塊鏈技術(shù)從金融領(lǐng)域擴展到各類社會活動中，從底層技術(shù)角度提供了解決信息共享時的信任問題。區(qū)塊鏈的技術(shù)架構(gòu)多種多樣，邵奇峰等［19］分析了多種區(qū)塊鏈平臺并提出了包括網(wǎng)絡(luò)層、共識層、數(shù)據(jù)層、智能合約層和應(yīng)用層的區(qū)塊鏈架構(gòu)，譚磊等［20］則將區(qū)塊鏈自低向上分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層和應(yīng)用層。

分析比較已有區(qū)塊鏈架構(gòu)可知，其核心包括賬本管理、收發(fā)管理、密碼管理、共識管理、智能合約和系統(tǒng)管理等部分。賬本管理是數(shù)據(jù)層的核心功能，負責(zé)區(qū)塊的創(chuàng)建、存儲、鏈接等，其創(chuàng)建方式可以基于交易模式，也可以基于賬戶模式，賬本的存儲支持不同的數(shù)據(jù)存儲模式，包括各種關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如MySQL、LevelDB等。收發(fā)管理依托網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)區(qū)塊鏈節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，如P2P協(xié)議等，需要根據(jù)區(qū)塊鏈架構(gòu)以及節(jié)點數(shù)量、密碼算法等調(diào)整采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。密碼管理包括數(shù)字簽名、哈希算法、隱私保護算法、密鑰維護和存儲等，是保證數(shù)據(jù)安全的重要技術(shù)。共識管理是區(qū)塊鏈解決多個管理入口可能產(chǎn)生的混亂問題而提出的，負責(zé)協(xié)調(diào)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點上數(shù)據(jù)的一致性，實現(xiàn)節(jié)點選舉、數(shù)據(jù)同步控制和一致性驗證等功能，目前已有的共識算法有工作量證明（Proof of Work，PoW）、消逝時間證明（Proof of Elapsed Time，PoET）等。智能合約是區(qū)塊鏈實現(xiàn)去中心化計算的重要協(xié)議，是一種采用算法和程序編制合同條款并部署在區(qū)塊鏈上，并能自動執(zhí)行的數(shù)字化協(xié)議，智能合約可以采用多種開發(fā)語言進行實現(xiàn)，包括C++、Python、Java、JavaScript、Bitcoin Script等。系統(tǒng)管理主要實現(xiàn)了區(qū)塊鏈架構(gòu)中的權(quán)限和節(jié)點管理，包括權(quán)限控制、節(jié)點認證等。

根據(jù)節(jié)點進入?yún)^(qū)塊鏈的機制不同，可以將區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈3種類型，其技術(shù)特點如表2所示。公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈對節(jié)點的開放程度逐漸降低，公有鏈允許所有人進入網(wǎng)絡(luò)且都具有讀寫權(quán)限，如比特幣就是其典型代表，聯(lián)盟鏈則將權(quán)限進行了限制，僅特定群體預(yù)設(shè)的節(jié)點可以記賬，其他人可以參與交易但需要托管記賬，私有鏈中所有節(jié)點的權(quán)限都由一個組織控制。

表2 不同類型區(qū)塊鏈技術(shù)特點Table 2 Characteristics of different block chain technology

3 可信追溯體系架構(gòu)

3.1 整體框架

區(qū)塊鏈技術(shù)具有分布式臺賬、去中心化、集體維護、共識信任等特點，在解決目前追溯系統(tǒng)中存在的參與主體眾多且分散、中心化方式管理與運作困難，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈時空跨度大、單一環(huán)節(jié)主體掌控能力弱、信息記錄多樣且可信度不高等問題時具有先天技術(shù)優(yōu)勢。根據(jù)上文所述區(qū)塊鏈的類型有公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈3種主要形式，公有鏈中人人可以操作區(qū)塊鏈，不適合供應(yīng)鏈追溯中參與主體復(fù)雜的特點，私有鏈中僅核心節(jié)點具有操作權(quán)限也使供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)受到較大限制，而聯(lián)盟鏈中又有授權(quán)節(jié)點又有公開節(jié)點，其共識管理模式保證了供應(yīng)鏈參與組織的高效運行、同時兼顧了系統(tǒng)安全和可靠特征。因此，該文基于聯(lián)盟鏈構(gòu)建了適用于農(nóng)產(chǎn)品追溯的可信追溯系統(tǒng)框架，如圖2所示。

圖2 可信追溯系統(tǒng)技術(shù)框架Fig.2 Framework of credible traceability system

可信追溯系統(tǒng)架構(gòu)由供應(yīng)鏈層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、合約層和應(yīng)用層組成，供應(yīng)鏈層包括農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的生產(chǎn)、加工、倉儲、物流、銷售等各環(huán)節(jié)的信息系統(tǒng)以及其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是追溯的核心數(shù)據(jù)來源，構(gòu)成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)以區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲到區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)層中，采用哈希算法、時間戳以及區(qū)塊間的傳遞機制工作。網(wǎng)絡(luò)層通過身份驗證、節(jié)點權(quán)限等，結(jié)合P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲于各個節(jié)點。共識層采用權(quán)益證明（Proof of Stake，PoS）算法進行管理，在基于權(quán)益的共識算法中，權(quán)益證明就是資源證明，最高權(quán)益的節(jié)點即擁有最多資源的節(jié)點具有記賬權(quán)，這種機制滿足了供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)中，具有更多權(quán)益的政府部門及機構(gòu)具有更高的權(quán)限，能夠?qū)崿F(xiàn)對供應(yīng)鏈參與主體的審核。合約層將農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全相關(guān)的法律法規(guī)、技術(shù)標準等進行歸納總結(jié)形成智能合約，通過設(shè)定出發(fā)條件和響應(yīng)規(guī)則實現(xiàn)了監(jiān)管職能內(nèi)嵌到供應(yīng)鏈流程中，提升監(jiān)管效率。應(yīng)用層通過構(gòu)建可信追溯系統(tǒng)門戶，為政府、組織、企業(yè)和消費者提供服務(wù)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）供應(yīng)鏈追溯區(qū)塊結(jié)構(gòu)

區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分組成。區(qū)塊頭用于鏈接到前面的塊，為區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫提供完整性保證，區(qū)塊體包含了經(jīng)過驗證的、塊創(chuàng)建過程中發(fā)生的所有追溯記錄。追溯記錄采用唯一追溯編碼和追溯內(nèi)容的方式生成，追溯內(nèi)容因不同環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集特征而不同。采用Merkle樹的方式對一定時間內(nèi)的唯一追溯編碼進行存儲，以校驗區(qū)塊數(shù)的完整性。

依據(jù)追溯過程的鏈式特征，區(qū)塊之間的鏈接以每個區(qū)塊的區(qū)塊頭地址為依據(jù)，每一個區(qū)塊的區(qū)塊頭都包含了前一個區(qū)塊的追溯記錄壓縮值，每個區(qū)塊按時間順序進行有序排列，形成了追溯區(qū)塊鏈。

（2）追溯主體身份認證

農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各追溯主體在區(qū)塊鏈上注冊時，會創(chuàng)建一個包括企業(yè)名稱、社會統(tǒng)一信用代碼、地址、法人代表等信息的檔案。注冊成功后將獲得一個公鑰和私鑰，公鑰向區(qū)塊鏈中全體成員公開，而私鑰是交易中身份驗證的關(guān)鍵。采用非對稱加密算法對主體的身份信息進行加密，防止信息被篡改。

（3）農(nóng)產(chǎn)品安全共識機制

一個生產(chǎn)經(jīng)營單位，可以在經(jīng)過農(nóng)產(chǎn)品安全主管部門的審核批準后建立節(jié)點，然后加入網(wǎng)絡(luò)參與追溯信息的接入、傳播、記錄和驗證。當(dāng)進入后，該節(jié)點便有一個維護全供應(yīng)鏈的賬本，任何進入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過全網(wǎng)各節(jié)點共識通過后才會被記錄區(qū)塊中。構(gòu)建可信追溯的共識機制的重點是分布一致性問題。由于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各主體存在著上下游的業(yè)務(wù)關(guān)系，因此不需要采用PoW算法，可采用拜占庭容錯算法實現(xiàn)高效分布一致性。

4 小結(jié)

區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式，為解決追溯系統(tǒng)面臨的追溯斷鏈及可信度低的問題提供了有效的技術(shù)方案。該文梳理了傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)的技術(shù)特點和區(qū)塊鏈技術(shù)的特征和技術(shù)架構(gòu)，針對我國傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)應(yīng)用面臨的數(shù)據(jù)共享困難、參與意愿不高、監(jiān)管機制不清和信息真實存疑等問題，提出了基于區(qū)塊鏈的可信追溯系統(tǒng)，從供應(yīng)鏈層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、合約層和應(yīng)用層分別闡述了可信追溯系統(tǒng)的工作原理，并探討了供應(yīng)鏈追溯區(qū)塊結(jié)構(gòu)設(shè)計、追溯主體身份認證流程設(shè)計、農(nóng)產(chǎn)品安全共識機制構(gòu)建等系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。該框架為開發(fā)與應(yīng)用基于區(qū)塊鏈的追溯系統(tǒng)奠定了堅實基礎(chǔ)，進而為提升追溯連貫性、增強追溯可信度提供了有效解決方案。