食品安全問(wèn)題是重大的民生問(wèn)題和政治問(wèn)題。采用區(qū)塊鏈技術(shù)從保證信息可靠性、保障傳輸可信性和構(gòu)建可信環(huán)境三個(gè)方面分析解決食品安全問(wèn)題的可行性，實(shí)現(xiàn)正向可追蹤、逆向可溯源、事件可查證、責(zé)任可追責(zé)的生態(tài)系統(tǒng)。

食品可追溯國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)食品可追溯

我國(guó)已逐步將食品安全可追溯上升到法律層面的高度，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合利用現(xiàn)代化的信息手段解決食品安全可追溯，創(chuàng)新監(jiān)管模式，是食品安全控制的重要發(fā)展方向。

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成多個(gè)食品安全電子可追溯系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都是從各個(gè)主研單位的管轄角度出發(fā)建設(shè)的小范圍或只覆蓋食品生產(chǎn)或流通某個(gè)環(huán)節(jié)的食品安全可追溯系統(tǒng)，互相獨(dú)立，形成了信息孤島。目前國(guó)內(nèi)外食品可追溯關(guān)鍵技術(shù)主要集中在條碼技術(shù)和RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）兩個(gè)方面，這兩種技術(shù)分別有不同的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。由于移動(dòng)終端的普及，條碼技術(shù)中的二維碼開(kāi)始被應(yīng)用在食品可追溯方面，通過(guò)借助工業(yè)級(jí)的掃描設(shè)備和移動(dòng)數(shù)據(jù)終端，即可實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、流動(dòng)環(huán)節(jié)的全程采集和識(shí)別?；谖锫?lián)網(wǎng)的RFID技術(shù)具備識(shí)別距離遠(yuǎn)、無(wú)需借助可視化的標(biāo)簽、能夠在極端環(huán)境下使用、內(nèi)容可更新、信息量大和不容易復(fù)制等特點(diǎn)，使其在食品生產(chǎn)、加工、存儲(chǔ)和銷售環(huán)節(jié)能夠進(jìn)行全方位跟蹤，并可追溯到食品的最小單元，有效實(shí)現(xiàn)了食品質(zhì)量關(guān)鍵信息的覆蓋。

國(guó)外食品安全追溯

歐盟自從1986年英國(guó)發(fā)生瘋牛病以來(lái)，便率先進(jìn)行了肉牛和犢牛的可追溯性研究。自2005年起，凡在歐洲銷售的食品上必須有可追溯標(biāo)簽，否則拒絕進(jìn)入，并相應(yīng)制訂了魚(yú)類、蛋類和禽類、水果和蔬菜以及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等相應(yīng)的追溯法規(guī)。

FDA在美國(guó)《生物性恐怖主義法案》(2002)的指導(dǎo)下，制定了三個(gè)重要的法規(guī)，這些法規(guī)為企業(yè)和執(zhí)法者提供了實(shí)施食品追溯的技術(shù)和執(zhí)法依據(jù)。要求食品生產(chǎn)者、加工者、分包商、零售商、進(jìn)口商需要保持(紙的或電子的)記錄，以便迅速識(shí)別食品的供給方和接受方。

加拿大在農(nóng)業(yè)政策框架(APF)的指導(dǎo)下，一個(gè)由政府啟動(dòng)，企業(yè)推動(dòng)的國(guó)家食品可追溯體系于2004年在加拿大開(kāi)始建立。政府承諾在該體系下，將保證80%的國(guó)產(chǎn)食品從農(nóng)產(chǎn)品原料到零售均可得到追溯。

日本2001年立法實(shí)施建立國(guó)產(chǎn)牛肉的追溯體系，2005年底以前建立糧油農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證制度，開(kāi)發(fā)國(guó)家食品可追溯數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。2006年實(shí)施的“肯定列表制度”對(duì)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品出口產(chǎn)生影響。

韓國(guó)自2004年開(kāi)始在生產(chǎn)協(xié)會(huì)中試行可追溯制度，同時(shí)在牲畜、水果、蔬菜、原料食品、特殊農(nóng)作物等領(lǐng)域開(kāi)展。2005年，在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量控制法令中引入了全方位的農(nóng)產(chǎn)品追溯程序，并于2006年開(kāi)始在全國(guó)執(zhí)行。

從國(guó)外的食品可追溯最新動(dòng)態(tài)可看出，目前世界上的主要發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始或已經(jīng)建成了全國(guó)性的食品安全可追溯系統(tǒng)，這些系統(tǒng)建設(shè)的思路對(duì)我國(guó)建設(shè)食品安全可追溯系統(tǒng)具有重要的參考意義。

我國(guó)食品安全可追溯行業(yè)存在的問(wèn)題

影響可追溯系統(tǒng)實(shí)施的元素

食品可追溯系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象主要是終端消費(fèi)者，其次是需要信息支撐作為監(jiān)管手段的監(jiān)管部門，最后是生產(chǎn)企業(yè)本身。

對(duì)生產(chǎn)企業(yè)食品是否實(shí)施可追溯系統(tǒng)起決定作用的元素主要有兩點(diǎn)：一是成本和收益，二是國(guó)家政策導(dǎo)向。其中國(guó)家政策導(dǎo)向的有利形勢(shì)在國(guó)務(wù)院發(fā)布的文件中有集中體現(xiàn)。成本和收益是企業(yè)最關(guān)心的方面，企業(yè)實(shí)施可追溯系統(tǒng)的成功與否取決于實(shí)施追溯系統(tǒng)所投入的成本和取得的收益是否能夠形成良性循環(huán)。歸根到底，能否成功實(shí)施食品可追溯系統(tǒng)取決于消費(fèi)者是否對(duì)實(shí)施了可追溯系統(tǒng)的食品的價(jià)格上漲買單。

消費(fèi)者認(rèn)可追溯系統(tǒng)的前提

消費(fèi)者對(duì)追溯體系的認(rèn)知度還處于很低的狀態(tài)，這一方面體現(xiàn)在消費(fèi)者不知道什么是食品可追溯系統(tǒng)；另一方面體現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)食品可追溯系統(tǒng)所提供信息的可靠性、真實(shí)性存在質(zhì)疑。針對(duì)第一種情況，企業(yè)和政府需要再加大宣傳的力度。針對(duì)第二種情況，首先需要確保食品可追溯系統(tǒng)所能提供給消費(fèi)者的是真實(shí)數(shù)據(jù)。

從能影響數(shù)據(jù)的真實(shí)性角度看，在可追溯系統(tǒng)發(fā)揮作用的過(guò)程中有兩個(gè)階段最為重要，一是數(shù)據(jù)采集階段，二是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段。數(shù)據(jù)采集階段是數(shù)據(jù)的源頭，當(dāng)前一般通過(guò)使用自動(dòng)采集技術(shù)如RFID等提升輸入虛假數(shù)據(jù)的難度。另外，依靠法律制裁提升企業(yè)或個(gè)人輸入虛假信息的成本。對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段發(fā)生篡改的可能性分析需要從追溯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。

追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中心化

當(dāng)前可追溯系統(tǒng)存在中心化的特點(diǎn)，即在可追溯系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，數(shù)據(jù)的采集輸入主要依賴于單個(gè)企業(yè)，核心企業(yè)作為系統(tǒng)的中心，具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行任何操作的能力。當(dāng)某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生意外，對(duì)該生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息采集和錄入有控制權(quán)的個(gè)人就可能會(huì)對(duì)可追溯系統(tǒng)中的信息進(jìn)行修改。

數(shù)據(jù)安全性難以保證

現(xiàn)有的可追溯系統(tǒng)中參與方包括原料單位、生產(chǎn)單位、運(yùn)輸單位、倉(cāng)儲(chǔ)單位、銷售單位。食品銷售成功，利潤(rùn)高，參與方單位均可獲利，其利益是一致的。但如果篡改追溯系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)能夠促進(jìn)食品銷售，那么生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、倉(cāng)儲(chǔ)這些系統(tǒng)參與者在追溯系統(tǒng)中就有篡改數(shù)據(jù)的共同意愿。即使參與方在其認(rèn)為安全的范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改，也會(huì)極大增加系統(tǒng)最終銷售出的食品發(fā)生安全問(wèn)題的可能性。這樣的行為使得追溯系統(tǒng)純屬擺設(shè)，絲毫達(dá)不到追溯的效果。

當(dāng)前食品可追溯系統(tǒng)雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和發(fā)展，但是仍然存在結(jié)構(gòu)中心化、數(shù)據(jù)安全性低，易受篡改、數(shù)據(jù)完整性無(wú)法驗(yàn)證等問(wèn)題，解決這些問(wèn)題有利于食品安全可追溯系統(tǒng)更好地應(yīng)用和推廣、增強(qiáng)消費(fèi)者對(duì)食品安全可追溯的信心，使得食品安全保障的手段更加高效，所以進(jìn)行這方面的研究具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和價(jià)值。

區(qū)塊鏈技術(shù)在食品可追溯系統(tǒng)的應(yīng)用可行性

區(qū)塊鏈技術(shù)原理及特點(diǎn)

區(qū)塊鏈技術(shù)源于2008年比特幣的技術(shù)應(yīng)用，它是一種把區(qū)塊以鏈的方式組合在一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈適用于存儲(chǔ)簡(jiǎn)單的、有先后關(guān)系的、能在系統(tǒng)內(nèi)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，用密碼學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)的不可篡改和不可偽造進(jìn)行保障。它能夠使參與者對(duì)全網(wǎng)交易記錄的事件順序和當(dāng)前狀態(tài)建立共識(shí)。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展演進(jìn)，目前區(qū)塊鏈技術(shù)概括起來(lái)是指通過(guò)去中心化和去信任的方式集體進(jìn)行一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)的技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)主要有以下四個(gè)方面：

去中心化區(qū)塊鏈?zhǔn)遣灰蕾囉趩我恍湃沃行牡南到y(tǒng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有中心化的硬件或者管理機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)間具有均等的權(quán)利和義務(wù)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題都不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)作。在處理只涉及到鏈條內(nèi)封閉系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)時(shí)，區(qū)塊鏈本身能夠保障參與者之間的信任。

不可篡改作為區(qū)塊鏈最為顯著的特征，區(qū)塊鏈?zhǔn)褂梅菍?duì)稱加密和哈希算法，保障數(shù)據(jù)的記錄與傳遞真實(shí)、不可篡改且不可抵賴。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)由每個(gè)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，每個(gè)參與維護(hù)節(jié)點(diǎn)都能復(fù)制獲得一份完整數(shù)據(jù)庫(kù)的拷貝。其協(xié)議與運(yùn)作機(jī)制的關(guān)鍵為標(biāo)記“時(shí)間戳”，全部節(jié)點(diǎn)定時(shí)一起記賬、確認(rèn)信息，形成記錄全網(wǎng)定時(shí)時(shí)長(zhǎng)間隔內(nèi)所有正確、無(wú)重復(fù)信息的賬本數(shù)據(jù)庫(kù)“Block”，即為一個(gè)“區(qū)塊”。以比特幣區(qū)塊鏈為例，除非能夠同時(shí)控制整個(gè)系統(tǒng)中超過(guò)51%的算力，否則單個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改是無(wú)效的，也無(wú)法影響其他節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。

共識(shí)機(jī)制參與到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是無(wú)需互相信任的，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作規(guī)則公開(kāi)透明，所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容是公開(kāi)的，因此在系統(tǒng)指定的規(guī)則范圍和時(shí)間范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)之間不能也無(wú)法欺騙其它節(jié)點(diǎn)，以這種制度達(dá)成了節(jié)點(diǎn)間對(duì)信托關(guān)系的共識(shí)。

多方寫(xiě)入、共同維護(hù)在區(qū)塊鏈里，參與方由利益不完全一致的實(shí)體組成，在不同的記賬周期內(nèi)，由不同的參與方發(fā)起記錄，輪換方式取決于不同的共識(shí)機(jī)制，其他參與方對(duì)發(fā)起的記錄進(jìn)行共同驗(yàn)證。

基于以上特點(diǎn)，區(qū)塊鏈應(yīng)用已超出了加密貨幣的范疇，范圍逐步擴(kuò)大并形成了“區(qū)塊鏈+”的發(fā)展趨勢(shì)，主要涉及涵蓋智能合約、證券交易、電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、社交通訊、文件存儲(chǔ)、存在性證明、身份驗(yàn)證、股權(quán)眾籌及社會(huì)管理等各個(gè)領(lǐng)域。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于食品可追溯系統(tǒng)的適用性

保證信息的可靠性

在食品可追溯信息中，對(duì)某一個(gè)食品進(jìn)行整個(gè)供應(yīng)鏈的可追溯，食品的每個(gè)特征信息，如地理位置、屬性、檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)等信息數(shù)據(jù)以及信息數(shù)據(jù)生成的文件，不可復(fù)制是相當(dāng)重要的。

區(qū)塊鏈技術(shù)中，利用哈希技術(shù)可以保證信息數(shù)據(jù)的可靠性，確保數(shù)字文件、注冊(cè)表、生產(chǎn)證書(shū)、照片或視頻等仍然與首次在區(qū)塊鏈中登記時(shí)相同。利用數(shù)字簽名算法來(lái)保證信息數(shù)據(jù)在鏈條上數(shù)據(jù)不被篡改和偽造，保證參與者身份的真實(shí)性和消息的完整性。在這里，數(shù)字簽名算法采用的是非對(duì)稱加密算法和哈希函數(shù)，采用“簽名＋驗(yàn)證”互補(bǔ)運(yùn)算來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真?zhèn)?。因此，在區(qū)塊鏈技術(shù)中，任何信息數(shù)據(jù)都可以被追蹤并查詢到，修改區(qū)塊鏈中信息數(shù)據(jù)和信息文件幾乎是不可能完成的，因?yàn)樾枰獙⒄麄€(gè)鏈條中的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行破解和修改。區(qū)塊鏈分布式的特點(diǎn)，解決了中央數(shù)據(jù)庫(kù)可能遭受損壞或攻擊的問(wèn)題。

保證信息傳輸可信性

在目前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，食品從源頭種植到最終消費(fèi)者的餐桌，越來(lái)越多的信息數(shù)據(jù)采集依靠傳感器進(jìn)行，信息傳輸?shù)目煽啃詫?duì)確保整個(gè)鏈條的安全起著關(guān)鍵作用。

物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集的大量信息數(shù)據(jù)及保存數(shù)據(jù)的信息文件涌入食品可追溯系統(tǒng)，區(qū)塊鏈技術(shù)中通過(guò)分布式賬本的方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和信息存儲(chǔ)的去中心化，通過(guò)IPFS（InterPlanetary File System,星際文件系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了信息文件存儲(chǔ)的去中心化。區(qū)塊鏈技術(shù)的共識(shí)機(jī)制保障區(qū)塊鏈系統(tǒng)大規(guī)模高效協(xié)作不斷運(yùn)行。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，共識(shí)機(jī)制解決并保證了每一條上傳的信息數(shù)據(jù)在所有鏈條節(jié)點(diǎn)上的一致性和正確性，保證了在不依靠中心化組織認(rèn)可的前提下，可直接寫(xiě)入數(shù)據(jù)區(qū)塊并記錄到區(qū)塊鏈，進(jìn)入整個(gè)追溯體系中，完成運(yùn)轉(zhuǎn)。

構(gòu)建可信環(huán)境

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，信任關(guān)系的建立和維系變?yōu)榈统杀竟ぷ?。區(qū)塊鏈技術(shù)使得種植源頭的農(nóng)民、運(yùn)輸過(guò)程的卡車司機(jī)等各方參與者都可以使用簡(jiǎn)單的智能終端（包含手機(jī)）向供應(yīng)鏈條輸入可信任的數(shù)據(jù)，從而保證食品可追溯系統(tǒng)中的溯源數(shù)據(jù)及時(shí)有效地上傳，保障消費(fèi)者、企業(yè)或相關(guān)機(jī)構(gòu)可以獲取足夠的信息數(shù)據(jù)支撐。

區(qū)塊鏈技術(shù)中激勵(lì)機(jī)制，只要可追溯系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的參與者對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)產(chǎn)生貢獻(xiàn)，就可以給予激勵(lì)，這也就更加促進(jìn)了食品可追溯系統(tǒng)各個(gè)參與方對(duì)食品可追溯的參與熱情，提高各方參與度，形成食品可追溯的良性循環(huán)。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)構(gòu)建

基于區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)食品安全可追溯系統(tǒng)存在問(wèn)題的適用性分析，對(duì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行構(gòu)建，如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

流程設(shè)計(jì)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到食品進(jìn)行正向可追蹤、逆向可溯源、事件可查證、責(zé)任可追責(zé)的主要實(shí)現(xiàn)流程為：

食品可追溯系統(tǒng)的參與方，包括原料生產(chǎn)單位、生產(chǎn)制造單位、物流運(yùn)輸單位、倉(cāng)儲(chǔ)單位和銷售單位，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上報(bào)。利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)，通過(guò)共識(shí)機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制等有效手段，在激勵(lì)各個(gè)參與方積極記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)，保證各參與方對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，保證數(shù)據(jù)信息及數(shù)據(jù)文件不可篡改。

根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)各參與方上傳到區(qū)塊鏈中的區(qū)塊信息進(jìn)行定義，對(duì)需要通過(guò)區(qū)塊鏈進(jìn)行共享的信息進(jìn)行指定?？勺匪菹到y(tǒng)的各個(gè)參與方將定義的信息及時(shí)上傳到區(qū)塊鏈，各參與方根據(jù)自己的權(quán)限分配，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)和接收。

食品可追溯系統(tǒng)的各個(gè)參與方將追溯信息和追溯鏈條上的追蹤記錄分布式存儲(chǔ)，形成區(qū)塊鏈條，保證區(qū)塊鏈條上的數(shù)據(jù)及時(shí)、真實(shí)有效、不可復(fù)制、不可篡改，從而保障對(duì)每一個(gè)食品從生產(chǎn)源頭到消費(fèi)者手中都是可以精準(zhǔn)追溯的，對(duì)于可能發(fā)生的問(wèn)題，可以及時(shí)進(jìn)行查證，進(jìn)行責(zé)任界定并追責(zé)。

通過(guò)應(yīng)用程序的有效管理和驗(yàn)證機(jī)制，對(duì)食品可追溯系統(tǒng)的各個(gè)參與方進(jìn)行身份識(shí)別認(rèn)證和管理，對(duì)每一個(gè)參與方進(jìn)行可信度評(píng)估。區(qū)塊鏈非對(duì)稱加密算法與數(shù)字簽名等機(jī)制，保障了食品可追溯系統(tǒng)中的溯源數(shù)據(jù)是安全可靠并且可以保障其隱私性。