江鳳香， 羅 驍， 王 芳， 杜謀濤，段兆瑞， 劉 晴， 王碧霞， 連心如， 王 玲， 李研冰

(1.西安培華學院， 陜西 西安 710125; 2.杭州宇鏈科技有限公司， 浙江 杭州 311200)

引言

【研究意義】 《中國區(qū)塊鏈技術和應用發(fā)展白皮書》指出，區(qū)塊鏈是一種分布式賬本，通過去中心化、去信任的方式集體維護一個可靠數據的技術方案[1]。2020年中央一號文件指出，要加快農業(yè)現代化建設，建設現代農業(yè)設施，依托現有資源建設農業(yè)農村大數據中心，在農業(yè)領域加快各類信息技術應用，加快數字鄉(xiāng)村建設。其中，區(qū)塊鏈被首次提出助力農業(yè)發(fā)展，提及了區(qū)塊鏈等技術在農業(yè)領域落地的多個應用場景，涵蓋了農產品物流、溯源、供應鏈管理等多個領域。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，在農業(yè)領域應用區(qū)塊鏈，將區(qū)塊鏈賦能農業(yè)，實現農產品從生產到消費的全鏈路數字化和透明化管理，加強農產品質量管控，提升農產品安全管理，為農業(yè)品牌培育提供有力支撐；同時，有助于形成農業(yè)數字化資產，還可通過與農村金融和農業(yè)保險等結合，產生更多的農業(yè)新業(yè)態(tài)，產生更大動能，更好保障“三農”權益，促進農民增收，農業(yè)發(fā)展，農村穩(wěn)定，推動農業(yè)現代化發(fā)展。因此，在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，聚焦農業(yè)發(fā)展的新場景，探索區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展路徑，推進區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域的深入應用[2]，構建形成全新的農業(yè)發(fā)展模式[3]，對加速實現鄉(xiāng)村振興具有積極意義?！厩叭搜芯窟M展】區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域應用的相關研究集中于區(qū)塊鏈技術在食品安全追溯體系[4]、農業(yè)溯源系統(tǒng)[5]、農業(yè)物聯網、大數據、質量安全追溯、農村金融、農業(yè)保險、供應鏈中的應用場景[6]；李惠[7]指出區(qū)塊鏈在農業(yè)領域的應用需要提升信息化技術和運用經濟思維探索經濟模式創(chuàng)新。【研究切入點】現有研究主要圍繞區(qū)塊鏈技術在農業(yè)產業(yè)的某一環(huán)節(jié)或領域的應用展開，對區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展的模式和路徑涉及較少?！緮M解決的關鍵問題】對區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域的主要應用形式和存在的主要問題進行總結，針對性地提出區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展路徑，為鄉(xiāng)村振興背景下促進區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展提供參考。

1 區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域的典型應用

1.1 農業(yè)物聯網+區(qū)塊鏈芯片+聯盟鏈平臺

隨著農業(yè)物聯網的普及，中心化管理使物聯網應用成本較高、性能差[8]，大量數據的丟失或造假引發(fā)的農業(yè)糾紛造成農企或農民的損失，而將區(qū)塊鏈芯片和物聯網設備結合，建立農業(yè)物聯網+區(qū)塊鏈芯片+聯盟鏈平臺，可實現物聯網設備的自我管理和維護，且能確保數據的真實性，有助于提升農業(yè)物聯網的智能化和規(guī)模化水平[9]，也能避免傳統(tǒng)農業(yè)物聯網可能引發(fā)的糾紛。

1.2 農業(yè)大數據+區(qū)塊鏈

傳統(tǒng)的數據庫可實現“關系模型、事務處理、查詢優(yōu)化”的功能，但需基于真實的數據。區(qū)塊鏈是一種公開透明、不可篡改、全歷史記錄的分布式數據庫存儲技術，利用區(qū)塊鏈技術可從源頭保障數據真實性，避免農業(yè)大數據平臺私自篡改數據或系統(tǒng)受外界攻擊造成數據失真，進而可解決農業(yè)大數據的透明性和安全性問題，更好地為管理部門決策提供真實可靠的數據依據。

1.3 質量安全追溯+區(qū)塊鏈

通過區(qū)塊鏈技術的不對稱加密算法，將農產品從生產到消費全鏈中所有數據記錄到區(qū)塊鏈賬本，消除人為篡改數據的可能，保障數據真實可靠，直至最終用戶進行防偽溯源驗證，形成完整可信的溯源鏈條，實現農產品供應鏈的溯源性，保證農業(yè)生產與流通全程信息及時更新，農產品信息透明、可信度高[10]，同時有效確定責任主體，更有利于在農業(yè)糾紛中快速定責，責權問題可信、可追溯。

1.4 農業(yè)物流+區(qū)塊鏈

在農產品物流過程中，利用區(qū)塊鏈技術對農產品供應鏈的各類信息進行記錄，并結合農業(yè)物聯網和農業(yè)大數據技術，實現農產品物流的全方位監(jiān)控、運輸路線優(yōu)化、業(yè)務環(huán)節(jié)優(yōu)化等，并可建立智能化和信息化的運營管理平臺[11]。

1.5 農村金融+區(qū)塊鏈

由于缺乏有效抵押物和信用抵押機制，加之農業(yè)經營主體信用信息不完整、數據不準確、使用成本高等因素制約，使農業(yè)經營主體獲取貸款難度較大。通過區(qū)塊鏈技術自動記錄海量信息，并存儲在區(qū)塊鏈網絡的每個節(jié)點上，克服地域的限制，并基于區(qū)塊鏈數據高度公開、不可篡改的特點，使相關的信用信息更透明、篡改難度更高、傳遞更迅速，并降低使用成本[6]。尤其在活體抵押農業(yè)貸款方面，通過區(qū)塊鏈技術收集真實可靠的數據，可解決金融機構界定貸款額度較難和貸款信任問題，有利于提高金融機構貸款的執(zhí)行效率，更好地滿足農業(yè)經營主體的融資需求。

1.6 農業(yè)保險+區(qū)塊鏈

我國農業(yè)保險存在品種小、覆蓋范圍低的特點，為改變這一現狀，加強農業(yè)保險風險分散、降低農業(yè)保險的市場化運作成本，已有將區(qū)塊鏈與農業(yè)保險結合的研究[12]。充分利用區(qū)塊鏈分散存儲數據、智能合約、共識機制、加密算法、點對點傳輸[5]的技術特點，不但能簡化農業(yè)保險的相關流程，還可建立智能化合約，解決農業(yè)保險中的道德風險問題。在此基礎上，還可推進農業(yè)保險在農業(yè)知識產權保護和農業(yè)產權交易方面的應用。

2 區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展存在的問題

2.1 技術條件和人才支持不足

發(fā)展區(qū)塊鏈農業(yè)需要具有良好的信息網絡基礎設施，而農村農業(yè)信息網絡的基礎設施較差，通信設施建設落后，相關的網絡運營服務質量較低，難以保障區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展所需的基礎環(huán)境和技術環(huán)境[13]。另外，區(qū)塊鏈技術與農業(yè)有效融合的技術要求較高，不僅涉及分布式數據共識機制等技術，還涉及農業(yè)領域和農業(yè)信息化的知識與技能，而農村人才流失和培養(yǎng)不足，造成相應的人才供給缺乏，難以為區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域應用提供人才支撐。

2.2 應用的廣度和深度欠缺

由于一些限制性因素制約，廣大的農村地區(qū)，尤其是落后的農村地區(qū)基礎設施落后[14]，技術條件和人才支持不足，區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展的基礎仍相對薄弱，加之農村數字化治理體系尚不健全，農業(yè)產業(yè)數字化仍處于探索初期[15]，區(qū)塊鏈在農業(yè)農村領域應用的廣度和深度仍較欠缺。

2.3 傳統(tǒng)農業(yè)發(fā)展模式制約

雖然我國農業(yè)的集約化和規(guī)?；接兴嵘?，但長期的傳統(tǒng)小農戶經營模式仍然具有較大影響，分散的生產經營方式，使農業(yè)領域的各類信息暫未形成具有較大價值的農業(yè)大數據；同時，傳統(tǒng)的小農經濟觀念，使農業(yè)相關主體對區(qū)塊鏈農業(yè)這一新業(yè)態(tài)的認識和接受程度不足，甚至產生抵觸心理，進而阻礙區(qū)塊鏈農業(yè)的發(fā)展[14]。

3 區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展路徑

3.1 建立縣域農業(yè)聯盟鏈

針對縣域農業(yè)發(fā)展所需的統(tǒng)籌與服務，搭建縣域農業(yè)聯盟鏈，將農業(yè)部門、農業(yè)企業(yè)、涉農金融機構、供銷社等作為區(qū)塊鏈節(jié)點構成整體鏈條(圖1)。以可信的區(qū)塊鏈溯源為契機，打通上下游鏈條，實現農業(yè)全鏈可信數據共享，達到統(tǒng)一憑證、全程信息記錄、及時高效，解決傳統(tǒng)農業(yè)發(fā)展中信息碎片化、人工重復審核、多方重復對賬等問題，減少驗證交互、增加可信協(xié)作，最大程度優(yōu)化業(yè)務流程、降低生產運營成本、降低管理的人力成本，提升協(xié)同效率[16]。由此，更好地發(fā)揮政府部門的服務職能，提升農業(yè)效率與效益，還可以此為基礎建立農業(yè)全鏈路數據可信示范基地，打造農業(yè)品牌可信度和口碑的技術基礎，打造智慧農業(yè)示范基地，建設數字農業(yè)，提升農業(yè)智慧化水平[17]。

圖1 縣域農業(yè)聯盟鏈

3.2 構建“芯片+平臺+區(qū)塊鏈技術”的農業(yè)發(fā)展模式

綜合集成區(qū)塊鏈安全芯片、區(qū)塊鏈科技公司的云BaaS平臺及底層區(qū)塊鏈技術，圍繞農業(yè)供應鏈管理、農產品防偽溯源、營銷管理[16]建立“芯片+平臺+區(qū)塊鏈技術”的農業(yè)發(fā)展模式(圖2)，進行區(qū)塊鏈種植合同管理、區(qū)塊鏈農產品生產管理、區(qū)塊鏈農產品防偽管理、區(qū)塊鏈出場溯源管理、區(qū)塊鏈農業(yè)交易市場、區(qū)塊鏈產品分銷管理，實現農業(yè)全鏈路數字化管理。

圖2 “芯片+平臺+區(qū)塊鏈技術”的農業(yè)發(fā)展模式

3.3 制定區(qū)塊鏈在農業(yè)中的應用方案

如圖3所示，在農業(yè)全產業(yè)鏈中，包括農作物的種植過程、收購檢驗、生產加工、物流倉儲、流通銷售及消費者查詢各環(huán)節(jié)應用區(qū)塊鏈技術，形成完整的應用方案。在種植過程環(huán)節(jié)，收集農戶與種植企業(yè)信息、種子信息，建立農事生產檔案(在線監(jiān)測、手工錄入)，第三方認證機構對種植標準的認證信息，通過農業(yè)監(jiān)測傳感器(芯片)種植數據收集；在農產品收購檢驗環(huán)節(jié)，收集收購加工商信息、農產品采摘收割信息(人員、時間、過程)、第三方檢驗信息(人員、時間、過程、檢驗結果)以及收購電子合同信息；在生產加工階段，收集生產全過程數據(操作員、加工方式等)，區(qū)塊鏈防偽溯源芯片(NFC)封口，解封失效，確保區(qū)塊鏈防偽安全二維碼、唯一性；在物流倉儲環(huán)節(jié)，將第三方物流公司數據引入，高附加值農產品可對物流車輛、運輸環(huán)境、倉儲環(huán)境結合芯片進行在線實時監(jiān)測；在流通銷售環(huán)節(jié)，零售商信息、采購訂單信息、電子合同信息、收付款信息；在消費者查詢環(huán)節(jié)，通過防偽溯源小程序、NFC/掃碼查詢方位及溯源信息，留存消費者非隱私數據，建立農產品溯源區(qū)塊鏈。農產品溯源區(qū)塊鏈包括云上層(由可信數據存證、可信溯源鏈條、上下游檔案歸集、區(qū)塊鏈瀏覽器、交易市場、全景大數據、前端應用定制開發(fā)、可信對象存儲組成)、自研區(qū)塊鏈底層技術(由可信數據上鏈、智能安全合約、Token-based模型、隱私&安全計算構成)、應用層(由可信防偽、防復制區(qū)塊鏈二維碼、可信數據監(jiān)測、可信溯源和區(qū)塊鏈安全芯片組成)。

圖3 區(qū)塊鏈在農業(yè)中的應用架構(來源：杭州宇鏈科技有限公司)

4 結語

區(qū)塊鏈技術弱中心化、不可篡改、可追溯和集體維護的技術特點[2]，使其在農業(yè)物聯網、農業(yè)大數據、質量安全追溯、農業(yè)物流及農村金融等方面得以應用并能極大促進相關業(yè)態(tài)模式的發(fā)展，實現創(chuàng)新突破。隨著我國農業(yè)現代化的加速推進，農業(yè)發(fā)展趨勢向智慧化和數字化轉變，同時在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略建設數字鄉(xiāng)村的現實需求下，區(qū)塊鏈技術將在相關領域進一步深化應用。但其本質上作為一種分布式的加密數據庫技術，受農業(yè)和農村信息化水平的客觀因素制約，在所需技術條件和人才支持不足，以及傳統(tǒng)農業(yè)發(fā)展模式長期影響的制約下，其在農業(yè)領域應用的廣度和深度仍較為欠缺。推進區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展，從構建發(fā)展路徑的角度看，可在宏觀層面建立基于區(qū)塊鏈技術的縣域農業(yè)聯盟，在此基礎上構建“芯片+平臺+區(qū)塊鏈技術”的農業(yè)發(fā)展模式，再針對農業(yè)全產業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)制定和實施具體的區(qū)塊鏈技術應用方案。

區(qū)塊鏈技術起源于2009年，而大規(guī)模應用則在2017年[2]，其快速發(fā)展的時間相對較短，區(qū)塊鏈的理念傳播仍有待逐步擴大和深入。同時，從技術層面看，區(qū)塊鏈在擴展性、安全性和隱私保護方面也存在缺陷[10]，有待于推進其應用的過程中不斷依托相關底層技術的發(fā)展進行完善。推進區(qū)塊鏈農業(yè)發(fā)展是我國農業(yè)領域創(chuàng)新發(fā)展理念的重要舉措，未來需要繼續(xù)圍繞區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域應用的瓶頸因素，從模式、路徑、機制及技術等不同層面加強區(qū)塊鏈技術與農業(yè)融合的落腳點研究，助力深化區(qū)塊鏈技術在農業(yè)領域的應用場景，使其充分賦能現代農業(yè)，進而加速農業(yè)現代化，助推鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施。