楊武川 ， 鐘依柔 ， 揣志增 ， 惠名佚 ， 莊春雨 ， 揣小龍

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林 吉林 132101）

0 引言

近年來(lái)，蔬菜產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)，蔬菜產(chǎn)品安全問(wèn)題也越來(lái)越被人們重視。當(dāng)前，我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)以農(nóng)戶種植為主，一般規(guī)模較小，在各地區(qū)基本沒(méi)有蔬菜的龍頭企業(yè)，不能帶動(dòng)周邊中小型菜企的發(fā)展，并且中小型企業(yè)存在基礎(chǔ)能力薄弱、科學(xué)育苗能力不足、引入高新技術(shù)困難等多重問(wèn)題，制約了這些蔬菜企業(yè)的發(fā)展[1]。另外，部分中小型企業(yè)的蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量也令人擔(dān)憂。一是自身的品牌競(jìng)爭(zhēng)力弱，企業(yè)形象不足；二是許多小企業(yè)存在著用劣質(zhì)蔬菜充當(dāng)優(yōu)質(zhì)蔬菜售賣的現(xiàn)象，嚴(yán)重?cái)_亂了蔬菜售賣市場(chǎng)，降低了消費(fèi)者的消費(fèi)欲望。

政府多次出臺(tái)相關(guān)政策，頒布各類食品安全管理法律法則，但在實(shí)踐中暴露出了一些問(wèn)題，比如：這些規(guī)則是針對(duì)具體環(huán)節(jié)進(jìn)行約束的，從而未能使供應(yīng)鏈端的信息連接起來(lái)，導(dǎo)致供應(yīng)鏈端信息不足，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，想要迅速找出問(wèn)題源頭，召回問(wèn)題產(chǎn)品，對(duì)負(fù)責(zé)企業(yè)或個(gè)人進(jìn)行問(wèn)責(zé)，就顯得尤為困難。為解決此類問(wèn)題，課題組提出運(yùn)用區(qū)塊鏈+RFID技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行溯源[2]。其原理是：利用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)農(nóng)產(chǎn)品溯源方案，對(duì)蔬菜從種植環(huán)節(jié)到出售環(huán)節(jié)的所有信息進(jìn)行溯源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外信息共享，既要保證信息的完整性，又要使信息公開(kāi)透明，便于監(jiān)管部門對(duì)問(wèn)題企業(yè)追責(zé)，增強(qiáng)參與企業(yè)的責(zé)任心，提升了蔬菜企業(yè)的品牌形象，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力[3]。當(dāng)消費(fèi)者有查詢產(chǎn)品溯源信息的權(quán)限后，監(jiān)管部門的能力與手段將會(huì)有一定的強(qiáng)化，企業(yè)將會(huì)更加重視蔬菜全過(guò)程的質(zhì)量安全，蔬菜的安全指數(shù)會(huì)有所提高，消費(fèi)者的權(quán)益與健康將會(huì)得到保障。本課題以吉林市蔬菜溯源系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行研究探討。

1 蔬菜溯源存在的問(wèn)題

目前，吉林市蔬菜追溯系統(tǒng)正處于起步和探索階段，但是據(jù)課題組考察調(diào)研，蔬菜溯源系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

1）蔬菜追溯平臺(tái)冗雜。以吉林市為例，吉林市內(nèi)各個(gè)企業(yè)或農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)部門建立的蔬菜追溯系統(tǒng)是僅供各自單位內(nèi)部使用的，如果不同系統(tǒng)在一個(gè)平臺(tái)上使用，很有可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)之間互不兼容的情況，并且不同的溯源系統(tǒng)監(jiān)管機(jī)制、信息采集標(biāo)準(zhǔn)、追溯標(biāo)識(shí)等都不統(tǒng)一，因此，會(huì)造成蔬菜產(chǎn)品信息資源浪費(fèi)。

2）追溯信息存在不夠完整或虛假失實(shí)等情況。因以上情況而產(chǎn)生的信息孤島會(huì)造成兩種后果：一是不利于消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行溯源；二是阻滯了政府推動(dòng)統(tǒng)一追溯平臺(tái)發(fā)展的腳步。

2 解決問(wèn)題的措施

1）吉林市相關(guān)部門制定了“食品安全追溯系統(tǒng)研究人才計(jì)劃”，挖掘吉林省內(nèi)各個(gè)高校科研精英，優(yōu)化吉林市科研軟環(huán)境，提高經(jīng)費(fèi)支持力度，組建一支專業(yè)化、高效化的科研隊(duì)伍。對(duì)在吉各高校實(shí)行“一校一方法”的策略，與校方合作，共同培養(yǎng)食品安全追溯系統(tǒng)人才，并簽訂相關(guān)就業(yè)協(xié)議；對(duì)吉林省重點(diǎn)高校食品學(xué)院人才放寬相關(guān)政策，促進(jìn)留吉人數(shù)提升，并且對(duì)于有食品科研需求的技術(shù)型人才，加快申報(bào)審批流程，重點(diǎn)項(xiàng)目給予資金傾斜，最大程度幫助項(xiàng)目研究。科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在吉林市委市政府的領(lǐng)導(dǎo)下、吉林市重大戰(zhàn)略項(xiàng)目研究要求下、遵循市場(chǎng)需求的原則下，發(fā)揮專業(yè)科研能力，研發(fā)操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的用戶端食品追溯系統(tǒng)，進(jìn)而將吉林市內(nèi)目前所應(yīng)用的各種追溯系統(tǒng)全部整合并統(tǒng)一替換，以達(dá)到追溯平臺(tái)的完整統(tǒng)一。

2）利用區(qū)塊鏈技術(shù)將蔬菜從生產(chǎn)到銷售的全部過(guò)程分為7個(gè)環(huán)節(jié)：生產(chǎn)環(huán)節(jié)、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)、質(zhì)檢環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)和追溯環(huán)節(jié)。在各個(gè)環(huán)節(jié)都貼上RFID標(biāo)簽，把所有信息串成鏈[4]。在不同的環(huán)節(jié)分別設(shè)有不同的信息采集員和監(jiān)管部門，信息采集員負(fù)責(zé)記錄信息，并將信息上傳平臺(tái)，監(jiān)管部門則在驗(yàn)證消息的完整性、消息發(fā)送者身份的合法性后，通過(guò)私鑰對(duì)信息進(jìn)行認(rèn)證，并把上傳信息和驗(yàn)證信息一同記錄在溯源信息中[5]。消息上鏈需要監(jiān)管部門的認(rèn)證這一舉措，不僅使消費(fèi)者能快速辨別溯源信息的真?zhèn)危瑫r(shí)也增強(qiáng)了企業(yè)的責(zé)任心，提高了溯源信息的可信度。

①生產(chǎn)環(huán)節(jié)：農(nóng)場(chǎng)主負(fù)責(zé)將蔬菜生產(chǎn)過(guò)程信息（種子來(lái)源、種子名稱、農(nóng)藥名稱、用藥含量、肥料名稱、用料含量等）錄入并上傳區(qū)塊鏈，形成初始區(qū)塊。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用智能合約自動(dòng)識(shí)別上傳的信息是否符合設(shè)定，如若符合，則進(jìn)行上傳認(rèn)證，并將信息傳入下一環(huán)節(jié)；如若不符合，則向監(jiān)管層發(fā)出警告，后續(xù)由監(jiān)管部門介入查看（監(jiān)管部門通過(guò)技術(shù)甄別，對(duì)發(fā)出警告的產(chǎn)品二次核驗(yàn)，提出進(jìn)一步解決方案，直到產(chǎn)品合格）。在當(dāng)前環(huán)節(jié)與下一環(huán)節(jié)進(jìn)行信息傳輸時(shí)，監(jiān)管部門有權(quán)對(duì)信息進(jìn)行審核查驗(yàn)，在產(chǎn)品檢驗(yàn)合格后，運(yùn)用私鑰對(duì)信息加以簽名認(rèn)證。

②存儲(chǔ)環(huán)節(jié)：倉(cāng)庫(kù)接收來(lái)自生產(chǎn)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品后，獲得訪問(wèn)編輯信息的權(quán)限。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行必要的檢查和維護(hù)后，將檢查信息更新并上傳。當(dāng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)移離開(kāi)倉(cāng)庫(kù)時(shí)，區(qū)塊鏈的MD5碼會(huì)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息封鎖，使得信息不可被篡改。

③質(zhì)檢環(huán)節(jié)：質(zhì)檢員的主要工作是檢驗(yàn)產(chǎn)品的農(nóng)藥含量、產(chǎn)品完整度，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)評(píng)并劃分等級(jí)，并將測(cè)評(píng)信息如實(shí)上傳[6]。在這一過(guò)程中，會(huì)有監(jiān)管部門實(shí)時(shí)抽查，檢測(cè)蔬菜質(zhì)檢是否合格或質(zhì)檢信息是否正確等，如果信息在檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告，監(jiān)管部門立即介入，解決此問(wèn)題，同時(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣調(diào)查。在確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，監(jiān)管部門對(duì)信息進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證信息也一同被寫入鏈中；如有問(wèn)題，則依法追究相關(guān)人員的責(zé)任。

④加工環(huán)節(jié)：加工者對(duì)加工日期、加工工具、加工地點(diǎn)等進(jìn)行記錄，管理員會(huì)進(jìn)行二次核驗(yàn)，核驗(yàn)無(wú)誤后再上傳信息。在上傳信息過(guò)程中，全程不允許更改，保證信息的真實(shí)性，如有錯(cuò)誤，則立即報(bào)備。在包裝產(chǎn)品時(shí)，除了必要的包裝信息外，還需生成溯源碼或二維碼，粘貼在產(chǎn)品外包裝上，以便消費(fèi)者在購(gòu)買產(chǎn)品后進(jìn)行溯源。

⑤運(yùn)輸環(huán)節(jié)：運(yùn)輸員對(duì)物流出發(fā)地和目的地、運(yùn)輸工具、運(yùn)輸時(shí)間等進(jìn)行記錄，并將物流信息反饋回物流公司，公司在平臺(tái)上對(duì)信息進(jìn)行更新。

⑥銷售環(huán)節(jié)：蔬菜經(jīng)過(guò)上一環(huán)節(jié)后發(fā)往不同地區(qū)的銷售企業(yè)，因此在企業(yè)接收產(chǎn)品后，不僅需要對(duì)蔬菜來(lái)源及去向等進(jìn)行記錄，還需要對(duì)當(dāng)前本企業(yè)的信息進(jìn)行上傳，以確保消費(fèi)者在進(jìn)行溯源時(shí)，每一環(huán)節(jié)的溯源信息無(wú)任何遺漏。在銷售過(guò)程中，消費(fèi)者的溯源信息在平臺(tái)進(jìn)行反饋，企業(yè)通過(guò)對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析出各類蔬菜的需求量，便于來(lái)年對(duì)某作物的種植面積進(jìn)行擴(kuò)大或減少。

⑦追溯環(huán)節(jié)：消費(fèi)者在完成追溯系統(tǒng)網(wǎng)站上的身份認(rèn)證后，通過(guò)掃描所購(gòu)買蔬菜的二維碼或輸入追溯碼就可以看到蔬菜從供應(yīng)商的材料來(lái)源到終產(chǎn)品初始分銷的路徑中所有過(guò)程的基本信息。

將上述所有環(huán)節(jié)分成區(qū)塊，并通過(guò)RFID電子標(biāo)簽技術(shù)將每個(gè)區(qū)塊接到同一條鏈路上，構(gòu)成一個(gè)完整的溯源系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 蔬菜溯源系統(tǒng)

3 溯源系統(tǒng)主要技術(shù)

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)技術(shù)主要有哈希運(yùn)算、數(shù)字簽名、P2P網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)算法、智能合約等。所有技術(shù)互相融合運(yùn)用，充分解決了傳統(tǒng)溯源所暴露的缺點(diǎn)。

哈希運(yùn)算的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和默克爾樹(shù)、密碼學(xué)中的時(shí)間戳技術(shù)、共識(shí)算法（PBFT、PoW類共識(shí)算法，拜占庭容錯(cuò)類算法）能有效地防止數(shù)據(jù)被篡改[7]?！胺来鄹摹辈⒉皇遣荒芫庉媴^(qū)塊鏈系統(tǒng)上記錄的內(nèi)容，而是整個(gè)編輯過(guò)程被以類似“日志”的方式記錄了下來(lái)，并且記錄的“日志”是不能被修改的。

P2P網(wǎng)絡(luò)的去中心化、多鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，數(shù)字簽名和智能合約的認(rèn)證能有效地解決溯源信息不防偽、易被造假等問(wèn)題。通過(guò)監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)的簽字認(rèn)證，可以防止惡意節(jié)點(diǎn)身份冒充，增加數(shù)據(jù)的可信度；同態(tài)加密、零知識(shí)證明等技術(shù)給鏈上數(shù)據(jù)加密，任何不相關(guān)的用戶都無(wú)法從密文中讀取到有用信息，而交易相關(guān)的用戶可以在設(shè)定權(quán)限范圍內(nèi)讀取有效數(shù)據(jù)，這一特性保護(hù)了用戶的隱私，避免了信息被竊取盜用[8-9]。

3.2 RFID （射頻識(shí)別）技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)通過(guò)運(yùn)用無(wú)線電實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的傳送與識(shí)別、對(duì)物品的快速追蹤、對(duì)數(shù)據(jù)的交換處理。利用RFID技術(shù)能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境、識(shí)別精確度高等特性，將其運(yùn)用于物流供應(yīng)鏈管理中，實(shí)現(xiàn)集裝箱的自動(dòng)識(shí)別，電子封條與貨物跟蹤。在追溯系統(tǒng)中引入RFID技術(shù)，使得系統(tǒng)的人力成本大大降低，工作效率大幅度提高。

4 總結(jié)

首先，本課題將區(qū)塊鏈技術(shù)與射頻識(shí)別技術(shù)結(jié)合，利用其特性優(yōu)化溯源系統(tǒng)，使溯源系統(tǒng)成本降低，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。其次，把蔬菜生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、交易的監(jiān)測(cè)和后期追溯等相關(guān)節(jié)點(diǎn)利用區(qū)塊鏈+RFID技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，將商品的信息上鏈，給商品一個(gè)“身份證”，無(wú)論商品出現(xiàn)在何處，都可以確認(rèn)其身份。將該技術(shù)投入使用，使蔬菜消費(fèi)的信任度進(jìn)一步提升，使虛假售賣、以次充好、濫用農(nóng)藥等危害消費(fèi)者權(quán)益和人身安全的事件不再發(fā)生，同時(shí)也促進(jìn)了當(dāng)?shù)貭I(yíng)商環(huán)境的優(yōu)化，給消費(fèi)者舒適、完美的購(gòu)物體驗(yàn)。再次，系統(tǒng)記錄的信息是具有實(shí)時(shí)性的，所上傳的數(shù)據(jù)是不可篡改的、公開(kāi)透明的，如果某個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，那么在事發(fā)后便可以快速地查出問(wèn)題出現(xiàn)在哪一步，以及這一環(huán)節(jié)的責(zé)任人是誰(shuí)，這樣能更好地明確職責(zé)，增強(qiáng)個(gè)人和企業(yè)的責(zé)任感，提高生產(chǎn)者安全責(zé)任意識(shí)，創(chuàng)造放心消費(fèi)品牌。

雖然本課題充分利用了區(qū)塊鏈和RFID技術(shù)的基本特征，一定程度上解決了傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)中心化嚴(yán)重、信息共享難和信息追溯難等問(wèn)題，但是還有部分技術(shù)問(wèn)題有待解決。例如，目前國(guó)際上還沒(méi)有正式的RFID產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家研制出的RFID可能互不兼容，且不同國(guó)家制定的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)也不同。因此，如何讓這些標(biāo)準(zhǔn)互相兼容，是后續(xù)研究所需要打破的技術(shù)壁壘。區(qū)塊鏈處理交易性能需要持續(xù)提升，應(yīng)用場(chǎng)景還需進(jìn)一步拓展，用戶隱私需要進(jìn)一步保護(hù)等，解決這些問(wèn)題將使追溯系統(tǒng)更加成熟完善，更能推動(dòng)蔬菜溯源系統(tǒng)的發(fā)展。