尤璞　宋麗齡　姚嘯穎　刁樹園

摘? 要：受限于傳統(tǒng)冷鏈物流弊端的生鮮農(nóng)產(chǎn)品，難以保證相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可追責(zé)性。區(qū)塊鏈技術(shù)的興起和發(fā)展，引得物流等各行業(yè)的積極研究，用以解決傳統(tǒng)溯源方法的各類問題。文章對生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流和區(qū)塊鏈進(jìn)行介紹后，分析了現(xiàn)有冷鏈物流體系的弊端和不足，為區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用冷鏈的必要性做鋪墊，并提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯體系。通過對其冷鏈物流的流程分析，設(shè)計了追溯方案并搭建了架構(gòu)。但方案實施面臨著基礎(chǔ)設(shè)施不足的困境，有待政府和企業(yè)積極推進(jìn)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)；可追溯性；加密算法；生鮮農(nóng)產(chǎn)品

中圖分類號：F304.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2023.13.032

Abstract： It is difficult to ensure the accuracy and accountability of relevant data for fresh agricultural products limited by the drawbacks of traditional cold chain logistics. The rise and development of blockchain technology has attracted active research from logistics and other industries to solve various problems of traditional traceability methods. After introducing the cold chain logistics and blockchain of fresh agricultural products， this paper analyzes the drawbacks and shortcomings of the existing cold chain logistics system， paving the way for the necessity of applying the cold chain to blockchain technology， and based on this， a cold chain logistics traceability system of fresh agricultural products based on blockchain technology is proposed. Through the process analysis of its cold chain logistics， the traceability scheme is designed and the architecture is built. However， the implementation of the plan faces the dilemma of insufficient infrastructure， which needs the government and enterprise to actively promote the construction.

Key words： blockchain technology; traceability; algorithm; fresh agricultural products

0? 引? 言

隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生活水平提高，人們對食品的要求早已不再僅是果腹，轉(zhuǎn)而更加追求新鮮、健康的食物，對食品安全更高的追求推動了生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的發(fā)展。過去對冷鏈的理解常常局限于冷庫、冷藏車這些基礎(chǔ)設(shè)備，而現(xiàn)代冷鏈物流的核心不是簡單的“低溫”，而是“恒溫”。發(fā)達(dá)國家的冷鏈物流體系建設(shè)大都已經(jīng)成熟，尤其是體現(xiàn)在果蔬的冷鏈流通率上。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)果蔬冷鏈流通率僅35%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家地區(qū)的90%。而另一方面則是體現(xiàn)在損耗上，國內(nèi)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的損耗率在10%～20%，而發(fā)達(dá)國家地區(qū)則不足5%?，F(xiàn)代化冷鏈物流的建設(shè)需要科學(xué)技術(shù)的支撐，以信息化平臺作依托，以全面科學(xué)的法律法規(guī)為基石，在政府調(diào)控下逐漸形成較完整的冷鏈物流模式。

生鮮農(nóng)產(chǎn)品一般指新鮮果蔬、新鮮魚肉、活禽等，這些產(chǎn)品與人們的生活息息相關(guān)，同時又具有易腐易爛、易變質(zhì)的特性，因此對流通、儲存都有很高的要求。生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流可追溯體系是通過記錄生鮮農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸、倉儲和銷售整個環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息并將其公開以便市場監(jiān)督、溯源，從而提高生鮮農(nóng)產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)的透明度，提升食品質(zhì)量安全。由此可見，可追溯體系的重難點在于信息的記錄與追溯查詢，即為相關(guān)信息系統(tǒng)平臺的建設(shè)。目前，關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)在冷鏈物流中應(yīng)用的研究主要涉及生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈管理優(yōu)化研究[1]、區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流的模式[2]、區(qū)塊鏈技術(shù)下冷鏈物流環(huán)節(jié)優(yōu)化研究[3]等方面，而鮮有關(guān)于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯體系構(gòu)建的研究。本文將對生鮮農(nóng)產(chǎn)品的冷鏈流程進(jìn)行分析，并針對該流程進(jìn)行基于區(qū)塊鏈的追溯方案設(shè)計以及總體設(shè)計。從參與主體的設(shè)置，選擇具體的開發(fā)框架、技術(shù)平臺進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計和運作流程優(yōu)化這三個維度構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯體系。

1? 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流的必要性

冷鏈物流與傳統(tǒng)物流方式主要區(qū)別在于為了運輸物品的質(zhì)量，降低運輸物品的損耗，貫穿生產(chǎn)到銷售的全過程，都需要把物品控制在規(guī)定的溫度。這意味著冷鏈物流不僅是普通的供應(yīng)鏈活動，而且是要實現(xiàn)溫控技術(shù)覆蓋整個冷鏈物流的各個環(huán)節(jié)。

1.1? 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)，又被稱為分布式賬本技術(shù)，是一種按時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊順序相連，從而組合成一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時借助密碼學(xué)方式保證數(shù)據(jù)不可偽造、篡改。在實踐中，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈質(zhì)量安全信息平臺，對于食品安全問題、損耗環(huán)節(jié)、損耗量、污染監(jiān)測都能夠有效溯源。

從理論層面來看，區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等多種技術(shù)的綜合運用，涉及數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)和計算機編程等多方面科學(xué)技術(shù)。根據(jù)這些技術(shù)的功能，區(qū)塊鏈系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)自下而上分為六層，分別為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層[4]。

1.2? 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于冷鏈物流的必要性

易腐、易變質(zhì)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售過程中，都要求處于既定的低溫環(huán)境，而生產(chǎn)到銷售這個過程通常涉及多個場所。因此，在冷鏈物流服務(wù)的過程中，任意環(huán)節(jié)的溫控沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，都有可能使得食物腐爛、變質(zhì)。為了保證全過程的溫度控制符合既定要求，過去往往采用將溫度檢測器置于冷鏈運輸車上，并在交接環(huán)節(jié)進(jìn)行溫度檢驗確認(rèn)。然而利用傳統(tǒng)技術(shù)手段進(jìn)行監(jiān)控所涉及的主體眾多，環(huán)節(jié)繁冗，更有甚者，為節(jié)約成本，某一方可能會在過程中間歇性關(guān)掉設(shè)備或是篡改檢測數(shù)據(jù)，或是某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的監(jiān)控疏忽所導(dǎo)致的質(zhì)量問題，都難以界定責(zé)任。

區(qū)塊鏈技術(shù)使得冷鏈物流過程中的每一個參與方、每一個節(jié)點都有均等的責(zé)任和義務(wù)，運用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行管理、監(jiān)測，溫控數(shù)據(jù)庫是無法更改的，基于此也能提高參與方的責(zé)任意識，安全保障系統(tǒng)是極高的。最早提出將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于可追溯系統(tǒng)想法的是Bateman[5]，他認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)悄軌驅(qū)崿F(xiàn)跨節(jié)點管理和監(jiān)控的技術(shù)，可以確保對整個供應(yīng)鏈中每個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效追蹤，并及時反饋給中心機制。作為一個數(shù)據(jù)信息的平臺，所有的參與方都能通過數(shù)據(jù)庫平臺建立信任，可以相互監(jiān)督。冷鏈物流的過程中，任意兩方的交接點都會被記錄到平臺數(shù)據(jù)庫中，供所有參與方查看。當(dāng)交接數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫后就會自動生成時間軸，不管后續(xù)出現(xiàn)任何問題，根據(jù)平臺上記錄的完整的時間、溫度記錄、參與方責(zé)任主體等信息數(shù)據(jù)，很容易就能追溯到責(zé)任方，避免了許多就此可能產(chǎn)生的糾紛、推卸責(zé)任，也能夠據(jù)此進(jìn)行有效舉證并追究相關(guān)方的法律責(zé)任。通過區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫信息平臺將直接追溯到責(zé)任主體，降低追溯的成本并提高溯源效率。

2? 基于區(qū)塊鏈的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯系統(tǒng)構(gòu)建

長期以來，生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈的損耗率、食品安全問題等一直困擾著政府、企業(yè)、消費者，其流通過程涉及多個主體，信息的傳遞存在著很強的不透明性和偏差。本文選取冷鏈物流為研究方向，而生鮮農(nóng)產(chǎn)品對環(huán)境溫度的把控要求較高，需要專業(yè)的設(shè)備來保障流通過程中的環(huán)境溫度，具有一定的研究意義，因此選擇生鮮農(nóng)產(chǎn)品作為追溯系統(tǒng)的研究對象。

2.1? 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流流程分析

生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈全過程主要包括生產(chǎn)、運輸、貯藏、銷售四個階段。涉及到的主體除了政府監(jiān)管機構(gòu)和消費者，還包括企業(yè)參與者：生產(chǎn)商、倉儲單位、物流企業(yè)以及銷售單位（見圖1）。

具體流程為生產(chǎn)商將生產(chǎn)合格的生鮮農(nóng)產(chǎn)品暫時儲存在冷庫中，此過程需要根據(jù)該產(chǎn)品需求選擇適宜儲存的環(huán)境溫度恒溫保存。物流企業(yè)收取產(chǎn)品后使用專業(yè)、恒溫的冷鏈運輸設(shè)備進(jìn)行運輸，然后將新鮮的產(chǎn)品運輸?shù)戒N售單位。銷售單位收取后，需要放在冷庫儲存，并在制冷設(shè)備中展出售賣。需要注意的是，整個冷鏈物流過程的每一個環(huán)節(jié)，都要保持溫度控制的恒定，以免產(chǎn)品因溫度失衡受到微生物污染。

2.2? 追溯方案設(shè)計

區(qū)塊鏈系統(tǒng)利用密碼學(xué)算法和時間戳技術(shù)實現(xiàn)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的隱秘性和不可篡改性，并通過共識機制來保證數(shù)據(jù)塊中的信息得到鏈上節(jié)點的認(rèn)可，同時保證鏈上節(jié)點的數(shù)據(jù)一致性，智能合約保證交易依據(jù)合約執(zhí)行，避免因合約雙方的主觀判斷產(chǎn)生的爭議[6]。

經(jīng)過對生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的流程分析，設(shè)計冷鏈溯源方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個區(qū)塊鏈追溯系統(tǒng)由生產(chǎn)商、倉儲單位、物流企業(yè)以及銷售單位共同參與維護(hù)，并由市場監(jiān)督管理部門對冷鏈流程商任意節(jié)點實時監(jiān)管，在實現(xiàn)首站統(tǒng)一賦碼模式，不再更改后，終端消費者通過掃碼可以查看該冷鏈產(chǎn)品各個站點的具體流通信息。

通過在生鮮農(nóng)產(chǎn)品的第一站完成二維碼賦值，且該冷鏈上其他節(jié)點均使用該二維碼填入當(dāng)前節(jié)點的流通信息，以實現(xiàn)全部流通數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈。主要流程為：（1）生產(chǎn)商將生產(chǎn)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品信息發(fā)送到生產(chǎn)節(jié)點上，生產(chǎn)節(jié)點將生產(chǎn)信息通過散列算法提取源頭產(chǎn)品信息獨有的摘要并發(fā)送到區(qū)塊鏈上。與此同時，生產(chǎn)單位向公眾發(fā)布合格的產(chǎn)品信息，主要涉及生產(chǎn)商工商信息、產(chǎn)品信息（生產(chǎn)時間、儲存溫度、出庫時間、操作人）等。（2）物流企業(yè)將物流信息發(fā)送至物流節(jié)點，物流節(jié)點將信息通過散列算法取得產(chǎn)品物流信息獨特的摘要并發(fā)送到區(qū)塊鏈上。同時，由物流企業(yè)公布物流信息，主要涉及物流企業(yè)工商信息、運輸過程信息（收取時間、運輸環(huán)境溫度、送貨時間、操作人）等。（3）倉儲單位將售前儲存信息發(fā)送到售前儲存節(jié)點，售前儲存節(jié)點將該信息通過散列算法取得對應(yīng)的獨有信息摘要并發(fā)送到區(qū)塊鏈上。同時，倉儲單位面向公眾公布銷售前儲存信息，主要包括倉儲單位工商信息、儲存信息（入庫時間、出庫時間、環(huán)境溫度、操作人）等。（4）銷售單位將產(chǎn)品在售保存信息發(fā)送到在售節(jié)點，在售節(jié)點將該信息通過散列算法取得在售信息獨有的信息摘要并發(fā)送到區(qū)塊鏈。同時，銷售單位公布在售節(jié)點信息，主要包括銷售單位工商信息、在售保存信息（上貨時間、售出時間、環(huán)境溫度、操作人）等。（5）消費者在購買生鮮農(nóng)產(chǎn)品后，想要查看所購買的商品新鮮與否，通過商品上的標(biāo)簽二維碼進(jìn)行信息追溯查詢，確認(rèn)產(chǎn)品新鮮程度。

2.3? 體系架構(gòu)設(shè)計

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯體系是貫穿整個物流供應(yīng)鏈的平臺應(yīng)用，系統(tǒng)涉及的主體有生產(chǎn)商、倉儲商、物流商、銷售商、消費者以及政府。本文將采用B/S架構(gòu)進(jìn)行追溯平臺的設(shè)計，即“瀏覽器/服務(wù)器”模式，用戶通過裝有瀏覽器的計算機訪問服務(wù)器即可進(jìn)行信息瀏覽和操作。在B/S架構(gòu)下，使用者均不需要專門安裝客戶端，只需要使用安裝瀏覽器的計算機，訪問指定頁面即可完成生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息的溯源。

本文將采用如圖2所示的層次結(jié)構(gòu)，追溯體系劃分為數(shù)據(jù)層、核心層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。通過網(wǎng)絡(luò)層作為基底，將生鮮農(nóng)產(chǎn)品的信息引入系統(tǒng)平臺；核心層的功能是確保信息數(shù)據(jù)的真實性，依托于智能合約、共識機制等區(qū)塊鏈技術(shù)保障整個供應(yīng)鏈信息安全；數(shù)據(jù)層則是對整個冷鏈物流過程中涉及到的全部信息進(jìn)行存儲；應(yīng)用層主要是冷鏈物流的所有參與人員。

2.3.1? 數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層由區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，冷鏈物流過程中每條信息都按照格式輸入后分布式進(jìn)行存儲，均具有唯一的加密簽名，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的不可篡改。為了方便對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)、應(yīng)對區(qū)塊鏈龐大的數(shù)據(jù)庫和安全問題，數(shù)據(jù)層分為星際文件系統(tǒng)（IPFS）和Hyperledger Fabric數(shù)據(jù)庫。星際文件系統(tǒng)存放物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)，Hyperledger Fabric數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的哈希值。

2.3.2? 核心層。核心層包括智能合約和共識機制。將冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)定和監(jiān)管規(guī)定等以智能合約形式納入?yún)^(qū)塊鏈，當(dāng)系統(tǒng)中某個階段操作完成時，智能合約會進(jìn)行自動比對，只有當(dāng)滿足合約中所設(shè)置的條件才會執(zhí)行指令進(jìn)入到下一個流程，否則拒絕執(zhí)行。這樣有利于預(yù)防企業(yè)造假，提高相關(guān)監(jiān)管部門對生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈的監(jiān)管力度。由政府主導(dǎo)引入共識機制，對參與的企業(yè)主體進(jìn)行資質(zhì)審核，對冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等信息檔案有管理權(quán)限，以增強參與主體與追溯主體對系統(tǒng)的信任度。

2.3.3? 網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是運用專業(yè)的RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術(shù)）、GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）定位技術(shù)、溫控傳感器等物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)對生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈過程實施數(shù)字化管理，實現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的點對點信息傳遞，每一個節(jié)點既可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，點與點之間通過共同的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)保持通信交流。即網(wǎng)絡(luò)層通過開放式的網(wǎng)絡(luò)端口，將采集到的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈環(huán)節(jié)中的生鮮農(nóng)產(chǎn)品實時數(shù)據(jù)和追溯數(shù)據(jù)的信息推送到上一層以實現(xiàn)不同主體之間的信息共享。

2.3.4? 應(yīng)用層。應(yīng)用層是生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯功能實現(xiàn)的窗口，是系統(tǒng)用戶操作的顯示界面。負(fù)責(zé)向相關(guān)企業(yè)、政府監(jiān)管部門和消費者等多方參與主體提供信息查詢、實時質(zhì)量狀態(tài)監(jiān)管、生鮮農(nóng)產(chǎn)品信息可追溯等服務(wù)，參與主體可以進(jìn)行注冊登錄、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)寫入、風(fēng)險預(yù)警等操作。系統(tǒng)面向不同的用戶開放不同的界面和操作權(quán)限，不同用戶可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)交互。政府相關(guān)部門的深度參與可以及時追溯問題食品，實時防范于未然，保障食品安全，而消費者通過溯源二維碼查詢相關(guān)產(chǎn)品信息，也能及時甄別食品安全，保障合法權(quán)益。

3? 結(jié)? 論

區(qū)塊鏈溯源是生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展的一個大趨勢，能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用對整個行業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義。本文針對生鮮農(nóng)產(chǎn)品本身的特點和冷鏈物流流程分析，提出的追溯方案設(shè)計具有一定現(xiàn)實意義，智能合約、共識機制等核心的引入，保障了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的有效可追溯性。

基于區(qū)塊鏈的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流追溯體系能夠增強生鮮農(nóng)產(chǎn)品方面的食品安全防控，有效滿足當(dāng)前生鮮農(nóng)產(chǎn)品日益增長的冷鏈物流量信息服務(wù)需求，降低冷鏈物流“斷鏈”現(xiàn)象發(fā)生的可能，形成信息雙向可追溯。但是區(qū)塊鏈技術(shù)面臨成本高、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后等問題，因此國家應(yīng)盡快利用區(qū)塊鏈技術(shù)推動冷鏈物流追溯體系建設(shè)，完善相關(guān)的法律法規(guī)。企業(yè)應(yīng)培養(yǎng)高水平的物流人才，提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，推動冷鏈物流進(jìn)一步發(fā)展。消費者應(yīng)增強追溯意識，從而促進(jìn)政府和企業(yè)加快建設(shè)步伐。

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