基于区块链技术的农产品质量安全追溯体系研究

卢晨皓 杜 念 王佳煒 罗洪莉 江苏大学

一、基于区块链的追溯系统分析

最近年几来，随着区块链技术的发展，大家逐渐看到了契机，有部分学者将区块链有关的技术应用到农产品追溯中去。研究并开发了一些基于区块链技术的农产品质量安全追溯系统。希望利用区块链的不可篡改、去中心化、可追溯等相关特性，将区块链相关技术与农产品质量安全追溯系统相结合，构建包括生产企业、加工企业、物流企业、销售企业等在内且为主要相关节点的区块联盟网络，以期全方位的形成一个相对完整的信息与价值的共享链条。该系统在很大程度上解决了传统的追溯系统存在的信息不透明、数据容易篡改、安全性差、责任主体难以确认等部分问题，实现农产品供应链从生产到餐桌各个环节过程联系起来，让农产品供应链的每一个环节的数据信息都做到透明可追溯，同时确保追溯信息真实可被信任。为创造一个全新的农产品诚信体系打下了坚实的基础。

本文针对传统农产品追溯系统存在的数据中心化、易篡改、追溯信息能力共享不足、责任主体难以确定等问题。将区块链技术应用到农产品追溯系统中，实现果蔬农产品追溯数据的不可篡改和信息透明化，提高了追溯可靠性和时效性。

二、基础理论与技术介绍

(一)追溯技术介绍

农产品质量安全追溯系统是对农产品从生产、加工、包装、运输到消费者这个供应链过程中的信息记录管理，根据农产品在供应链上的先后环节将农产品的相关信息存储在系统中，从而来保证农产品质量安全追溯信息的完整性，有利于生产企业和相关部门能够对农产品从生产到销售全过程的信息进行管控。当农产品出现质量安全问题时，能够精准及时定位到问题环节，召回问题产品，尽量将损失降低到最小，并且确认责任主体，消费者可以要求责任主体承担责任并要求企业和政府部门采取一定措施来避免事故再次发生，从而保证产品质量安全以及消费者的合法权益。同时，消费者可以通过农产品的追溯码或者扫描农产品包装上的二维码获取农产品供应链各个环节的详细追溯信息，实现溯源信息完全透明化，提高消费者对农产品的知情度和企业的信任度。

(二)区块链技术相关原理

区块链是指使用密码学算法来把数据区块按照时间的顺序组成的一种链式结构，能够很好地实现去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同维护的一种分布式数据库。在区块链上，任何的一方都必须按照事先约定好的规则对交易请求达成一个共识，数据达成共识之后就是确认更新，更新之后就很难再去删除和更改，只能进行相关的授权查询操作。更好地实现了多方之间的信息共享和监督。区块链集成了P2P网络、密码学、智能合约、共识机制、时间戳、块链结构等多种技术，无需依赖第三方，就能实现数据的自我验证与管理。

三、区块链追溯系统的存储优化

(一)区块链存储体系的整体构思

目前现有的区块链技术应用在追溯系统存储方式是把农产品生产、运输和储存等各节点的相关追溯信息利用扫描二维码的技术直接输入到区块链里，随着生产节点的数量一直在增加，区块链中的交易数据也会越来越多，存储负载的压力也变的越来越大。由于区块链技术所具有的长链式结构，查询信息的效率也就十分低下；在同一个区块链网络中的部分成员都能够有机会访问区块链账本上存在的所有数据，对于相互竞争的企业来说，存在很大的数据安全问题。本研究针对以上这些缺陷对农产品应用区块链技术实现追溯系统的存储方式进行了很大的改进，设计了一套“数据库加区块链”追溯信息的链上加链下的双存储方法。

(二)追溯系统防伪的相关流程

追溯的相关信息通过物联网以及人工采集，农户将农产品的生产、加工、物流、销售等信息输入到供应链的各个节点上，然后通过MD5算法来把追溯的农产品信息进行哈希计算，再把得到的哈希值输入到区块链的相关系统，然后返回信息所在的那个区块号，把那个区块号更新到相应数据库的信息记录里，如果需要针对信息做出修改，就要把信息的Hash值重新输入到区块链，再更新信息的区块号。消费者能够扫描包装上的二维码获取农产品信息和对应的区块号，将获取的农产品信息进行Hash计算，再把通过二维码获取的存储在区块链上的Hash值进行对比，判断信息是否被篡改。

四、农产品应用区块链实现追溯系统构建

(一)需求分析

需求分析根据不同用户需求，分析产品质量追溯服务系统根据需要设计和完成哪些功能。需求分析可以对系统开发者起到良好的指导作用，具备良好的决策性和方向性。本文系统根据用户分为四大模块，分别是系统管理员，生产企业、加工企业、物流企业、监管部门及认证机构、消费者五种角色。这四种用户对系统有不同的功能需求，包括不同的使用与管理权限。

(二)技术可行性分析

果蔬农产品质量安全追溯的根本问题是保证产品在这个供应链上的每一环节的来源信息都是真实可靠的，这个过程就会涉及到产品的生长、加工、运输、经销、零售等多个环节，这些环节相对独立，又环环相扣，如何使农产品追溯各环节的数据相互连通、并明确数据来源当下亟需解决。通过利用区块链的相关技术特性能够很好地解决用户的身份认证、数据共享、数据可追溯性的问题。

(三)经济可行性分析

Linux基金会的超级账本社区提供了Fabric开源框架，为开发者研究提供交流，并积极地鼓励技术的开发者进行分享、交流技术。从经济方向来说，不像传统的数据库那样，要付费才能使用，只要一个服务器就能够自行的进行部署区块链的相关网络，这大大降低了区块链技术的研究门槛和成本。因此构建基于区块链农产品质量追溯系统，可以直接利用具体需求选择使用目前现有的区块链技术开源架构来进行一些二次开发，经济可行。

(四)系统架构设计

农产品质量安全可追溯系统主要是针对产品在供应链上的一些生长信息、加工信息、物流信息和销售信息进行数据管理，便于针对产品在生产和加工、运输以及销售等全部过程实施监控。农产品区块链追溯系统结构主要分为数据网络层、协议扩展层、应用服务层三大层。

(五)系统模块设计

为了遵循软件高内聚、低耦合的设计原则，提高代码的复用性，增强系统的可维护性，本文把农产品质量追溯系统功能分为通用功能和业务功能两部分。通用功能主要系统常用功能，包括登录注册、权限管理等。业务功能则为各个企业针对各自业务不同功能的实现。■