基于区块链+RFID技术蔬菜溯源系统的研究*
——以吉林市为例

杨武川 ， 钟依柔 ， 揣志增 ， 惠名佚 ， 庄春雨 ， 揣小龙

（吉林农业科技学院，吉林 吉林 132101）

0 引言

近年来，蔬菜产业展现出较大优势，蔬菜产品安全问题也越来越被人们重视。当前，我国蔬菜产业以农户种植为主，一般规模较小，在各地区基本没有蔬菜的龙头企业，不能带动周边中小型菜企的发展，并且中小型企业存在基础能力薄弱、科学育苗能力不足、引入高新技术困难等多重问题，制约了这些蔬菜企业的发展[1]。另外，部分中小型企业的蔬菜产品质量也令人担忧。一是自身的品牌竞争力弱，企业形象不足；二是许多小企业存在着用劣质蔬菜充当优质蔬菜售卖的现象，严重扰乱了蔬菜售卖市场，降低了消费者的消费欲望。

政府多次出台相关政策，颁布各类食品安全管理法律法则，但在实践中暴露出了一些问题，比如：这些规则是针对具体环节进行约束的，从而未能使供应链端的信息连接起来，导致供应链端信息不足，一旦某一环节出现问题，想要迅速找出问题源头，召回问题产品，对负责企业或个人进行问责，就显得尤为困难。为解决此类问题，课题组提出运用区块链+RFID技术对农产品进行溯源[2]。其原理是：利用区块链技术设计农产品溯源方案，对蔬菜从种植环节到出售环节的所有信息进行溯源，实现内外信息共享，既要保证信息的完整性，又要使信息公开透明，便于监管部门对问题企业追责，增强参与企业的责任心，提升了蔬菜企业的品牌形象，提高核心竞争力[3]。当消费者有查询产品溯源信息的权限后，监管部门的能力与手段将会有一定的强化，企业将会更加重视蔬菜全过程的质量安全，蔬菜的安全指数会有所提高，消费者的权益与健康将会得到保障。本课题以吉林市蔬菜溯源系统为研究对象，进行研究探讨。

1 蔬菜溯源存在的问题

目前，吉林市蔬菜追溯系统正处于起步和探索阶段，但是据课题组考察调研，蔬菜溯源系统存在以下问题：

1）蔬菜追溯平台冗杂。以吉林市为例，吉林市内各个企业或农产品生产部门建立的蔬菜追溯系统是仅供各自单位内部使用的，如果不同系统在一个平台上使用，很有可能会出现系统之间互不兼容的情况，并且不同的溯源系统监管机制、信息采集标准、追溯标识等都不统一，因此，会造成蔬菜产品信息资源浪费。

2）追溯信息存在不够完整或虚假失实等情况。因以上情况而产生的信息孤岛会造成两种后果：一是不利于消费者对产品进行溯源；二是阻滞了政府推动统一追溯平台发展的脚步。

2 解决问题的措施

1）吉林市相关部门制定了“食品安全追溯系统研究人才计划”，挖掘吉林省内各个高校科研精英，优化吉林市科研软环境，提高经费支持力度，组建一支专业化、高效化的科研队伍。对在吉各高校实行“一校一方法”的策略，与校方合作，共同培养食品安全追溯系统人才，并签订相关就业协议；对吉林省重点高校食品学院人才放宽相关政策，促进留吉人数提升，并且对于有食品科研需求的技术型人才，加快申报审批流程，重点项目给予资金倾斜，最大程度帮助项目研究。科研攻关团队在吉林市委市政府的领导下、吉林市重大战略项目研究要求下、遵循市场需求的原则下，发挥专业科研能力，研发操作简单、功能强大的用户端食品追溯系统，进而将吉林市内目前所应用的各种追溯系统全部整合并统一替换，以达到追溯平台的完整统一。

2）利用区块链技术将蔬菜从生产到销售的全部过程分为7个环节：生产环节、存储环节、质检环节、加工环节、运输环节、销售环节和追溯环节。在各个环节都贴上RFID标签，把所有信息串成链[4]。在不同的环节分别设有不同的信息采集员和监管部门，信息采集员负责记录信息，并将信息上传平台，监管部门则在验证消息的完整性、消息发送者身份的合法性后，通过私钥对信息进行认证，并把上传信息和验证信息一同记录在溯源信息中[5]。消息上链需要监管部门的认证这一举措，不仅使消费者能快速辨别溯源信息的真伪，同时也增强了企业的责任心，提高了溯源信息的可信度。

①生产环节：农场主负责将蔬菜生产过程信息（种子来源、种子名称、农药名称、用药含量、肥料名称、用料含量等）录入并上传区块链，形成初始区块。系统通过调用智能合约自动识别上传的信息是否符合设定，如若符合，则进行上传认证，并将信息传入下一环节；如若不符合，则向监管层发出警告，后续由监管部门介入查看（监管部门通过技术甄别，对发出警告的产品二次核验，提出进一步解决方案，直到产品合格）。在当前环节与下一环节进行信息传输时，监管部门有权对信息进行审核查验，在产品检验合格后，运用私钥对信息加以签名认证。

②存储环节：仓库接收来自生产环节的产品后，获得访问编辑信息的权限。在对产品进行必要的检查和维护后，将检查信息更新并上传。当产品转移离开仓库时，区块链的MD5码会发生改变，实现了数据信息封锁，使得信息不可被篡改。

③质检环节：质检员的主要工作是检验产品的农药含量、产品完整度，然后对其进行测评并划分等级，并将测评信息如实上传[6]。在这一过程中，会有监管部门实时抽查，检测蔬菜质检是否合格或质检信息是否正确等，如果信息在检测过程中出现错误，系统会发出警告，监管部门立即介入，解决此问题，同时，进行简单随机抽样调查。在确认没有问题后，监管部门对信息进行认证，认证信息也一同被写入链中；如有问题，则依法追究相关人员的责任。

④加工环节：加工者对加工日期、加工工具、加工地点等进行记录，管理员会进行二次核验，核验无误后再上传信息。在上传信息过程中，全程不允许更改，保证信息的真实性，如有错误，则立即报备。在包装产品时，除了必要的包装信息外，还需生成溯源码或二维码，粘贴在产品外包装上，以便消费者在购买产品后进行溯源。

⑤运输环节：运输员对物流出发地和目的地、运输工具、运输时间等进行记录，并将物流信息反馈回物流公司，公司在平台上对信息进行更新。

⑥销售环节：蔬菜经过上一环节后发往不同地区的销售企业，因此在企业接收产品后，不仅需要对蔬菜来源及去向等进行记录，还需要对当前本企业的信息进行上传，以确保消费者在进行溯源时，每一环节的溯源信息无任何遗漏。在销售过程中，消费者的溯源信息在平台进行反馈，企业通过对反馈数据进行统计，分析出各类蔬菜的需求量，便于来年对某作物的种植面积进行扩大或减少。

⑦追溯环节：消费者在完成追溯系统网站上的身份认证后，通过扫描所购买蔬菜的二维码或输入追溯码就可以看到蔬菜从供应商的材料来源到终产品初始分销的路径中所有过程的基本信息。

将上述所有环节分成区块，并通过RFID电子标签技术将每个区块接到同一条链路上，构成一个完整的溯源系统，如图1所示。

图1 蔬菜溯源系统

3 溯源系统主要技术

3.1 区块链技术

区块链的基础技术主要有哈希运算、数字签名、P2P网络、共识算法、智能合约等。所有技术互相融合运用，充分解决了传统溯源所暴露的缺点。

哈希运算的链式结构和默克尔树、密码学中的时间戳技术、共识算法（PBFT、PoW类共识算法，拜占庭容错类算法）能有效地防止数据被篡改[7]。“防篡改”并不是不能编辑区块链系统上记录的内容，而是整个编辑过程被以类似“日志”的方式记录了下来，并且记录的“日志”是不能被修改的。

P2P网络的去中心化、多链式结构，数字签名和智能合约的认证能有效地解决溯源信息不防伪、易被造假等问题。通过监管机构对数据的签字认证，可以防止恶意节点身份冒充，增加数据的可信度；同态加密、零知识证明等技术给链上数据加密，任何不相关的用户都无法从密文中读取到有用信息，而交易相关的用户可以在设定权限范围内读取有效数据，这一特性保护了用户的隐私，避免了信息被窃取盗用[8-9]。

3.2 RFID （射频识别）技术

射频识别技术通过运用无线电实现对信息的传送与识别、对物品的快速追踪、对数据的交换处理。利用RFID技术能适应恶劣的工作环境、识别精确度高等特性，将其运用于物流供应链管理中，实现集装箱的自动识别，电子封条与货物跟踪。在追溯系统中引入RFID技术，使得系统的人力成本大大降低，工作效率大幅度提高。

4 总结

首先，本课题将区块链技术与射频识别技术结合，利用其特性优化溯源系统，使溯源系统成本降低，提高整个系统的可靠性。其次，把蔬菜生产、加工、运输、仓储、交易的监测和后期追溯等相关节点利用区块链+RFID技术进行结合，将商品的信息上链，给商品一个“身份证”，无论商品出现在何处，都可以确认其身份。将该技术投入使用，使蔬菜消费的信任度进一步提升，使虚假售卖、以次充好、滥用农药等危害消费者权益和人身安全的事件不再发生，同时也促进了当地营商环境的优化，给消费者舒适、完美的购物体验。再次，系统记录的信息是具有实时性的，所上传的数据是不可篡改的、公开透明的，如果某个环节出了问题，那么在事发后便可以快速地查出问题出现在哪一步，以及这一环节的责任人是谁，这样能更好地明确职责，增强个人和企业的责任感，提高生产者安全责任意识，创造放心消费品牌。

虽然本课题充分利用了区块链和RFID技术的基本特征，一定程度上解决了传统追溯系统中心化严重、信息共享难和信息追溯难等问题，但是还有部分技术问题有待解决。例如，目前国际上还没有正式的RFID产品标准，不同厂家研制出的RFID可能互不兼容，且不同国家制定的数据格式标准也不同。因此，如何让这些标准互相兼容，是后续研究所需要打破的技术壁垒。区块链处理交易性能需要持续提升，应用场景还需进一步拓展，用户隐私需要进一步保护等，解决这些问题将使追溯系统更加成熟完善，更能推动蔬菜溯源系统的发展。