基于区块链的稻米供应链可追溯模式研究

马非凡 刘宏宇

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆 163319）

水稻是我国主要的粮食作物。近年来，我国水稻质量安全问题频繁出现，给消费者购买和食用带来了很大影响，居民对稻米的质量安全问题关注度越来越高，越来越多的学者开始对稻米溯源系统展开研究。我国农产品追溯应用起步较晚，虽然近年来有了一定发展，但是随着人们需求的增加，农产品追溯模式在应用过程中出现一系列问题，如溯源标准不统一、数据造假、追溯信息不精确等。

基于此，以提高可追溯信息的可信度为目标，针对现有供应链可追溯模式存在的问题，采用区块链智能合约、哈希加密算法，实现各节点相互监督制约，使其具有去中心化、可观察、可验证、信息共享等特点，从而实现稻米的实时可信溯源。

1 文献综述

1.1 区块链技术应用 区块链技术最早应用案例在2008年，中本聪（Satoshi Nakamoto）发表了《比特币：一种点对点电子货币系统》，提出了基于密码学原理和点对点网络的一种不依赖信任机制的电子货币交易系统。2017年，中国人民银行成立了数字货币研究所，同年基于区块链的数字票据交易平台进入试运行阶段且测试成功，区块链技术使金融进入了一个新的层级[1]。2019年，Kamble等基于区块链技术对农业供应链中可追溯性问题进行了研究，农业可追溯信息的可信性有了可靠依据[2]。

1.2 基于区块链的可追溯性研究现状 丁庆洋等根据信息追溯和防伪技术存在的问题设计了基于区块链的信息追溯和防伪模型，介绍了该平台如何实现牛肉制品的信息追溯和防伪[3]。董云峰等设计了一套基于区块链的粮油食品全供应链的可信追溯模型，构建了“链上+云数据库”的数据存储模式，确保了其数据安全可靠[4]。汪家伟等利用区块链技术、数据库技术对茶叶可信溯源系统进行了研发，提高了消费者对茶叶真实的可信度[5]。基于区块链的农产品可追溯性研究越来越多，但是关于区块链技术对于稻米供应链的研究较少。

1.3 稻米供应链可追溯研究现状 目前，国内大量相关学者对农产品供应链质量追溯系统的实际应用展开了研究，其中对稻米供应链追溯系统的研究较多。张高强等选择三个地域的稻米和三个加工程度对稻米溯源进行研究，基于电感耦合等离子体质谱法测定不同加工程度下稻米元素含量，据此特征构建了稻米溯源系统[6]。于合龙等利用物联网、射频识别和条码技术对珲春水稻追溯系统进行了设计，提高了粮食生产企业管理效率，保障了水稻质量安全[7]。李芳等采用B/S架构、Apache服务器和MySQL数据库设计开发了稻米质量追溯系统，为消费者提供了快速溯源服务[8]。

2 稻米供应链的现有可追溯模式

2.1 稻米供应链 本次研究的稻米供应链是指种子公司售卖种子，到家庭农场种植户培育种植，经原粮企业收购转至加工企业进行增值处理，再经物流至销售商，最终到达消费者的整体链条。与现有供应链不同的是物流节点，经加工节点处理后，可有两种不同的方式流通至下游。一种是销售商直接与加工企业联系购买，加工企业将其物流外包给物流公司，该运输方式一般是以零担运输或快递形式存在；另一种是加工企业将产品直接卖给电商平台，再经其物流到达消费者手中，所有权发生了转移。

2.2 稻米供应链的可追溯性模式及存在问题 可追溯性是追踪食品转移的情况，目前我国稻米可追溯体系的研究主要分两大块。一是产地判别技术的研究；二是可追溯技术的研究。产地判别是针对稻米利用其各指标地理化特征作为名字标签，实现对稻米产地和新鲜程度鉴别的一种方式。可追溯技术包括可追溯信息标识、编码、传输等技术。尽管我国现在对于稻米供应链的可追溯性研究越来越多，但是现有模式仍然存在以下问题。

（1）溯源标准不统一。我国农产品质量安全追溯起步较晚，追溯体系中多部门制定的标准不统一，各部门之间相互独立地建设个性化追溯系统，使得追溯系统中出现了不同的溯源编码，对整条溯源链信息的共享、机制的协调造成了严重影响[9]。

（2）追溯信息不精确。稻米供应链中影响其品质的因素众多，如种子质量、收割湿度、加工程度等，并且其节点较分散，数据信息量庞大。同时，多部门分权管理也导致追溯系统无法实现对供应链的全过程进行精确追溯。

（3）数据容易失真。稻米供应链涉及种子公司、种植户、原粮企业等主体，整个溯源系统数据来源众多，数据繁杂，难于控制，上游环节如种子公司的信息传至消费者容易出现失真现象。同时，利用射频识别技术的稻米供应链追溯系统中虽然稻米标签唯一，但还有可能出现篡改数据标签的风险，导致数据失真[10]。

3 基于区块链的稻米可追溯模式分析

由于现有的稻米供应链追溯模式存在溯源标准不统一、追溯信息不精确、数据容易失真等问题，本文提出基于区块链的稻米可追溯模式，要求各节点个体进入该条供应链就要遵循基于区块链的供应链管理模式，即遵循智能合约的规范；针对数据失真问题，采取哈希加密算法，把任意长度的输入通过散列算法变换成固定长度的输出。据此，对稻米供应链进行安全可靠溯源，对各节点企业进行有效监管和信息共享，提高可追溯信息的商业价值。

3.1 智能合约模式概述 稻米供应链有着大量的多源数据，十分繁杂，为此提出以太坊智能合约。各节点上传到区块链系统的数据要遵循智能合约的规范，否则无法上传成功。供应链上所有节点指定合约内容，编写并生成代码，编译后发布在区块链网络节点上，接着各个节点对合约内容进行有效验证，通过后进行全网广播完成部署，再将此合约存于区块链系统中。每个节点上传的交易数据和结果存储都会被另外的节点复制同步，即每个节点具有与另外节点相同的精确副本。

数据上传时，智能合约用函数调用接收交易，触发事件，合约开始执行，执行完成后各节点若都正确通过验证，系统将执行结果广播至全网并将结果存入各节点的区块链中。另外，每个节点都必须有一个以太坊账户，并具有唯一标识的以太坊地址，每个交易都将与特定的地址或账户相关联。

3.2 模式设计 种植户创建购买种子的合同，种子公司生产稻谷种子，并通过哈希算法保存种子发芽率、化学成分、质量和休眠信息，向种植户出售的稻谷种子使用标准化的标识符进行识别。所有相关信息上传至智能合约验证，通过后全网广播完成部署。种植户从种子公司购买种子进行分块耕种，安装摄像头自动拍摄种植过程中的光照、施肥等信息并将其上传，所有图像均经过数字签名且加盖时间戳，归属于特定参与者。若图像存在不正确或欺诈，智能合约将自动编程对其处以罚款。供应链各节点均以类似形式通过智能合约达成协议最终完成部署广播至全网。

在稻米供应链中使用区块链追溯模式优势在于所有参与者都可以获得可验证和不可修改的信息，例如在整体条件未更改的情况下，加工企业和原粮企业之间出售的谷物质量不得更改，加之所有节点都了解谷物相关信息，因此不能将质量标准不同的谷物混合在一起售卖。而且，使用每批次可追溯的标识符跟踪所有实体之间的交易，进一步确保了质量的标准性。现有稻米追溯系统引入区块链，上传数据不会被任何参与者以分散的方式篡改，无需任何中介，减少了一些繁杂的传输过程，提高了可追溯信息的可靠性。

4 结语

本文在区块链技术逐渐广泛应用的环境下，提出一种基于区块链的追溯模式，介绍了现有稻米供应链追溯模式，分析了该模式如何应用于追踪稻米供应链，即利用哈希函数加密数据、智能合约跟踪执行交易活动，消除第三方，实现整个农业供应链的稻米可追溯性，提高可追溯信息的商业价值，重塑消费者购买优质稻米的信心。但是，该模式在研究中也存在一些不足，比如稻米供应链中种植户没有能力安装摄像头，只能靠人工录入数据或上传图像，容易出现造假问题；各参与者交易时记录虚假数据，被智能合约识别后参与者的处理问题，都是需要深入研究并优化的方面。