区块链技术与海产品供应链耦合机理分析

（1.浙江海洋大学，浙江舟山 316022；2.宁波工程学院，浙江宁波 315211；3.浙江万里学院，浙江宁波 315000）

一、引言

当前我国经济已经进入高质量发展阶段，推进供给侧结构性改革势在必行。传统行业疲态显露，而以“互联网+”“区块链”“大数据”为依托的新经济发展势头良好。2016年以来，国务院办公厅、各部委高度重视区块链技术与供应链的融合发展，多次出台关于区块链与海产品供应链“双链融合”的政策性文件，供应链与人工智能、区块链等前沿信息技术研究进一步加强，与智慧物流的融合发展日益深入；尤其是2019年10月中共中央政治局就区块链问题开展了专题学习，将区块链与实体经济融合发展提到了前所未有的高度。由于区块链与供应链之间有着“近邻”关系，所以，推进区块链在供应链中的深度融合具有客观必然性。

近年来，关于区块链技术在供应链领域中的应用研究逐渐增加。崔煜雯等（2019）从功能、属性、对象三个维度分析了供应链管理与区块链技术的融合应用，并提出通过政企合作、现实约束与综合算法相结合以增强供应链管理平台的高效性与集成性。[1]陈艺文（2019）为打通供应链中多环节的信息流通，设计出基于区块链技术的供应链管理系统，并提供了管理方案。[2]张夏恒（2018）基于区块链技术和实际交易活动搭建不同应用场景，以实现降低供应链管理成本、缩短供应链管理时间等目标。[3]于丽娜等（2017）研究了区块链在农产品供应链中的具体应用场景，旨在解决农产品供应链中的信息不对称、协调效率低和安全追溯难等问题。[4]汪传雷等（2017）进行供应链信息资源管理与区块链的耦合研究，并从多个维度分析信息资源管理路径，构建了基于区块链技术的信息生态圈模型。[5]综上所述，当前围绕区块链的研究已开始重视与具体应用场景的结合，但具体到海产品供应链领域的应用尚没有涉及。有鉴于此，笔者主要研究区块链在海产品供应链领域中的应用模式，并构建基于区块链技术的海产品供应链管理平台，分析其耦合机理。

二、区块链技术的演进和类型

区块链技术最早以比特币形式出现，是比特币等数字货币的底层技术。随着对区块链研究的不断深入，2016年区块链技术逐步独立于比特币，其表现出来的应用价值已远远大于比特币。

（一）区块链技术的演进

区块链又被称为分布式账本，集体维护和分享不同地理位置上的多个站点数据资产，具有去中心化、去信任化、开放性、匿名性、可溯源、可编程、集体维护等特点。分布式的记账方式与传统的记账方式不同，区块链上节点的交易数据首先被编辑成块，当数据上传时，将会在全网广播，其他各节点进行分布式记账，每个节点的记录都是完整的账目。为了保证数据的安全性与一致性，区块链上任何节点生成的数据，使用两个非对称的密钥来进行加密或解密，为表明数据的写入时间都必须加盖时间戳，并按照时间顺序排列起来，为区块链拓展了时间维度。

（二）区块链技术的类型

区块链按照开放程度可分为公有链、私有链和联盟链。公有链通过共识机制使区块链各参与节点达成一致，用共同语言编制智能合约，以数字形式封装交易信息的一系列协议，基于事先约定的规则和条款，当满足合约条件时可以自动执行合约内容，对区块链上各主体都具有约束力，自主运维，无需中心调度，打破信息孤岛，实现数据协同。相比之下，私有链与联盟链访问权限的开放程度较低，由个体或组织控制其规则、权限与准入机制。如果把公有链看作互联网，联盟链就是局域网。

按照区块链技术的功能性来划分，也可将区块链技术划分为区块链技术1.0阶段、区块链技术2.0阶段、区块链技术3.0阶段。[6]区块链1.0阶段主要是比特币等数字货币中的使用，并且开始引起人们对区块链技术本身的关注与研究，但在该阶段区块链技术未对经济的发展产生直接推动作用。区块链2.0阶段主要是将智能合约应用到区块链上，区块链技术的“数据可信”优势与智能合约的“执行可信”优势结合，在金融结算领域产生了极大的效益，也为区块链在实体经济中的应用提供了广阔的空间和前景。区块链3.0阶段是区块链技术在社会各个领域广泛使用的阶段，研究区块链技术在社会各个领域应用场景和实现路径，将社会打造成万物互联互通的“区块链+”的新时代。当前正处于区块链2.0向区块链3.0的迈进阶段，区块链技术在金融、医疗、物流、贸易等领域展现出巨大的发展前景，但由于受政策环境、技术水平、产业规模等因素的影响，虽然对区块链技术应用概念探索很多，但真正落地应用还有限。随着区块链技术与互联网+、AI技术等新兴技术互相结合，从技术创新走向技术成熟，并迅速应用到各行各业，必将会对产业带来巨大的变革。

三、区块链应用于海产品供应链的耦合机理

伴随我国海洋经济走向深蓝，海产品在食用消费品中的比重迅速增加，海产品供应链的地位日益重要。海产品供应链是指以满足消费者对于海产品需求为导向，以提高海产品市场的效率与质量为目标，以整合现有资源为手段，对海产品的捕捞、养殖、运输、加工、销售全过程协同的组织形态。研究区块链技术在海产品供应链中的应用，应针对海产品供应链发展中存在的问题与需求，结合区块链技术的优势特点作耦合机理研究，形成理论基础。区块链技术特点与海产品供应链的耦合机理如图1所示。

（一）海产品供应链质量溯源

海产品的质量安全是保证海产品产业高质量发展的前提。当前，我国海产品供应链集约化程度不高，监管也相对困难。由于海产品供应链包括海产品的养殖、捕捞、储存、运输、加工等环节，供应链链条较长，中间环节较多，每一个环节都可能存在质量安全隐患。借助区块链技术可溯源、信息不可篡改的特点，构建海产品供应链质量管理平台，将生产养殖信息、捕捞信息、储存加工信息、流通销售信息等进行集成，还原海产品的成长历史轨迹、作业发生场所以及销售渠道，并且不可篡改，以此来保证海产品在供应链中经历多个环节活动后依然可追溯、可追踪、数据透明。

（二）海产品供应链中的信息安全

由于海产品自身的属性与特点，对于流通过程中信息传递要求较高，加之海产品的生产、储运和加工等环节主体较多，不同节点参与企业由各自建立自己内部的信息平台，同时担心商业信息和数据资产受到侵害，所以，各节点之间的信息共享有限，无法做到整个供应链信息的完全对称透明，也很容易造成信息篡改、信息不对称、信息垄断等问题。应用区块链技术，当信息上传后，将会在全网广播，其他各节点进行分布式记账，每个节点的记录都很完整，有效地实现了信息的公开透明。同时，利用区块链的非对称式加密技术，在信息共享的同时又能保证企业的隐私安全，防止企业内单节点信息篡改和故意隐瞒。

（三）海产品供应链中的有效监管

当前，我国海产品供应链管理呈现体制多元化、管理要素复杂化状态。长期以来，由于缺乏专门的海产品物流、海产品供应链管理部门，管理权限被划分到各个地区、各个行业管理部门，导致海产品供应链各环节的内在联系被分割，分散的海产品资源难以得到整合，协调能力差，很难科学合理地对海产品供应链整体进行统筹管理。应用区块链技术的智能合约、信息不可篡改等特点，海产品的信息一旦录入，其信息将不会被篡改，极大地提高了监管部门的工作效率。涉及海产品供应链监管的各部门、各地区可以实现横向、纵向的多方面联合监管，打破“信息孤岛”，明确监管责任。同时利用区块链技术可追溯的特点，当出现问题时，监管部门可以快速反应排查问题，明确界定追踪责任。利用区块链技术，建立“责任明确、交叉监督、协同共管”的海产品供应链监管模式。

（四）海产品供应链中的运作效率

目前国内海产品物流仍以传统的运输方式为主，运输过程具有盲目性与粗放性，极大地增加了物流成本和流通损耗，是造成海产品价格过高的原因之一。[7]在海产品供应链各节点企业的衔接过程中，由于物流设备与技术上的不统一，运输设施标准不配套，成为较容易产生损耗的环节。海产品本身的个性化也加剧了海产品供应链过程中的损耗。供应链节点涉及大量的参与主体，交易过程繁琐，主体行为的差异化将对供应链效率产生极大影响。将区块链技术的智能合约与AI等技术相结合，可以实现系统的自主优化路径与运输配送日程安排，使海产品供应链的物流活动更加高效。构建海产品供应链的联盟链，促进联盟链参与企业的标准化，对物流活动的流程进行优化，将实现海产品供应链的无纸化交易，将交易行为的全过程写入区块链，在线提交电子合同、计费账单和电子对账。

（五）海产品供应链中的信任机制

尽管海产品供应链有很广阔的发展前景，但海产品供应链中的渔民、养殖户较为分散，核心企业规模较小，中间机构尚未发展成熟，各节点企业的资源与能力的异质性非常明显，大多数海产品供应链节点企业鲜有建立长期的战略合作伙伴关系，其合作仅仅为了满足短期的交易活动。企业作为一个经济实体，加入海产品供应链联盟的主要目的是为了获取利益，即使有建立合作伙伴关系或签订商业协议，由于缺乏强有力的机构为海产品供应链中的交易活动背书，存在较大的信任鸿沟，加之我国的信任机制建立较晚，失信惩戒机制并不完善，当面对足够多的利润时，存在毁约或摒弃合作伙伴的行为。由于区块链去中心化、去信任化的特性，无需通过第三方为中心信任背书。使用智能算法可建立海产品品牌供应链的信任共识机制，解决在匿名化交易过程中的信任问题。

通过对区块链与海产品供应链的耦合机理研究，发现将区块链技术引入海产品供应链符合供给侧结构性改革和经济发展的新要求，区块链技术的引入将改善海产品供应链的发展结构，解决发展中存在的问题，促进海产品市场高质量发展转变，加快其转型升级。

四、基于区块链技术与海产品供应链深度耦合的平台设计和流程再造

根据海产品市场交易的流程与海产品供应链管理的实际需要，海产品供应链管理平台适宜选择区块链中联盟链的体系。构建以政府和市场监管部门为主导、具有能够认可的海产品供应链各节点主体参与的弱中心化生态联盟。依托区块链技术构建基础架构，探索海产品供应链管理的实现过程，实现区块链与海产品供应链的交互。

（一）技术基础架构

区块链技术具有普适性的底层技术架构。根据海产品供应链管理中的实际需要，基于区块链技术的海产品供应链管理平台主要包括交互模块、核心模块、基础模块。交互模块是区块链与海产品供应链交互的可视化窗口，对应的基础架构是应用层；核心模块对应的基础架构是合约层、共识层、网络层；基础模块对应的基础架构是数据层。[8]

1.应用层。可直接体现海产品供应链的应用场景，是区块链底层技术与实际应用的可视化交互窗口。应用层封装了海产品供应链各节点全部活动的信息，包括供应链信息流、资金流和监管数据流，包含海产品供应商、生产商、零售商、监管部门、金融机构、消费者和其他海产品供应链的节点主体。

2.合约层。是区块链可编程的基础，主要包括：算法机制、逻辑代码、运行环境和智能合约。智能合约是根据事先人为拟定的合约，运用一系列算法机制和逻辑代码储存在供应链上。平台根据不同的运行环境触发各项智能合约，如海产品的预付金、配送运输时间、物流活动中的损耗情况、交易监管信息等。一旦智能合约被触发，智能合约可以通过从区块链上读取数据或者去区块链写入数据，自动根据合约内容进行判断，代替人工执行合约并进行仲裁，这样既能保证信息的公正透明又能提高公正效率。

3.共识层。主要包括共识算法和共识机制[9]，如随机动态股份授权证明 （SDPoS）、股份证明机制（POS）、工作量证明机制（POW）、实用拜占庭容错协议（PBFT）、POOL验证池等。在基于供应链技术的海产品供应链管理中，各节点主体的参与者是分散的实体，没有共同的领导者和决策者，“共识”将确保海产品供应链整体受益。

4.网络层。是通过P2P技术来实现分布式网络机制。P2P网络协议中各节点分散在不同的地理位置且地位平等，不存在任何中心节点与网络层级。根据其提供的不同功能扮演相应的角色，通过P2P网络协议进行信息交互，自动组成信息传输网络。同时，网络层还将提供各分散节点的系统接口管理、安全信道、传播验证机制等，管理海产品供应链参与企业的节点通过P2P网络进行传输的准入资格、认证身份信息、保障海产品供应链的信息安全，为区块链网络安全增加一层坚实后盾。

5.数据层。也是区块链技术实现的基础层，是对信息的计算与储存以及数据基础设施。数据层使用哈希算法（HASH）、Merkle 树、数字签名、SM2 等加密算法，对海产品供应链各级节点的交易活动、时间戳等数据进行储存和计算。并且还将为基于区块链技术的海产品供应链平台提供基础的网络服务与系统运维等。

（二）模块设计

基于区块链技术的海产品供应链管理平台由系统管理模块、数据管理模块、流程管理模块三部分构成。

1.系统管理模块。主要负责确定联盟链上主体，明确各节点责任以及分配权限等。由个体节点向联盟链提出注册申请，政府与市场监管部门审核资质，进行准入认证，保证各节点的可信性。按照各节点的功能分配不同的权限，利用非对称加密技术为每一个用户生成一对公钥与私钥地址，共同运营、集体维护区块链上的海产品供应链管理数据。链上主体包括政府与市场监管部门、金融结算机构，还有传统的海产品供应链各节点：渔民、水产养殖户、海产品流通加工企业、海产品分销商、水产批发市场、消费者等。政府与市场监管部门是联盟链的建立者，负责区块链节点的确认以及对所有主体的行为进行监督。由于当前我国加密货币在合规和监管上仍处于尝试阶段，资金的流动仍需经过金融结算机构，按照智能合约内容进行结算，并且技术上支撑以数字货币为基础的金融服务。链上其他主体需要及时、真实地上传海产品在生产、流通过程中各种信息。

2.流程管理模块。在海产品供应链的交易视角之下，每个链上主体的交易行为都是相互关联的，但对每个主体的业务内容又是独立的。因此，基于区块链技术的海产品供应链管理平台，通过构建智能合约，实现由区块链上各认证主体共同对业务活动进行动态监管和群体决策，区块链系统外的实际业务操作仍然是由各主体依据智能合约进行操作。既确保各主体交易活动的相互独立性，交易决策的准确性、合理性，又确保交易信息的真实性、可追溯性，同时符合追求海产品供应链整体利益的优化的目标。

3.数据管理模块。主要分为：数据上传、数据储存、数据维护、数据监管与查询等。首先确定链上应当存取哪些数据，主要包括海产品的捕捞信息、产地、生产条件、加工商名称、地点、加工作业的工作条件、检验机构信息、检验结果报告以及物流过程信息、销售时间、销售对象等。根据各节点的功能与权限，对于收集到的数据使用私钥进行封装并以数字签名，生成区块信息。按照区块链联盟成员约定的共享数据格式将区块信息通过P2P网络上传到政府与市场监管部门的数据库和其他区块链节点。区块链首先根据上传用户的公钥进行解密，验证上传区块数据的有效性，如果数据验证通过，则会生成时间戳，节点上传的区块数据将会永久保存在区块链上。平台中的每个节点对数据进行共识认证，记录区块链完整的账目，同步、共享和复制整个账本的数据。因此，在单个节点上对数据的删除、修改都是无效的。

当供应链上下游企业、政府监管部门以及消费者对信息有访问需求时，区块链系统会按照智能合约内容对访问者进行合法性认证，合法的访问者将会获得系统授权，并按照访问需求获得供应链相关数据。例如，消费者可以通过海产品外包装的标签序列号查询海产品的信息，如果想检验信息的真伪与完整，可以向区块链提出信息访问需求，通过两者对比，如果获得的数据与标签序列号呈现的数据相符，则数据在录入区块链系统之后网站信息没有经过篡改。反之，数据可能被篡改，这时可据此向市场监管部门提出投诉申请。市场监管部门通过区块链可以很快地排查出问题节点，按照智能合约内容，自行界定责任进行处罚。

基于区块链技术的海产品供应链管理平台的高效、透明、安全等优势有目共睹，但在运行过程中也具有一定局限性。一方面，区块链技术的应用，其发展离不开其他技术的支持。其中涉及到网络技术、密码技术、计算机学、人工智能等，同时在应用到海产品供应链的过程中，还要依赖条码（Bar Code）、电子数据交换（EDI）、射频识别（RFID）等信息技术的支持，并且还要考虑带宽、延迟、容量等网络设施问题。另一方面，信息录入之前的信息真实性仍得不到保证。用区块链技术的可追溯、不可篡改的特性以及分布式记账技术，可以保证海产品供应链信息在录入之后的传递过程中不被篡改，但在信息录入之前的真实性依靠区块链技术还不能验证真伪。个别交易主体为了自身利益，上传错误信息，故录入之前阶段的信息仍然需要市场监管部门来进行线下监督。最后还要注意应用的合法合规性，区块链作为一项技术，其本身是无罪的，最早基于区块链技术的比特币作为一种数字货币，曾为非法交易提供了便利，所以，研究区块链技术的应用，不得不评估区块链技术应用中的法律风险。目前区块链技术在海产品供应链中的应用仍处于初步探索阶段，只有在起初就符合规范，才会实现可持续发展。

五、结语

区块链技术为海产品供应链管理带来了创新发展的契机，通过区块链技术与海产品供应链之间的耦合作用，驱动了海产品供应链管理流程的再造和管理平台要素的重构，推动了平台架构和模块设计的创新取向。随着区块链技术与海产品供应链耦合的深化，海产品供应链的管理绩效将进一步提升。展望未来，区块链与海产品供应链的“双链融合”将进一步推动海产品相关产业的可持续发展。