基于区块链的保健食品追溯系统

李保东，叶春明 LI Baodong， YE Chunming

（上海理工大学 管理学院，上海200093）

1 区块链

1.1 区块链的定义

区块链是一种分布式的数据库，可以共享且不易更改的分布式分类总账，它是构建价值互联网不可或缺的底层应用技术，具备多层级和多个类型应用的价值传输技术。其具有信息不可篡改、集体维护、匿名性、可追溯以及去中心化等特性[1]。

严格意义上说，区块链并不是单一的创新技术，它是由多种技术整理创新的结果，从而实现一个去中心化、自治性的底层技术架构。

图1 区块链的模型架构

1.2 区块链的基础架构模型

区块链的基础架构模型如图1 所示，自下而上包括数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层[2]。每一层都具备一项核心功能，不同层之间相互配合，构建一个去中心化的系统。数据层是区块链最底层的技术架构，结合公私钥非加密对称、哈希函数、时间戳和Merkel 树等技术实现对区块数据的处理，使区块依次相连，防止数据的篡改。网络层包含了点对点的网络以及传播和验证机制，每个节点既可以接受信息，也可以生产信息。每当产生一个新区块时，它会像全网广播，其他节点将会验证区块数据的真实性，当大多数节点通过验证后，这一新区块将会永久的被储存下来。共识层是一个比较核心的层级，它解决的是在分布式系统中如何统一行动的问题，区块链中的共识机制包含工作量证明机制（POW）、权益证明机制（POS）、股份授权证明机制（DPOS） 等。激励层包括发行机制和激励机制，这个层级是经济学与互联网技术结合的成果，让区块链中的节点能够积极主动地维护整个系统的运行。合约层包含了脚本代码、算法机制、智能合约，体现了区块链可编程的特点，应用层封装了区块链应用的各种场景，本文的应用场景即区块链在保健食品追溯系统的应用。

1.3 区块链的分类

在表1 中，列举了区块链的三种类型，对每一种类型的特点及应用场景进行说明。在保健食品行业，需要供应链上下游的多个企业共同参与维护区块链的运行，并且，伴随着保健食品业的兴起，交易规模与速度会有极大提升[3]。对比三种类型的区块链，联盟链具有交易速度快、成本低、可控性强等特点，适用于多个机构和组织共同参与管理。最适合在保健食品供应链中的应用。

表1 区块链的类型

2 区块链在保健食品溯源系统的设计

2.1 研究背景

我国的保健食品行业从20 世纪80 年代兴起，随着人们对生命健康的关注，保健品行业快速的发展壮大。目前已有两千多家的注册企业，行业规模甚至达到两千多亿人民币。一方面，我们国家65 岁以上的老年人口不断上涨，已成为老年人口最多的国家，老年人口的不断上升推动着保健品行业快速发展[4]。在另一方面，儿童和青少年也逐渐开始选择保健食品，保健食品消费人群正呈现年轻化的趋势。但是在保健食品行业发展过程中，面临一些安全性的问题[5]，所以对于保健食品的安全溯源是极其必要的。目前国内对于保健食品的溯源存在以下问题：

（1） 溯源的信息量有限。目前，保健食品的溯源主要通过扫描商品包装上的条形码和二维码，扫描出来的结果只包含了生产厂商、生产地址、生产日期等一些基本的信息，而对整个生产及流通过程中所包含的数据无法追踪，无法实现从生产到消费者手中的全过程追踪。

（2） 溯源体系的可靠性低。保健食品行业的追溯系统是通过中心化的数据库实现的，这就存在数据的录入错误，甚至是人为的数据篡改，此外还可能遭受网络攻击的风险，无法保证数据的真实性。

（3） 溯源体系的标准不统一。目前国内的溯源体系，对于查询的结果没有一个统一的规范。例如，对于同样是生产钙片的两家企业，所包含的溯源信息种类可能是不一致的，无法保证行业的规范性。

2.2 追溯系统架构

在保健食品区块链的追溯系统中，本文将其总体架构分为三层，分别为接入数据层、数据处理层、用户层[6]。数据接入层包含了保健食品供应商原材料数据、生产数据、物流数据。利用网络或者传感器实现对数据的采集，进而将数据收集起来，通过移动网络或者TCP 等手段将数据传输至数据处理层。数据处理层完成对保健产品数据的存储和记录，并将生产过程所利用的APP 与区块链后台相连，确保数据能够载入到区块链中。同时把零售、电商及物流平台的数据接入到数据处理层的区块链平台，实现这一环节的数据追踪。用户层是实现消费者与区块链平台的交互，用户能够通过APP 或者微信小程序等扫描商品上的条形码或者二维码，便可以追踪到所购买商品从原材料到消费者手中全过程的数据集[7-8]。架构示意图如图2 所示。

图2 区块链在保障食品体系的架构示意图

2.3 保健食品追溯流程

保健食品的追溯流程如图3 所示，分为四个部分，分别是保健食品原材料准备过程、生产加工环节、分销环节、消费者。

（1） 原材料准备阶段。保健食品的材料供应商准备基础数据，在区块链平台上记录材料的相关数据，包含材料的名称（甘草、山药……）、材料来源地、提取所需原料的方法等。将这些信息录入到区块链平台。

（2） 生产加工环节。制造商将生产加工环节的生产数据、加工数据以及最后的成品数据记录到区块链上，经各节点确认后，这些数据将会永久的保存在区块链上。

（3） 分销环节。保健品的分销基本分为两种，一种是线下零售渠道，另一种是电商渠道，通过电商渠道销售的保健品则必须通过第三方物流传送到消费者手中。在这个环节，需要将企业的商品管理系统及电商平台搭载到区块链平台，实现数据的共享，在物流配送环节，将第三方物流平台的数据接入到区块链平台，从而实现对物流环节的配送的跟踪。在区块链的数据层，采用公私钥非加密对称技术，无论是电商平台还是物流配送员，他们都拥有自己的公私钥对，在记录数据时要用私钥进行签名，这在一定程度上保障了信息的安全可靠，出现问题时可以快速查询出是哪个环节的问题[9]。

（4） 消费者。消费者在零售渠道或者在电商渠道购买的保健食品到手后，可以通过扫描商品外包装上的二维码查询商品从原材料到消费者手中整个全过程中的数据。这种呈现形式，一方面让消费者提升了对保健食品的购买心理，另一方面，如果产品存在质量问题，可以快速定位出问题的环节。

图3 保健食品追溯流程图

3 区块链在保健食品的溯源作用

（1） 促进保健食品行业的发展。消费者通过电商或零售渠道购买到来路明确、信息可靠的保健食品，在发生安全和产品的质量问题时，有可靠的渠道去追溯责任主体，这就使得消费者更加信任在平台购买的商品，消除消费者的后顾之忧。所以，区块链能够帮助零售和电商平台获得顾客信任，进而促进保健食品行业的发展。

（2） 提高企业生产的标准化和信息化。基于区块链建立起来的追踪溯源体系，对于各个环节来说都起到一种监督的作用。这也促使保健食品行业的从业者生产出更加符合规范产品，朝着标准化和信息化的方向发展。在长期看来，基于区块链的溯源系统必定会提高整个社会保健食品的质量。

（3） 提供给消费者真实的信息。区块链具有去中心化、防篡改、可追溯的特性，与保健食品行业的结合可以使产品的生产加工信息清晰透明，满足消费者的知情权，为消费者提供了真实的信息。

4 案例分析

2018 年12 月25 日，网络上爆出权健公司经营的产品导致一位4 岁的患癌女孩逝世。调查发现权健公司的产品存在极大的问题。

权健公司主要是一家以经营保健品为主的企业，在供应链中处于中间环节。之所以发生这种极端的情况，根本原因在于权健公司只顾商业利益，不顾消费者安全的野蛮生产方式。除此之外，也显现出国家对于保健食品的监管缺乏力度，保健品生产流通环节缺乏可追溯性。基于这种情况，笔者提出将区块链运用到保健食品的供应链中，以提高保健品生产流通全过程的可追溯性。

当原材料供应商写入材料信息，系统会根据原有嵌入的标准材料信息进行比对，若不符合要求，则无法写入区块；反之则用私钥进行签名后写入区块链。可是在这一环节材料的供应商有可能会篡改信息。制造商在接收产品前应进行校验工作，当且仅当验证合格后，方可发送数字签名给材料供应商，确认签收。若检测结果发现材料信息与供应商原材料记录在区块链上的信息不符，检测部门将会把检测的结果记录到区块链上，系统会自动的向监管部门报告，监管部门将会介入，同时阻止这一产品在供应链上流动。供应链下游的分销商和零售商在接受产品和发出产品时均要在系统上用自己的私钥进行签名，这就保证了每一环节的可追溯性。若是由于工作疏忽或其他原因导致不合格的产品流入到市场中去，消费者可以通过扫描产品封面的二维码即可查询整个生产环节，追踪到出现问题的节点。

综合以上，将区块链介入到保健食品的生产流通环节，一方面可以督促生产企业制造出更加优质的商品，另一方面，出现问题时可以及时的报告预警，从而保证国民的生命安全。

5 实际应用中的难点

区块链的发展已经经历了以比特币为代表的区块链1.0 时代，以以太坊为代表的区块链2.0 时代，现在已经迈入区块链3.0时代。基于区块链的保健食品追溯系统就是区块链的3.0 的一个设计，在这个设计中仍会面临很多的问题。

（1） 保健食品行业的数据分布在供应链中的各个企业中，每个企业都有自己的核心数据库，如何将供应链中的各级企业的数据接入到数据平台，仍是亟待解决的问题。

（2） 区块链技术作为一个新的技术，仍处于发展的初级阶段，其发展的过程中还存在着许多问题，需要在发展过程中发现并解决[10]。

6 结 论

基于区块链的保健食品的溯源系统研究，以消费者购买到的保健产品作为溯源对象，能够对其从原材料供应商、生产加工的制造商、分销商到物流环节进行全程追踪。通过区块链的去中心化、不可篡改、可溯源等特点将数据存储起来，在消费者收到产品后通过扫描二维码便可获知产品整个生产过程的信息，实现安全追溯。此外，这一方法也可以运用到其他行业，为其他行业的发展提供借鉴。