区块链助推数字减贫及农业现代化建设：架构与应用 ***

李东坡 罗浚文

〔 DOI〕 10.19653/j.cnki.dbcjdxxb.2021.01.009

〔引用格式〕  李东坡，罗浚文.区块链助推数字减贫及农业现代化建设：架构与应用[J].东北财经大学学报，2021，（1）：86-96，封三.

〔摘要〕数字经济是全球未来的发展方向，数字技术将为中国巩固精准扶贫成果和实现农业农村现代化提供助力。区块链具有防篡改、可追溯、保密、开放等特点，正在引领全球新一轮技术和产业变革，也为数字减贫和农业发展模式创新提供新机遇和新思路。在扶贫重点区域中，一个最大的共同点是农业的弱质性和农业基础薄弱，在这些区域中，减贫与推动农业发展具有高度契合性，区块链在扶贫和农业领域中具有广阔的应用价值。区块链在农业现代化建设中的应用涵盖食品安全、农产品贸易、精确农业、金融和保险、农地流转等多个方面。中国具备良好的区块链研发基础、持续稳定增长的农业经济、成功案例的示范带动，为农业区块链的建设提供了难得的发展环境。同时，中国也面临区块链技术与农业存在兼容难点、技术尚不完全成熟、人才培养滞后等问题。因此，要继续鼓励核心技术研发，以教材、课程和专业建设为突破口加速专业人才培养。此外，还要创新科研体制和产业政策，从税收减免、人才评选、职称认定和业绩评优等方面鼓励区块链技术与农业现代化建设的深入结合。

〔关键词〕数字减贫;数字经济;区块链;农业现代化

中图分类号：F33/37    文献标识码：A    文章编号：1008-4096（2021）01-0086-12

一、引  言

2020年10月29日，党的十九届五中全会通过《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》（下文简称《建议》），指出中国已转向高质量发展阶段的同时，城乡区域发展和收入分配差距依然较大。《建议》提出，2035年基本实现农业现代化、中等收入群体显著扩大、城乡区域发展差距和居民生活水平差距显著缩小的目标，必须建立农村低收入人口和欠发达地区帮扶机制，实现巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接，推动现代服务业同现代农业、数字经济和实体经济的深度融合，提升公共服务、社会治理等数字化智能化水平。2019年10月24日，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。习近平总书记在主持学习时指出，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用，全球主要国家都在加快布局区块链技术，中国在区块链领域拥有良好基础，要加快推动区块链技术和产业创新发展，积极推进区块链和经济社会融合发展。党中央对区块链技术及其集成应用的前瞻性部署，显示区块链技术在通过推广数字化技术减少城乡差距、巩固区域性减贫成果方面的巨大潜力;《建议》为推动区块链的发展和核心技术创新、全面建成小康社会后巩固脱贫成果、加速数字减贫和农业产业升级指明了方向。

从世界各国农业发展规律来看，中国农业经历了从以体力和畜力劳动为主的农业1.0，到基本完成以农业机械为主要生产工具的农业2.0，正处在以农业生产全程自动化装备支撑下的农业3.0。随着互联网技术的发展，以区块链、物联网、大数据、云计算和人工智能为主要技术支撑的智能农业（即农业4.0）叠加而至，构成农业现代化的制高点，代表未来农业发展的方向。同时，中国经济改革进入深水区、农业发展环境正发生深刻变化，也要求必须推动信息技术融入现代农业产业体系和价值链，摆脱高投入和高资源环境代价的发展道路。从现实来看，中国农业依然面临经营主体规模小且高度分散、产业链条漫长，以及农民在农产品市场和价格形成中处于被动地位等问题，化肥、农药过量使用造成食品安全和环境问题压力重重，土地流转和农业生产资料补贴效率低下，农业保险普及率低和索赔难等问题仍未解决。党的十九大明确，2020—2035年，在全面建成小康社会的基础上基本实现社会主义现代化;到21世纪中叶，建成富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国。全面建成小康社会后，保障和提高农村特别是农村低收入群体生活水平，依然是社会主义现代化建设的短板。特别是农村绝对贫困人口实现脱贫并不意味着农村贫困的消失和扶贫工作的结束，要进一步巩固建设成果，继续缩小城乡收入差距、防止返贫。区块链技术可以为缓解上述问题提供安全、便捷、低成本的数字化平台，使农民进入市场更容易、全产业链的农产品溯源更简便、信息更透明、农业损害索赔更加智能化，区块链农业将迎来爆发期^[1]。

二、文献综述

区块链技术随着比特币的出现而引起关注。2008年，中本聪（Nakamoto）详细描述了创建一套不需要银行等第三方机构介入、依靠数字货币加密技术，匿名双方可直接完成交易的“点对点”（P2P）交易系统。Nakamoto^[2]为比特币交易提出了近乎完美的底层技术，超越现有电子货币（如支付宝和微信支付）的局限性，真正将数字货币带入了崭新的阶段。中本聪这一开创性研究更大的意义在于，为几乎所有社会经济领域带来颠覆性的技术革命，特别是对交易者而言，他们很难在中心化带来的高成本与直接交易隐藏的高风险之间进行选择。该论文提出了交易（Transaction）、区块（Block）和链（Chain）的概念，后来的研究者将该技术统一称为区块链（Blockchain）。凭借开放、安全、低成本和可追溯等方面的优良特性，区块链技术在金融、信息通讯、征信、版权交易、产品溯源、游戏、医疗、电商等领域快速推广应用，其他众多产业部门也在积极探索对接区块链技术^[3-4]。

近年來，中外很多学者开始关注和研究区块链对经济社会产生的影响，区块链经济学的研究框架也在形成过程中。邵奇峰等^[5]结合比特币、以太坊等区块链平台，从区块链数据、共识机制智能合约、可扩展性、安全性等方面论述了区块链的原理与技术，总结了区块链与传统数据库对比的优势、劣势及发展趋势。Davidson等^[6]指出，区块链不仅仅是信息和通信技术的创新，还促进了新型经济组织和治理的创新，基于新制度经济学和公共选择经济学，分别以创新和治理为中心提出了两种区块链经济学的方法。范忠宝等^[7]总结了区块链的内涵、关键技术模式和应用价值，展望了区块链技术的发展前景和应用中的注意事项。徐忠和邹传伟^[8]从经济学角度解释和研究区块链的功能，根据对区块链内通证（Token，即加密数字权益证明）的使用情况，梳理了目前区块链的主要应用方向。Fran等^[9]综述了过去10年在排名靠前的科学期刊上发表的区块链相关文献，对供应链、业务、医疗保健、物联网、涉密和数据管理等不同部门中的区块链应用程序进行了全面分类，确定了关键主题、趋势和新兴研究领域，还指出了区块链技术的局限性及其对不同部门和行业的影响。张亮和李楚翘^[10]梳理了近5年区块链研究的总体状况，分析了区块链对经济社会发展的影响及存在争议，界定了区块链经济的基本原理、内在规律和发展趋势。

也有学者将研究重点聚焦于区块链技术在农业中的应用，此类课题日渐成为农业信息化的热点^[11]。李乔宇等^[12]从“通证经济”的概念出发，针对现阶段中国农业发展状况探索了区块链应用于农业的切入点指出，农业区块链主要的应用场景在农业物联网和农产品溯源等方面，但并没有论述典型事例。Andreas等^[13]探讨了区块链技术对农业和食品供应链的整体影响，分析了现有代表性项目的成熟度和收益性，以及未来的挑战和潜力。Gerard^[14]的报告梳理了区块链技术的基本原理和类型，以及共识算法、智能合约等概念，分析了全球范围内在农业生产和流通领域引入区块链系统的机遇和挑战，并且记录了一些关于农业区块链投入使用的案例。孙忠富等^[15]结合中国农业发展面临的挑战，列举了区块链在智慧农业创新发展中可能的应用领域，并且提出了推进区块链在农业领域应用的对策建议，但同样并没有给出国内外具体的应用案例。刘光星^[16]、贾海刚和孙迎联^[17]开始关注将区块链技术引入精准扶贫的法治和机制创新问题。

综上所述，区块链技术的研究论文数量虽然增长较快，但仍然存在以下三方面不足：一是在应用性研究中，与金融、信息通讯等领域相比，在农业和扶贫领域如何推广区块链的研究成果较少;二是区块链对接农业的研究，大多集中于介绍某项技术的应用或论述宏观发展趋势，能够既解释清楚区块链技术原理又结合在农业领域应用的案例研究较少;三是能够提出中国农业发展区块链技术对策建议的研究成果尚不多见。

着眼于弥补现有文献的不足，本文结合国内外最近研究进展、结合技术层面的理论分析与应用领域的案例探讨，为借助区块链技术推动数字减贫和发展现代农业提供理论支持。本文的研究目的是围绕数字扶贫这一主题，考察中国发展农业区块链的机遇和挑战，有针对性地提出政策建议，体现理论研究的现实价值。本文系统总结了区块链的基本架构、运作流程和主要特征，结合国内外案例，考察其在农业领域的应用潜力和现状，分析中国发展农业区块链的重大机遇和挑战，并且提出针对性的政策建议。

三、区块链的基本架构与主要特征

（一）区块链的基本架构

区块链本质上是一串由数据块（区块）相互关联形成的网络系统，类似于一本账簿，每个区块相当于一张账页。如图1所示，一个区块主要分为两部分：区块头和交易数据。区块头记录的是这个区块的元数据，包括区块的高度（即在链上的位置编号）、版本号、创建的时间戳（Timestamp）、前后两个区块链的哈希（Hash）值、用于计算工作量证明的Nonce值和难度目标、梅克尔（Merkle）树的根哈希值。交易数据部分用梅克尔树的方式记录了一定时间（比特币为10分钟）内产生的所有交易信息，每个区块可以记录数百或上千条交易信息^[18]。在一个区块链中，最早被构建的第一个区块称为“创世块”，只包括自身的哈希值。后面每个区块都包含两个哈希值，分别是验证上一个区块（父区块）和该区块信息有效性的识别码。通过两个哈希值之间的前后指向关系，所有区块依次相连就构成了区块链。

哈希值是利用特定算法，将任意长度的二进制明文串（输入）转化成的固定长度二进制串（输出），可以通过Go、Python等计算机语言编程得到。只要输入和算法固定，利用有限时间和设备、电力等资源就能够计算出相应的唯一哈希值。但是，这一过程是不可逆的，即不能通过输出值倒推出输入的内容。输入数据稍做改动就会产生完全不同的哈希值（即“高灵敏性”），也不会发生不同输入得到相同输出的现象（即“避免碰撞”）。哈希值的这些特性，使其在客观上起到了为区块链加密的作用^[19]。

梅克尔树（Merkle Ttree）相当于区块链信息的数字指纹或DNA，可以验证交易数据在链上各节点传递过程中是否已经被篡改。从创建过程来看，是自下而上分层的哈希二叉树。先在最底层利用SHA256算法求出每笔交易的哈希值。然后，以此作为“叶子节点”两两相连再次代入SHA256算法，得到上一层32个字节的哈希值。如果“叶子节点”只有奇数个，则需要复制最后一个节点。如此循环归结到最上层单个节点，得到梅克尔根的哈希值。这个值又相当于每个区块的数字指纹，详细记录其中包含的所有交易数据。即便对交易数据稍做修改都会引起梅克尔根值发生很大变化、进而改變整个区块的哈希值。任意变动父区块的数据也会导致子区块和后面所有区块的数据（哈希值）发生变动。因此，要修改任意一个区块链的数据只能将后续所有区块都重新生成。但是，重新生成区块面临着巨大的工作量。当后面存在6个以上区块时，巨大的工作量和时间、资源消耗造成实际上不可能全部篡改这些区块的数据。正是这种历史数据不可更改的特性，确保了区块链具有较高可信度和安全性。

（二）区块链运作的流程

在区块链网络中，由每个参与者（Peer）控制的计算机终端构成一个节点（Node），彼此平等、独立拥有全网数据的副本，称为分布式存储（Distributed Storage）。区块链本质上是分布式账本技术，各个节点构成一个对等网络（Peer to Peer Network），又称P2P网络。每个节点通过唯一对应的密码（即私钥）和地址（即经哈希运算得到的公钥，相当于用户名）来管理自己的“钱包”。图2展示了在区块链上完成交易的过程。

第一，创立交易。交易双方经过协商达成协议，买方使用存储在“钱包”中的地址和私钥进行数字签名，证明自己对数字货币的所有权，并且不能被其他人更改。

第二，链内广播。由买卖的某一方在区块链上发出申请，通过P2P网络的泛洪（Flooding）路由协议等广播通知链上所有节点的参与方。如果后续被任一节点验证无效，则停止在区块链上的广播。

第三，检查确认。各个节点在区块链的本地副本上分析数字签名、验证买方身份合法性，以及是否有足够的货币余额，即区块链上所有指向该节点的未完成交易输出（UTXO）。所有节点验证通过后，交易信息被记入各节点副本中。

第四，封装区块。在10分钟内产生的所有交易通过各节点验证后，被分别集中打包构成一个候用区块。每个参与者都可以对未记入区块链的交易内容进行记录。为了避免多节点同时记账带来的信息混乱，每次只有一个参与者能够将自己记录的内容写入区块链，并且获得相应的收益。以比特币为例，在2009年1月创立之初，每个区块奖励获胜节点50个比特币，此后每4年减少一半，预计到2140年，约2 100万个比特币将全部发行完毕。此外，交易方还要支付给记账节点一定的交易费用。

第五，竞争记账权。区块链会根据某种资源的占有率来决定记账权归属，经各节点普遍认可的决定机制称为分布式共识（Distributed Consensus）。其中，最常用的工作量证明（Proof of Work，PoW）依据的资源是计算能力。其他的共识机制中，权益证明（Proof of Stake，PoS）依据各节点持有的加密货币数量，委托权益证明（Delegated Proof of Stake，DPoS）则是指用户将自己持有的加密货币换成股票，从而竞争记账并获得奖励的权利。

PoW的具体过程如下：第一步，生成用于给记账权节点发放奖励和手续费的交易创币（Coinbase）交易，并且与其他所有将要写入区块的交易组成列表，通过梅克尔树算法生成梅克尔树根哈希值。第二步，将其和区块版本、父区块哈希值、时间戳、难度目标和Nonce值等字段打包组装成80字节的区块头，采用SHA256等运算求出区块头的哈希值。第三步，难度值决定产生一个合法区块所需要的哈希运算次数。例如，比特币系统为了保证平均每10分钟产生一个区块，每产生2 016个区块（需2周时间）会根据全网算力的变化所有节点自动统一调整难度值。调整公式：新难度值=旧难度值×（过去2 016个区块花费时长/20 160分钟）。难度目标值是最大目标值与当前难度值的比率，最大目标值为恒定值。第四步，参与竞争的节点不断修改区块头中的Nonce字段值（通常是递增1），对每次变更后的区块头做双重SHA256运算。当结果值小于当前网络的目标值时则解题成功，工作量证明完成。竞争记账权的行为和参与者又分别称为“挖矿”和“矿工”。

第六，记账上传。率先完成工作量证明的参与者在链上广播解题答案。经多数节点验证后得到记账权，把新区块记入已存在的区块链中，每个节点都更新本地副本。

第七，交割转账。数字货币从买方转移到买方的“钱包”，记账的“矿工”账户转入相应收益，以补偿其“挖矿”所进行的高强度运算和设备、电力等资源付出。

（三）区块链的主要特征

区块链依靠加密算法、分布式记账和共识机制等技术，在链上各节点间构建起了一种新的信任体系、实现了安全、可验证、平等的价值传输，打破了传统的中心化机构对授信的垄断，以及由此带来的低效率、信息不对称等问题。总体而言，区块链具有以下五个方面的特征^[7-18]。

第一，分布式结构。分布式结构（Decentralized），可以直接翻译成“去中心化”。软件系统的网架结构包括三种模式：单中心、多中心和分布式，区块链的“点对点”（P2P）模式指的是第三种，第二种虽然存在多个中心也属于“去中心化”结构，这是区块链的颠覆性特点和核心优势。所有数据的存储、传输、验证和交易都通过各节点的电脑或手机等终端上的应用程序完成，不依赖于任何中心化的硬件或机构。实现点对点达成共识基础上的直接交互，可以实现实时交易结算，使交易更加自主、简单和节约资源。所有节点具有同等的权利和义务，排除了被银行、信用卡公司和征信机构等中心化代理的风险，加速了资金和资产的流通、提升了价值的流动性。分布式结构还意味着系统中的数据块由所有具备记账功能的节点共同维护，任一节点数据的损坏或灭失都不会影响整个系统的运作，也降低了节点参与人故意作恶的道德风险。

第二，防篡改性。区块链采用分布式记账技术，链上每个节点都可以复制持有一份完整的数据。任何人要改变区块链里的信息，至少要有能够控制链上51%节点的算力，这显然几乎无法做到。每个新区块保留时间戳，严格按照时间先后顺序被上传到链上。区块链采取不可逆的单向哈希算法，将父区块身份识别哈希值和所有交易信息压缩换算成新的唯一身份密码。内部数据信息的任意改动都会导致哈希值的彻底改变，从而被后续的节点所察觉和排斥。借助分布式系统各节点的工作量证明等共识算法，可以用强大的算力消耗或代币数量等增加破坏系统难度。所有这些技术要求都使得篡改区块内的数据成本极高，而拥有足够强算力的节点可以通过竞争记账权获取更多的奖励和收益。

第三，可追溯性。分布式记账、时间和哈希换算上的不可逆性，使得每个节点的行为数据都被所有节点清晰无误地记录下来，参与各方只能自动化依规处理，避免欺诈、伪造等失信行为。此外，也便于监管机构实时监控、追踪和还原链上活动，提高监管透明度和工作效率。

第四，保密性。各节点之间基于正确的地址和算法即可进行彼此识别和数据交换，无须获取对方的真實身份，也不需要传统的通过第三方认证中心（Certificate Authority，CA）颁发数字证明进行实名认证。采用公钥公布地址、私钥进行签名和身份认证相配合的方法，使链上交易具有高度的匿名性，解决了中心化机构数据存储不安全的问题。

第五，开放性。区块链技术通常是开源的，除了交易各方的私有信息被加密外，公共链的代码高度透明、对所有人开放，任何人都可以通过公开接口查询链上数据。以太坊（Ethereum）等区块链平台还具有图灵完备性（即代替计算机解决所有问题）和高度灵活的脚本代码系统，支持用户创建高级货币、精确定义智能合约（Smart Contract）、开发应用终端。

四、区块链在扶贫和农业领域的应用

（一）区块链在扶贫和农业中的应用基础

在扶贫重点区域中，一个最大的共同点是农业的弱质性和农业基础薄弱，在这些区域中，减贫与推动农业发展具有高度契合性，区块链在扶贫和农业领域中具有广阔的应用价值。自中本聪发表《比特币白皮书》以来，区块链的发展经历了以加密货币为核心的1.0版（2008—2015年）、以智能合约和以太坊为代表的2.0版（2016—2017年）。2018年，区块链开始进入3.0版，突破数字世界、提高每秒交易数（TPS）等性能，完善政策法规标准和技术设施建设，更好地服务实体经济^[4]。从世界范围内来看，区块链在农业领域的应用尚处于起步阶段，与金融、数字凭证、生活服务等领域存在较大差距。但是，区块链是分布式记账、信息公开透明、难以篡改和伪造、互信开放的平台，也是可追溯、低成本、高效率的交易方式，能够促进农产品更好地融入现代流通体系，提高食品安全保障能力和交易结算效率，在农业生产补贴、金融保险和农户减贫等多个领域具有广阔发展空间。近年来，区块链在农业中的推广应用势头强劲，随着专门的分布式账本不断涌现，深度和广度都在逐渐扩展^[20]。这些都在客观上不同程度减少了贫困发生率，巩固了精准扶贫工作的成效（如表1所示）。

（二）区块链在扶贫和农业中的应用场景

1.区块链+精准扶贫

精准扶贫的两大难点在于困难群体的动态监测和扶贫资金的透明使用，因此，也为区块链技术发挥作用提供空间。2017年5月，贵阳市政府联合网录科技有限公司推出首个“区块链+精准扶贫”项目，在贵阳白云区红云社区试点推行区块链扶贫民生工程，借助链上数据提高政府民生资金使用透明度，让助残济困工作发挥最大效用，为辖区困难群众提供精准公平服务^[21]。2020年，中国人寿贯彻“金融扶贫保险先行”理念，推出“顶梁柱”项目，为全国建档立卡贫困户18—60周岁劳动力提供一份专属扶贫公益保险。引入区块链技术实现承保数据实时对接，把“顶梁柱”项目打造成了一本“公共账簿”，实现项目参与方共同记账和监督，任何一方都无法篡改账目。提高了项目公开透明度，确保扶贫资金透明使用、精准投放和高效管理，真正做到了让捐赠者放心、让受保人收益。在捐款人、公益机构和受保人之间形成一套透明高效的扶贫模式^[22]。

2.区块链+食品安全

把农产品的整个供应链嵌入区块链驱动的系统中，可以让农场与智慧农业系统相结合，采集和保存农业生产一线数据。包括农作物产地、从播种到收获的作业时间，不同生长周期当地气温、降水、日照量，灌溉用水、化肥、农药、土壤物理、化学和生物学特性、有无经过有机农产品、良好农业规范（GAP）认证等参数。在加工环节，采集和保存作业环境数据、是否引入危害分析和临界控制点（HACCP）、国际标准化组织食品安全管理体系审核标准（ISO22000）等认证信息。通过射频识别（Radio  Frequency  Identification，RFID）标签和传感器等物联网技术进行监控，将这些信息打包传上区块链，使每件商品自带唯一的溯源码。使用手机应用软件扫描溯源码即可查到产品全流程信息，为食品行业建立可信的“数字身份证”。

利用区块链技术可以对农产品实施分布式监管，能够提前发现食品安全隐患，及早查明污染源，预防疾病甚至挽救生命，还可以缩小问题食品范围、提高应对处置效率，维护企业和消费者利益、减少食品浪费。这样，不仅增强零售商和消费者对产品的信心、提高政府部门的监管效率，也从源头上促使农户和食品加工企业提高食品安全保障意识，为排除食品安全隐患、发生问题后追溯责任创造条件。区块链凭借内容透明、不可篡改的分布式加密账本，实质上是建立了一种依托技术背书的低成本信任机制。所以，引入区块链能够解决食品供应链信用确立、诚信维护、失信追责等方面的困难。

相对于农业对接区块链的其他领域，通过建立全程追溯和诚信保障机制保障食品安全受到关注最多、发展得最为成熟。IBM是最早宣布区块链开发计划的公司之一。2017年8月，IBM与沃尔玛、雀巢等世界十大零售及食品供应商达成协议，利用IBM开发的区块链溯源网络Food Trust帮助这些公司提高供应链的可视性和可追溯性^[23]。加入该网络的食品类企业还在不断增加。2019年11月，法国高档食品公司Labeyrie及意大利面知名公司Gruppo Grigi加入Food Trust，溯源追踪挪威熏鲑鱼产品和品牌意大利面Aliveris^[24]。IBM还与金融科技加区块链公司9thGear、沃尔玛和清华大学合作开发Apilot项目，旨在借助区块链提高中国猪肉及其他食品分销和供应链的安全性^[20]。2017年4月，A股上市公司“中南建设”与“北大荒”合资成立农业区块链技术与平台“善粮味道”，借助区块链公司“智链Chain Nova”的技术支持，在农产品的生产、检测、流通、销售全流程引入区块链技术，每件商品都含有被区块链认证的时间戳、地理戳、品质戳。类似的案例还包括美国嘉吉（Cargill）公司的Honeysuckle White火雞追溯系统，科技公司“太一云”和江西赣州市政府合作推出的“链橙”项目，华为的“农业沃土云平台”，蚂蚁金服、天猫与菜鸟物流助销五常大米，众安科技和连陌科技的“步步鸡”项目，慧聪国际资讯有限公司、佳沃股份的农业全产业链品质溯源平台等。

3.区块链+农产品交易

在基于区块链构建的点对点（P2P）农产品交易平台上，农户和加工、销售、消费等各环节的参与者都是平等的节点，所有信息公开透明、不能篡改。这不仅降低了农户参与交易的难度，增加了农户在农产品价格博弈中的话语权，也突破传统市场的空间局限，为在更广阔市场上寻找贸易伙伴创造了条件。区块链凭借低成本信任机制，为农户寻找到诚信可靠的农产品经销商、保障价格公平、交易安全增加了一道屏障。所有各方都可以使用分布式类账本建立信任，降低或免除了逐个评估对方可信度、履行合同能力的必要性，也节省了大量费用。区块链技术还可以减少农产品贸易的中间商和经纪人，降低农产品因产地和市场高度分散所带来的交易成本。区块链的点对点资金转账和智能合约机制在交易条件成立时自动触发付款程序，为农产品交易提供几乎零成本、安全快捷的支付手段。这方面值得关注的案例包括美国初创公司Pipeline Food利用区块链为种植有机产品的农民提供生产数据的简化录入和第三方认证机构共享、回收货款等服务，农民收入比种植传统作物增加1倍;澳大利亚农业供应链追踪企业Block Grain利用区块链技术为农民提供实时交易和支付服务，使农户实现最大收益;中农网通过区块链把买卖双方的信息向产业链各方公开，建立起正向的信誉生态，并且提高了各项的交易效率、降低了交易成本;Wine Chain中国是全球首个基于区块链和溯源技术的红酒交易平台，其基于区块链技术+物联网+溯源技术，解决了红酒供应链的产品质量保真、追责、信任缺失等问题。

4.区块链+精确农业

精确农业是一种可持续发展的农业模式，是利用遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、数字摄影测量系统（DPS）和专家系统（ES）构成的5S等技术，获取和监测以平方米计量区域的作物生长环境、长势状况，精细准确地调整各项农业管理措施，在每一环节上最大限度地优化各项农业投入、获取最大经济和环境效益^[25]。这些数据上传区块链平台后能够永久保存，防止数据丢失和被篡改，促进数据在链内不同节点之间的分享和传播;利用智能合约机制还能促进数据的交互合成，为大数据和云计算提供方便。区块链的应用还可以使农民和零售商只需使用智能手机扫描产品上的二维码，就可以追溯购入的化肥农药、喷雾、灌溉、土壤光照气温测量器具等信息的来源和特性。这样不仅可以确认生产资料的质量真实可靠，还有利于推进水肥一体化、自动化作业，减少生产过程中的资源浪费和环境污染。澳大利亚农业供应链追踪企业Block Grain，利用区块链和物联网技术详细记录土壤、天气、耕作方法、种子类型等信息。物联网初创企业Filament公司通过独立的网络连接传感器，监测农场的土壤条件，播报防篡改的气象数据、短信提醒、机械协议、GPS定位等信息。

5.区块链+农业金融

以比特币和金融科技（Fin Tech）为代表，金融业是区块链最先落地、最成功活跃的领域^[23]。但是，农业金融一直是中国金融体系中的薄弱环节，农业金融主要依赖农商行、农信社的网点，往往难以深入到乡镇以下的广大农村。农企和农户一般贷款额度小、经营分散、抵押资产少、缺乏具有公信力的经营和信用状况记录，难以获得正规渠道的信贷支持。区块链借助分布式记账和共识机制保证农企和农户信息的真实性和不可篡改性，摆脱申请贷款时对银行、征信机构等中介机构的依赖，利用智能合约实现不同节点之间基于链上公信机制的直接、自动放贷，以较低的成本解决农业融资难问题。区块链技术还大幅减少了交易中的人工干预，提高农产品贸易特别是跨国支付的效率。中国农業银行利用区块链技术推出“农银e管家”电商金融服务平台，将生产企业、分销商、县域批发商、农家店、农户的历史交易数据，以及每天产生的新数据都写于链上。随着区块链网络不断扩大和用户持续增多，逐步积累形成可信度高、不可篡改的交易记录数据库。

6.区块链+农业保险

农业生产周期较长、供应过程对时效要求较高，容易受到各种病虫、气象等灾害影响而造成很大的经济损失。为保护农企和农户利益，必须大力发展农业保险服务。但是，农业保险面临确保灾损数据真实、可追溯、难以篡改等方面的挑战，影响到定损、理赔的客观公正性^[15]。将区块链技术应用于农业保险，可以确保投保节点用户数据真实可靠，可极大地简化业务办理流程、降低保险公司评估成本和承保风险，防止农户因灾反贫。智能合约会在检测到农业灾害发生后自动启动定损和赔付流程，极大地提高了赔付办理的效率、激发农企和农户的参保热情。作为区块链技术助力农业保险的案例，国元农业保险为“步步鸡”项目提供了农业保险，只要通过区块链上的数据，即可实时传递信息，降低了保险和信贷的风控风险及评估成本。知安华农业保险推出了商业性区块链肉鸭养殖险，并且于2018年9月同山东济宁邹城市香城镇房桃村养殖大户签下了第一份保单^[26]。

7.区块链+农地流转

推动农村土地承包经营权的有序流转，是随着中国城市化进程不断加快、解决农村土地闲置、推动农业实现“第二次飞跃”的必然选择。农村土地承包经营权登记和流转往往程序繁琐，信息记录保存需要大量人力、物力和财力投入。囿于法律意识和成本等方面的限制，存在很多流转手续不规范、监管困难、信息不对称等问题，进而容易引发纠纷和欺诈。区块链凭借分布式结构、数据公开透明和防篡改等特点，能够以很低的成本公开、高效、详细地为土地的确权和流转进行电子存证。区块链的智能合约和共识互信机制还有利于扩大农地的流转范围、简化流转程序、保障双方的合法权利。此外，区块链以其分布式结构、防篡改、可追溯、保密、开放、智能和互信等优良性能，可以被广泛应用于多个涉农领域。例如，将农户的投入产出、种植养殖结构、农机具购置信息等保存到链上后，就能随时跟踪核实其农业生产经营情况、实现智能化发放农业补贴、管理农机设备和农资、推广农业技术、控制农业污染，甚至还能够分析农户家庭收入，自动启动精准扶贫程序。依托区块链在保障信息安全、公开和难以篡改等方面的特性，区块链技术在农业领域的应用空间还会进一步拓展。

五、中国农业推广区块链的机遇与挑战

（一）中国发展农业区块链的合理性与优势

1.中国拥有发展区块链的良好基础

中国已经将发展区块链技术上升到国家战略层面。2016年12月，国务院颁布《“十三五”国家信息化规划》，首次提及区块链技术并将其列为重点前沿技术，要求加强基础研发和前沿布局、以抢占新一代信息技术主导权。此后，商务部和财政部发布《关于开展供应链体系建设工作的通知》（2017年8月）、国家网信办发布《区块链信息服务管理规定》（2019年2月）等多个政策文件都对发展区块链作出详细部署。对区块链产业发展的政策体系也在逐渐完善，各地从产业高度定位，积极出台发展扶持政策^[3]。

区块链发展正渐趋理性和规范，各级政府也在收紧数字货币发行和融资监管。在工信部指导下，中国电子技术标准化研究院于2016年发布《区块链参考架构》和《区块链数据格式规范》，2017年开始制定《信息技术区块链和分布式账本技术参考架构》。2017年9月，央行等7部门联合发布《关于防范代币发行融资风险的公告》，停止各类代币发行融资活动。2018年8月，银保监会等5部门发布《关于防范以“虚拟货币”“区块链”名义进行非法集资的风险提示》。同时，中国也在加快区块链技术标准化步伐。

中国国内区块链产业链条已经初步形成，包括硬件制造、平台建设、安全保障，以及行业投融资、媒体、人才等保障产业发展的服务。出现了一大批初具规模的公司，业务范围从支付、保险、证券等金融领域延伸到了物联网、工业、农业等实体经济，以及电子商务、游戏、社交等新兴领域^[4]。

2.农业为区块链提供了广阔发展空间

中国正在进入智能农业（即农业4.0）时代，在国内农业发展环境出现深刻的变化和世界农业发展大势的背景下，一系列农业发展战略的提出，为中国农业更好地接纳区块链技术提供了政策基础和平台。《“十三五”国家信息化规划》专门对推进农业信息化进行部署，提出实施“互联网+现代农业”行动计划，强调推动信息技术与农业生产、经营、市场流通、资源环境融合。2018年，中央一号文件提出大力发展数字农业，实施智慧农业林业水利工程和食品安全战略，推进物联网试验示范和遥感技术应用，加强农业投入品和农产品质量安全追溯体系建设，健全农产品质量和食品安全监管体制。2019年，中央一号文件突出强调深入推进“互联网+农业”，扩大农业物联网示范应用，推进重要农产品全产业链大数据建设。2020年初，农业农村部和中央网信办（2020）发布《数字农业农村发展规划（2019—2025年）》，部署加快推进农业区块链大规模组网、链上链下数据协同等核心技术突破，加强农业区块链标准化研究，推动区块链技术在农业资源监测、质量安全溯源、农村金融保险、透明供应链等方面的创新应用。

在一系列利好政策作用下，人工智能和物联网技术与农业的结合日渐紧密，为区块链在农业中的应用创造了条件。作为一个密切关联的整体，物联网、人工智能和区块链技术分别主要解决数据信息的采集和输入，处理和输出，存储、安全和智能控制。从现实来看，现代物流、信息技术已经延伸到了农村，共享经济和移动支付逐渐融入农民日常生活，农村劳动力受教育年限、返乡创业大学生和现代化农业经营体的比例逐渐提高，为农业对接区块链提供了群众基础、人才及知识储备。

3.成功范例的辐射带动效应明显

在国家利好政策支持下，会有更多企业和社会组织凭借自身资金、技术等方面的优势，从事农业区块链技术的开发和应用。从而出现如前文所述的众多经济效益突出、引发农业生产经营方式变革的成功案例。区块链公开、可扩展和分布式共享数据的特性，与农民传统的从众心理作用下的行为方式和现代化网络媒体的结合，必然促进区块链技术在农業领域的传播应用。

（二）中国发展农业区块链的难点

1.区块链与农业存在兼容难点

有效的区块链必须包含足够多节点、高质量数据、高性能计算设备，成本支出和技术壁垒是阻碍其在农业领域普及的主要因素^[26]。中国虽然农户数量众多，但真正能够具备采集数据并打包压缩成哈希值、进行挖矿竞争记账权等操作、形成有效节点的数量极少。中国农业普遍存在生产周期长、空间布局分散、物联网和信息化率低等特点，难以采集包括农业生产全过程的高质量数据并直接用于区块链。分散的小规模家庭经营难以负担高昂的技术设备支出，对使用现代化经营方式和掌握区块链技术的高级专门人才吸引力不足，高性能网络和计算设备对于绝大多数农业经营主体而言依然遥不可及。区块链技术与农业存在兼容难点，使得目前农业区块链真正成功的案例依然较少，前述的成功事例多数是大型企业强力支持的结果。

2.区块链技术尚未完全成熟

当前区块链技术的发展仍然处于初级阶段，诸多技术和监管上的不足和缺位制约了区块链在农业中的推广应用。首先，在一个区块链系统内难以同时实现分布式数据共享、可扩展和安全性的“三角制约”结构，这是区块链进入实际产业应用的最大瓶颈。虽然已经提出了多种方案，目前尚无完全解决此问题的方法。其次，区块链尚存在共识机制和智能合约逻辑漏洞、密码算法和P2P网络机制安全性，以及私钥管理不善、遭遇病毒木马、账户被窃取等问题^[4]。特别是发生的几起大额加密货币被盗事件，使人们对区块链技术安全性的观望和怀疑态度上升。2018年5月，比特币黄金（BTG）遭遇了51%双花冲击，造成损失1 860万美元;2019年7月，日本BPJ交易所遭到黑客攻击，价值3 200万美元的加密货币被盗。再次，当下主流的共识机制都存在缺陷。工作量证明（PoW）的电力和计算机内存能耗大、处理效率比较低，容易被少数算力较强的“大矿池”控制，从而背离区块链分布式数据共享的初衷;权益证明（PoS）机制下持有代币即可获得利息，导致持币方交易偏好降低、缺乏流动性，也容易吸引黑客攻击持币较多的节点。最后，智能合约条件判断和交易执行的主体是计算机，缺乏实体抵押资产，要达到在不同法律制度和社会习俗的全球范围适用的目标，一定时期内会存在法律和公众认知意义上的合约性能不足等问题。智能合约屏蔽人为干预的特性也会造成系统受到攻击或发生逻辑错误时难以及时打上补丁实现线上修复，而只能选择系统分叉从而加重了链条的负荷。当前，智能合约的应用主要局限在数据防篡改和逻辑存真等方面，难以大量解决产业经济发展中出现的实际问题。

3.人才培养和技术推广处于起步阶段

区块链并非全新的技术，而是综合利用P2P网络、数字加密、分布式共识和智能合约等多项技术的网络和数据平台，其在农业领域的运作和推广更需要农业经济、信息管理和农业技术等多学科的支撑。也正因为如此，培养区块链专业人才是一个学科交叉、跨学院合作的过程，对师资和教材都有较高的要求。目前，中国还没有高校设置基于区块链技术的农业经济专业，少量研究生论文也大都停留于对基础技术或整体发展趋势的探讨，缺乏对农业区块链应用的专门深入研究。区块链技术经济学方面有影响的著作多是翻译自欧美发达国家，对中国经济社会现实特别是农业经济的针对性差。国内图书市场上与区块链相关的社科类专著大都只是讲解区块链概念及应用场景的通俗读物。融合区块链经济和技术、适合作为大学课堂或用于实地推广培训的教材基本是空白。在这种情况下，组建活跃在农业生产一线、培训和推广区块链技术的专业人员队伍难度很大。

六、基于农业区块链视角的数字减贫方案

全面建成小康社会后，要继续坚持数字减贫的理念，借助区块链技术的优良特性，着眼于推动农业可持续发展以巩固扶贫成果。区块链是综合多种技术、具有分布式共享、防篡改、可追溯、保密、开放的系统和平台，中国已经将区块链的发展上升到国家战略层面。推动向农业4.0的智能阶段升级，区块链在农业和减贫領域具有巨大推广价值。区块链技术已经开始应用于精准扶贫，在农业领域的应用包括追溯农产品从田间到餐桌的整个过程，保障食品安全、构建点对点（P2P）平台促进农产品公平公开交易、精确农业数据的永久保存和传播分享、发展农业金融和保险、农地确权和流转，以及发放农业补贴、管理农机设备和农资、推广农业技术、控制农业污染等。中国区块链发展基础良好、农业经济持续稳定增长，大量成功案例发挥了示范带动作用。但是，中国农业区块链发展仍面临诸多困难：区块链与农业的难以兼容性、区块链技术本身尚未成熟、人才培养和技术推广刚起步，特别是农业部门对区块链的认识基本停留在概念层次，远未具备大范围普及推广条件。

推动区块链在数字减贫和农业领域的应用，必须充分利用现有机遇、积极应对面临的挑战。首先，要在市场准入、税收、补贴等方面继续鼓励核心技术研发，争取早日为“三角制约”、共识机制和智能合约底层缺陷等难题提出解决方案，提高链上运行速度、推动农业区块链大规模组网和链上链下数据协同，保持和提升中国在区块链领域的领先地位，加速区块链在农业等产业部门的落地应用。其次，组织和鼓励专家编写区块链经济与技术教材，在高校特别是在涉农院校和农业推广类专业中开设课程。选择部分基础较好的普通高校和职业技术院校探索设立相关专业，成立区块链经济技术系或学院。再次，在各级各类科研基金课题评审过程中，优先资助区块链技术与农业对接的课题，结项考核时也要打破传统体制束缚，鼓励产学研的深入融合，重在考察项目对农业经济的实际带动作用。最后，在产业政策和税收减免、经济技术开发区免租等政策设计上，对开展区块链技术支农项目的企业给予进一步的倾斜，探索设立专门基金予以奖励。对在区块链技术研发和教育等方面贡献突出的个人，在人才资格认定、职称评定和业绩评优等方面给予优先考虑。

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Blockchain Boosts Digital Poverty Alleviation and Agricultural Modernization： Framework and Application

LI Dong-po¹，LUO Jun-wen²

（1.School of Economics and Trade， Hunan University of Technology and Business， Changsha  410205， China;2.Development Institute， Yunnan University， Kunming  650091， China）

Abstract：The digital economy is the future direction of global development，and the digital technology wil provide a boost to China in consolidating the achievements of precise poverty alleviation and modernizing agriculture and rural areas. Characterized with tamper-proof，traceability，confidentiality，and openness，blockchain is leading the new round of global technological and industrial changes to provide new opportunities and new ideas for digital poverty reduction and agricultural development.Among the key regions for poverty alleviation，one of the greatest commonalities is the weakness of agriculture and the weak agricultural foundation.In these regions，poverty alleviation and agricultural development are highly compatible，and the blockchain has broad application value in the field of poverty alleviation and agriculture.The applications of blockchain in agriculture include food safety，trading，precision data process，finance and insurance，farmland transfer and many other aspects.China has a good blockchain R&D foundation，a continuously and steadily growing agricultural economy，and the demonstration of successful cases，which provides a rare development environment for the construction of agricultural blockchain.At the same time，China is also facing problems such as difficulties in compatibility between blockchain technology and agriculture，technology not yet fully mature，and lagging talent training.Therefore，it is necessary to continue to encourage the research and development of core technologies and accelerate the cultivation of professional talents by using the construction of teaching materials，curricula and professions as a breakthrough. In addition，the research system and industrial policies should be innovated to encourage the in-depth integration of blockchain technology with the construction of agricultural modernisation in terms of tax relief，talent selection，title recognition and performance evaluation.

Key words：digital poverty reduction; digital economy; blockchain; agricultural modernization

（責任编辑：邓菁）