区块链技术在农产品流通中应用模式探究

江 雪

一、引言

区块链技术是基于时间戳、Merkle树形结构、不对称密码学、共识机制和智能合约等技术的一种去中心化的分布式账本数据库，其核心原理是一种无须第三方参与就能实现多方协作、集体维护的安全加密分布式账本。2019年10月24日中共中央政治局集体学习时，就区块链技术发展现状和趋势进行讨论，强调要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展，将区块链技术上升到国家战略高度，由此，区块链技术应用和产业生态发展进入新阶段。

农产品流通是农产品从生产到消费的价值实现过程，它对农业再生产、调节产销矛盾、维持农业和国民经济其他部门的产品供需关系等方面，具有重要意义。区块链技术具有去中心化、信息不可篡改、可追溯性、匿名性与开放性等特点，可以解决农产品流通中存在的信息追溯难、运营成本高、交易不透明等问题。随着区块链技术向农业领域的不断渗透，其对于推动农业全面改造升级，提高农业信息化水平，转变农业发展方式将发挥重要作用。

二、区块链研究现状及在农业领域的应用

（一）区块链研究现状

区块链技术起初由中本聪在2008年的一篇名为《比特币：一种点对点的电子现金系统》的文章中提出，基于区块链技术的货币体系——比特币正式落地。比特币的推行使得区块链去中心化、不可篡改等特点逐渐被接受。2013年，俄罗斯人Vitalik Buterin发布了以太坊白皮书，标志着区块链2.0时代的到来。以太坊是一个公共区块链平台，其创新是引入智能合约，将条款、规则等转换成程序代码，利用程序算法替代人执行合同，无须第三方介入，从而使得区块链从最初的金融支付领域向跨境支付、证券交易等其他金融领域拓展。随着区块链技术进一步发展，区块链的应用价值也被逐渐挖掘出来，区块链不再局限于金融领域，而是扩大到了社会其他领域，如供应链、物联网、电子政务、医疗和教育等各个领域，区块链进入了3.0时代。如今区块链已经初步形成比较完善的产业分工和生态，截至2020年8月底，全国区块链相关企业达到4.7万余家，主要分布在金融、供应链及溯源等领域，2020年底中国公开的区块链专利数量突破10 000项。据赛迪区块链研究所统计，2020年1-6月的区块链案例数共计164项，并呈现出向多领域拓展的态势，区块链进入了高速发展阶段。

（二）区块链在农产品流通领域的应用

相比区块链在金融领域的深度应用，区块链在农业领域的应用尚处于初级阶段。目前，国内外农业领域的应用项目主要集中在农产品供应链、农产品溯源、农业金融和农产品交易等方面。其中中南建设与北大荒携手共推的全球首个“区块链大农场”，利用区块链技术建立了“交易平台+生产基地+农户”管理模式的封闭自治农业组织，解决了传统农产品供应链在产品流转过程中出现的假冒伪劣问题；链节时代建立链溯源管理系统，整合了与农产品流通相关的种植、生产加工、包装、物流、销售过程中的各类关键数据，且均匀地存储于链节区块链平台上；中国农业银行推出国内首个基于区块链的电商供应链融资系统，为“三农”客户提供线上供应链融资服务。区块链技术在农产品流通领域的市场很大，应用很广，但是前期需要投入大量的技术和资本。而我国的农业基础薄弱、信息化水平低、资金分散，现阶段广泛应用推广会有一定困难，况且相关的研究和应用场景也十分匮乏。2020年中央一号文件指出，依托现有资源建设农业农村大数据中心，加快物联网、大数据、区块链、人工智能、第五代移动通信网络、智慧气象等现代信息技术在农业领域的应用，足以说明国家对区块链赋能农村和农业的重视程度，在未来，区块链应用项目必然会逐渐增多。

三、区块链与农产品流通的耦合性分析

（一）传统农产品流通

传统的农产品流通环节包括生产、批发、包装、加工、运输、仓储和零售。首先，由农户进行农产品的种植和养殖；然后经过农产品批发商的筛选，选出符合品质要求的初级农产品；接着由包装商将初级农产品批量包装送到加工商处进行二次加工；加工完毕，由运输商将农产品运到仓库进行储存；经过零售商下单后，再由配送中心组织将农产品配送给零售商；最终由终端消费者进行购买并且支付价款，如图1所示。

图1 农产品流通环节

农产品的流通链条冗长，流通环节多，其中涉及供应商、批发商、零售商、终端消费者等多个主体，在农产品流通中涉及到生产信息、需求信息、流通信息和价格信息等各种信息。由于各个环节的信息没有公开，信息需求者不能及时掌握，造成了信息不对称。

由于我国目前很多地区还是以农户自产自销为主，农产品规模化、组织化程度低，造成流通渠道进一步拉长，农产品的生产、供应和销售主体缺乏有效的沟通渠道，农产品生产、交易、物流等环节的效率低下，运营成本高。

农户对农产品安全质量意识淡薄，农产品质量信息存在大面积“壁垒”，难以追溯和共享，如果有不法商人为牟取私利篡改信息，将对农产品质量安全形成很大危胁。

（二）区块链技术与农产品流通的耦合性分析

区块链技术作为比特币的底层技术，其本质是一种去中心化的分布式账本数据库，所有的参与者将信息以区块的形式储存在链上，所有的数据由全部参与者共同记录和维护，具有去中心化、信息透明、数据不可篡改等特点，将区块链技术应用到农产品流通领域，能够缓解农产品流通过程中的众多痛点，最大化保障农产品流通的安全与效率。

1.共识机制保障交易公开透明。共识机制是保证区块链系统运行的核心技术，包括工作量证明机制（Pow）、权益证明机制（Pos）和拜占庭容错机制（PFT）。在P2P网络中，相互节点通过一个预设机制，使得所有节点最终实现数据的一致性，由不同地理位置或站点组成的网络，共同治理和分享数据资源，记录多方交易的往来记录。参与农产品流通环节的众多参与者组成一个联盟链，在共识机制的作用下，各节点遵守底层协议框架的内容，将生产、批发、包装、加工、运输、仓储和零售的每一个环节数据存储于区块链上，有助于打破交易双方存在的信息不对称问题，实现信息的公开和共享。在去中心化的网络中，各种信息和交易不需要中介机构的认证和处理，能够改变传统农产品流通环节的效率低下问题，大大降低流通运营成本。

2.加密算法和数字签名保障数据安全可信。区块链技术采用的是非对称加密算法，也就是存在着公钥和私钥两种秘钥，公钥是对外公开的，任意节点都可以获得，私钥由用户自己保存。在信息加密过程中，发送者利用公钥对数据进行加密，接收方只有用对应的私钥才能解密，同时，为了验证发送者的身份，发送方可以利用哈希算法给私钥加密，生成一个签名，接收方使用公钥对数字签名进行验证，建立起节点之间的信任。在农产品的交易环节，信用记录和协议缺乏透明度是面临的最大问题，买家和卖家因为信任缺失，导致付款变得具有挑战性，破坏了交易的正常秩序。加密算法和数字签名可以保证交易双方身份信息得到验证，保障交易数据可以高效地进入目标账户，解决了支付环节的可信问题，有了区块链，农产品交易过程就能更加透明和公平，为消费者提供更强的信任感支撑，同时还实现了各个环节的隐私保护。

3.时间戳保障信息可追溯。在区块链上，每个区块都由区块头和区块体构成，并标记上时间戳。区块头记录上一个区块的哈希值，包括上一个交易的交易信息和时间戳。时间戳是按时间序列排序的数据结构，赋予时间序列的不可逆性，使得农产品流通过程中常见的篡改、涂抹、虚构交易等造假行为变得困难。农产品生产、包装、加工、运输等各个环节的信息被记录下来，并且盖上时间戳，可以直观反映农产品流通中的时间、参与主体、金额及性质，能够实现农产品流通的全程可溯源，保障农产品的质量安全。

4.智能合约可以实现供应商的选择与自主交易。智能合约是区块链的一组编码规则，一旦满足代码的要求就会自动执行。在区块链中，参与者在满足执行条件的情况下，对收到的信息可以进行自动回应，同时进行智能资产的转移和储存，没有第三方干预。在农产品流通环节，将农产品供应商的选择条件以协议的形式部署在区块链上，一旦有供应商满足了条件，系统就能发起交易，并进行自动支付，完成清算和交割，从而解决了多次申请、多人审批的问题，达到提高合同签订效率、降低运营成本的目的。

四、基于区块链技术的农产品流通应用模型构建

区块链的基础架构大致可划分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层六大层次（见图2所示），各个层次封装了不同的数据结构、验证机制、共识算法、智能合约和编程接口。结合农产品流通环节，利用区块链技术的核心特点，搭建了基于区块链技术的农产品流通应用模型，实现了多方主体共同参与，集信息共享、智能交易、全程溯源、监督管理为一体的联盟区块链系统。

图2 基于区块链技术的农产品流通应用模型基础架构

（一）数据层

数据层是区块链的底层架构，封装区块链的数据区块和链式结构，以及非对称加密算法、时间戳等技术，是所有区块链数据的集合地。在农产品流通领域中，各个环节的数据可以分为以下几类：农产品生产和加工数据，包括生产加工的环境数据、产量数据、质检报告、原产地证书等；参与主体数据，包括农户、批发商、加工商、运输商、仓储商的基本信息、组织机构代码、信用评级等；农产品交易数据，包括产品规格、交易数量、交易价格、交易时间等；物流数据，包括运输商品信息、运输车辆及司机信息、运输时间数据等；出入库数据，包括出入库商品、出入库时间和仓库信息等；财务数据，包括资金支付方式、支付日期、支付金额等。在区块链系统中，为每件农产品赋予专属的溯源码，自动收集各个环节的数据，并实时上传到区块链上，保证农产品从种植养殖到最终消费所产生的数据都被真实记录，实现农产品的全程溯源。

（二）接入层

接入层封装区块链的网络连接和信息传播机制，使得系统各个节点之间可以实现不经过中心服务器的信息交互，它是保证区块链系统信息透明的基础。农户、加工商、农产品经销商、运输商、仓储商、终端消费者和监管部门，可以通过P2P网络组成一个联盟链，将具有数字签名的信息区块传到链上，通过公钥和私钥进行验证，实现信息的共享。联盟链对农产品的交易信息进行实时广播，提高公众的知晓度。

（三）共识层

共识层封装了各个网络节点的共识算法，能够让各个节点在一个去中心化的环境中对区块数据达成共识，实现合作。共识层决定了在农产品流通环节哪个节点可以将新的区块添加到主链中。在共识机制的作用下，农户和加工商将种养业和加工数据打包上传到农产品溯源平台，保障农产品质量安全追溯；农产品经销商将采购清单发布到农产品交易平台上，进行农产品交易匹配；物流商将农产品运输数据上传到农产品配送平台上，一旦货物丢失，可以快速追责；金融机构将支付数据上传到资金支付平台上，为农产品的流通主体征信提供保障。在基于区块链技术的农产品流通应用模型中，共识层将保障流通过程中信息的安全性和可靠性，从而提高交易处理的质量。

（四）激励层

激励层封装区块链技术的发行机制和分配机制，是为提高区块链中各节点的积极性而提供的一种激励措施。只要联盟链中各个参与者积极参与区块链的安全验证，就有机会获取相应的奖励，如果某个节点存在违规操作，同样会受到相应处罚。这样可以督促各个参与主体遵守交易规则，保障整个系统正常有效运转。

（五）合约层

合约层封装了智能合约、脚本代码和算法机制，是农产品交易平台判断执行的标准，用户可以结合农产品交易规则，在供应商选择阶段，将供应商的评价指标和选择条件编写成脚本代码，通过编程语言生成智能合约，从而选出最合适的供应商。在农产品交易阶段，将农产品质量标准和农产品合约条款写入智能合约，当农产品满足交易条件时，能够自动签订交易合同，完成农产品交割；在资金支付阶段，把交易资金支付条件和支付方式写入智能合约，当付款申请满足条件时，系统就能自动完成支付任务，免去了第三方繁琐的手工审批流程。

（六）应用层

应用层为区块链各参与主体提供实际的应用场景，在农产品流通模型中，由农产品流通主体信用平台、农产品交易平台、资金支付平台和农产品溯源平台构成。农产品流通主体信用平台负责农产品流通联盟链参与方的申请和交易双方信用评价；农产品交易平台包括供应商的选择、交易产品的选择和农产品交易合约的签订等；资金支付平台包括交易双方资金的管控和交易资金的支付；农产品溯源平台存储涉及农产品流通各个环节的数据和信息，供各参与主体进行查询和监管。五大平台之间可以通过数据接口实现信息的传递和共享，形成多方参与共同管理和维护的区块链联盟链系统（见图3所示）。

图3 基于区块链技术的农产品流通联盟区块链系统

五、结语

区块链的本质是一种无须第三方参与就能实现多方协作、集体维护的安全加密分布式账本。区块链的技术特征与农产品流通环节存在多重耦合性，能够缓解农产品流通过程中的众多痛点，最大化保障农产品流通的安全与效率。文章以区块链技术为理论基础，结合农产品的流通环节，构建了基于区块链技术的农产品流通应用模型，从数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层分别分析了农产品流通的系统应用。在信息化与农业发展深度融合的背景下，将区块链技术应用到农产品流通领域，能够实现农产品流通的全程可溯源，保障农产品质量安全，提高流通效率，降低运营成本，创造更大的经济和社会价值。

基金项目：2020年度河南省重点研发与推广专项（软科学研究）一般项目“乡村振兴战略下河南省农村人居环境治理多元主体协同机制及实现路径研究”（202400410098）；2021年度许昌学院科研项目：“区块链技术在农产品流通中的应用模式研究”（2021YB035）；2022年度河南省高校人文社会科学研究一般项目 “基于区块链技术的河南省农产品流通创新模式及实现路径研究”（2022-ZZJH-089）阶段性成果。