区块链背景下的农产品溯源体系演化博弈研究

王爱荣，郭晓林，李润基

（成都信息工程大学物流学院，四川 成都 610225）

农产品的质量安全关乎百姓的菜篮子，是关乎民生大计的重要事情。近年来，由于对生厂商、加工商等供应链节点的把握管控力度不到位，农产品供应链从生产、加工、运输配送、储存直到销售到顾客手中的每一个环节都存在食品质量问题的隐患。生产环节，农户可能降低生产成本，以次充好；加工环节，农产品可能因为加工技术以及加工环境从而影响农产品的品质；流通环节，不正确的储存会影响农产品的质量；消费环节，消费者没有足够的能力辨别质量的好坏，可能因信息不对称买到假冒伪劣农产品。当农产品从供应链的生产环节到销售环节发生质量问题，很难确定供应链具体哪个环节出现了问题，使得农产品的信任风险增加。在农产品供应链中实施可追溯体系，可以从原材料到产成品的全过程中形成与农产品安全属性相关的连续、可靠的信息流，确保农产品具有可追溯信息，从而实现对农产品的全过程监管。区块链技术具有不可篡改性、独特的哈希算法加密技术和较高的安全性，可以为农产品物流溯源体系提供保障。区块链技术可以保证整个农产品供应链信息的透明和真实，当农产品发现质量问题时，可以迅速确定责任主体以及召回控制，有效预防应对突发的各类食品安全危害事件，杜绝大中小规模各类食品安全危害事故的发生，切实保护消费者权益，同时也为政府监管提供了决策依据。

目前已有众多学者对区块链下农产品可追溯研究进行了探讨。主要集中在以下几个方面：首先是溯源方案的研究。Bettin-Diaz 等[1]提出一种新的将区块链技术集成到食品工业供应链中，以实现整个过程的可追溯性的方案，最终客户根据提供的溯源信息，从而做出明智的购买决策。Wu 等[2]总结并讨论了将区块链技术引入供应链数据管理系统的关键技术挑战，并探讨了一个基于区块链的食品可追溯系统的案例研究。其次是基于区块链的食品供应链溯源模型设计。Malik 等[3]提出了一个包括政府和监管机构在内的关键食品供应链实体的区块链框架以追溯食品来源。朱建明等[4]则主要提出了区块链下的B2B+B2C 的供应链的交易结构简图及动态多中心协同认证模型。最后是基于区块链的食品供应链溯源系统设计。Suzuki 等[5]通过实验检验了可追溯食品供应链的可行性，构建了一个基于区块链的食品供应链管理系统，通过该系统，区块链技术可以在没有第三方代理的情况下实现高度可靠的数据管理。Wang 等[6]提出了一个基于区块链技术的产品可追溯系统，通过记录产品转移历史的分布式分类账形成了一个具有追溯信息的链条外，还设计了一个为保证交易有效性而验证身份的响应机制。最后，系统安全性分析和实验结果证明了解决方案是可行的。Chan 等[7]则主要介绍了一个使用区块链技术的可追溯和透明的马来西亚食品部门供应链管理系统。但关于区块链下的食品信息透明度的博弈研究较少。徐健等[8]研究了基于区块链的食品信息透明度的博弈分析，探讨食品企业与消费者在食品质量安全中的策略选择问题。但还未有学者研究区块链下政府与农产品企业在农产品溯源体系的博弈分析。本文则基于区块链技术，考虑政府的奖惩行为以及农产品企业的行为，以此构建农产品企业和政府的博弈模型，研究双方在农产品溯源体系中的策略选择，并分析消费者的支付意愿以及政府的监管行为对双方策略选择的影响。

1 基本假设与模型建立

基于演化博弈理论，随机从农产品企业和政府2 个有限理性的群体中选取1 个成员进行博弈，通过不断学习与进化，最终达到演化均衡。农产品企业在生产、运输、加工、销售等供应链环节中选择的策略是“选择区块链技术提供溯源信息，不提供溯源信息”，简记为“提供，不提供”；而政府的行为策略为“积极监管，消极监管”。

区块链技术可以为农产品企业、政府以及消费者提供溯源服务以及更详细、透明的溯源信息，保证了从农场到消费者的农产品质量，当农产品发现质量问题时，可以尽快召回，尽可能地减少对消费者的影响。而政府的监管行为则可以进一步地保证农产品的质量，提高农产品企业选择区块链技术提供溯源信息的比例，增加消费者对于农产品企业的信任。据此建立农产品企业与政府的博弈模型，分析二者的均衡问题，假设如下：

假设1：农产品企业不提供溯源信息的基本收益R1，选择区块链技术的额外成本为C1，因此增加的收益为βR1，β 的大小取决于消费者对于溯源农产品的支付意愿。

假设2：研究发现，消费者对政府监管的信任程度会正向影响消费者对可溯源食品的支付意愿。即当农产品企业选择区块链技术，而政府积极监管时，消费者会更青睐于选择溯源农产品，即农产品企业将会获得额外收益为T。

假设3：政府选择积极监管时，若农产品企业选择区块链技术提供溯源信息，政府会相对应的对农产品企业进行补贴E，同时政府获得社会的认可和消费者的赞誉等收益为R2，监管成本为C2；若农产品企业未提供溯源信息，政府则会征收税费Z，作为不积极配合的惩罚。

假设4：农产品企业选择区块链技术提供溯源信息的比例为x（x∈[0,1]），不提供溯源信息的比例为1-x；政府选择积极监管的比例为y（y∈[0,1]），消极监管的比例为1-y，则相对应的收益矩阵如表1所示。

表1 农产品企业与政府的收益矩阵

2 演化博弈分析

2.1 演化过程的均衡点分析

2.2 演化博弈分析

在二维动态系统中，如果一个局部平衡点满足dej（J）＞0，tr（J）＜0，那么这个点就是局部渐进平衡点，称为演化博弈的稳定策略，即ESS。下面根据雅克比矩阵进行系统的稳定分析，如表2所示。

表2 局部稳定性分析

根据分析结果可以看出（0,0）、（1,1）为ESS 点，（1,0）、（0,1）是不稳定点，（x*,y*）是鞍点，此时的演化稳定策略为农产品企业选择区块链技术提供溯源信息的同时政府积极监管，又或者农产品企业选择不提供溯源信息，而政府消极监管。但是系统演化到哪一种状态与其原始状态和支付矩阵相关。由（0，1）、（x*，y*）和（1，0）的连接线构成了2 个状态的临界线，系统相应的演化相位如图1 所示。

图1 演化相位图

由图1 可知，政府和农产品企业的策略位于A区域时，二者的博弈容易演化为帕累托最优解（1,1），即农产品企业选择区块链技术提供溯源信息，政府积极监管；当农产品企业和政府的策略位于B 区域时，二者博弈则会演化为帕累托最劣均衡解（0，0），即农产品企业不提供溯源信息，政府选择消极监管。可以看出，应使系统尽可能地收敛于帕累托最优解（1,1），而区域A 和B 的面积大小则决定了系统最终会收敛于哪个状态，分别SA和SB表示2 个区域的面积，则双方选择“提供，积极监管”的概率大于“不提供，消极监管”的概率；当时SA＜SB，双方选择“提供，积极监管”的概率小于“不提供，消极监管”的概率；若SA=SB时，双方选择“提供，积极监管”的概率等于“不提供，消极监管”的概率。SA与SB的面积大小则取决于鞍点D（x*,y*）的位置，其与以下几个因素有关：农产品企业选择区块链的额外成本C1、消费者的支付意愿β 以及政府对农产品企业的补贴E 与税费Z。

第一，农产品企业选择区块链的额外成本C1。y*是C1的单调增函数，当其他因素不变时，随着使用区块链技术成本越低，SA的面积就越大，此时该系统收敛于（1，1）的概率不断增大，双方选择“提供，积极监管”策略的概率增大，即企业越有动力去选择区块链技术提供溯源信息，政府也越有动力积极监管。

第二，消费者的支付意愿β。y*是β 单调减函数，随着消费者的支付意愿越高，则SA的面积就越大，此时该系统收敛于（1，1）的概率不断增大，双方选择“提供，积极监管”策略的概率增大。

第三，政府对农产品企业征收的税费Z。x*与y*是Z 的单调减函数，由此可见，其他因素不变时，随着政府加大税收力度，SA的面积也就越大，此时该系统收敛于（1，1）的概率不断增大，双方选择“提供，积极监管”策略的概率增大。

第四，政府对农产品企业的补贴E。E 对SB的影响是非单调的。因此将SB求关于E 的二阶导数，得到二阶导数恒大于0，即当其他条件不变，随着E 的变化，SB将取得极小值，此时系统收敛于（1，1）的概率最大。

3 结论与建议

基于演化博弈理论研究了农产品供应链企业和政府之间的演化博弈问题，通过分析，可以得出二者博弈的稳定策略为选择“提供，积极监管”和“不提供，消极监管”，而最终的演化结果取决于农产品企业选择区块链技术的成本、消费者的支付意愿以及政府的行为。研究结果表明：一是农产品企业和政府的策略选择与双方的成本密切相关，当政府的监督成本以及企业选择区块链技术的成本发生变化时，则会出现不同的演化结果。二是消费者的支付意愿会影响政府以及农产品企业的策略选择，消费者支付意愿越高，则农产品企业更愿意选择区块链技术，政府也会积极监管。三是政府的不同的惩罚和补贴力度会影响企业的策略选择，政府应根据实际情况制定合适的政策。

根据以上结论，本文对建立全面有效的区块链下农产品可追溯体系提出以下建议：一是构建严格的监督惩罚机制。当政府加大对企业的惩罚力度时，强制性税收政策可以消除不选择区块链技术的外部不经济性，提高边际成本，增加选择传统溯源技术的“惩罚成本”，从而约束企业行为，促使企业选择区块链技术来实现信息公开化、透明化。二是科学化的补贴政策。当前农产品供应链已运作得高度成熟，而选择区块链技术会增加供应链各成员的负担，影响其选择区块链的意愿。因此，政府部门需要提供有力的支持措施，对于积极使用区块链技术的农产品企业应给予鼓励，如给予技术指导和补贴等，以降低企业的生产成本；针对大规模企业，其基础设施完善，信息化水平高，相比较更容易使用区块链技术实行农产品的可追溯，政府只需要在政策上、技术上稍加引导、扶持以及指导；针对中小型企业，则需要重点帮助扶持，不仅在技术上引导，更需要提供资金支持，从而提高农产品企业的积极性。三是引导消费者充分了解区块链下农产品追溯体系的功能。为更好地解决农产品可追溯体系建立过程中面临的难题，首先需要了解市场中消费者的偏好。随着对农产品可追溯体系知识了解的增加，消费者对溯源农产品的支付意愿也同步增长，农产品企业提供溯源信息的额外收益也不断增加。此外，消费者只有充分了解和意识到区块链下食品追溯体系的功能，充分认可区块链在农产品追溯体系的作用，消费者的支付意愿才会相对应的提高，从而扩大区块链技术的市场需求，激励企业积极选择区块链技术提供可追溯信息产品。