基于区块链的蔬菜供应链追溯平台功能及应用流程设计

徐扬 何杰 张浩 尚君烛 胡锦蓉 乔博帅

摘 要：蔬菜质量安全问题已成为农产品问题研究的重中之重，为响应国家针对蔬菜质量安全提出的新要求，文章结合区块链技术的应用特点，从构建目标、架构设计、功能模块和应用流程四个方面提出了一种能够提高追溯信息可信度的蔬菜供应链追溯平台搭建方法。文章的研究成果对于区块链赋能蔬菜供应链创新发展具有重要的参考价值。

关键词：区块链；蔬菜供应链；信息溯源；平台搭建

中图分类号：F259.23   文献标识码：A 文章编号：1005-6432（2023）10-0182-03

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2023.10.182

1 引言

蔬菜供应链在数据采集时往往缺乏约束机制，并且由于上下游企业之间存在复杂的利益博弈关系，易造成信息不对称和不透明，导致溯源信息缺乏可信度［1］。区块链技术则是一种集合了去中心化、不可篡改和底层公开等特点的强大监控工具，将该技术应用到蔬菜供应链中，能够实现蔬菜产品的全程信息公开、透明，有效解决农产品生产者与消费者所面临的“信息孤岛”。

近年来，随着技术的不断成熟和应用场景的丰富，基于区块链的追溯体系建设不断推进。2017年8月，沃尔玛和IBM联手打造了中国猪肉和墨西哥芒果供应链的区块链追溯系统，将芒果从种植基地到销售超市的流通信息溯源时间从6.5天缩短到了几秒钟，大大提高了溯源效率［2］。因特尔公司在海产品供应链中引入区块链技术建立分布式账本，极大地促进了海产品的可追溯性［3］。在国内，顺丰将区块链技术应用到广州梅州柚的溯源流程管理中，每批次产品有唯一溯源码与其对应，记录梅州柚的种植、质检、流通和消费信息［4］。

文章在上述背景下开展研究，依托区块链技术打造蔬菜“智能”供应链，对蔬菜供应链实施全流程信息采集和质量追溯，为消费者构筑从源头到餐桌、从线上到线下的蔬菜产品安全链路，保障蔬菜的质量安全。

2 基于区块链的蔬菜供应链追溯平台架构和功能设计

2.1 平台整体架构设计

从质量安全溯源体系的运作规则出发，基于区块链技术构建蔬菜供应链追溯平台整体架构，由底层向上依次为感知层、传输层、数据层和应用层，如图1所示。

2.1.1 感知层

感知层位于平台最底层，通过二维码、传感器等物联网技术设备采集蔬菜从种植、包装、运输到销售全流程的关键信息，实时读取有效数据并识别存储，确保溯源信息的准确性与完整性，并将信息推送至传输层。

2.1.2 传输层

通过移动网络接口、TCP/IP等数据传输方式接收来自感知层的信息。以智能合约的形式将相关的法律法规、行业标准等内容嵌入到区块链中，便于在接收数据时自动执行上述条款，以此防止不合格蔬菜产品的供应链活动［5］。

2.1.3 数据层

有记账权的节点将接收到的数据写入区块并进行封装。区块链为每个蔬菜产品生成一个时间戳的数字签名，按照多签名复杂网络设置，实现了数据的分布式存储，使得传统中心化存储方式数据可靠性差、易泄露等问题得以巧妙地解决。

2.1.4 应用层

采用Browser/Server技术架构，通过电脑或者手机终端的网站、App或小程序等应用，为监管部门、消费者、相关企业提供查询、监控和追溯服务。用户在终端设备进行协议确认后，通过交互行为读取溯源信息，实现蔬菜供应链的可视化和透明化。

2.2 区块链应用方案设计

区块链信息系统存储供应链各节点中的关键信息，其由生产者、加工者、流通者、经营者、消费者、监管部门等多个节点共同维护。区块链在蔬菜供应链追溯平台中的技术应用主要包括信息上链、信息存储、信息查询和信息更改几个方面。

2.2.1 信息上链

节点用户将相关信息录入数据库并提交到对应节点，供应链其他节点也会同步该节点上传的公开信息。这些同步信息按照时间戳进行排列并打包成区块，同时将生成的当前区块的哈希值、上链的前一个区块的哈希值和Merkle根等存进区块。

2.2.2 信息存储

将多个交易封装到区块，以存储区块的方式来存储数据。节点调用PBFT或RAFT等共识算法对产生的区块达成共识后，调用setTransaction（）等相关方法将交易信息打包生成的区块发送到区块链上。区块上链后，区块中所有数据的id存储到数据库，便于供应链节点用户查询信息。

2.2.3 信息查询

消费者扫描所购蔬菜外包装上的二维码即可查询蔬菜在供应链全流程的关键信息，据此判断其质量和品质。除消费者以外，蔬菜全生命周期的信息对所有加入该区块链的节点用户开放，确保信息的公开透明。

2.2.4 信息更改

在设备故障或人为操作失误导致录入的信息缺失或有误的情况下，由相应的供应链节点向政府监管部门申请更正信息，监管部门确认该信息是意外导致的错误而非恶意修改后，则发起对更正信息的共识，更正信息产生的区块达成全网共识后，重新被添加到区块链。

2.3 功能模块分析

从平台的构建目标出发，综合考虑农户、物流商、经销商、消费者、监管部门等用户在蔬菜供應链相应环节的信息需求，共设置企业信息管理、产品管理、生产加工管理、二维码管理、溯源管理和系统管理等六大功能模块。

2.3.1 企业信息管理

包括企业基本信息和生产基地信息。企业名称、营业执照属于基本信息，生产基地信息包括地块编号、规模、所在地和农户名称等。农业企业信用平台作为权威认证机构接入区块链，对供应链上的节点企业进行资质审核，确保整个平台的“信用下限”。除此之外，通过政府的地理信息系统在地图上展示入驻企业的位置。

2.3.2 产品信息管理

分为产品基本信息管理和质检信息管理。产品基本信息通常由生产企业或经销商上传，下游企业及消费者可以及时了解产品的相关信息，同时也起到了品牌建设和地方特色农产品宣传的作用。质检信息是确保蔬菜质量安全，让消费者放心的同时树立平台权威形象的关键。

2.3.3 生产加工管理

主要用于蔬菜生产加工流程的管控，包括幼苗培育、移栽、用药、施肥、收割、包装等信息记录。

2.3.4 二维码管理

二维码由节点企业在平台发出申请后自动分配。企业将二维码与蔬菜产品的批次进行绑定，形成“一物一码”标签。供应链各个节点的企业将产品的生产、检测、流通、交易等信息上传至平台，并与二维码标签建立关联，形成蔬菜溯源档案。

2.3.5 溯源查询管理

消费者可通过扫描产品包装上的二维码查询蔬菜在供应链上的全部信息，包括产品的生产环境、质检信息、途经地区、相关企业资质等，增加消费者对蔬菜的放心度。同时，经销商也可以通过获取二维码上的信息了解产品流通过程的相关信息，确保所销售产品的安全性。

3 基于区块链的蔬菜供应链追溯平台应用流程分析

3.1 产品信息采集流程

3.1.1 生产环节

在生产基地里部署视频监控设备、温湿度传感器等物联网设备采集并录入相关数据，区块链会将这些数据信息打包成区块，加密并上传至平台。产品标识和区块相关联，共同封存在区块链中，区块链为每个蔬菜产品生成溯源档案，并附以时间戳。

（1）选择蔬菜种植地。平台对每块种植土地进行管理，将蔬菜种植基地的名称、位置、土壤环境等信息录入到平台中。为每块土地赋予二维码（大码），用于记录蔬菜的生长全过程。

（2）蔬菜生长过程监控。将采购来的蔬菜种子进行培育，并将种子的信息录入二维码中，包括种子品种、生产批次等。二维码与物联网设备相关联，记录蔬菜的生长环境，在生长过程中使用过的农药种类，打药时间、打药人员、使用了多少农药等信息，对蔬菜生长过程进行全面的监控管理。

（3）收割包装出库。二维码将记录蔬菜的生长周期，在收割过程中记录蔬菜的品种、批次、收割时间、数量等信息，同时让质检部门进行质检，将检验报告统一录入二维码，然后将蔬菜进行包装赋码（小码），将大码信息同步到小码上。

3.1.2 加工环节

利用物联网设备采集加工单位、加工环境、添加剂使用情况、包装材料、包装设备、保质期、质量检验报告等数据，将这类信息打包上链，通过数字签名确保信息无法篡改。

3.1.3 物流环节

平台为企业提供蔬菜产品在运输仓储过程中的质量实时监控与预警服务。通过RFID标签建立蔬菜与车辆、仓库之间的关联，车辆行驶路线、环境温湿度、气体含量等信息均通过车载数据系统上传至蔬菜的溯源档案，一旦监测到数据出现异常，则立即将相关数据上传至平台并将警示信号反馈至终端操作人员。

3.1.4 销售环节

销售商在接收到蔬菜产品后，通过扫描蔬菜外包装上的二维码录入商户信息，并将产品价格、销售单位、储存时间、储存环境等信息录入到追溯档案中。在交付到消费者手上时完成销售时间的上传，以确保区块链中的数据一致性。

3.2 产品信息溯源流程

当蔬菜溯源档案建立之后，商户和消费者可以通过平台网站和手机移动端两种方式查询溯源信息。

3.2.1 Web网页端

通过网站平台和手机移动端在产品信息检索页进行信息查询，当输入关键字或溯源码后，平台会调用查询接口，显示出消费者所查询的相关批次信息，点击进入相应产品的溯源档案进行查看。

3.2.2 手机应用终端

如今，智能手机的普遍应用为产品溯源提供了便捷手段，蔬菜供应链溯源可以通过手机扫描二维码实现，转码之后直接显示该蔬菜产品的溯源信息。

4 结论

文章以区块链技术为依托，提出了蔬菜供应链追溯平台的搭建方案，实现对蔬菜产品生产、加工、运输、销售等各环节的数据收集、监测、管控、追踪和监管，保障蔬菜从农田到餐桌的质量安全。文章充分利用了区块链等新一代信息技术来推动农业、物流业等传统工业的转型和发展。在供给侧改革的大环境下，提高蔬菜产品的质量、安全和高效供应水平将是学者们持续探索和优化的目标。

参考文献：

［1］李海洲，黄志超，唐衍军.区块链赋能视角下的蔬菜供应链质量安全管理［J］.北方园艺，2021（11）：160-165.

［2］钱建平，吴文斌，杨鹏.新一代信息技术对农产品追溯系统智能化影响的综述［J］.农业工程学报，2020，36（5）：182-191.

［3］杨毅，王嘉，张博雅.GS1标准+区块链技术助力商品溯源［J］.条码与信息系统，2019（2）：31-33.

［4］江琳莉，史磊.从梁平柚到梅州柚——区块链技术助力农产品溯源［J］.农业大数据学报，2020，2（2）：94-103.

［5］董晨陽.基于“区块链+物联网”的粮食流通安全追溯体系设计［J］.粮食科技与经济，2020，45（12）：45-47.

［基金项目］本文由江苏省农业科技自主创新资金项目（项目编号：CX（20）3074）、国家自然科学基金项目（项目编号：71874067）资助。

［作者简介］徐扬，研究方向：农产品供应链模式与技术；通讯作者：何杰，教授，博士生导师，研究方向：农产品供应链模式与技术。