区块链支持下的山区农产品信息共享平台架构探究

闫卫坡郭亚琳王青安以达胡琪韩云伟

(1.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010；2.四川省环境政策研究与规划院，四川 成都 610041)

引言

山区农产品信息不对称是制约我国农业发展的主要瓶颈，农产品信息平台建设是实现农业信息化，加快推进农业现代化的重要组成，是全面建设社会主义现代化国家的迫切需要。在国家大力提倡农业信息化建设的新形势下，以“互联网”为代表的现代信息技术在农产品供应链[1-3]、农产品电子商务[4，5]、农产品追溯[6-8]、农产品物联网[9，10]等信息平台建设中发挥了重要作用。研究表明，基于传统互联网技术的农产品信息平台为实现农产品信息共享与交流提供了解决途径，在一定程度上促进了农产品信息化的发展与建设。但是，由于长期以来，我国农业生产呈现出以个体农户为单位的分散化、小规模化、低组织化的经营特征[11]，并显著体现于山区农业的发展；加之农业生产的周期性、农产品市场参与者知识的局限性、市场体系不健全等因素的综合影响[12，13]，现有农产品信息平台信用体系的建立仍然依靠很多“中心”(如机构、第三方或中介等)，信息的真实性、及时性难以保证[14，15]，平台用户间无法形成可靠的信任关系，山区农产品生产者与需求方对于农产品质量、价格、供求等信息资源的掌握仍然是不对称的，而无法形成农产品的有效供给。

作为对现有互联网技术的升级和突破，区块链技术具有去中心化、透明化、不可篡改、可追溯等显著特征[16-19]。区块链技术支持下的山区农产品信息共享平台将在保证数据信息真实性、准确性的同时，在不同交易主体间建立可靠的信任关系，有效解决农产品信息不对称问题。本文基于区块链技术的特点与优势分析，在农产品信息数据库构建的基础上，提出“区块链+农产品”信息共享平台体系架构，为解决山区农产品供需信息不对称问题提供新的突破口，以推进农业信息化建设、实现农产品的有效供给。

1 基于区块链的农产品信息共享平台构建

1.1 区块链及其优势

区块链(block chain)是一种全新的去中心化基础架构与分布式账本数据库，具有去中心化、不可篡改、可追溯、多个独立节点共同维护、可编程和安全可信等特点[20-22]。作为一种大规模的协作工具，区块链通过对分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法、智能合约、P2P网络技术等计算机技术的创新性组合应用[23-25]，将传统单方维护的孤立数据库整合并分布式的存储于多个节点上，构建了一个多方参与的、多中心的信任体系，实现了在没有第三方中介机构协调下的可信数据共享和点对点的价值传输。即，通过“多中心化(或弱中心化)”和“共同信任”机制，区块链有效解决了多主体之间的信息共享和复杂交易成本问题。因此，区块链的核心思想是分布式、去中心化，最大特性则在于对信任机制的重构。

1.2 设计思路

在山区农产品信息共享平台构建中，数据的可靠性和参与主体之间的信任问题是需要关注的重点和难点。如表1所示，借助区块链的去中心化、开放性、透明化、信息不可篡改等技术特征[7]，农产品信息平台数据的可靠性与安全性得到增强；同时，在区块链技术支持下，供给方、需求方之间共享信息次数只要足够多，就可以在平台中建立起良好的互动关系，实现在无需信任的情况下构建一个去中心化的可信任系统，同时可实现农产品交易过程中各参与主体的多方共赢。

表1 区块链技术与农产品信息平台的融合性分析

1.3 框架体系

围绕山区农产品供给侧与需求侧，应用数据融合、信息提取、数据分析等技术手段，综合集成农产品生态地理、统计资料、科技服务等信息数据库；基于区块链的分布式系统架构，建立由生产者、销售者、消费者及相关监管机构共同参与、维护的农产品信息共享平台框架体系，如图1所示。

图1 基于联盟区块链的农产品信息共享平台框架体系

1.3.1 数据基础

利用GIS数据存储模型、网络信息采集技术[26]，综合集成农业地理信息空间数据(包括农业基础地理、自然资源、生态环境、自然灾害、农业生产等数据)、农产品统计数据(包括农产品批发市场、质量安全、价格等信息)、农业支持服务数据(包括农业政策法规、科技信息、实用技术等信息)等，构建山区农产品基础信息数据库，见图2，实现农产品多元信息的空间可视化和充分利用[27]，有效消除“信息碎片”和“信息孤岛”，为山区农产品信息共享平台构建提供基础数据支撑。

图2 山区农产品基础信息数据库框架

1.3.2 链条设计

目前，根据不同的应用场景需求，区块链大致可分为公有链、联盟链以及私有链3大类[28]。其中，公有链通常被认为是完全开放和去中心化的，是指某一区域内的所有人都可访问的区块链，分布式系统的任何节点均可参与链上数据的读写、验证和共识，使得公有链系统具有较高的公信力，适用于完全开放的场景；联盟链是部分去中心化的区块链，节点的加入必须符合联盟链预先设定的规则，其共识过程受到预定义节点的控制，使其比公有链有更快的速度，适用于多个实体构成的组织或联盟。

基于区块链在不同场景下的应用模式，结合农产品流通主体多元化、分散化及其流通过程复杂性的特点，以联盟链为农产品信息共享平台主体架构，见图1，在保证农产品流通参与主体间去中心化、可信共享环境形成的条件下，有助于信息平台的快速运行和有效监管。

2 实证研究

2.1 研究区选择

岷江上游地处青藏高原向四川盆地过渡地带，是一个藏、羌、回、汉等多元民族文化交融共生的人文地理单元[29]，见图3。作为中国西南山地独特的生态地理过渡区，岷江上游高山峡谷地貌特征显著，区内聚落呈现大分散、小聚居的分布格局，并形成了以种植业、牧业为主的农业地域类型。当前，岷江上游仍然以农业人口为主(农业人口占到区域总人口的70%)，耕地为聚落内部主要的土地利用类型[30]，农业生产多为粮食作物(小麦、玉米、青稞、洋芋、豆类等)、经济作物(苹果、花椒、甜樱桃、青红/脆李、核桃等)。由于自然条件的限制，该区域社会经济发展迟缓，且农产品信息不对称而造成农产品滞销等现象频繁发生，特色优质农产品市场发展滞后，严重影响了该地区农户生活质量的提高与改善。

图3 岷江上游民族聚落空间分布

2.2 岷江上游农产品信息共享平台构建探究

利用区块链技术，以岷江上游农业生态地理空间数据库为数据源，提出区块链技术支持下的岷江上游农产品信息共享平台体系架构，为解决区域农产品供需信息不对称问题提供新的途径，推动实现农产品资源的有效供给和优化配置。

2.2.1 农业生态地理空间数据库

岷江上游农业生态地理空间数据库以SPOT-2/4(1999年，10m全色波段和20m多光谱波段)、SPOT-5(2008—2009年，5m全色波段和10m多光谱波段)、SPOT-6(2013年，1.5m全色波段和6m多光谱波段)影像资料为主数据源，综合野外调研数据、统计数据而得，涵盖地形、气候、土壤、植被、聚落生态位空间分布、土地利用等内容。以理县为例，其农产品生态地理特征如图4所示。

图4 岷江上游理县农产品生态地理特征

2.2.2 农产品信息共享联盟链

区块链技术支持下的岷江上游农产品信息共享平台以分布式、去中心化为主要特征，各节点能够平等地进行信息交换、存储着同样的信息，并享有相同的权利，共同协作完成系统的更新和维护。在区块链技术支持下，区域内个体农户可独立发布农产品供给信息，个体商户和消费者均可参与到农产品需求信息的记录，形成精细化的分布式农产品信息数据库。

为便于系统的维护和组织管理，分别按照流域、县域2个尺度，见图5，构建农产品信息共享联盟链体系，每一个联盟节点之间可实现直接对接、共享、交流数据。其中，在县域尺度，农户、商户、消费者组成了农产品信息共享的联盟链节点；流域尺度联盟链节点由各个县域联盟链构成，每个县域将作为一个独立单元发布农产品供需状况、交易信息等。

图5 岷江上游农产品信息共享联盟链体系示意

以县域为例，基于共同遵守的联盟规则，农产品信息发布路径：农户/商户/消费者农产品供需信息的分布式数据库(节点小账本)→县域联盟链→县域农产品供需信息的分布式数据库(共有大账本)→县域联盟链→每个农户/商户/消费者同时拥有节点小账本和共有大账本，见图6。

图6 县域尺度联盟链的农产品信息发布路径

同时，结合农业生态地理空间数据库，集成GPS定位技术、地理信息技术、数据库技术等先进手段，可将农产品信息与农业生态地理信息进行精准对接，实现农产品属性信息的实时可视化和空间定位。基于此，政府等相关管理机构可开展更为详细、精确农产品的市场形势分析，以进一步完善农业决策服务支持体系。通过建立多方主体共同参与的区域农产品信息共享平台，实现了农产品信息的互联互通，有助于推动农产品资源整合与优化配置。

3 结论与展望

信息共享平台建设是解决信息不对称的有效途径。区块链作为一种分布式账本数据库，具有去中心化、开放性、透明化、信息不可篡改等特点，其应用的最大价值在于最大限度地消除信息不对称，为实现信息的真正共享提供基础技术支撑。本文基于山区农产品供给侧与需求侧，应用现代化信息技术手段，集成农产品多元化信息，构建精细化的农产品信息分布式数据库，提出区块链技术支持下的山区农产品信息共享联盟链体系架构。同时，基于区块链技术的山区农产品信息共享平台，在农产品生产者、销售者、消费者及相关监管机构之间构建了一个去中心化的可信任系统网络，实现了多主体间农产品供需信息的交流与共享。

区块链技术支持下的信息共享平台构建，为具有分布式、随机性、互动性、参与性、市场化特征的公共服务、碳交易、能源交易等行业问题解决提供了新的思路和手段。作为一种新兴技术，区块链尚处于发展的初期阶段，仍存在隐私泄露等安全和技术缺陷[16]。“区块链+”的实现，需要区块链技术本身的深入发展、区域基础设施的完善、技术政策的支持、信息化网络的普及应用，以及与大数据、云计算、物联网等现代化技术的有效融合，以此进一步提高信息共享平台的实用性与可操作性。