区块链在陕西农业地理标志产品保护的应用研究

刘旭勇

(陕西省委党校(陕西行政学院),陕西 西安 710061)

0 引 言

党的二十大报告和政府工作报告中多次提到乡村振兴,并将乡村振兴战略写进了中国共产党章程。要实现乡村振兴战略,必须发展具有当地特色的现代农业,推动农产品品牌化、产业化、特色化。农产品地理标志对于实现农产品转型升级,提升品牌影响力,丰富文化内涵,提升农产品价值等方面具有重要的价值[1]。地理标志农产品是特色农业中最具品牌价值的部分,代表着农产品高端化的发展方向。赵冠艳、栾敬东认为对农产品地理标志进行认证可以增加产品的价值,而这种价值可以在地理标志的声誉、品牌形象上体现出来,并可以消除信息的不对称性[2]。地理标志农产品不同于一般农产品的地方在于地理标志农产品通过登记认证,受到国家认可与保护,具有品牌影响力和竞争力,具有一定的经济价值,对提高农业收益具有促进作用[3]。由于地理标志产品所蕴含的经济、文化价值,市场上出现地理标志的侵权行为屡见不鲜,主要表现在假冒、滥用地理标志上,严重影响了地理标志的品牌形象,降低了公众对地理标志产品的认知,制约了地理标志产品对经济的促进和发展,所以保护地理标志产品就显得尤为重要。据统计,当前陕西地理标志保护产品数量为86个,受保护产品种类涵盖农产品、加工食品、工艺品、中药材、矿石产品等地理标志产品,通过对农产品进行地理标志认证,对其在提升自身产业价值、拓宽市场渠道、提高品牌知名度和经济价值方面都有了明显的促进和提升作用,对于陕西高质量发展具有强有力的推动作用[4]。

目前对地理标志保护的研究还停留在传统的保护方式上,现有溯源系统存在溯源信任感缺失、溯源易篡改、溯源系统性能欠佳等问题[5]。而随着科技的发展,新技术的应用为保护地理标志产品提供了新的解决方案。国内学者对溯源应用[6-7]、可信机制及管理平台[8]等方面进行了研究,还有对新模式和新的溯源验证联盟进行了探索[9-10]。《数字农业农村发展规划(2019—2025年)》指出要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、质量安全溯源等方面的创新应用[11]。由此可见,建立一个可靠、可追踪的农产品上行供应链,防止在销售过程中可能出现的劣质商品、产地造假等问题,对提升广大消费者信任,扩大地标农产品销售市场具有重要推动作用。

1 区块链适配溯源的关键技术

1.1 特 点

区块链技术具有密码学原理、分布式存储和共识机制三项核心技术。核心技术决定了区块链的4个特点。

(1)去中心化。由于数据使用分布式存储,所有的交易信息都会被记录在每个节点上,由此可见,即使没有交易中心,各项交易也可以顺利进行,信息的透明度得到大幅提升,同时也有效地保障了数据的准确性和安全性。

(2)去信任。传统的信息共享需要建立在多次的业务来往或者由第三方信任机构进行担保。而区块链上各个节点都按照一定的规范和协议进行操作,所有的操作避免了人为的干预,使得对人的信任变为对机器的信任,所以参与人不需要对区块节点中的其他参与者给予信任。

(3)可追溯和不可篡改性。每一次节点间的交易信息生成一个数据区块,通过密码技术加密。区块链就是将每一个数据块按照交易的先后顺序将其线性串连起来,每一个区块结构都存储了创建区块后的所有数据,区块产生的时间具有不可逆和不可更改性。

(4)开放性。区块链系统数据对所有的节点公开,因此整个系统信息高度透明。

区块链的上述特点可以有效实现对产品信息的追溯,通过建立一个记录时间先后、不可篡改、可信任的数据库,该数据库是去信任的,能够有效保证数据的安全,同时基于区块链去信任的特点,可以不需要第三方中介,即使没有建立信任关系的双方也可以实现可信赖的数据交换,通过利用区块链技术建立农产品质量安全追溯体系[12],能够有效解决数据容易被篡改[13]、无法实时共享[14-15]和上链数据真实性等问题[16]。

1.2 区块链层次

从架构上来说,区块链分为6个层次:应用层、合约层、激励层、共识层、网络层、数据层。区块链基础架构如图1所示。

图1 区块链基础架构

区块链本身其实就是一串链接的数据区块,其链接指针是采用密码学哈希算法对区块头处理所产生的区块头哈希值。

区块链数据分为区块(Blocks)和交易(Transactions),每个区块的组成结构包括区块头、区块体两部分,区块链数据包已经详细显示了数据包的结构和交易信息。

1.3 区块链交易流程

区块链的交易过程主要由创立交易、链内广播、检查确认、封装区块、竞争记账权、记账上传、交割转账共7个节点流程进行处理。

区块链数据存储采用分布式存储。分布式存储就是数据被分散地存储在区块链链上不同位置的每一个节点,每个节点都保持完整的信息备份,链上的信息对参与成员都是透明和可验证的,这就实现了去中心化和透明的特点。下面是分布式存储的过程,总共分为6个步骤,如图2所示。

图2 分布式存储的过程

区块链的基础架构如图3所示。

图3 区块链的基础架构

2 区块链在农产品保护中的路径分析

农产品在区块链系统中进行信息登记,经过系统处理之后产生唯一的、加密的ID,通过ID可以追踪到农产品生产和流转的整个过程,从而使消费者可以通过扫描二维码查询农产品的生长信息、包装信息、运输信息和交易信息,从而实现农产品的溯源。一是确权。通过区块链技术的数据可追溯和不可篡改的特点,实现版权归属证明和证据固化的作用,完成地理标志产品版权登记认证过程。二是维权。区块链在地理标志需进行维权方面有很大的优势。由于区块链能永久地记录地理标志产品的登记和交易信息,使每一笔记录都有章可循,因此当侵权行为发生时,区块链系统的各个节点在验证区块时就会出现内容相同而加密标识不同的情况,此时区块链系统就会验证失败。当侵权发生时,区块链系统就会向前追溯区块确定产品归属地和信息,然后通知运营者侵权行为的发生。因此,从存证、固证、出证到验证,均在司法闭环完成。从而在民事诉讼中能够直接使用,解决了举证难的问题,更有助于诉前证据的保全。

第一,通过区块链技术从源头遏制农产品假货。通过采用RFID电子标签技术和密码学技术保证了整个区块链系统中上链数据的真实性、可靠性。通过CA准入机制和每次交易被所有节点记录的特点,实现整个链上的数据无法篡改,从源头遏制农产品假货进入市场进行流通。

第二,利用区块链技术能有效解决“地标”产品各环节中产生套牌、假冒、侵权的问题。区块链技术能实现各个参与方包括知识产权局、“地标”产品使用单位、授权机构、第三方检测机构、产品经销商和产品购买者构建一个联盟区块链。通过区块链技术实现对生产、管理、销售整个链条进行监管,对“地标”产品企业和合作社申请使用“地标”标志进行监管,对非“地标”产品严禁使用“地标”标志,维护“地标”产品的品质和形象,充分发挥好“地标”的社会和经济效应。

第三,发挥行业、专业协会(合作社)的作用共同推动区块链技术在“地标”产品应用。通过成立并规范相关行业、专业协会(合作社)推动“地标”产品区块链在产业发展中的积极作用,实行“地标”行业、协会(合作社)应用“地标”产品区块链应用模式,通过科技手段解决政府人手少、监管难等问题,变政府行政推动为科技手段实现政府监管、行业和协会(合作社)和生产经营者自律,增强“地标”管理的实效性。

第四,对“地标”产品使用科技手段保护进行政策倾斜。将财政相关补贴与“地标”运用区块链等科技手段保护管理结合起来,在通过行业、协会(合作社)全面、有效地对生产、经营者的活动按“地标”要求进行规范的前提下,将现行的相关财政补贴与“地标”使用区块链等科技手段情况挂钩,符合“地标”条件的生产经营单位适当加大补贴力度,对“地标”标识、包装使用区块链等科技手段,给予适当的补贴。

3 基于区块链技术的农产品质量溯源原理

实现农产品地理标志农产品追溯需要统筹规划和明确责任。一种产品,从原材料上生产线开始,就分配一个唯一数据区块,生产、运输、销售的每个过程都不断加入新的数据区块,直到消费者手中。所有参与者的区块链数据都是一致和可验证的,如果有人试图在流程中做任何更改,都可以被及时发现或记录。比如消费者为了购买到自己想要的陕西西凤酒,可以通过该西凤酒区块链交易,首先获得西凤酒数据的公开部分,公开部分可以查看这个西凤酒全生命周期,包括产地、批次、剩余数量等,这个过程是全链公开的、不断更新的,私有部分保存在瓶塞内,到货后可以通过手机扫描西凤酒瓶的二维码获得私有数据,保证数据不可复制篡改,如果私有数据可对西凤酒区块链数据进行修改,即可认为正品,而且西凤酒区块链将自动记录该瓶西凤酒已被消费,若不能修改则认为是假货。

基于区块链的农产品溯源系统架构如图4所示。该系统主要由数据采集层、存储层、应用层以及交互层构成。

图4 基于区块链的溯源系统总体架构

根据区块链技术的特点,建立基于区块链的农产品地理标志的溯源系统,其模型如图5所示。

图5 区块链溯源系统信息流模型

农产品地理标志溯源系统包含种植、加工、仓储、物流、销售、监管查询6大节点,考虑到全过程还存在很多分支环节,此处只选取主链进行研究。其节点交易流程如图6所示。

图6 农产品溯源系统的业务流程

在6个节点的整个流转过程中,农产品会经历很多环节,其实在每个环节都可以上链,可以保证每个环节都会留下痕迹,而是否选择每个节点上链需要人为设定必要的参与信息的关键节点,每个参与节点信息都会进行加密。两个环节进行信息交互时,要对信息进行节点认证,认证通过之后才能进行信息传递的流程,信息传递过程用到了非对称加密技术。这6个节点主要过程如下:

(1)生产环节。节点将生产信息上传到区块链中,并创建初始区块。当进入下一环节时,当前节点会向下一个节点发送交易请求,双方利用密钥对区块进行验证并审核通过后完成交互。

(2)加工环节。在收到上一环节的产品后,写入加工信息。监管部门通过数字签名对信息需进行认证并检验是否合格,如果合格之后将加工信息加入链中。其中包装信息包括溯源码或二维码,便于消费者进行产品的溯源查询。

(3)仓储环节。将仓库信息写入区块中,然后对溯源编码进行更新。

(4)物流环节。在更新产品信息时写入物流信息。

(5)销售环节。将农产品的销售信息更新至区块。此信息包括产品的来源信息、销售信息等,确保产品信息的完整性。

(6)查询环节。消费者可以通过二维码对产品进行溯源,系统首先要验证消费者身份。在整个流转过程中,监管部门对整个交易环节进行认证和验证。该流程如图7所示。

图7 产品溯源系统节点上链流程

4 基于苹果全产业链的农产品溯源系统的应用及实现

区块链分为私有链、公有链和联盟链,根据不同类型的链的特点,该文选用联盟链作为农产品溯源系统的底层架构支撑。以陕西苹果产业链为研究对象,该链贯穿于苹果生产周期的多阶段、全过程,关联了物资采购、种植采摘、生产加工、第三方质检、物流销售等多环节的完整链条。针对跨节点链上合同交易业务场景下的溯源平台,需要各成员之间信息共享、风险共担,从而达到供应链的可追溯性。产品的追溯信息主要来自设备数据、第三方检测数据、生产活动信息等。通过智能合约将每个节点的溯源信息及责任实体哈希值记录到联盟链通道账本中,并用当前节点采购交易合同编号作为溯源码对节点内苹果生产溯源信息进行记录和追溯。

4.1 苹果全产业链溯源系统的实现

基于联盟链的苹果全产业链溯源体系结构如图8所示。

图8 基于联盟链的苹果全产业链溯源体系结构

基于联盟链的跨节点链上合约交易机制,并结合苹果产业各环节溯源的实际需求,设计了一种针对各个节点的相对独立的追溯数据的存储方案。对各个环节链上进行追溯的数据主要有溯源信息哈希值、责任人身份证号、责任节点工商号和其信息哈希值。在各个节点的数据库中,分别保存了具体链下追溯数据和责任实体明文信息。通过采用“链上链下两种存储方式”的数据存储模式,能够将同一批次的苹果和生产活动、责任人、责任企业等信息进行关联。在溯源体系中,不同的节点平台利用了联盟链内跨节点的合约交易机制,以确保各节点之间的溯源信息在区块链中的一致性和完整性。链上的采购、销售合同交易由联盟节点的成员节点达成一致后,通过交易的形式被记录在账本中,交易的信息是公开和透明的。在实际的生产过程中,每个节点都以生产环节的首字母和节点交易的合同编号为关键值,并根据追溯数据链上的存储结构,对各个节点内的生产环节的溯源数据进行上链。网络平台与加工厂、加工厂和合作社、合作社和农资平台之间的合同编号,在联盟内形成了一条完整的链,合同编号又与节点溯源信息进行关联,实现将联盟中同一批苹果的追溯信息在账本中形成一条完整的链。

以苹果加工过程为实例可追溯数据的上链过程。加工厂从合作社购买一批苹果,需要经过临时储藏、检测糖分、质量监测、第三方抽样、包装、冷藏等环节,加工厂节点利用采购合同编号和生产环节首字母作为关键值,对每一环节的溯源数据哈希值和各环节负责人、责任企业的哈希值进行上链操作。

在溯源体系中,每一个节点都对苹果生产流程进行了详尽的记录,其中包含了苹果种植基本信息、物联网实时监测数据、农事活动记录等,上链采集信息见表1。通过跨节点链上的合同交易机制,实现了对整个链上有关生产活动溯源数据的链接,形成了一个完整产业链数据链条。通过以消费者的订单为溯源码,消费者可在账本上查询到苹果在联盟链各个阶段的交易信息,溯源到苹果在各个节点关于产地品质的信息。消费者只能追溯到与苹果品质有关的资料,而监管部门则可以追溯到各个生产和环节的责任单位和责任人。

表1 苹果种植采集信息

在苹果溯源过程中,消费者和监管机构利用溯源码进行溯源,利用最后生成的溯源码在链上可以获得每个节点的溯源码,然后调用对应的智能合约,对每个节点的溯源数据进行查询,其中包括从账本中获得某个节点生产环节的溯源数据标识、责任人身份证号、企业工商号和各自的哈希值。利用溯源信息标识的方法在节点的本地数据库中进行查询,获得溯源数据和实体的明文信息,通过计算得到相应明文的加密哈希值,以链上哈希为基准,通过对链下的溯源数据哈希值进行检验,以验证其有效性。通过检测的结果,可以判断出链下的数据是否受到了篡改,如果出现篡改现象,则会显示溯源异常,监管部门可以对相关责任人和相关单位进行追责。

4.2 实际应用效果

农产品区块链溯源系统已在陕西果业集团、陕西粮农等多家企业应用。通过区块链技术、网络技术和二维码技术,实现了从种植、生产到销售的产品追溯标识和全过程的监管,能够确定农产品在种植、生产和销售过程中的唯一信息,实现从种植到生产到销售全过程的信息追溯。该系统将区块链数据可视化,主要功能模块有组切换模块、配置模块、区块链信息展示模块。配置模块包括群组配置、节点配置、合约配置。区块链信息展示模块包括概览信息、区块信息,交易信息。可视化界面如图9所示。依据区块hash的查询结果如图10所示。

图10 区块hash查询结果

5 结束语

农产品地理标志的保护对于促进乡村振兴具有重要的支撑作用,一方面可以有效促进农业经济,提升农民收入。另一方面可以提升文化价值,提升产品的文化内涵。近年来,陕西紧紧围绕习近平总书记对陕西提出的扎实推进农业现代化建设重要指示精神,以产业振兴作为乡村振兴的着力点和抓手,加强统筹协作,构建宣传平台,加大保护力度,在地理标志保护和监管方面取得了一定的成果。但是,陕西在地理标志保护方面仍然存在着诸多问题,该文通过分析陕西省农产品保护现状和问题,对应用区块链技术保护地理标志产品路径进行了详细的分析和阐述,对未来应用区块链、物联网技术进行农产品地理标志保护提出了解决路径,希望以此为陕西省农业经济发展和农产品地理标志保护添砖加瓦。