基于区块链技术的食品可追溯供应链系统研究

俞启玟

（扬州大学 商学院，江苏 扬州 225127）

0 引言

目前，社会对食品安全十分关注，但是仍然频繁出现假冒伪劣、滞销再销、欺诈消费者等食品问题。究其原因是信息不对称导致供应商、零售商投机。可见食品供应链可追溯系统在我国的应用并不乐观，主要原因之一是成本高。从企业的角度来看，建立追溯系统的高成本导致参与者认为这是耗费时间且可持续性不足的活动。从消费者的角度来看，追溯系统的建设和管理所产生的成本最终都转移到消费者身上，导致产品价格的上涨和消费意愿的降低。从技术的角度来看，现行的追溯系统对供应链系统建设的及时性和持续性产生了消极影响。由于现行追溯系统大多数都是企业自建的，他们会出于自身利益而修改或隐瞒数据，导致数据的准确性不高，造成供应链上数据传递延迟和内容误解，致使更高额供应链成本。同时，不同企业开发的供应链可追溯系统数据格式不统一，兼容性较差，难以实现供应链系统全过程的共享，导致链上企业信息传递成本增加。因此，从成本角度研究如何促进食品供应链可追溯系统的应用具有现实意义。

区块链作为一项新兴技术，其具有的连续性、不可逆性、加密机制等有可能在高度复杂的食品供应链环境中从根本上改变物流，以保障信息高透明度和可追溯性，同时消除中间商成本并确保供应商和零售商之间没有中断，克服时间、成本和质量等食品供应链面临的主要挑战。

1 食品可追溯供应链系统建设现状

国际食品法典委员会定义可追溯性为通过识别码，追踪商品生产、使用情况和足迹。可追溯系统的建立能够实现对食品生产源头到销售终端的核查、监测与责任的溯源追究。当发现异常时，基于溯源信息，可以立即对相关食品实施有效管控甚至召回措施。传统的可追溯系统数据以集中方式存储在服务器端，无法保证溯源信息的可靠性。但是，若将区块链与供应链系统相结合，区块链技术具有的开放性、可靠性和不可篡改性等特点，可以保障食品供应链系统信息的可靠性。

现有关于食品可追溯系统的文献，主要涉及企业、政府和消费者。企业角度，山丽杰等[1]发现企业采用可追溯系统能提高食品行业的整体质量安全水平。政府方面，朱立龙和郭鹏菲[2]认为惩罚力度、寻租成本和收益是决定生产加工企业、第三方机构和政府监管部门选择质量监管策略的主要思虑点；刘长玉等[3]构建涉及政府、企业、消费者的博弈模型，发现在政府监管力度和消费者维权意识强的环境下，企业生产劣品等投机情况出现的可能性降低。消费者方面，孙胜楠等[4]考虑到溯源系统成本，并联系消费者支付意愿，根据二者高低组合分析出矩阵式采购策略；吴林海等[5]研究证明消费者对具有详细可追溯信息的产品有更高的支付意愿；而曹裕等[6]以消费者行为理论研究基础，构建最优定价决策模型，发现溯源信息量或多或少，均不会影响企业在可溯信息中掺假。体现出加强食品可追溯系统的建立、实施和监管，无论是对企业、政府，还是消费者都具有十分重要的意义。

采用传统可追溯技术进行食品安全和质量管理已经屡见不鲜，如利用二维码技术实现追溯；在食品溯源中应用射频识别技术（RFID）等。由于无法保障通过现有的不统一的可追溯技术追踪信息的真实性，因此学术界和实体行业设法将区块链技术集成于食品供应链，并对此开展理论模型研究和实践应用。在学术界，Johng 等[7]利用区块链技术，建成了可以提高信息可信度的框架，有效增强了利益相关者对运营活动信息的信任度；唐晓华等[8]将区块链层级与供应链各主体组合，建立了具有普适性的共享生鲜产品物流信息的模型，降低供应商到消费者之间各主体的信息不对称程度。在实体行业应用方面，刘徉希[9]从成本、效能等分析出区块链技术能使食品物流模式得到优化和提效。刘宗妹[10]融合区块链和射频识别技术，贯通食品流通环节，能够在发生食品问题时立即定位责任方。Kim 等[11]融合加密货币、可交换GSI 条码和区块链分布式账本，开发了一个食品供应链应用程序，包含“从农场到餐桌”全链条信息，使供应链中所有利益相关者均能获取可靠的食品信息。

综上，将区块链技术与食品供应链可追溯系统集成具有实践价值。但在理论转为实践的过程中，要综合考虑食品企业应用区块链技术的成本和收益是否平衡，收益略高的前提下才能调动多数企业应用的积极性，由此食品定价不会激增而影响消费者的消费意愿。可见应用的痛点之一是成本。由此，本文拟从成本控制机制出发，基于食品供应链可追溯系统的成本类别，对比引入区块链技术前后成本的变动，以期为食品安全追溯成本的管控提供新思路。

2 区块链技术在食品可追溯供应链中的适用性分析

2.1 区块链技术

区块链能将存储数据按照时间以链条的形式不断连接，数据的记录与存储都呈现分布式结构，所有节点均拥有管理链上数据的权利，没有具有绝对控制权的中心机构。另外，利用对等网络、密码学算法、共识机制和智能合约技术等使得区块链具有去中心化、数据不可篡改、信息透明、可追溯等特性[12]。

在食品供应链中，利用区块链技术，能够即时上传并获取食品信息，实现网络信息一体化，使供应链上各企业处于平等地位，保障食品信息在供应链中畅通且高效的传递，使得信息更加公开透明，减少中心化引致的信任问题。同时区块链技术助力供应链交互信息的数字化存储，通过智能合约技术实现链条上各企业、监管部门以及消费者对食品数据的查询和核实；使用数字签名和加密等相关技术，使数据的传输更加安全高效，保障真实可信度[13]。

2.2 区块链技术的可行性分析

区块链技术可以分类整合且高效传递信息，实现实时共享，缓解食品信息不对称的程度。另外，区块链技术本身的不可更改性，有效防止从食品原料到最终消费者的记录被更改，减少食品信息被人为恶意篡改情况出现的概率。

同时，由于区块链对数据的产生、传递、计算、分析、应用等完整的中间链节都进行记录和广播，因此数据具有空前的可靠度[14]，保证数据挖掘转化后得到的信息的质量以及对数据进行分析后得到的信息的准确度。

此外，由于智能时代背景下，计算机技术的不断进步，网络存储空间优势，信息传递和存储将不可避免的以线上为主。区块链技术能实现信息网络化和分类存储，便于消费者和监管部门追溯核查食品信息。

2.3 区块链技术在食品可追溯供应链中的适用性分析

根据信息披露和集中控制程度的不同，区块链分为公有链、联盟链和私有链。其中，联盟链一般用于某一特定的行业，适合一个大型联合集体中的多个企业参与管理，确保链内数据彼此公开而对链外隐匿参与者身份和信息，具有交易不完全开放、速度快、成本低、可控性强的特点。从目前的实践情况和效果来看，联盟链相较于公有链和私有链比较适合融入食品可追溯系统，优化溯源功能，明确责任追究对象。因此，以下将主要基于联盟链分析区块链技术在食品可追溯供应链中的适用性。

2.3.1 技术适用性

传统物联网使用集中式服务器存储、传输和共享数据，而区块链技术使用多个对等的分布式网络，利用时间戳和加密算法使得系统很难被攻击，数据难以被篡改。建立共识机制，保证数据真实有效，提高交易数据的完整性和安全性。通过建立基于区块链的食品可追溯供应链，可以为消费者和监管部门提供完整的交易信息和可靠渠道来追踪产品的生产到销售的全过程。

2.3.2 数据收集和传输适用性

首先，联盟链允许参与者匿名上传交易信息，以保护参与企业的隐私数据。其次，基于区块链的供应链中的数据由链上的所有参与者共同维护，摆脱了传统的供应链追溯技术依赖中心平台的高度中心化结构。最后，当区块链与物联网设备结合时，可以有效防止各参与者发生记录错误和篡改数据源的情况，保障数据收集准确可靠和传输过程安全。

2.3.3 管理适用性

首先，区块链的引入可以实现供应链的透明化管理。链上所有层级的所有节点都可以看到交易的相关信息，阻碍食品安全投机行为。同时，透明的数据为审计、交易记录、物流跟踪等活动提供了可靠的信息来源。其次，区块链有助于增强供应链企业的合作和信任关系，特别是对于跨组织的业务流程，区块链的分布式和异构服务能够很好地被用来建立跨区域组织之间的信任，优化供应链和治理结构。

3 食品可追溯供应链的成本类别

3.1 食品供应链的基本成本

充分结合近年来供应链管理的经验，将信息成本、时间成本、交易成本和供应链成本控制纳入成本研究体系。另外，对食品供应链的研究要体现传统供应链管理的思想，即要有更整体的观念，同时也要更加注重企业间新型关系的构建，在成本类别体系中引入关系维度，考虑节点企业间复杂关系所产生的交易成本，从而构建更全面的成本评价体系。

基于上述成本划分改进方向，从成本、生产、关系三个维度入手展开食品供应链分析，从而全面概括食品供应链成本。根据谢福泉对供应链成本管理的研究，供应链成本维度包括交易属性成本和作业属性成本[15]。交易属性成本由搜寻成本、谈判成本和履约成本组成；作业属性成本包括质量成本、时间成本和作业成本。生产维度主要包括原料供应、质检生产、储存运输、成品销售等。关系维度主要关注政府和其他团体。后两个维度的成本可以囊括在交易属性和作业属性成本中进行进一步有针对性地分析。由此供应链成本被分成了四个类别，即交易成本、质量成本、时间成本和作业成本。

3.2 食品供应链的可追溯系统的附加成本

可追溯系统引入后，无论采用什么技术，都会产生额外的成本，包括硬件成本、软件成本、运营成本、人力成本。其中，硬件成本主要包括购买相关系统、计算机硬件、终端查询设备、标签和条码；软件成本包括计算机设备及器材维护、系统设备折旧、供应链沟通协调费用、水电场地租赁费用等；运营成本是指除上述成本之外，维持整个体系正常运行的成本，包括问题产品召回成本、产品和营销费用、与可追溯系统内其他各方的沟通费用等；人力成本包括技术开发、标签印刷、信息输入等人员的招聘费用和工资支出。具体成本如图1 所示。

图1 食品可追溯供应链成本构成

4 引入区块链对食品可追溯供应链成本的影响

4.1 引入区块链对食品供应链成本的影响

4.1.1 引入区块链对交易成本的影响[16]

区块链可以有效降低搜寻成本。区块链为过去的交易构建永久记录和防篡改系统，使用智能合约功能来确定交易参数并执行合约规定，可以在很大程度上限制交易关系中的机会主义行为。另外，区块链的引入有利于降低信息收集和验证成本。首先，区块链可以通过提供可靠的历史和实时数据，降低外部环境的不确定性，为企业营造安全透明的商业环境。其次，通过提供海量市场数据，区块链可以帮助企业提高决策效率，优化决策流程，提高供应链柔性，降低供需差异的牛鞭效应。然后，区块链通过提高供应链中商品、服务、金融等信息的流动效率，弱化企业边界，减少供需的不确定性，灵活匹配供需双方，节省搜寻时间和费用。

区块链可以有效降低谈判和签约的成本。首先，区块链为环境不确定性高的交易提供了更加市场化的治理结构，使企业在不建立长期关系的情况下达成信任并签订合同，降低不确定环境下的交易成本，例如合同设计成本、合同延续和重新谈判成本。其次，利用区块链技术对链条上的食品流通过程进行实时监控，使风险可见，减少了行为的不确定性。再次，区块链提供了一种在交易关系开始时收集初始信息的方式，对过去行为的记录使供应商和分销商能够向潜在的商业伙伴展示他们的信誉和产品质量。通过信息共享，降低审核和选择合适供应链合作伙伴的治理成本，使不当行为可见并易于追踪。最后，谈判和签约成本与交易涉及的具体资产有很强的关联性，而资产专用性的程度又与合同持续性成正比。区块链的引入将使交易双方在区块链约束下和不建立信任关系的情况下进行供需资源匹配，降低特定资产投资风险，降低谈判和签约成本。

区块链可以有效降低履约成本。通过引入区块链完善可追溯供应链的基础设施和通信技术，提升信息保障程度，加强信任关系，节约后期产品质量检验成本。同时，区块链通过提供更全面的信息，提高链条上主体的反应速度，促进沟通和协商。区块链还可以激励和约束参与者按照合同履行约定，降低交易变更的可能性。

4.1.2 引入区块链对质量成本的影响

区块链的引入有利于形成合理的质量成本分担体系。传统的供应链无法提供产品来源的所有信息。当发生食品安全事故时，销售者无法确定责任人，导致“背黑锅”现象。引入基于区块链的追溯式供应链后，供应链中的主体可以通过区块信息确定责任主体，消费者和链上无错企业可以根据责任实现所有内部损失和外部损失的转移，实现供应链质量成本的分担。

另外，利用区块链提供的可靠可信数据，可以减少对供应商的现场考察和对供应商能力、生产工艺、产品质量的验证及对货源的检查等评估成本。区块链提供了全链条可追溯的产品信息，极大降低供应商的机会主义动机，保证产品质量，从源头降低产品的不合格率，减少退货成本和内部损失。

4.1.3 引入区块链对时间成本的影响

当食品安全事故发生时，及时给消费者合理的解释是平息事故、减少负面影响的重要措施。首先，区块链的引入可以实现信息快速定位。一方面可以确定产品可能存在问题的环节，另一方面可以在出现问题时快速确定责任主体，减少质量安全事件持续发酵的负面影响，降低时间成本。其次，区块链的引入将节省大量交易时间。链条上的企业可以通过传递自己的产品和服务信息来吸引客户，消除中介成本，达到节约时间和成本的目的。

4.1.4 引入区块链对作业成本的影响

供应链运作成本管理可分为供应商、分销商和客户成本管理。首先，由于食品种类的复杂性，食品产销链已经从传统的供应链发展到供求网络。引入区块链可以在迅速找到符合要求的供应商，并计算不同供应商的采购成本，选择其中综合成本最低的，降低采购成本。其次，链上信息透明，食品生产商可以直接获得分销商信息，降低分销商的监管和维护成本。最后，区块链中保留客户信息，便于分析客户需求，从而降低客户管理和维护成本。

4.2 引入区块链对附加成本的影响

首先，区块链的去中心化有利于节约核心企业的信息和数据存储成本，提高其运营效率，降低软、硬件成本。目前，传统的数据存储依靠存储中心，数据规模增大，存储中心系统的压力随之无限扩大。在区块链体系下，供应链参与者相互独立，在读写数据时遵循统一机制，不需要中心机构管理，效率更高。以联盟链为例，核心企业作为供应链的发起者不再单方承担系统维护的责任，而是通过投票等方式向联盟成员分配权限，可以防止供应链被一方管控，既可以增强联盟凝聚力，又可以降低核心企业单方面维护区块链的成本。最后，引进区块链技术还将面临人力资源成本的上升。为了实现区块链技术在食品供应链中的有效应用，需要高端技术人才来推动区块链计划，维护区块链生态系统，而人才培养会增加人力资源成本。

4.3 区块链引入成本的增加

首先，区块链的引入将增加产品质量鉴定和评估的成本。区块链本质上是一个数据库，不具备验证初始信息真假的能力。在上传之前，区块链不能识别数据是否真实。因此，在信息上链之前，仍然存在机会主义行为，在此期间产生的错误信息会随着链条的延伸而放大影响，从而增加治理成本。为了避免错误信息在未来造成不可挽回的损失，食品供应链的参与者必须在信息上链之前加强质量监控，导致信息质量鉴定和评估成本的增加。然后，将区块链引入现有的可追溯系统将产生转换成本。食品可追溯系统形成了包括物联网、二维码等技术在内的复杂的食品追溯体系，需要将传统追溯系统的数据转换为区块链中能识别的数据类型。同时，随着区块链技术的不断成熟，会有更多的技术投入，必然会面临技术使用成本和转换成本。

5 结论

引入区块链可以在较大程度上降低供应链上各主体之间的交易成本和作业成本，时间、质量优势明显。但采用区块链技术仍需要严格确保数据来源的可靠性以及真实性和准确性，增加了上链信息核实成本，同时也提高了食品安全监测与质量控制技术难度和成本。在今后的研究过程中，可以建立模型量化成本控制的效果。