区块链架构下农产品溯源政府可信化监督管理优化模型

李佳欣 谭凯畅 施海东 母仕宇

摘 要：本文针对传统农产品产业链溯源效率低下、可信度较低、溯源系统数据易篡改等系列问题，参考农产品产业链溯源标准，结合区块链的联盟链，提出了基于“区块链+PBFT机制”的农产品大数据安全管理模型，通过BaaS云平台和物联网技术储存农产品产业链数据，同时加强隐私保护系统的构建，对农产品溯源的信息进行加密和匿名处理，实现农产品追溯与隐私保护的双重目标，在这一过程中融入政府可信化监管，由政府提供公共信用数据，从而保障消费者权益，维护市场秩序。

关键词：区块链；农产品产业链溯源；BaaS云平台

Optimization Model for Trusted Government Supervision and Management of Agricultural Product Traceability Under Blockchain Architecture

Abstract： Aiming at a series of problems such as low traceability efficiency， low credibility and easy tampering of traceability system data in traditional agricultural product industry chain， this paper proposes a big data security management model of agricultural products based on “blockchain + PBFT mechanism” by referring to the traceability standard of agricultural product industry chain and combining with the alliance chain of blockchain. It stores the data of agricultural product industry chain through BaaS cloud platform and Internet of things technology， strengthens the construction of privacy protection system， encrypts and anonymizes the information of agricultural product traceability， realizes the dual goals of agricultural product traceability and privacy protection， and integrates government credible supervision in this process. The government provides public credit data to protect the rights and interests of consumers and maintain market order.

Keywords： blockchain; agricultural products industry chain traceability; BaaS cloud platform

隨着人们对美好生活的要求不断提高、健康饮食的意识不断增强，农产品相关的食品安全问题受到广泛关注。尽管目前农产品供应链中存在一个中心化的管理机构，但其维护成本较高且交易数据仍然无法完全公开透明。因此，急需一种新型技术手段构建农产品溯源渠道，以保障农产品的食品安全。

农产品产业链政府可信监管溯源系统优化模型是一种政府参与监管的食品安全保障模型，可对农产品生产、供给、销售各环节进行顺向追踪，从生产源头到消费终端的产业链全过程进行溯源反馈，或从消费终端到生产源头进行逆向追踪，是一种可有效保障农产品质量安全及其相关信息真实可靠的追溯系统，结合联盟链和PBFT共识机制，使所有的诚实节点保持一致，降低错误信息对于整体的判断，同时通过政府可信化监管对整个农产品产业链溯源进行宏观调控，真正实现“从农田到餐桌”的全程可追溯信息化管理，使整个农产品生产经营活动始终处于有效监控之中[1]。

通过与政府可信监管相结合，能够更好地加强对于农产品数据的监测与管理，企业可以与政府达成合作，使市场监督管理局重点监测农产品的质量问题，为消费者的食品安全提供保障。“区块链+PBFT机制”有助于消费者实时监控所购买的农产品物资的安全情况，透明可视化的产业链流程有助于促进全民监督，减少农产品质量安全纠纷。

1 传统农产品产业链溯源的困境

1.1 条形码溯源方式的局限性

农产品安全问题持续受到人们的广泛关注，农产品溯源渠道也不断拓展，条形码溯源是一种常用的农产品溯源方式。原始的条形码是通过宽度（线）与平行线的距离来显示信息，也被称为一维条形码或者是标识体系[2]。目前，条形码一般用于商品销售中的商品定价，而不是为了跟踪产品，无法追踪到农产品全产业链的生产、供给、销售各个方面的情况。因此，条形码的溯源方式难以满足消费者对于农产品食品安全保障方面的需求，难以解决食品安全纠纷。

1.2 传统农产品溯源方式效率低下

传统农产品溯源方式效率低下，具体体现在以下几个方面。①记录方式落后。许多农产品的追溯信息仍依赖于纸质记录或简单的电子表格，这种方式难以高效地存储、查询、共享信息。②信息分散。农产品从生产到销售的各个环节涉及多个利益相关者，如农户、加工商、运输公司、零售商等。每个环节的信息记录方式不同，导致信息分散，难以整合。③数据标准不统一。缺乏统一的数据标准，导致信息无法有效互通和共享，增加了追溯的难度和成本。

1.3 传统溯源系统数据易被篡改

传统溯源模式由于缺乏对于防伪系统的监控以及共识机制的协调，在每个节点输入数据的过程中，可能存在利益驱动而更改数据的情况，存在数据被篡改的风险，难以保证农产品溯源链中数据的真实性、准确性。因此，本模型研究的重点在于如何使传统溯源系统区块链模型获得的数据更加可信与真实，保障消费者的合法权益和食用安全，在完善传统溯源系统的同时引入政府机构对于农产品产业链溯源全过程的可信化监管模式，用政府这一“有形的手”规范市场的运行情况。

2 技术分析

2.1 区块链技术

区块链通常被认为是一个分布式数据库，被称为分类帐，其利用一种加密算法创建一个按时间顺序排列的由数据块组成的链结构，在点对点网络中发生的所有交易记录都可以存储在块中[3]。根据账本记录和维护过程、访问权限和经济生态模式的不同，区块链的形态分为公有链、私有链和联盟链[4]。公有链以去中心化为主、多中心化为辅，其中的任何节点都可以参与记录与维护，但其承载能力较弱，而农产品产业链不需要全员可见，沉没成本较高。私有链的参与者过于局限，只有个体和公司内部可参与记录与维护，自行背书式的信任机制不具有去中心化的特点，无法满足农产品产业链溯源的要求。相比之下，联盟链的优势突出表现在数据交易过程中可以精简部分节点，节点数目稳定，兼具安全、效率和成本优势。利用联盟链助力农产品溯源不仅能够提高溯源的透明度和安全性，打破传统溯源系统数据存储中心化的局面，还可增强供应链各追溯主体之间的信息互通性。图1为区块链溯源层次系统模型图。

2.2 共识算法

共识算法作为区块链的核心，主要负责确保数据传递和处理过程中的正确性和一致性[5]。工作量证明机制具有去中心化的优点，节点可以自由进出，不适合商业应用尤其是农产品产业链的溯源。权益证明机制的改进模式是创造性通过实施科技式的民主方法来消除绝对中心化的弊端，但这种机制仍然依赖于代币，难以完美解决区块链在农产品产业链溯源方面的应用。PBFT共识算法是基于BFT算法改进的，显著降低了算法的复杂程度，大大提高了共识效率。

基于“区块链+PBFT机制”的农产品大数据安全管理模型借助PBFT共识算法极大地降低了算法的复杂程度，在去中心化的同时可在一定程度上减少资源的浪费。此外，由于工作量证明机制和权益证明机制在不同节点都能填充新的板块，在一定程度下会导致“分叉”问题，而PBFT机制只有一个节点能够提出新的板块，可在低资源消耗的同时解决“分叉”问题。图2为农产品产业链溯源流程图。

2.3 BaaS云平台与区块链技术

目前，区块链技术的优势已经逐渐被大众认知，然而区块链搭建的难度较大，仅在部分龙头企业得到应用，大多数消费者难以接触到输入区块链数据的机会。因此，为了使更多的企业和消费者有机会接触到区块链数据的载入、检测和监督，BaaS云平台应运而生。

“云链结合”即“云计算+区块链”，将二者的本质特点“服务”结合在一起，具有按需供给的特点，把区块链放在云端，既可以达到区块链拓展服务范围的目的，又可以利用云计算技术门槛低、个性化强的特点满足消费者个性化的需求，实现跨流程、跨企业、跨区域的可视化区块链溯源应用。

3 区块链架构下农产品溯源系统的应用路径

区块链架构下农产品产业链溯源系统主要由4个模块构成，首先是针对农产品种植、生产、分销、包销等一系列基础数据管理层面的数据收集，可进一步细化分为种植生产管理数据部门、加工管理数据部门、产品检测部门、物流信息管理部门等4个部门，各部门针对农产品对应的生产流程进行科学有效的检测，并将检测数据通过联盟链进行上传，联盟链可以容纳多方同时写入，接纳更多相关检测行业和良心企业参与其中、互相监督。同时，“区块链+PBFT机制”的共识机制可以更大程度上减少错误信息对于消费者的影响，保证农产品溯源数据的真实性、有效性、可行性。

从用户角度来看，消费者可以通过扫描农产品包装袋上的二维码身份标识，借助微信小程序或者手机App获取农产品从生产到销售的全流程信息，这一过程不仅能提升消费者对农产品质量保证的信任，而且能够倒逼企业提高对于农产品质量检测的重视程度，“区块链+PBFT机制”共识机制也能促使企业互相监督，形成良性竞争氛围。

从政府可信化监管角度来看，农产品区块链技术将农产品的种植、生产、加工、仓储物流和零售终端等全过程的信息上链，监管部门可以作为其中一个节点加入到整个网络当中，实现对农产品质量安全的管控。这增加了数据的可信度和透明度，有助于政府部门对农产品的质量和安全进行监管[6]。

政府可信化监管的主体包括国家监管部门（如国家市场监督管理总局）和各级地方政府，监管部门可通过BaaS云平台和区块链模型搜集农产品溯源类企业每一阶段农产品监测结果的数据；企业可与地方政府达成合作，享受国家对于农产品溯源政策的优惠福利。市场监督管理局的专业技术检测人员应走正规程序对企业和产品进行监测，监测完成后，地方政府仍应对该阶段企业上传到区块链溯源系统中的监测数据进行对比，查看数据是否有误，实现政府对于企业自主录入区块链系统数据的监管。同时，政府应出台相关利好政策，提高企业对于农产品溯源系统的应用率，从而提高消费者对于农产品食品安全的信赖程度，促进农产品的售卖。

从供应链各参与主体角度来看，区块链技术通过数据开放和共享可以实现供应链各节点之间的信息共享和协同工作：上下游企业之间能够及时了解行业整体运行状态，降低沟通成本，为生产企业提供高效的产销对接渠道，建立包含生产、物流、销售的可信流通体系，提升产品供应链的流转效率；促进政府部门、企业、消费者等各方的协同监管和参与，为政府部门提供监督、管理、支持和决策的依据，提高监管效率，增强监管效果[7]。图3为区块链溯源安全保障体系。

4 结语

区块链架构下农产品产业链政府可信化监管溯源系统不仅是一个农产品溯源平台，而且涵盖各方面监测机构的对接，同时需要政府对这一模块进行监管与指导。目前我国区块链溯源技术的发展仅次于美国和西欧，作为一种新兴产业，区块链溯源技术有着极大的发展前景，然而不少企业因缺乏相关研究和对于区块链构建成本的担忧仍然处于观望态势，因此有必要在国家、政府层面实现区块链溯源领域的立法保障和标准规范，制定相应的法律法规，积极鼓励区块链溯源技术的发展，引进专业人才，更好地保障区块链在农产品溯源领域的应用。

参考文献

[1]魏希三，谷琼，陈虎.乡村振兴背景下区块链农产品溯源系统应用探究[J].智慧农业导刊，2023，3（20）：1-4.

[2]王丹蕾，王傳钊.基于区块链技术的溯源系统助力农产品实现“真”绿色[J].产业创新研究，2023（18）：79-81.

[3]麻剑钧，刘晓慈，易森林，等.区块链技术在农产品供应链中的应用与发展对策[J].湖南农业科学，2023（8）：84-88.

[4]邓小康.基于隐私区块链的农产品溯源系统研究[D].武汉：武汉轻工大学，2023.

[5]尹雪倩，于安芬.基于区块链的农产品供应链溯源应用研究[J].物流科技，2023，46（13）：108-111.

[6]刘陕南.基于区块链的农产品溯源关键技术研究[D].石河子：石河子大学，2023.

[7]林涌.基于区块链技术的农产品溯源平台构建[J].市场监管与质量技术研究，2023（2）：29-32.