区块链在呼伦贝尔市农畜产品溯源中的应用探索研究
姜玉洁
（河海大学公共管理学院，南京 211100）
农畜产品关系着国计民生，其类别多种多样，具体包含粮食产品、畜禽产品、乳制品等。在农畜产品生产和销售过程中，产品质量安全监管是农业监管部门的重要职责。传统农畜产品质量安全监管受限于监管机制、监管手段和方式，存在诸多限制与不足，随着科学技术的进步与发展，为农畜产品质量安全监管提供了更多手段，区块链便是其中一项重要的技术手段。
区块链技术是伴随互联网发展而产生和成熟的，从在比特币中的应用到供应链、电子政务等领域的应用，并且在《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》发布后更是受到各界人士的广泛关注。作为进阶版“互联网+”技术，区块链技术更好地释放了产业链中的信息生产力[1]。2019年，习近平总书记在中央政治局第18次集体学习时重点强调，核心技术自主创新的重要突破口是区块链。2021年中央一号文件更是直接提出要推动新一代信息技术与农业生产经营深度融合，这既是国家农业发展战略的关注焦点，也是全面推进乡村振兴的重要举措[2]。
近年来，随着社会各界对农畜产品质量安全问题的普遍关注，如何完善农畜产品溯源体系建设显得尤为重要。目前，内蒙古自治区呼伦贝尔市全面开展农畜产品质量检测工作，检测结果显示存在农药残留超标、添加剂超标等问题。仅依靠呼伦贝尔市农牧局官方通报开展问题产品溯源调查，无法及时明确责任主体，同时相关企业也会因信息滞后利益受损。本文基于区块链技术的特征，对其在呼伦贝尔市农畜产品溯源中的作用发挥进行探索性研究，以支撑呼伦贝尔市农牧局等部门对农畜产品质量进行全面监管。
（一）区块链定义作为比特币核心及底层技术，区块链最早由中本聪在2008年11月首次提出。他认为区块链是一种无需金融机构，通过点对点支付的电子现金交易系统[3]。到目前为止，区块链发展经历了货币发行、智能合约开发应用以及在社会管理领域运行3个阶段，其应用范围涵盖人类社会经济生活的各方面。
（二）区块链技术特征区块链主要技术特征包括信息共享、数据安全、系统独立、逆向溯源、智能合约等方面，为其在各行各业应用提供技术支撑。
1.信息共享。区块链运用去中心化数据存储技术，对整个链条进行管理，通过点对点的方式进行分布式记账。除私有信息被加密外，链上信息高度透明，所有节点均可共享账本、核查账本以及维护账本更新，形成区块链信息共识机制[4]。
2.数据安全。区块链通过非对称加密技术对其链上存储的数据进行保护，运用公开密匙和私有密匙进行访问权限控制。当所掌握的全部数据节点低于51%时，就无法私自篡改数据内容，这使数据安全得到进一步保障[5]。
3.系统独立。区块链系统采用哈希算法，不依赖第三方，独立在各个区块内进行自动安全验证与数据交换，整个过程不需要任何人为干预[6]。
4.逆向溯源。区块链通过对录入的交易信息标记时间戳，以保证所有交易按时间顺序进行数据传递。此外，每个区块都记录着由交易信息和时间戳通过哈希算法得出的哈希值，该值会随区块信息变化而变化，且这种变化无法得到下一区块认可。即当链上某一节点数据发生改变时，其余节点均可通过系统广播明确该数据改变，监管部门便可沿信息链追踪到数据发生改变的起源点。
5.智能合约。区块链系统执行能力基础便是智能合约，它是一段由特定语言编写、可自动执行的代码。当链上数据信息满足预先设定的条件时，智能合约便能自动验证并执行约定内容，完成交易。整个过程不受外界影响，更无需经过第三方授权。
（三）区块链在数据溯源方面的研究现状目前，国内外学者在农产品、医疗、网络舆情等众多领域均利用区块链技术对目标数据进行存储、溯源及监管。将区块链技术与物联网技术结合，优化智能合约，提升区块链溯源技术应用智能性及数据溯源和监管可靠性。
在农产品领域，ORJUELA等[7]设计并开发了区块链数据库平台，有效解决农产品供应链中数据溯源信任缺失问题；
SOMDIP等[8]提出基于区块链技术的食品安全快速反应框架（Food safety quick response block），消费者和生产者可通过QR码对食品进行追踪及验证；
我国学者于合龙等[9]通过建立以区块链为核心的水稻供应链信息保护模型，并开发水稻全供应链信息溯源系统，有效解决多节点间数据共享问题；
张晓蝶等[10]运用“区块链+数据库”双模式存储方式，提出农产品溯源数据多链式存储保护模型，有效节省区块链存储空间。
在医疗领域，STAMATELLIS等[11]根据区块链分布式记账优势设计了患者电子健康档案，不仅有效存储患者就诊记录，同时提升医生检索效率；
学者韦安琪和陈敏[12]提出应利用区块链对医药流通数据进行高效整合；
禹忠等[13]则以Fabric平台为基础，设计区块链医药溯源系统，提高医药防伪溯源信息透明度；
唐衍军等[14]认为，对医药流通及应用信息进行区块链溯源有助于认定医疗事故责任主体，促进医药行业健康发展。
在网络舆情领域，HUCKLE和WHITE[15]提出一种利用区块链技术对媒体内容来源进行溯源的研究方法，以帮助公众准确辨别真假新闻；
LAMAS和FERNANDE[16]进一步验证了区块链在网络舆情溯源领域的有效性；
国内赵丹等[17]同样提出区块链网络舆情信息传播模型，并对网络舆情信息进行溯源，有效遏制虚假信息传播；
郭苏琳等[18]利用区块链技术，将扎根理论作为理论基础，设计区块链技术能力对网民舆情信息接受行为意愿的影响模型；
梅龙宝等[19]则提出以区块链技术为基础的网络舆情大数据溯源CA认证模型，实现对网络舆情大数据溯源及监管。
（四）区块链对农畜产品溯源的作用区块链对农畜产品全过程数据信息进行追踪记录，形成真实透明、可逆向追溯的数据源，实现对产品产业链信息全面覆盖，有助于推动农畜产品更好更快发展。对于生产经营者及相关企业而言，区块链溯源技术起显著约束作用，有效提升各主体在生产、加工、仓储、物流等各个环节对产品质量的控制和管理能力，并为相关企业树立品牌信誉提供信任背书[20]；
对于消费者及大众而言，利用手机等设备即可查询完整产品信息记录，保证了消费者及大众对产品信息的知情权，有效增强其对农畜产品及企业信任程度；
对于政府及监管部门而言，在区块链搭建的审查环境下，完整的农畜产品信息链不仅有助于规避食品安全问题责任推诿、减少食品安全事件造成的损失，同时农畜产品公共数据资源互联互通，各部门能同步获取产品信息，可有效解决多方参与、重复审核等问题，提高产品质检审查效率，降低监管成本。
内蒙古自治区市场监督管理局近期公布的农畜食品抽检结果显示，呼伦贝尔市的农畜食品存在抽检不合格情况，包含农药残留超标、食品添加剂超标、微生物污染等问题。受困于溯源信任机制不建全、溯源法规制度不完善、溯源数据信息不完整、溯源监督管理不到位等问题，呼伦贝尔市农牧局等监管部门无法迅速开展问题产品溯源，定位责任主体。
（一）溯源信任机制不建全基于中心机构建立的溯源体系，缺乏有力的信任担保。一方面企业及公众认为自身信息安全难以保障，因为农畜产品在生产运输各个环节所积累的数据都是其重要资产，除产品信息外，还涉及私人信息和商业机密；
另一方面，用户与用户间同样缺乏信任，还未形成稳定的利益共同体。因此，所有参与主体间存在信息壁垒、相互协调低效，造成农畜产品源头难以追溯。
（二）溯源法规制度不完善不同于日本、美国等发达国家，我国有关农畜产品溯源体系研究成果尚不成熟。《中华人民共和国食品安全法》中虽然规定食品经营者应建立食品安全追溯体系，但涉及农畜产品溯源具体要求的规定少之又少，因此由于缺乏明确统一的条文规定，呼伦贝尔市在农畜产品溯源工作执行上缺乏相应制度支撑，进而阻碍溯源系统建构。
（三）溯源数据信息不完整呼伦贝尔市农畜产品生产经营主体多为农牧民，存在分布广、经营方式粗放、难以集中调度等特点。另外，产品在原料生产、加工运输等过程中，由于部分企业和农业合作社尚未意识到追溯体系重要性，存在产品生产记录不完全或原料来源不明等问题，导致数据信息不完整，溯源工作难以推进。
（四）溯源监督管理不到位通常农畜产品溯源系统中产品信息由生产经营主体自行录入，无法保证信息的真实性。另外市场上农畜产品溯源大多采用二维码或条形码，缺乏防伪标志，易被不良商家复制使用，使得产品溯源失效。因此，若缺乏标准化的监管制度，消费者难以辨别溯源产品信息是否真实，长此以往导致消费者对溯源体系信任度下降，不利于溯源体系后续建设。
（一）地理位置呼伦贝尔市位于内蒙古自治区东北部，毗邻俄罗斯与蒙古国，是欧亚大陆互联互通重要枢纽。其身居东北经济区，公路、铁路、航空交通网络便利，共拥有6个边境陆路口岸和2个航空口岸，承担着我国向北开放的重担。大兴安岭横贯呼伦贝尔市整个中部，形成林业、农业、畜牧业经济区以及以农牧企业为主的农牧交错经济带。全市有近200万hm2耕地和1 000多万头牲畜，凭借其得天独厚的自然环境，成为全国适合发展绿色食品产业的地区之一。呼伦贝尔市通过相邻国家与城市中介作用，与环渤海经济圈产生合作交流，进而构建东西纵横、南北贯通开放新格局。在立足生态优势发展定位、推进农牧业发展、助力农牧民致富、打造特色有机绿色农畜产品生产基地、品牌建设等方面，呼伦贝尔市外接俄罗斯与蒙古国、内联东北地区的地理位置优势逐渐显现。
（二）数字经济呼伦贝尔市农牧局聚焦特色优势产业，利用自身信息化优势，联合内蒙古自治区高校、区块链研究院和相关行业单位，推进产学研合作创新以及平台共享，围绕农牧产业振兴，大力培育绿色基地。呼伦贝尔市第4次党代会以来，全市全面推进农牧业高质量发展，积极实施品牌提升活动，搭建呼伦贝尔物产供应链管理平台，建成中俄蒙物产中心等。实现农牧业的振兴关键是利用数字化手段对产业生产方式及管理模式进行有效改革。呼伦贝尔市农牧局在2022年6月召开农牧大数据平台建设方案意见交流会，充分发挥“大数据”平台“倍增器”作用，听取中国科学院计算技术研究所专业指引，围绕农畜牧业监测信息化、机械管理数字化、资源监控信息化和执法监督数字化等技术问题开展深入交流，为下一步搭建平台奠定基石。
（三）政策基础2021年8月，内蒙古自治区人民政府办公厅印发《自治区“十四五”科技创新规划》，明确各地必须深入实施“科技兴蒙”行动，加强农牧业领域科技创新顶层设计，坚持科技创新引领农畜产品生产基地优质高效转型，以科技创新带动全面创新，将人才创新作为核心要素。该规划的出台为地方政府营造良好科技创新生态提供了有力指导。另外，根据《呼伦贝尔市农畜产品区域公用品牌建设三年行动方案（2021-2023年）》要求，结合实际监管需求，呼伦贝尔市农牧局在2021年9月举办了农畜产品质量安全形势会商分析会，梳理了农畜产品质量安全重点监管工作任务。在“星火科技12396平台+微应用”运行框架下，呼伦贝尔市农牧局争取科研经费、先进设备、信息资源等方面支持，探索区块链在呼伦贝尔市农畜产品溯源中的应用，着力解决当前农畜产品溯源困境。
（一）参与主体呼伦贝尔市农畜产品区块链溯源系统包含产品运行环节所有利益相关者，如农户、农业合作社、生产企业、加工企业、仓储企业、物流企业、销售企业、农牧局、地方监管部门、第三方检测机构、消费者、银行、保险企业等，它们组成了区块链共同体[21]（见图1）。
图1 区块链参与主体
（二）模型框架根据数据共享程度，区块链分为公有链、私有链以及联盟链[22]。除公有链是无需授权即可登录且链上数据全部共享外，私有链和联盟链均存在特定保密数据，必须通过授权验证。三者对应不同参与主体：消费者及公众通过信息查询系统进入公有链，读取或上传数据；
农户或某组织内部产业链利用公私匙，通过产品信息系统进入私有链；
其余企业包括银行保险企业利用公私匙，通过产品信息系统进入联盟链；
各监管部门通过溯源监管系统进入联盟链和私有链，对其进行监管。综上，呼伦贝尔农畜产品溯源系统可以保证各主体均被追踪、链上信息无法篡改、企业机密不被泄露、各主体间信任机制更健全、交易更高效。溯源系统具体模型框架见图2。
图2 溯源系统模型框架
（三）系统架构基于上述溯源系统模型框架，本文将溯源系统总体架构划分为用户层、系统层、核心层、存储层、网络层、物理层、显示层（见图3）。用户层面向参与农畜产品供应流程所有用户，包含各类相关企业、监管部门以及公众，根据其需求写入或读取产品溯源信息。系统层是系统架构功能体现，实现农畜产品各个环节有效运作、满足用户需求并将监管职能融入运作流程。核心层作为整个系统关键部分，是维护溯源系统安全可靠的重要屏障，如智能合约将编写为代码的农畜产品相关监管条例、管理办法、法律法规、标准以及商业合约等内容嵌于区块链中，保证农畜产品质量管理专业化、规范化；
共识机制基于工作量证明（Proof-of-Work，PoW）、股权证明（Proof-of-Stake，PoS）、实用拜占庭容错 （Practical byzantine fault tolerance，PBFT）等各类共识算法将区块链共同体联结，使农畜产品溯源系统各节点数据达成共识[23]；
加密算法通过密码学保障数据安全及用户隐私。存储层将农畜产品各环节数据进行存储并共享关键溯源信息，以便消费者、监管部门对产品进行全程正向及逆向追踪。网络层主要提供区块链网络结构维护和数据传输服务，负责节点与节点间交易，具体包含点对点网络、消息传播协议和数据验证机制。物理层承担农畜产品供应链各环节数据采集和远程操控功能，确保产品溯源信息准确度与时效性[24]。显示层则通过网页平台、手机软件等将产品溯源信息向消费者、监管部门、企业用户展示。
图3 溯源系统架构
（四）溯源流程呼伦贝尔市农畜产品区块链溯源系统包含产品从生产到销售过程所有环节和全部参与主体，具体溯源流程见图4。首先，农户和相关企业通过监管部门资质审批，获得数字证书及公私匙，在验证成功后登录系统，将农畜产品各环节采集的重要信息录入其所维护的区块链节点中，以保证源头数据准确详细，其中隐私信息可利用私匙进行加密。其次，各节点通过算法取得数字摘要并经过共识机制写入区块，成功写入的数据信息会得到相应哈希值，以保证数据信息不被主观篡改。再次，当节点与节点间发生交易时，双方基于共识机制，通过智能合约达成一致，在上传交易信息后，系统进行全网广播，新的产品信息会在各节点确认通知后存储于分布式账本中。最后，消费者及公众通过食品包装溯源码查询产品各个环节详细信息。整个溯源流程中，监管部门全程监督，共同进行共识过程，当各参与主体在数据录入阶段存在错误时，可向监管部门发送更正审批；
但当写入区块链上的数据信息与监管部门记录在册的数据信息不符时，监管部门将立即对错误节点进行问责。
图4 溯源流程
（五）效果分析农户等生产经营主体登录系统如实写入种植、养殖相关信息，系统会根据事先嵌入标准进行甄别，其中不符合国家生产有关要求或标准的信息将被判定为无效信息，无法录入；
当写入的数据信息全部合法合规时，用户即通过私匙进行数字签名，并上传所有数据信息至区块链数据库及对应节点。
若生产经营主体在写入数据时瞒报，隐瞒产品含有违禁农药、瘦肉精等信息，在被第三方检测部门或监管部门抽检查出违禁成分时，有关部门会立刻拦截这批产品并对责任主体问责。若这批问题产品在抽检时未被查出，正常流入加工企业，原则上加工企业在确定接收产品前应进行质量检测，检测结果合格时双方才会基于智能合约签订协议；
但当检测结果与生产经营主体写入的原料成分不一致时，检测节点会将结果写入系统，系统广播变更后的检测结果，监管部门察觉到后直接对产品进行拦截并对责任主体问责。若加工企业忽略检测工作，直接接收问题产品，并将其流入市场，当最终由市场监管部门抽检发现产品不合格时，监管部门将通知企业迅速召回所有产品且停止原料加工生产，并通过农畜产品区块链溯源系统锁定主要责任主体为加工企业，另外生产经营主体瞒报行为同样将受到处罚。
所有参与农畜产品产业链主体均需执行相同操作，上传基本信息至对应节点，区块链中各节点基于共同机制，彼此监督。消费者购买产品后，输入产品包装上的溯源码或扫描二维码，即可获取产品从生产到加工到流转的所有数据信息。农牧局及监管部门全程参与监督，一旦链上数据出现异常或接到消费者举报，便可立即给予回应并确定责任主体，保障公众食品安全。
民以食为天，食以安为先。完善农畜产品从“农田牧场到餐桌”全过程溯源体系建设，对打造绿色农畜产品品牌、满足大众高品质物质需求具有重要作用。呼伦贝尔市作为内蒙古自治区“肉库粮仓”，深入落实乡村振兴战略、大力发展现代农牧业，通过“农牧户+合作社+龙头企业”发展模式，实现食品生产模式规范化、科学化管理。为加强对农畜产品质量监管，完善其溯源体系至关重要。本文通过对区块链技术特征与作用进行分析，结合呼伦贝尔市农畜产品溯源不足之处，以及对区块链在呼伦贝尔市农畜产品溯源方面的应用背景从地理位置、数字经济和政策基础3方面进行分析，提出相关探索方案，以推进区块链技术在农畜产品溯源中的广泛应用，发挥其分阶段溯源、数据可视化且不可篡改优势，切实保障农畜食品安全与大众饮食健康。
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