基于区块链的生鲜食品移动追溯平台框架重构

奥鹏网院作业

基于区块链的生鲜食品移动追溯平台框架重构
赵 磊，毕新华，赵安妮
（吉林大学管理学院，吉林 长春 130025）
摘 要：传统的追溯体系面临的公信力、监管困境、扩展性和成本支付问题阻碍了追溯产业的市场化转型。本文从信息生态视角分析用需求，提出追溯参与主体的风险补偿方，作为追溯平台商业化运行的核心能力，进行信息链流程再造，给出一种新框架模型。实现方：首先，使用产品标签作为最底层的追溯数据载体，通过备份标签实时生成产品电子履历；其次，采用移动自组网模式支持轻节点的动态接入，实时写入追溯数据；再次，通过智能合约实现追溯数据的复杂调用，界定追溯责任；最终通过跨链接口向平台用提供风险补偿和大数据服务。
关键词：生鲜食品；区块链；移动追溯平台；信息生态
食品可追溯体系是一种以风险管理为基础的安全保障体系，核心问题是要解决食品生产消费日益分离与消除信息不对称之间的矛盾[1]。在政府财政支持下，我国食品可追溯体系建设经历了分段管理、全产业链管理两个阶段，相关制度和体系建设初见成效[2]。然而应用于松散而时间敏感的生鲜食品供应链时，政府主导的追溯体系固有矛盾逐步暴露：公信力问题，缺乏完整可靠的食品质量安全信息链，个别企业的短视认知偏差[3]使已建成的追溯体系公信力大打折扣；监管困境，食品企业违规被发现概率低，监管滞后，仅靠政府的严格规制难以产生规制的预期效果[4]；扩展性问题，追溯体系组网标准不统一，处于移动状态的追溯单元跟踪操作复杂，导致追溯信息传递效率低[5]。在产业转型升级、反补贴贸易摩擦加剧[6]的新形势下，传统追溯体系既要实现追溯信息互联互通，又要破解追溯成本支付难题。区块链和5G网络为解决上述矛盾和难题提供了一个新的契机。区块链是数字加密货币体系比特币的底层核心技术，应用区块链可打造不可篡改的信息链[7-9]。5G网络是面向下一代的移动通信技术，支持海量的传感器接入，可提供标准的动态化组网基础[10-11]。
区块链和5G网络在食品安全追溯方面的应用研究刚起步。在实践方面，2016年9月，沃尔玛、清华大学和IBM公司联合展开运用区块链进行食品追溯的科研项目，在美国以芒果为试点，在国内以猪肉为试点[12]。2017年12月，中国首个安全食品区块链溯源联盟成立，其旨在通过区块链技术进一步加强食品追踪、可追溯性和安全性的合作[13]。实践结果表明技术上具有可行性，但大范围应用仍受到追溯信息质量、主体参与意愿和技术开发成本等束缚[14]。在理论方面，Pearson[15]、孙志国[16]等认为食品安全溯源体系引入区块链能够解决食品安全领域的信任难题，但提升信息质量还依赖于物联网和传感器的进一步应用。Alfian[17]、Tian Feng[18-19]、Lin Qijun[20]等提出整合射频识别技术、无线传感器网络和区块链技术可以实时生成食品追溯电子履历。Thakur[21]、肖新清[22]等提出冷链物流品质感知的物联网数据采集与建模方法。Mao Dianhui等[23-24]提出基于区块链的交易信誉评估方法，以规避多主体带来的食品安全风险。丁庆洋[25]、刘敖迪[26]等认为区块链视角下追溯防伪体系的用信息保护问题依然严峻。李明佳等[27]从顶层架构出发将区块链植入食品溯源体系，在区块链去中心化程度、共识机制等方面进行改进以克服公有链的缺点。汪传雷[28]、杨慧琴[29]等提出一种区块链架构将供应联盟、金融机构及政府监管机构连接在一起，但仍面临主体多、开发成本大等难题。综上发现，学者们较多从技术视角进行了前瞻性剖析，对改良现有的追溯体系进行了有益探索，然而未能从根本上化解传统追溯体系的固有矛盾和成本支付难题。
为此，在考察吉林省动物源性生鲜食品追溯项目的基础上，本文从信息生态视角分析追溯平台的多主体用需求，进行功能设计和信息链流程再造，并结合区块链原理给出一种理论框架模型。以多主体用需求为导向地追溯信息生态重构，有利于从根本上解决传统追溯体系的固有矛盾和成本支付难题，对我国追溯服务产业市场化转型和财政补贴政策有序退出具有一定的指导意义。本文将基于区块链的生鲜食品移动追溯平台定义为：以生鲜食品供应链内外部参与主体追溯信息需求为驱动，通过移动网络实时获取追溯数据，利用区块链存储、调用、挖掘和共享追溯信息资源，向平台用提供基础服务和增值服务的跨组织追溯信息系统。
1 功能设计
生鲜食品追溯体系参与主体众多，需求具有差异化，追溯平台功能需求识别既要保证完整性又要降低复杂性。按业务关系可划分为供应链内部主体和外部主体，内部主体包括生鲜电商、冷链物流企业、零售商、批发商、加工企业和农等，外部主体包括消费者、政府、行业协会、消费者协会、认证机构、金融保险机构、平台运营商和网络服务商等。参与主体的拓展，导致传统的追溯体系功能完整性降低，设计复杂性提高。根据信息生态理论，共享多关键点型信息生态链包括5 类信息人角色（即对应表1中罗马数字）[30]，共生关系下任一信息生态位的功能需求都不能偏废[31]。为了保证信息生态位的完整性，首先按信息人角色将上述参与主体划分为：I信息生产者、II信息传递者、III信息转化者、IV信息消费者、V信息组织者。为了降低设计的复杂性，再按信息生态位集中识别信息流通过程中的能力和功能需求：追溯信息生产者的信息生态位最低，占有较多的原始信息资源，信息控制能力强但增值能力弱，功能需求偏重责任界定、隐保护、风险补偿和大数据服务；追溯信息传递者的信息生态位较低，负责建立传递渠道和防止信息污染，具备信息质量保障能力，功能需求偏重动态接入、用管理和流量计费；追溯信息转化者的信息生态位居中，是数据整理、存储和加工的关键角色，具备信息分解和增值能力，功能需求偏重风险补偿、大数据服务和流量计费，同时要支持其他信息人的功能需求；追溯信息消费者的信息生态位较高，占有较多的个性化信息资源，信息应用能力强但鉴别能力弱，对追溯平台的功能需求偏好追溯查询、外部监管、风险补偿和大数据服务；追溯信息组织者的信息生态位最高，负责制定追溯标准，具备信息导向和信息质量评价能力，功能需求偏重责任界定、外部监管和用管理。最后按信息在流通过程中是否增值，将追溯平台的功能划分为基础服务和增值服务（表1），其中动态接入、用管理和隐保护是基础服务中的必备功能，大数据服务是增值服务中的必备功能。基础服务：向用提供从生产源头到消费终端的食品安全追溯信息，保障信息链的完整可靠。相比传统的追溯平台，生鲜食品移动追溯平台需向消费者提供层次化的食品安全信息即时查询服务。加工企业和农是食品安全输入性质量风险责任主体，零售商、批发商、生鲜电商、冷链物流企业是食品安全过程性质量风险责任主体，明确的责任划分可以创造责任激励。消费者对生鲜食品的信任品质量风险缺乏判断能力，需要政府、行业协会或消费者协会制定相关标准或委托第三方检测认证以保障消费者的利益，监管机构需要即时掌握风险产品的源头、流向和存量信息，及时向社会预或采取应对措施，故追溯平台需具备实时外部监管功能。生鲜食品供应链是松散、开放式的，用节点实时动态接入追溯平台有利于消除追溯数据造假空间。追溯平台还需具备上述5 类用的身份管理功能和隐保护功能，以支持监管机构对用行为进行管理，促进追溯信息共享。
表 1 生鲜食品移动追溯平台功能
Table 1 Functional design of mobile traceability information system for fresh foods

注：√.具有该功能。
增值服务：通过挖掘追溯信息资源的价值，向用提供风险补偿和大数据服务以保障用权益，并按流量收取一定的服务费用。风险补偿是指提供追溯保障服务所获得的追溯溢价收益在追溯参与主体之间的合理分配，是追溯平台商业化运行的核心能力，消费者能够通过购买追溯溢价产品来获得质量风险保障，供应链主体共享内部追溯信息能够获取产品溢价收益。可追溯食品生产非市场或企业自发行为，政府补贴政策对建立追溯体系具有重要的激励作用，但消费者支付追溯溢价是解决追溯成本的基础。企业生产可追溯食品的额外成本与额外收益的不均衡将挫伤企业参与追溯体系的积极性，特别是在食品安全投入方面普遍存在搭便车行为[32]。鉴于生鲜食品质量安全易受环境或人为因素影响，某一环节失控或作假即可导致消费者信任丧失和供应链体系崩溃，问题不仅在于失控或作假环节责任主体得到应有的惩罚，更重要的是让消费者、供应链上受连累的参与主体及其投资者得到风险补偿，从而规避信息不对称时的逆向选择。追溯平台为参与主体提供风险补偿机制能够平衡其额外成本与额外收益，提升平台用共享追溯信息的积极性。用共享的追溯信息使追溯平台成为追溯溢价价格信号传递的中介，从而培育出“优质优价”的食品安全市场，因此风险补偿服务成为平台商业化运行的核心能力。按照消费者的支付意愿将追溯信息从高到低排序，再将每个层次的追溯溢价从产品价格中分离出来，最后由追溯平台统一分配追溯溢价收益。追溯溢价扣除一定比例的追溯成本和保险费后，再分配给共享内部追溯信息的供应链主体。质量事故率高的供应链主体少分或不分配收益，并适当提高流量计费费率。当发生质量事故时，消费者和受连累的供应链主体可按事先约定的倍率由保险机构给予先行赔付，然后再追究当事人的责任，以强化追溯平台的风险补偿功能，提高参与主体共享内部追溯信息的意愿。大数据服务是根据参与主体的个性化需求，进一步挖掘海量原始追溯信息，提供实时信息预报服务，以提升追溯平台参与主体的协同能力和抗风险能力。在供应链内部，为了保障生鲜食品的质量安全和新鲜度，让消费者能查询到所订商品的实时状态，责任主体需要随时掌控质量安全风险，获取物流信息支持等。在供应链外部，金融保险机构需要及时了解责任主体的信用状况和保险标的物的质量状态，监管机构需要了解潜在的质量安全风险和违规行为等。又由于生鲜食品生产者与消费者缺乏动力建设和维护追溯平台，故需要引入第三方追溯平台运营商和网络服务商投资建设和维护，并按流量收取一定的服务费用。综上，相比传统的追溯平台，参与主体对增值服务提出了全新的功能需求。
2 追溯信息链流程再造
为了应对新功能需求带来的挑战，系统在业务流程上需要突破组织边界对内部追溯信息共享的限制，防止追溯信息链在商品交易环节出现断裂。在分段管理阶段，由于缺乏全局观念和共享意识，企业各自建设相互封闭的追溯系统，在商品交易环节电子记录与手工记录并存，形成了信息共享壁垒；在全产业链管理阶段，通过网络和数据平台集合各个企业的追溯数据，受追溯精度和深度限制，企业在转换信息形式时，信息的时效性、有效性和完整性难以保证，追溯信息在商品交易环节批量转换时不连续，导致滋生数据造假行为。本文将交易双方各自记录的收发环节，合并为一个共享的可追溯单元，提出了一种新的追溯信息链流程架构。动物源性生鲜食品从养殖到消费所涉及的追溯链流程更长、更复杂[33]，故以猪肉为例阐述这种新流程架构（图1）。
追溯环节：为了确定责任边界，将追溯链从产品诞生到消费的流通过程划分为生产、加工、流通、消费四大环节，对应的责任主体分别是农，加工企业，批发商、零售商、电商平台和冷链物流企业，消费者。
可追溯单元：按追溯事项发生的时间顺序连接追溯环节中的各个操作工序，进行数据采集，该操作工序即为可追溯单元。当某一追溯单元的猪肉产品出现分割时，输出的子产品包含有父产品的追溯数据，即由一条追溯链分叉为多条链。当某一追溯单元的猪肉产品出现合并时，输出的父产品包含所有子产品的追溯数据，即由多条链合并为一条链。当可追溯单元的猪肉产品出现交叉分割与合并时，形成了追溯链的网络式结构，进入消费环节的任一猪肉产品都可以在追溯网络中找到唯一一条从育种到售后的跨组织追溯链与之对应。猪肉产品的跨组织追溯链包括育种、生长育肥、检疫和出栏等16 个基本的可追溯单元，其中农的生猪出栏与加工企业的收购、加工企业成品肉出厂与批发商的集中收购、批发商的配送与零售商的进货、零售商的分割肉出售与消费者订购是同一交易信息，分别合并为一个共享的可追溯单元。其追溯数据采集建立在最小交易单位基础上，追溯精度和深度的提升引起的追溯成本由平台的风险补偿功能来弥补，数据采集密度的提升由平台的动态接入功能来完成。追溯数据随实物同步流动，前一工序的输出即是下一工序的输入，且对交易双方是透明的，任何一方篡改数据会被对方发现，保障了追溯信息的连续性，从而突破组织边界对内部追溯信息共享的限制。

图 1 生鲜食品追溯信息链流程
Fig. 1 Processes of traceability information chain for fresh foods
追溯信息链：追溯信息链是与可追溯单元平行的按时间顺序记录追溯事项并对追溯数据进行加工的流程。按追溯数据的加工顺序划分为加密验证、数据写入和数据调用3 个子模块，从而形成一个完整的、实时的、可共享的追溯信息链。加密验证：可追溯单元的写入节点将追溯数据用钥加密后，发送给其他节点验证，验证通过后才可以将追溯数据同步到产品区块链上。数据写入：自产品诞生的可追溯单元起，每头猪仔的身份信息由育种农提出申请，经认证机构核实后，生成与猪仔一一对应的产品身份字段，与育种农的公钥一起写入该产品的创世区块。再将产品身份字段和创世区块摘要写入每头猪仔的标签，如可加密的近场通信（near field communication，NFC）标签，从而建立起每头猪仔与产品区块链的一一对应关系。育种农使用带读写功能的智能移动终端在NFC标签上追加写入饲料、病害、检疫、运输等信息，数据同步终端自动采集当前的时间和位置坐标，通过5G网络与对应的产品区块链通信以上传新增内容。当猪仔交易给养殖农时，育种农须将养殖农的公钥写入猪仔标签，用育种农的钥签名确认，然后同步到产品区块链上，代表着产品权属和数据写入权转移。每当产品移交到下一追溯单元时，产品标签也同步做产品权属和数据写入权限转移，再由下一追溯单元在产品标签上写入该单元的追溯数据，并自动同步到产品区块链的下一区块，直到该产品消费者的公钥写入产品消费区块，从而保证每一头生猪从育种到售后都有完整的追溯信息。即便产品被消费掉，其对应的追溯数据将被永久保留在该产品区块链上，具有不可抵赖性，从而降低了责任主体提供虚假追溯数据的风险。数据调用：智能合约根据创世区块所列的摘要信息，以及后续区块所写入的产品特点、生产环境、加工工艺和运输方式，以及消费者个性化需求等因素，自动按照国家或行业标准选取相应的追溯要素和对应的追溯指标，与责任主体写入的追溯数据进行对比分析，做出预与响应。根据用管理授权和隐保护设置，智能合约可调取用身份信息和对应的追溯数据，以支持追溯查询、责任界定、外部监管等基础服务，通过跨链接口与智能合约互动，进一步挖掘追溯信息用于各项增值服务。
3 整体框架设计
3.1 设计目标
1）将单个产品作为自身追溯数据的最底层载体，并实时上传追溯数据生成该产品的电子履历。产品见证了从生产源头到消费终端过程完整性，实时上传数据能够规避造假空间。
2）将组织内部可追溯单元数据采集点变成数据写入点，供应链责任主体只需写入追溯数据而不必保留记录。既节省组织内部追溯系统的建设与维护成本，又能解决追溯平台的可扩展性问题，任意节点的故障或变更不影响追溯平台的整体运行。
3）将追溯数据加密存储在产品区块链上，保护用隐，防止篡改，实现产品身份和追溯数据的自我证明。
4）通过智能合约实现追溯数据的复杂调用与追溯信息的实时共享，进一步挖掘追溯信息价值，满足追溯平台的功能需求。
3.2 框架模型与实现

图 2 基于区块链的移动追溯平台框架模型
Fig. 2 Framework of mobile traceability information system for fresh foods
基于账区块链（account blockchain，ABC）和交易区块链（trading blockchain，TBC）双链架构大数据版[34]，以搭建生鲜食品移动追溯平台框架模型（图2）。存储层主要存储产品标签数据、产品履历数据和交易数据，是系统架构的基础。网络层主要负责节点动态组网、节点授权、参与共识、维护账本、数据读写、数据传输和流量控制，是系统架构的核心层。合约层主要负责部署智能合约与追溯信息调用，执行可用算法描述的追溯任务，是系统架构的业务处理层。接口层负责应用与追溯平台的数据交换，是实现跨链融合的纽带。应用层通过友好的操作界面向平台用提供个性化信息交互服务，是系统架构的业务扩展层。
存储层的实现：数据存储单元包括产品标签、产品账块和产品交易块（图3）。产品标签包含一个产品身份识别芯片，实时记录追溯缓存数据，其明文区存放产品身份字段、追溯数据摘要、当前写入高度和当前写入节点公钥，密文区存放用下一节点公钥加密的追溯数据、下一写入公钥和明文区Hash值，并用当前节点的钥签名。使用明文区公钥解开由上一节点钥签名的密文即可验证该产品的发送者身份合法，通过对比密文区的明文Hash值即可验证明文未受篡改。当前写入高度可以证明该产品所经过的可追溯单元写入节点的个数，产品无法被伪造。产品账块是存储在ABC账链上的产品电子履历记录块。账块的数据结构包括区块头和区块体两部分。在区块头中，前块Hash值使得当前账块与前块相连，从而构成链式结构；时间戳记录建块的唯一性，防止篡改；交易地址记录账块所对应的交易块中某一具体交易项，使得账块在交易链上有根据可查；块体Merkel根保证块体数据的唯一性，使用Merkel根可调用和核实块体数据，使得区块体与区块头可分别存储。在区块体中，存储若干个产品标签的备份，当前节点的钥签名和下一写入节点公钥的合法性可以被网络节点验证，但是密文区的追溯数据只有下一写入节点才能解开。产品交易块是存储在TBC账链上的产品权属和追溯数据写入权限转移的记录块。交易块的结构包括区块头和区块体两部分。区块头中的智能合约接口用于合约条件的输入与结果的输出。在区块体中，存放若干个产品交易，每个交易包括产品身份字段、交易地址、下一写入公钥、智能合约和钥签名5 个部分。产品身份字段用于查询有关此产品的所有交易项，验证交易标的有连续合法的身份；交易地址用于查询交易发起人在交易链上的产品权属和追溯数据写入权限，确认该输入项未被使用；下一写入公钥代表交易标的的接收方；智能合约存储在交易块上，可直接调用交易链和账链上的追溯数据；钥签名用于验证交易发起人身份合法，通过产品权属和追溯数据写入权限在交易块上背书，使得不同组织的权限和责任得到界定。

图 3 追溯数据存储单元结构
Fig. 3 Data storage structure of traceability information system
网络层的实现：网络层按用接入追溯平台的功能权限可划分轻节点层、全节点层和认证中心层。轻节点层由基于移动智能终端和常规计算能力的平台用组成，不保存与自身业务相关的追溯信息，通过向全节点发送读取、写入请求来查询相关信息，确认写入成功；全节点由具备一定计算能力的追溯单元写入节点和第三方网络平台服务器组成，保留所有的账链和交易链信息，具有读写权限，并参与共识机制和维护账本；认证中心层由政府监管节点、认证机构节点、非盈利性协会组织的网络服务器组成，保留网络全节点的注册信息，具有节点授权和信誉评估功能，为数据一致性提供共识机制和保障机制。追溯平台采用基于云计算的SaaS平台多租虚拟化模型，支持轻节点围绕全节点按组织、地域、产品类别等组建规模不等的局域网[35]。局域网中的轻节点采用移动自组网模式[36]，负责与产品标签、追溯单元监测点交换数据，以及与物联网的感知层、接入层等交换实时业务数据。在5G网络云无线接入网架构（cloud radio access network，C-RAN）支持下[37-38]，可通过深度学习预测移动节点数据处理需求，优化组网方，实现轻节点的动态实时加入，并降低轻节点的追溯投资额度。为了保证信息准确和快速传递，采用时间序列逻辑对轻节点的数据采集进行建模和编程，设定数据采集周期和策略，其写入模块周期性汇集无线传感网络的温湿度数据、品质感知数据、操作数据和物流数据等，写入产品标签数据缓存区，其数据同步模块对上一周期的数据集加密后经全节点同步到区块链上。局域网中的全节点采用认证中心授权代理模式，负责节点发现、广播消息、同步区块、数据验证、区块写入等。认证中心层采用CBFT来保障数据一致性[39-40]，由可信任全节点轮流负责建块，支持高频、并发交易，能够提高追溯平台的交易速度和可扩展性。为了鼓励全节点为建块提供忠诚服务，认证中心层引入节点授权与信誉评估模块，负责管理全节点注册信息和全节点记账权限，并对投票节点的信誉、作弊风险进行评估。
合约层的实现：合约层提供智能合约与产品绑定服务，负责将智能合约部署在交易链上。该层包括初始化服务、部署服务、调用服务、查询服务和托管服务5 个模块。为了方便用调用追溯智能合约，避免安全漏洞，使合约具有法律效力，初始化服务模块提供由监管认证节点验证通过的合约代码模板，存储在认证中心层的服务器上，供全节点层查询和引用。部署服务模块根据全节点的合约写入请求，查询对应的合约代码模板，生成合约，反馈给请求节点，合约经共识后写入该产品的交易区块。调用服务模块是当产品交易状态更新时，写入交易区块前自动执行打包在一起的智能合约，并将执行的结果保存到产品账块中。查询服务模块是根据全节点的请求或跨链接口的查询请求，将智能合约的当前执行状态反馈给请求节点。托管服务是全节点将智能合约大量的计算任务委托给监管节点服务器，全节点只需验证合约执行结果即可，以加快智能合约部署和执行速度。
接口层的实现：接口层是外部应用与追溯平台的数据交换层，包括用授权接口和追溯信息共享接口。用可通过电脑客端或手机APP访问云服务器端代理，云服务器端代理再与追溯平台核心区块链进行交互，输入数据或返回查询结果。
应用层的实现：应用层包括用管理、隐保护、风险补偿和大数据服务模块。用管理模块和隐保护模块部署在认证中心层监管节点服务器上。用管理服务包括用身份注册、修改和注销，用公密钥生成、密钥存储管理以及用权限设置。隐保护模块具有用隐策略设置、用访问权限审查和追溯信息脱敏审查功能。用管理模块和隐保护模块通过用授权接口向智能合约提供授权服务，保护追溯信息和交易双方的隐不被未授权者访问，同时支持监管和审计用的产品追溯行为，实现追溯业务的智能化管理。风险补偿和大数据服务模块部署在全节点层第三方云存储平台服务器上，通过追溯信息共享接口向智能合约提出查询申请，追踪标的物的实时状态，精准分析用的行为特征，评估产品质量风险和用信誉，向责任主体分配追溯溢价收益等，从而充分挖掘追溯信息的价值，实现追溯信息的互联互通。
目前，生鲜食品移动追溯平台的架构模型已经在吉林省的例基础上进行了试点和改造。项目前期以猪肉和牛羊肉为试点对象，采用Windows Server 2016云操作系统，将养殖场、屠宰厂和批发商原有的追溯系统改造为全节点，以手机终端APP、耳标和二维码标签为载体，将交易过程参与者和追溯标的物围绕全节点纳入平台管理，重心是完善追溯网络。平台于2016年6月开始设计，截止到2018年12月中旬，在全省11 个市州县级以上54 个屠宰场推广，其中生猪屠宰场覆盖率为100%，牛羊追溯示范点屠宰企业建成8 家。交易过程的直接参与者6 527 人（家），其中包括养殖场13 家、养殖2 041 人、经纪人805 人、代宰人1 258 人、批发商和摊贩2 410 家。项目中期计划从追溯信息链完整性、实时性和共享性3 个方面对原项目进行改造，应用无线传感网络、区块链技术采集和存储追溯数据，重心是提升追溯信息质量。为保证生猪交易环节的数据完整性，中期将出生信息、出栏数量、防疫记录、疫病感染、药物残留等信息上链存储，与生猪的耳标号一一对应，屠宰加工厂调取区块链上的检验检疫数据即可直接追溯到养殖农，简化原项目的检疫检验和交易手续，规避养殖以次充好和屠宰加工厂虚构生猪采购数量的短视行为。为保证冷链配送环节的数据实时性，使用无线传感网络技术进行温湿度和品质数据采集，前期试点时采集的数据量较大，无效信息较多，使用区块链存储有一定程度的浪费，系统运行速度较慢。中期将采用自适应数据采集策略对原项目进行改造，由轻节点数据同步模块对传感器采集的数据集进行时空耦合和提取，加大过程异常数据和作业结果数据采样权重，剔除无效和冗余数据后再同步到区块链上。为便利零售分割与消费者订购环节共享追溯信息，原项目使用带有无线传输模块的电子称称质量和打印二维码标签，能够扫码查询，但不能关联消费者身份信息。中期将通过产品身份字段在数据库后台共享分割肉信息与订购信息，消费者使用移动终端扫码支付后，再将消费者与所购产品身份字段的绑定信息上传到区块链上，实现追溯信息在消费端来源可查及去向可知。项目后期计划围绕追溯数据调用开展风险补偿服务和大数据服务，重心是挖掘追溯信息资源价值。通过分期建设和运营不同档次的追溯公共品牌来分离追溯溢价收益，发挥平台“优质优价”信号传递中介功能。目前已参与追溯“拱e拱”试点品牌的养殖和屠宰加工企业共享内部追溯信息意愿强烈，完整的追溯信息链和追溯数据的不可抵赖性能够规避参与主体的短视风险，降低监管难度，实现从育种到消费的全过程可追溯，消费者通过扫描产品标签上的二维码即可查询完整的追溯信息，能够提升对追溯产品的信任水平和支付意愿，从而扩大追溯溢价产品的市场份额，取得良好的经济效益和社会效益。
4 结 语
为了化解传统追溯体系的固有矛盾和成本支付难题，本文从信息生态角度分析了生鲜食品移动追溯平台的基础服务和增值服务功能，进行追溯信息链流程再造，并结合区块链原理给出了一种理论框架模型。1）在功能设计上提出了追溯参与主体的风险补偿方，对组织共享内部追溯信息起到正向激励作用。2）在流程设计上将交易双方的收发环节合并为一个共享的可追溯单元，突破了企业组织边界的限制。3）在实现方上，使用产品标签作为最底层的追溯数据载体，通过备份标签实时生成产品电子履历，构建出完整的产品账链和交易链；将组织内部可追溯单元数据采集点变成数据写入点，采用移动自组网模式支持轻节点的动态实时接入，节省了组织内部追溯信息系统的建设与维护成本；通过智能合约实现追溯数据的复杂调用与追溯信息的实时共享，采用产品权属和追溯数据写入权限同步转移的方式界定追溯责任；借助跨链接口与智能合约互动，进一步挖掘追溯信息价值，向平台用提供增值服务。新平台在政府前期投入的基础上，着重发挥风险补偿功能，通过建设追溯公共品牌和挖掘追溯数据资源价值获取额外收益，弥补参与主体后期追溯成本投入。政府监管机构向信息组织者角色转变后，补贴政策可逐步退出，增值服务功能可避免追溯平台被参与主体弃用。持续的追溯成本投入能够在追溯平台运营商之间对用数据资源的争夺中抢占先机，进一步提升增值服务能力和平台运营商的盈利能力，从而吸引社会资本投资和拓展国内市场，最终实现追溯产业的市场化转型。总之，通过重构追溯信息生态体系，本研究为解决传统追溯体系所面临的公信力、监管困境和扩展性问题，化解追溯成本支付难题提供了新思路，对我国追溯服务产业市场化转型和财政补贴政策有序退出具有一定的指导意义。在具体实施过程中，尽管已积累大量的原始追溯数据，但向多主体提供追溯大数据服务，还需界定追溯数据产权关系和开发个性化推荐算法，这也是我们后续努力的方向。
参考文献：
[1] 于辉, 安玉发. 在食品供应链中实施可追溯体系的理论探讨[J].农业质量标准, 2005(3): 39-41.
[2] 李佳洁, 任雅楠, 王艳君, 等. 中国食品安全追溯制度的构建探讨[J]. 食品科学, 2018, 39(5): 278-283. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201805042.
[3] 刘瑞明, 段雨玮, 黄维乔. 中国转型期的食品安全治理——基于行为法经济学的分析[J]. 中国工业经济, 2017(1): 98-116.DOI:10.19581/j.cnki.ciejournal.2017.01.006.
[4] 谢康, 肖静华, 赖金天, 等. 食品安全“监管困局”、信号扭曲与制度安排[J]. 管理科学学报, 2017, 20(2): 1-17.
[5] 王力坚, 孙成明, 陈瑛瑛, 等. 我国农产品质量可追溯系统的应用研究进展[J]. 食品科学, 2015, 36(11): 267-271. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201511050.
[6] 李仲平. 中国农产品价格补贴的法律风险与应对——“美国利益优先”背景下的考察[J]. 法商研究, 2018, 35(5): 170-179. DOI:10.16390/j.cnki.issn1672-0393.2018.05.016.
[7] CHRISTIDIS K, DEVETSIKIOTIS M. Blockchains and smart contracts for the internet of things[J]. IEEE Access, 2016, 4: 2292-2303. DOI:10.1109/ACCESS.2016.2566339.
[8] O’LEARY D E. Configuring blockchain architectures for transaction information in blockchain consortiums: the case of accounting and supply chain systems[J]. Intelligent Systems in Accounting, Finance and Management, 2017, 24(4): 138-147. DOI:10.1002/isaf.1417.
[9] LANSITI M, LAKHANI K R. The truth about blockchain[J]. Harvard Business Review, 2017, 95(1): 119-127.
[10] ANDREWS J G, BUZZI S, CHOI W, et al. What will 5G be?[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2014, 32(6):1065-1082. DOI:10.1109/JSAC.2014.2328098.
[11] PLIATSIOS D, SARIGIANNIDIS P, GOUDOS S, et al. Realizing 5G vision through cloud RAN: technologies, challenges, and trends[J].EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking,2018, 136: 1-15. DOI:10.1186/s13638-018-1142-1.
[12] 中国连锁经营协会. 区块链+供应链!沃尔玛试点食品可追溯[EB/OL]. (2017-10-18)[2018-11-19]. http://www.sohu.com/a/198873844_170950.
[13] 佚名. 中国首个安全食品区块链溯源联盟成立[J]. 吉林畜牧兽医,2018, 39(1): 48.
[14] CREYDT M, FISCHER M. Blockchain and more: algorithm driven food traceability[J]. Food Control, 2019, 105(11): 45-51. DOI:10.1016/j.foodcont.2019.05.019.
[15] PEARSON S, MAY D, LEONTIDIS G, et al. Are distributed ledger technologies the panacea for food traceability?[J]. Global Food Security, 2019, 20: 145-149. DOI:10.1016/j.gfs.2019.02.002.
[16] 孙志国, 李秀峰, 王文生, 等. 区块链技术在食品安全领域的应用展望[J].农业网络信息, 2016(12): 30-31.
[17] ALFIAN G, RHEE J, AHN H, et al. Integration of RFID, wireless sensor networks, and data mining in an e-pedigree food traceability system[J]. Journal of Food Engineering, 2017, 212: 65-75.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2017.05.008.
[18] TIAN Feng. An agri-food supply chain traceability system for China based on RFID&blockchain technology[C]//13th International Conference on Service Systems and Service Management, Kumming, China. New York: IEEE, 2016: 1-6. DOI:10.1109/ICSSSM.2016.7538424.
[19] TIAN Feng. A supply chain traceability system for food safety based on HACCP, blockchain & Internet of things[C]//14th International Conference on Service Systems and Service Management,Dalian, China. New York: IEEE, 2017: 1-6. DOI:10.1109/ICSSSM.2017.7996119.
[20] LIN Qijun, WANG Huaizhen, PEI Xiaofu, et al. Food safety traceability system based on blockchain and EPCIS[J]. IEEE Access,2019, 7(2): 20698-20707. DOI:10.1109/access.2019.2897792.
[21] THAKUR M, FORAS E. EPCIS based online temperature monitoring and traceability in a cold meat chain[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2015, 117: 22-30. DOI:10.1016/j.compag.2015.07.006.
[22] 肖新清. 面向冷链物流品质感知的物联网数据采集与建模方法[D].北京: 中国农业大学, 2017: 101-102.
[23] MAO Dianhui, WANG Fan, HAO Zhihao, et al. Credit evaluation system based on blockchain for multiple stakeholders in the food supply chain[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2018, 15(8): 1627-1627. DOI:10.3390/ijerph15081627.
[24] MAO Dianhui, HAO Zhihao, WANG Fan, et al. Novel automatic food trading system using consortium blockchain[J]. Arabian Journal for Science and Engineering, 2019, 44(4): 3439-3455. DOI:10.1007/s13369-018-3537-z.
[25] 丁庆洋, 朱建明. 区块链视角下的B2C电商平台产品信息追溯和防伪模型[J]. 中国流通经济, 2017, 31(12): 41-49. DOI:10.14089/j.cnki.cn11-3664/f.2017.12.005.
[26] 刘敖迪, 杜学绘, 王娜, 等. 区块链技术及其在信息安全领域的研究进展[J]. 软件学报, 2018, 29(7): 2092-2115. DOI:10.13328/j.cnki.jos.005589.
[27] 李明佳, 汪登, 曾小珊, 等. 基于区块链的食品安全溯源体系设计[J]. 食品科学, 2019, 40(3): 279-285. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20171026-299.
[28] 汪传雷, 万一荻, 秦琴, 等. 基于区块链的供应链物流信息生态圈模型[J]. 情报理论与实践, 2017, 40(7): 115-121. DOI:10.16353/j.cnki.1000-7490.2017.07.021.
[29] 杨慧琴, 孙磊, 赵西超. 基于区块链技术的互信共赢型供应链信息平台构建[J]. 科技进步与对策, 2018, 35(5): 21-31.
[30] 段艳艳. 食品安全虚拟社区的生态要素与生态结构探析[J]. 改革,2018(8): 104-112.
[31] DE GIOVANNIR, WILLIAMS A R, ERNST V H, et al. ENM components: a new set of web service-based workflow components for ecological niche modelling[J]. Ecography, 2016, 39(4): 376-383.DOI:10.1111/ecog.01552.
[32] 许民利, 王俏, 欧阳林寒. 食品供应链中质量投入的演化博弈分析[J]. 中国管理科学, 2012, 20(5): 131-141. DOI:10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2012.05.004.
[33] 郑火国, 刘世洪, 胡海燕. 食品安全追溯链构建研究[J]. 中国农业科技导报, 2016, 18(1): 81-86. DOI:10.13304/j.nykjdb.2015.265.
[34] 蔡维德, 郁莲, 袁波, 等. 面向大数据的区块链在清算系统中的应用[J].大数据, 2018, 4(1): 22-35.
[35] 孔兰菊. SaaS应用交付平台中多租云数据管理关键技术研究[D].济南: 山东大学, 2011: 105-106.
[36] 杨涛. 基于代理签名的车辆自组网的隐保护研究[D]. 北京: 北京大学, 2013: 111-112.
[37] 雷秋燕, 张治中, 程方, 等. 基于C-RAN的5G无线接入网架构[J].电信科学, 2015, 31(1): 112-121.
[38] CHEN L B, YANG D Q, ZHANG D Q, et al. Deep mobile traffic forecast and complementary base station clustering for C-RAN optimization[J]. Journal of Network and Computer Applications, 2018,121: 59-69. DOI:10.1016/j.jnca.2018.07.015.
[39] 蔡维德, 郁莲, 王荣, 等. 基于区块链的应用系统开发方法研究[J].软件学报, 2017, 28(6): 1474-1487. DOI:10.13328/j.cnki.jos.005232.
[40] TSAI W T, DENG E Y, DING X Q, et al. Application of blockchain to trade clearing[C]// IEEE 18th International Conference on Software Quality, Reliability and Security Companion (QRS-C),Lisbon, Portugal. NewYork: IEEE, 2018: 154-163. DOI:10.1109/QRS-C.2018.00039.
Frame Reconstruction of Mobile Traceability Information System for Fresh Foods Based on Blockchain
ZHAO Lei, BI Xinhua, ZHAO Anni
(School of Management, Jilin University, Changchun 130025, China)
Abstract: The traditional traceability system is facing the problems of credibility, regulation dilemma, scalability and cost payment, which hinder the marketization transformation of the traceability industry. After customer requirement analysis from the perspective of information ecology, this paper proposes a risk compensation scheme for the subject of liability as the core competence of commercialized operation of a traceability information system. By process reengineering, it provides a new framework model. The implementation scheme is as follows: Firstly, the product label is used as the bottom traceability data carrier to generate a product real-time e-resume by tag backup. Secondly, mobile ad-hoc network is adopted to support dynamic real-time access of light load nodes to write the traceability data in time. Thirdly, smart contract is involved in calling traceability data intricately to divide the liability. Finally, the services of risk compensation and big data analysis are provided through the data interface of the blockchain.
Keywords: fresh foods; blockchain; mobile traceability information system; information ecology
引文格式：2018-11-19
第一作者简介：赵磊（1985—）（ORCID: 0000-0002-7071-1890），男，工程师，博士研究生，研究方向为供应链管理、区块链与信息系统。E-mail: zhaolei3230104@163.com
DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181119-217
中图分类号：TS251.7
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2020）03-0314-08
引文格式：赵磊, 毕新华, 赵安妮. 基于区块链的生鲜食品移动追溯平台框架重构[J]. 食品科学, 2020, 41(3): 314-321. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181119-217. http://www.spkx.net.cn
ZHAO Lei, BI Xinhua, ZHAO Anni. Frame reconstruction of mobile traceability information system for fresh foods based on blockchain[J]. Food Science, 2020, 41(3): 314-321. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181119-217. http://www.spkx.net.cn