尤璞　宋丽龄　姚啸颖　刁树园

摘  要：受限于传统冷链物流弊端的生鲜农产品，难以保证相关数据的准确性与可追责性。区块链技术的兴起和发展，引得物流等各行业的积极研究，用以解决传统溯源方法的各类问题。文章对生鲜农产品冷链物流和区块链进行介绍后，分析了现有冷链物流体系的弊端和不足，为区块链技术应用冷链的必要性做铺垫，并提出了基于区块链技术的生鲜农产品冷链物流追溯体系。通过对其冷链物流的流程分析，设计了追溯方案并搭建了架构。但方案实施面临着基础设施不足的困境，有待政府和企业积极推进建设。

关键词：区块链技术；可追溯性；加密算法；生鲜农产品

中图分类号：F304.3    文献标志码：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2023.13.032

Abstract： It is difficult to ensure the accuracy and accountability of relevant data for fresh agricultural products limited by the drawbacks of traditional cold chain logistics. The rise and development of blockchain technology has attracted active research from logistics and other industries to solve various problems of traditional traceability methods. After introducing the cold chain logistics and blockchain of fresh agricultural products， this paper analyzes the drawbacks and shortcomings of the existing cold chain logistics system， paving the way for the necessity of applying the cold chain to blockchain technology， and based on this， a cold chain logistics traceability system of fresh agricultural products based on blockchain technology is proposed. Through the process analysis of its cold chain logistics， the traceability scheme is designed and the architecture is built. However， the implementation of the plan faces the dilemma of insufficient infrastructure， which needs the government and enterprise to actively promote the construction.

Key words： blockchain technology; traceability; algorithm; fresh agricultural products

0  引  言

随着中国经济发展，生活水平提高，人们对食品的要求早已不再仅是果腹，转而更加追求新鲜、健康的食物，对食品安全更高的追求推动了生鲜农产品冷链物流的发展。过去对冷链的理解常常局限于冷库、冷藏车这些基础设备，而现代冷链物流的核心不是简单的“低温”，而是“恒温”。发达国家的冷链物流体系建设大都已经成熟，尤其是体现在果蔬的冷链流通率上。相关数据显示，国内果蔬冷链流通率仅35%，远低于发达国家地区的90%。而另一方面则是体现在损耗上，国内生鲜农产品的损耗率在10%～20%，而发达国家地区则不足5%。现代化冷链物流的建设需要科学技术的支撑，以信息化平台作依托，以全面科学的法律法规为基石，在政府调控下逐渐形成较完整的冷链物流模式。

生鲜农产品一般指新鲜果蔬、新鲜鱼肉、活禽等，这些产品与人们的生活息息相关，同时又具有易腐易烂、易变质的特性，因此对流通、储存都有很高的要求。生鲜农产品冷链物流可追溯体系是通过记录生鲜农产品在生产、运输、仓储和销售整个环节的详细信息并将其公开以便市场监督、溯源，从而提高生鲜农产品在流通环节的透明度，提升食品质量安全。由此可见，可追溯体系的重难点在于信息的记录与追溯查询，即为相关信息系统平台的建设。目前，关于区块链技术在冷链物流中应用的研究主要涉及生鲜农产品供应链管理优化研究[1]、区块链技术应用于冷链物流的模式[2]、区块链技术下冷链物流环节优化研究[3]等方面，而鲜有关于生鲜农产品冷链物流追溯体系构建的研究。本文将对生鲜农产品的冷链流程进行分析，并针对该流程进行基于区块链的追溯方案设计以及总体设计。从参与主体的设置，选择具体的开发框架、技术平台进行架构设计和运作流程优化这三个维度构建基于区块链技术的生鲜农产品冷链物流追溯体系。

1  区块链技术应用于冷链物流的必要性

冷链物流与传统物流方式主要区别在于为了运输物品的质量，降低运输物品的损耗，贯穿生产到销售的全过程，都需要把物品控制在规定的温度。这意味着冷链物流不仅是普通的供应链活动，而且是要实现温控技术覆盖整个冷链物流的各个环節。

1.1  区块链技术

区块链技术，又被称为分布式账本技术，是一种按时间顺序将数据区块顺序相连，从而组合成一种链式数据结构，同时借助密码学方式保证数据不可伪造、篡改。在实践中，基于区块链技术构建生鲜农产品冷链质量安全信息平台，对于食品安全问题、损耗环节、损耗量、污染监测都能够有效溯源。

从理论层面来看，区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等多种技术的综合运用，涉及数学、密码学、互联网和计算机编程等多方面科学技术。根据这些技术的功能，区块链系统技术架构自下而上分为六层，分别为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层[4]。

1.2  区块链技术应用于冷链物流的必要性

易腐、易变质的生鲜农产品从生产到销售过程中，都要求处于既定的低温环境，而生产到销售这个过程通常涉及多个场所。因此，在冷链物流服务的过程中，任意环节的温控没有达到标准，都有可能使得食物腐烂、变质。为了保证全过程的温度控制符合既定要求，过去往往采用将温度检测器置于冷链运输车上，并在交接环节进行温度检验确认。然而利用传统技术手段进行监控所涉及的主体众多，环节繁冗，更有甚者，为节约成本，某一方可能会在过程中间歇性关掉设备或是篡改检测数据，或是某一环节出现的监控疏忽所导致的质量问题，都难以界定责任。

区块链技术使得冷链物流过程中的每一个参与方、每一个节点都有均等的责任和义务，运用区块链技术进行管理、监测，温控数据库是无法更改的，基于此也能提高参与方的责任意识，安全保障系统是极高的。最早提出将区块链技术应用于可追溯系统想法的是Bateman[5]，他认为区块链是能够实现跨节点管理和监控的技术，可以确保对整个供应链中每个环节进行有效追踪，并及时反馈给中心机制。作为一个数据信息的平台，所有的参与方都能通过数据库平台建立信任，可以相互监督。冷链物流的过程中，任意两方的交接点都会被记录到平台数据库中，供所有参与方查看。当交接数据载入数据库后就会自动生成时间轴，不管后续出现任何问题，根据平台上记录的完整的时间、温度记录、参与方责任主体等信息数据，很容易就能追溯到责任方，避免了许多就此可能产生的纠纷、推卸责任，也能够据此进行有效举证并追究相关方的法律责任。通过区块链技术构建的数据库信息平台将直接追溯到责任主体，降低追溯的成本并提高溯源效率。

2  基于区块链的生鲜农产品冷链物流追溯系统构建

长期以来，生鲜农产品冷链的损耗率、食品安全问题等一直困扰着政府、企业、消费者，其流通过程涉及多个主体，信息的传递存在着很强的不透明性和偏差。本文选取冷链物流为研究方向，而生鲜农产品对环境温度的把控要求较高，需要专业的设备来保障流通过程中的环境温度，具有一定的研究意义，因此选择生鲜农产品作为追溯系统的研究对象。

2.1  生鲜农产品冷链物流流程分析

生鲜农产品冷链全过程主要包括生产、运输、贮藏、销售四个阶段。涉及到的主体除了政府监管机构和消费者，还包括企业参与者：生产商、仓储单位、物流企业以及销售单位（见图1）。

具体流程为生产商将生产合格的生鲜农产品暂时储存在冷库中，此过程需要根据该产品需求选择适宜储存的环境温度恒温保存。物流企业收取产品后使用专业、恒温的冷链运输设备进行运输，然后将新鲜的产品运输到销售单位。销售单位收取后，需要放在冷库储存，并在制冷设备中展出售卖。需要注意的是，整个冷链物流过程的每一个环节，都要保持温度控制的恒定，以免产品因温度失衡受到微生物污染。

2.2  追溯方案设计

区块链系统利用密码学算法和时间戳技术实现区块链上数据的隐秘性和不可篡改性，并通过共识机制来保证数据块中的信息得到链上节点的认可，同时保证链上节点的数据一致性，智能合约保证交易依据合约执行，避免因合约双方的主观判断产生的争议[6]。

经过对生鲜农产品冷链物流的流程分析，设计冷链溯源方案结构如图1所示。整个区块链追溯系统由生产商、仓储单位、物流企业以及销售单位共同参与维护，并由市场监督管理部门对冷链流程商任意节点实时监管，在实现首站统一赋码模式，不再更改后，终端消费者通过扫码可以查看该冷链产品各个站点的具体流通信息。

通过在生鲜农产品的第一站完成二维码赋值，且该冷链上其他节点均使用该二维码填入当前节点的流通信息，以实现全部流通数据写入区块链。主要流程为：（1）生产商将生产的生鲜农产品信息发送到生产节点上，生产节点将生产信息通过散列算法提取源头产品信息独有的摘要并发送到区块链上。与此同时，生产单位向公众发布合格的产品信息，主要涉及生产商工商信息、產品信息（生产时间、储存温度、出库时间、操作人）等。（2）物流企业将物流信息发送至物流节点，物流节点将信息通过散列算法取得产品物流信息独特的摘要并发送到区块链上。同时，由物流企业公布物流信息，主要涉及物流企业工商信息、运输过程信息（收取时间、运输环境温度、送货时间、操作人）等。（3）仓储单位将售前储存信息发送到售前储存节点，售前储存节点将该信息通过散列算法取得对应的独有信息摘要并发送到区块链上。同时，仓储单位面向公众公布销售前储存信息，主要包括仓储单位工商信息、储存信息（入库时间、出库时间、环境温度、操作人）等。（4）销售单位将产品在售保存信息发送到在售节点，在售节点将该信息通过散列算法取得在售信息独有的信息摘要并发送到区块链。同时，销售单位公布在售节点信息，主要包括销售单位工商信息、在售保存信息（上货时间、售出时间、环境温度、操作人）等。（5）消费者在购买生鲜农产品后，想要查看所购买的商品新鲜与否，通过商品上的标签二维码进行信息追溯查询，确认产品新鲜程度。

2.3  体系架构设计

基于区块链技术的生鲜农产品冷链物流追溯体系是贯穿整个物流供应链的平台应用，系统涉及的主体有生产商、仓储商、物流商、销售商、消费者以及政府。本文将采用B/S架构进行追溯平台的设计，即“浏览器/服务器”模式，用户通过装有浏览器的计算机访问服务器即可进行信息浏览和操作。在B/S架构下，使用者均不需要专门安装客户端，只需要使用安装浏览器的计算机，访问指定页面即可完成生鲜农产品冷链物流信息的溯源。

本文将采用如图2所示的层次结构，追溯体系划分为数据层、核心层、网络层和应用层。通过网络层作为基底，将生鲜农产品的信息引入系统平台；核心层的功能是确保信息数据的真实性，依托于智能合约、共识机制等区块链技术保障整个供应链信息安全；数据层则是对整个冷链物流过程中涉及到的全部信息进行存储；应用层主要是冷链物流的所有参与人员。

2.3.1  数据层。数据层由区块链数据库构成，冷链物流过程中每条信息都按照格式输入后分布式进行存储，均具有唯一的加密签名，实现数据的不可篡改。为了方便对区块链数据库进行管理和维护、应对区块链庞大的数据库和安全问题，数据层分为星际文件系统（IPFS）和Hyperledger Fabric数据库。星际文件系统存放物联网采集的数据，Hyperledger Fabric数据库存储数据的哈希值。

2.3.2  核心层。核心层包括智能合约和共识机制。将冷链食品质量安全标准、操作规定和监管规定等以智能合约形式纳入区块链，当系统中某个阶段操作完成时，智能合约会进行自动比对，只有当满足合约中所设置的条件才会执行指令进入到下一个流程，否则拒绝执行。这样有利于预防企业造假，提高相关监管部门对生鲜农产品冷链的监管力度。由政府主导引入共识机制，对参与的企业主体进行资质审核，对冷链食品质量安全标准等信息档案有管理权限，以增强参与主体与追溯主体对系统的信任度。

2.3.3  网络层。网络层是运用专业的RFID（Radio Frequency Identification，射频识别技术）、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）定位技术、温控传感器等物联网核心技术对生鲜农产品冷链过程实施数字化管理，实现区块链网络节点间的点对点信息传递，每一个节点既可以产生数据也可以接收数据，点与点之间通过共同的区块链网络保持通信交流。即网络层通过开放式的网络端口，将采集到的生鲜农产品冷链环节中的生鲜农产品实时数据和追溯数据的信息推送到上一层以实现不同主体之间的信息共享。

2.3.4  应用层。应用层是生鲜农产品冷链物流追溯功能实现的窗口，是系统用户操作的显示界面。负责向相关企业、政府监管部门和消费者等多方参与主体提供信息查询、实时质量状态监管、生鲜农产品信息可追溯等服务，参与主体可以进行注册登录、数据查询、数据写入、风险预警等操作。系统面向不同的用户开放不同的界面和操作权限，不同用户可以在系统中实现交互。政府相关部门的深度参与可以及时追溯问题食品，实时防范于未然，保障食品安全，而消费者通过溯源二维码查询相关产品信息，也能及时甄别食品安全，保障合法权益。

3  结  论

区块链溯源是生鲜农产品冷链物流发展的一个大趋势，能够实现广泛应用对整个行业发展具有非常重要的意义。本文针对生鲜农产品本身的特点和冷链物流流程分析，提出的追溯方案设计具有一定现实意义，智能合约、共识机制等核心的引入，保障了区块链系统的有效可追溯性。

基于区块链的生鲜农产品冷链物流追溯体系能够增强生鲜农产品方面的食品安全防控，有效满足当前生鲜农产品日益增长的冷链物流量信息服务需求，降低冷链物流“断链”现象发生的可能，形成信息双向可追溯。但是区块链技术面临成本高、基础设施建设落后等问题，因此国家应尽快利用区块链技术推动冷链物流追溯体系建设，完善相关的法律法规。企业应培养高水平的物流人才，提高行业准入门槛，推动冷链物流进一步发展。消费者应增强追溯意识，从而促进政府和企业加快建设步伐。

参考文献：

[1] 林悦. 基于区块链技术的生鲜农产品供应链管理优化研究[J]. 南方农业，2021，15（29）：220-221.

[2] 赵路，朱昱霏. 区块链技术下我国农产品冷链物流模式与发展对策[J]. 今日财富，2020（20）：50-51.

[3] 楊舒惠，闫寒，张彪. 区块链技术下冷链物流环节优化研究[J]. 科技和产业，2022，22（5）：60-65.

[4]  KEN A. Digital blockchain networks appear to be following Metcalfe's Law[J]. Electronic Commerce Research and Applications， 2017，24：23-29.

[5]  BATEMAN A H. Tracking the value of traceability[J]. Supply Chain Manag Rev， 2015（9）：8-10.

[6] 潘慧萍，李宝安，吕学强，等. 湘冷链——基于区块链的冷链溯源系统[J]. 食品与机械，2021，37（9）：145-152.