摘要：區塊鏈技術具有去中心化、分布式存儲、開放透明、共識機制、安全性、信息加密、匿名性等特點, 為實現現代農產品供應鏈價值增值提供了重要途徑。通過解析農產品、物流、農產品物流、供應鏈、農產品供應鏈的概念和內涵, 進一步明確了農產品供應鏈及其業務邏輯, 指出了目前農產品流通中存在的問題, 并通過分析區塊鏈技術的概念、技術特點和架構, 面向農產品供應鏈需求, 提出了基于區塊鏈的農產品供應鏈邏輯架構, 討論了架構中的信息流和資金流, 為基于區塊鏈的農產品供應鏈相關研究提供有益的啟發與借鑒。
引言
2009年至今, 區塊鏈技術從區塊鏈1.0時代發展到區塊鏈3.0時代, 從數字貨幣的專用技術到社會領域的開放技術, 呈現出了跨越式發展, 技術的成熟帶來了應用的不斷擴展, 為現代農產品流通創造了新的契機。在探究基于區塊鏈技術的現代農產品供應鏈之前, 首先分析農產品、物流、農產品物流、供應鏈、農產品供應鏈的有關概念和內涵。
農產品一般是指農業生產過程中產生的, 未經加工或經過初級加工的, 人類日常生活所需的糧食、蔬果、畜禽、奶類、蛋類、菌類、水產品等[1]。物流是商品在買賣過程中使用價值的轉移, 具體表現為商品運輸、儲存、加工、整理、分級和質量檢驗、包裝、裝卸等商品的實體轉移, 它改變了商品的空間位置和外表形態, 是生產過程在流通過程的繼續。農產品物流是指為了滿足消費者需求而進行的農產品物質實體及相關信息從生產者到消費者之間的物流性流動, 包括農產品收購、運輸、裝卸、搬運、包裝、配送、流通加工、信息處理一系列環節, 并在這一過程中實現農產品的增值[2]。供應鏈沒有一個明確的概念, 供應鏈是企業從原材料的采購、生產、運輸、加工、分銷直到最終送達消費者手中的業務流程[3-5]。農產品供應鏈也沒有統一的定義, 一般定義為:從田間到餐桌的整個過程[2]。
通過上述分析可知, 農產品需要物流來實現空間的轉換, 農產品在生產過程中既是原材料又需其他原材料, 物流需要供應商、制造商、分銷商、零售商的共同參與, 整個過程同時要實現使用價值的轉移和經濟價值的增值。農產品供應鏈是通過前端和末端反饋的信息流、物流、資金流進行農產品生產、采購、原材料加工、運輸和分銷, 從而把生產者、供應商、批發商、銷售商和最終顧客連載一起的整合性的網絡結構模式[6]。如何使得農產品供應鏈進入良性循環, 實現供應鏈整體價值最大化已成為現代農產品流通領域研究的重要課題。
本文詳細分析農產品供應鏈現狀, 深入剖析區塊鏈技術的概念、技術特點和技術架構, 并在此基礎上, 面向農產品供應鏈需求, 提出基于區塊鏈的農產品供應鏈邏輯架構, 以期為采用區塊鏈技術建設農產品供應鏈平臺提供支撐。
1、農產品供應鏈現狀分析
農產品供應鏈是在農業產前、產中、產后所有階段, 參與者以生產者和消費者不同角色參與, 實現農產品 (包含農資等所需原材料) 在農業生產者 (如農戶、生產基地等) 、農資/農服企業、批零銷售市場 (如超市、零售商、農貿市場) 、監管機構、終端消費者之間的供應流通, 銜接農產品生產、加工、運輸、銷售等多環節, 整合物流、資金流、信息流為一體, 建立由農產品供應商、制造商、分銷商、零售商直到終端消費者構成的鏈式結構網絡, 強調參與者之間信息共享、風險共擔、業務整合, 實現價值的增值并最終實現供應鏈“多贏”, 如圖1所示。
基于區塊鏈技術的現代農產品供應鏈
傳統的農產品供應鏈參與者內部主要采用物聯網技術實現信息采集、傳輸、加工、處理等業務[7], 但是由于物聯網系統分別建設在不同的參與者系統內部, 分屬于不同的平臺, 看似相互鏈接的一個網絡, 其實業務相對獨立, 無法快速有效完成信息交換, 真正實現全流程的共享、展現等難度很大。
目前從農產品流通模式來看, 主要存在3種典型類型的模式:產地直銷模式、多級批零模式、加工商主導模式[1]。產地直銷具有直達消費者的優勢, 多級批零是現在最主流的流通模式, 加工商主導可以適當地引導農業生產, 以上3種模式分別具有自身的優點, 對農產品的流通產業的發展都可以發揮重要的作用, 但都存在不足之處, 主要包括以下5個方面:
(1) 上下游用戶缺乏信任。上下游用戶主要以簡單的買賣關系為主, 彼此間缺乏信任, 未形成利益共同體, 穩定性差。
(2) 信息不對稱嚴重。不同階段用戶以不同的角色參與過程, 各方掌握的信息具有典型的不對稱性, 為了維護自身利益信息壁壘嚴重, 導致產供銷脫節。
(3) 信息安全難以保障。隨著信息技術的不斷應用, 農業生產過程每個環節都積累了大量數據, 成為每個參與者的重要資產, 但是用戶隱私及商業機密等無法得到保障, 也進一步限制了信息的共享。
(4) 協調效率低。農業生產主要依賴生產者個人意志, 缺乏統一的調度協調, 用戶資源利用率低、未形成優勢互補以增強競爭力的優勢。
(5) 質量安全追溯難。農產品質量安全已經成為一個全球熱點問題[8], 但現有的追溯系統仍然多以中心化方式建設, 由中心機構提供信任擔保, 但民眾對中心機構的公信力仍存在很大質疑[9-10]。
傳統的信息技術雖然可以針對上述問題提供部分解決方案, 卻無法解決全部問題, 因此必須引入新思維、采用新技術、建立新方案來破解產品發展難題。區塊鏈技術的產生為建設現代農產品供應鏈提供了技術支撐。
2、區塊鏈技術
2.1 概念
區塊鏈起源于比特幣[11]。文獻[12]闡述了基于P2P網絡技術、加密技術、時間戳技術、區塊鏈技術等的電子現金系統的架構理念, 標志著比特幣的誕生。在比特幣的形成過程中, 區塊是一個個的存儲單元, 記錄了一定時間內各個區塊節點全部的交流信息。如圖2所示, 各個區塊之間通過隨機散列 (也稱哈希算法) 實現鏈接, 后一個區塊包含前一個區塊的哈希值, 隨著信息交流的擴大, 一個區塊與一個區塊相繼接續, 就構成了區塊鏈[13-14]。
基于區塊鏈技術的現代農產品供應鏈
區塊鏈是利用計算機程序實現的在全網記錄所有交易信息的公開賬本, 是一種去中心化、無需信任的新型數據架構, 它由網絡中所有的節點共同擁有、管理和監督, 不接受單一方面的控制[12], 其去中心化存儲、信息高度透明、不易篡改等特點不同于傳統互聯網模式[15]。傳統互聯網化的意義在于減少中間環節、降低交易成本、擴大服務范圍、提高服務質量等, 而區塊鏈技術的嵌入則可能會將互聯網的意義深化, 其中一個重要方面是:可通過程序化記錄、儲存、傳遞、核實、分析信息數據, 從而形成信用。相較于傳統的信用形成方式, 區塊鏈可省去大量人力成本、中介成本, 所記錄的信用信息更為完整、難以造假[15-16]。
2.2 技術特點
從區塊鏈的形成過程看, 區塊鏈技術具有以下特點:
(1) 去中心化。傳統的數據庫技術架構都是私密且中心化的, 在這個架構上解決價值轉移重點就是解決互信問題[16-17]。而區塊鏈技術不依賴于第三方管理機構或硬件設施, 沒有中心管制, 通過分布式核算和存儲, 各個節點實現了信息自我驗證、傳遞和管理, 這是區塊鏈技術最突出和本質的特征[13]。
(2) 分布式存儲、開放透明。區塊鏈技術基礎是開源的, 除了交易各方的私有信息被加密外, 區塊鏈的數據對所有人開放, 任何人都可以通過公開的接口查詢區塊鏈數據和開發相關應用, 整個系統信息高度透明[13,18]。這種做法解決了傳統信息系統中的信息孤島問題。同時, 與平臺無關, 可以在任意平臺部署計算節點[17,19]。
(3) 共識機制?；趨f商一致的規范和協議 (類似比特幣采用的哈希算法等各種數據算法) , 整個區塊鏈系統不依賴第三方, 所有節點能夠在系統內自動安全地驗證、交換數據, 不需要任何人為的干預[13]。區塊鏈理論最大的顛覆性在于新的信用形成機制[16]。
(4) 安全性。通過分布式數據庫的形式讓每個參與節點都獲得一份完整數據庫的拷貝, 只要不能掌握全部數據節點的51%, 就無法肆意操控修改網絡數據, 這使區塊鏈本身變得相對安全, 避免了人為的數據變更[13,18]。區塊鏈基于時間戳形成不可篡改、不可偽造的數據庫。區塊 (完整歷史) 與鏈 (完整驗證) 相加便形成了時間戳 (可追溯完整歷史) 。時間戳存儲了網絡中所執行的所有交易歷史, 可為每一筆數據提供檢索和查找功能, 并可借助區塊鏈結構實現追溯功能[16]。
(5) 信息加密、匿名性。除非有法律規范要求, 單從技術上來講, 各區塊節點的身份信息不需要公開或驗證, 信息傳遞匿名進行[13,20], 只有掌握了私鑰的人才能開啟自己的“錢包”[18,21]。區塊鏈在網絡上是公開的, 可以在每一個離線比特幣錢包數據中查詢。輕量級比特幣錢包使用在線確認, 即不會下載區塊鏈數據到設備存儲中[15]。
2.3 技術架構
區塊鏈的技術架構整體劃分為5層[22-23]:數據層、網絡層、共識層、激勵層、應用層。數據層主要對鏈式結構、區塊結構、數字簽名、加解密等進行管理;網絡層實現點對點傳輸;共識層主要用于建立共識機制 (工作量證明/權益證明/股權授權證明) ;激勵層用來確定整個網絡的分配機制、發行機制;應用層可以實現轉賬、記錄和智能化合約功能。整體的技術架構如圖3所示。
區塊鏈技術分為:公有鏈、聯盟鏈、私有鏈3種類型[24-26], 技術特點如表1所示。公有鏈以比特幣為代表;聯盟鏈技術只允許預設的節點進行記賬, 加入的節點都需要申請和身份驗證, 這種區塊鏈技術實質上是在確保安全和效率的基礎上進行的“部分去中心化”或“多中心化”;私有鏈技術的區塊建立則掌握在一個實體手中, 且區塊的讀取權限可以選擇性開放, 它為了安全和效率已經演化成為一種“中心化”的技術[27-28]。
基于區塊鏈技術的現代農產品供應鏈
3、基于區塊鏈的農產品供應鏈
3.1 需求分析
數據開放共享是必然趨勢, 信息使用的邊際收益是遞增的, 信息流動和分享的范圍越大, 創造的價值就越高, 而線上、線下數據化和數據開放正是信息大范圍流動的兩大前提[29]。根據上文相關分析可知, 利用區塊鏈去中心化、去信任的方式集體維護一個可靠的公開透明的分布式數據庫, 同時利用區塊鏈自身的密碼學算法將數據進行加密存儲以保證信息安全, 對于農產品供應鏈是一個切實可行的技術方案。
基于區塊鏈的農產品供應鏈方案設計應該注重以下原則:數據共享流通渠道開放, 數據交易流程合法、嚴密, 交易數據公開透明, 數據加密存儲安全可靠, 交易記錄可追溯、可查詢、可申訴, 隱私數據歸屬各成員所有。
由于農產品的種類繁多, 農業生產具有典型的地域性和周期性的特點, 根據農產品供應鏈的實際應用需求, 系統建設可以按照地區、農產品種類、市場定位等進行分別建設。結合區塊鏈技術架構和類型特點的分析, 區塊鏈技術中的聯盟鏈比較適宜農產品供應鏈, 主要原因如下:
(1) 精準定位。聯盟鏈的參與者要求“特定人群、簽訂協議”, 參與者圍繞同一個目標, 從事同樣的生產, 從管理、流程、服務等各層面都能夠更好地滿足農產品供應鏈各方的實際情況。
(2) 技術可行性高。聯盟鏈是一個典型的“多中心”架構, 不管參與者規模大小、內部系統建設程度如何, 只需要作為一個接入中心, 將區塊鏈需要的標準交易數據上傳至區塊鏈即可, 不影響系統內部業務處理, 同時實現與其它節點的數據共享。
(3) 承載能力恰當。農產品供應鏈的目標是通過信息的共享實現價值的增值, 信息的共享不要求實時性太強, 1 000~10 000筆/s的承載能力, 完全能滿足農產品供應鏈的需求。
(4) 數據存儲合適。多品類多用戶參與的公有鏈包含龐大的業務量, 區塊占用的空間過大, 對數據的存儲要求過高;私有鏈專注于內部業務, 雖然數據量小但不利于不同的用戶共享信息;聯盟鏈專注于某一個特定的群體, 數據恰當的滿足所有用戶的需求, 存儲容量合適。
(5) 模式可復制。將系統應用到不同的地區或場景, 只需要改動共享數據的格式即可實現系統的復用。
3.2 邏輯架構
根據以上分析, 構建基于區塊鏈的農產品供應鏈邏輯架構, 如圖4所示。
基于區塊鏈技術的現代農產品供應鏈
其中, 區塊中存儲的信息為:生產信息, 包括原材料、生產過程、產地等信息;物流信息, 包括地址、物流企業、時間等信息;訂單信息, 包括訂購、產品、數量、金額等信息;庫存信息, 包括產品、庫房、存量、剩余空間等信息;以及其他聯盟成員認為需要的信息。
3.3 架構中的信息流
通過區塊鏈技術中的區塊、分布式數據存儲打通了供應鏈中的信息流, 完成數據的共享, 主要包含以下業務流程:
(1) 注冊加入。在用戶注冊加入時為每個用戶生成一對基于ECDSA橢圓曲線算法的公鑰和私鑰地址。由于私鑰地址無法由公鑰計算推出, 所以只要不泄露機器人的私鑰地址, 即無法偽造節點來發起攻擊, 危害系統的安全性和完整性。
(2) 共享數據。所有參與者按照聯盟成員約定的共享數據格式將數據上傳至區塊鏈共享存儲, 其他私有數據仍然存儲在對應的業務系統數據庫中。參與者將待上傳的數據進行封裝, 使用自己的私鑰地址對這些數據進行簽名, 然后生成區塊信息。
(3) 認證及存儲數據至區塊鏈。存儲數據之前, 先根據上傳用戶的公鑰進行解密以驗證數據的有效性。如果驗證通過則生成交易的時間戳, 將數據永久保存在區塊鏈中。
(4) 獲取數據。當需要獲取供應鏈上下游成員的信息時, 按照約定的協議查詢區塊鏈的數據即可, 不需要額外的第三方通訊, 技術實現簡單、網絡結構層次清晰。
(5) 維護數據。此種方案中利用區塊鏈本身的數據安全機制, 必須全網達成共識, 以“少數服從多數”的方式進行修改, 解決了“中心化”強制更改和非法篡改數據的問題。
3.4 架構中的資金流
供應鏈金融, 是商業銀行信貸業務的一個專業領域, 也是企業尤其是中小企業的一種融資渠道。銀行向客戶提供融資和其他結算、理財服務, 同時向這些客戶的供應商提供貸款及時收達的便利, 或者向其分銷商提供預付款代付及存貨融資服務。簡單地說, 就是銀行將核心企業和上下游企業聯系在一起提供靈活的金融產品和服務的一種融資模式。
區塊鏈技術產生于比特幣, 比特幣作為一種數字貨幣已經作為支付貨幣實現了真實的交易。國際上許多大型銀行以各種形式在區塊鏈領域開展了一系列探索[30], 區塊鏈技術也引起了國內的廣泛關注[31]。2016年1月20日, 中國人民銀行提出爭取早日推出央行發行的數字貨幣[16]。由此可見, 基于區塊鏈的農產品供應鏈需支持以數字貨幣為基礎的金融服務。
4、結束語
區塊鏈技術的去中心化、分布式存儲、開放透明、共識機制、安全性、信息加密、匿名性等特點, 使其在現代農產品流通中具有廣泛的應用前景。本文系統梳理了農產品供應鏈以及區域鏈技術的相關概念、現狀和技術方法, 并提出了基于區塊鏈的農產品供應鏈邏輯架構。該架構既可以提供上下游企業間的金融服務、信息共享, 又可以保障信息安全及隱私保護, 打破傳統供應鏈中的技術壁壘, 為未來相關研究提供有益的啟發與借鑒。
中國鄉村發現網轉自：農業機械學報2017年S1期
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