1、區塊鏈在食品溯源中的應用技術綜述摘 要：食品安全關系國計民生，近年來，新聞媒體不斷曝光的食品安全事件讓人不寒而栗，比如 1997 年歐洲大規模爆發“瘋牛病”疫情，2001 年的“瘦肉精”事件、2006 年的“蘇丹紅鴨蛋”事件、2008 年的“三鹿三聚氰胺奶粉”事件， 還有類似“地溝油”、“毒大米”、“杭州特大假酒案”、“工業鹽假冒食用鹽”等食品安全事件，給社會造成惡劣影響，給消費者身體健康帶來巨大傷害，因此食品溯源非常有必要。關鍵詞：區塊鏈；食品溯源；應用技術一、引言目前食品溯源方法包括：傳統方法溯源、物理技術溯源、化學方法溯源和生物方法溯源。傳統方法溯源采用紙質賬本記錄食品的生產加工、銷售和

2、庫存情況。物理技術溯源采用條形碼或二維碼技術，條形碼技術將食品的成分及含量、種類、生產日期、保質期、加工方式和流通環節等重要信息記錄在條形 碼，通過掃描條形碼獲取相關信息，二維碼技術能夠存儲更多信息，安全性、糾錯能力更好，還可以對語音、文字等進行編碼轉換。化學方法溯源采用同位素溯源，分析食品的某一種或多種同位素的含量判斷食品的具體來源信息。生物溯源采用 DNA 技術準確對動植物性食品進行溯源，但成本較高。目前的食品溯源方法效率不高，信息不共享，可追溯信息少，數據不公開透明，且容易受到篡改。由于區塊鏈技術具有去中心化、分布式存儲、公開透明、不可篡改等優勢，區塊鏈 3.0 時代已經有許多行業結合區

3、塊鏈技術做了應用，基于區塊鏈的食品溯源，每一筆交易都不可篡改和可追溯，一旦食品流通某一環節出了問題，可以通過該方法追溯到具體的責任人。二、區塊鏈概述區塊鏈通過一個個區塊按照時間的順序連成一條不可篡改的分布式數據 庫，每個區塊存儲一定大小的數據，區塊的數據結構分為區塊頭和區塊體兩部分。區塊頭主要存儲了當前區塊的版本號、區塊創建的時間、連接上一個區塊的哈希值、隨機數、難度目標和 Merkle 根等信息。上一個區塊的哈希值主要是保證當前區塊和上一個區塊準確相連，維護區塊鏈上數據的完整性，這里的哈希值是將任意長度的數據通過一定的哈希算法得出的固定長度的一個值。隨機數是區塊鏈技術的關鍵，區塊鏈網絡的所有

4、參與者通過自身的算力競爭，最先計算出小于某個特定值的隨機數將獲得產生新區塊的權利并且獲得系統一定數量的代幣獎勵，計算出的這個隨機數需要經過全網的廣播確認，并且不能被篡改。難度目標就是系統中節點算出這個隨機數的難度指數。Merkle 根是 Merkle 樹的根節點，Merkle 樹是存儲交易哈希值的二叉樹，每兩個交易的哈希值通過哈希算法生成一個哈希值，最終形成一個 Merkle 樹的根節點。區塊體提供了存儲數據的功能，每個區塊體存儲了該區塊創建過程中的全部交易記錄。區塊鏈上的交易記錄一旦形成就不可修改。區塊鏈采用哈希算法和非對稱加密算法對交易進行數字簽名和驗證，確保交易內容和交易雙方身份沒有被篡

5、改。用戶 1 發起一筆交易給用戶 2 的加密流程包括：用戶 1 對交易內容進行哈希計算得到唯一的哈希值，用私鑰對哈希值進行簽名。用戶 1 將簽名后的哈希值、交易內容等信息打包后向全網廣播。用戶 2 接收到廣播包后，根據用戶 1 的公鑰對簽名進行驗證，以證明該交易確實由用戶 1 發起；同時對交易內容進行哈希計算，將得到的哈希值與廣播包的哈希值進行校驗，以驗證交易對象是否為用戶 2 及交易內容是否合法。與此同時，區塊鏈全網每個全功能節點都可以對交易內容進行驗證。三、基于區塊鏈的食品溯源應用（一）農產品種植溯源農產品溯源流程分為 3 個環節，分別是農產品種植環節、運輸環節、銷售環節。農產品種植信息通

6、過傳感器、RFID 掃描等技術進行采集，包括產品名稱、種植面積、所使用農藥類型、農藥用量、實時溫度濕度及二氧化碳濃度 等，在區塊鏈中存儲，將種植二維碼粘貼在相應的農產品包裝袋上。消費者輸入農產品的追溯二維碼可以查詢購買的農產品經歷的生長周期及生長環境，例如茄子總生長周期為 70 天，分為育苗期、生長期和成熟期，展示氣溫變化中對一周內的氣溫變化趨勢、最高氣溫及最低氣溫，通過獲取本地數據的 hash 值與區塊鏈數據的 hash 值對比，通過對比發現不相同，說明農產品信息存在篡改風險。消費者輸入農產品的追溯二維碼碼可以查看相應物流信息，運輸路徑清晰可見，通過調用百度地圖，在區塊鏈賬本中獲取農產品運輸

7、的起始位置、目的地及目前所在位置，在地圖上標記出相應的路徑圖。銷售環節通過掃描自動錄入產品名稱、已售數量及價格、庫存和出售時間等，數據保存到區塊鏈網絡。（二）草原畜產品溯源草原畜產品溯源流程分為 3 個環節，分別是牲畜養殖、屠宰加工和發貨配送、銷售。牲畜養殖環節中，牧場為每一只參與溯源的牲畜佩戴電子耳標，作為牲畜的身份唯一標識，牧民每個月通過智能物聯網設備記錄他們的生長狀 況、通過底層的傳感器網絡進行養殖數據上鏈；屠宰加工和發貨配送環節中， 每一只佩戴電子耳標的牲畜被送到屠宰加工廠分割，屠宰場通過掛鉤標簽與每一只牲畜的電子耳標綁定，使牲畜被切割的每一部分都能追溯到之前的活體牲畜上，屠宰場將屠宰

8、分割的產品進行包裝，相應的數據上傳到屠宰場的區塊鏈數據庫節點，將溯源二維碼貼在產品或包裝箱上，溯源二維碼包含了溯源請求的地址及畜產品的 ID。銷售環節中每銷售一個產品即通過相應的銷售終端進行銷售數據的上傳，消費者收貨后可以通過掃描產品的溯源二維碼查詢畜產品養殖、屠宰、包裝、物流等全流程的數據信息，包括畜產品的照片、養殖產地定位信息，實現全面溯源。（三）奶粉溯源奶粉溯源的供應鏈過程分為 5 個環節，分別是養殖環節、擠奶環節、生產加工環節、存儲運輸環節、銷售環節。奶粉供應鏈各個環節的人共同參與維護區塊鏈的穩定運行，養殖場、擠奶人員、加工包裝廠、物流公司和銷售公司分別使用 RFID 閱讀器獲取每個環

9、節的重要指標信息，每個環節收集到關鍵指標信息以消息摘要的方式存儲在區塊鏈中，所有參與的節點共同維護，不同的用戶擁有不同的存取權限。整個過程中相關監管部門負責對奶粉供應鏈參與者的行為進行監督，一旦發現某個環節出了問題，可以快速追溯到具體環節的具體負責人，提高了政府部門處理問題的效率，保證了消費者的權益。養殖環節需要記錄牧場的名稱、聯系方式、地址、奶牛的品種、產地、重量、奶牛的養殖方式、喂養的飼料記錄、接種過的疫苗記錄、奶牛的健康狀況等指標。擠奶環節記錄原料奶的采集和管理，記錄擠奶設備的衛生狀況、擠奶環節的相關操作人員工號、原奶的蛋白質含量、脂肪含量、三聚氰胺含量、鉛和汞的含量、菌落種類及含量等。生產加工環節記錄加工廠的地址、原奶的檢測報告、原奶殺菌方式、奶粉添加的配方具體成分和含量、加工的具體時間、成品奶粉的質檢報告、包裝方式、包裝時間等。存儲運輸環節記錄商品的入庫和出庫時間、存儲和運輸溫度、運輸的中轉站和目的地、物流單號等。銷售環節記錄銷售商的名稱、地址、聯系方式、銷售的具體時間和數量、銷售人員工號等。消費者可以通過奶粉上的溯源碼對奶粉的配料信息、奶源地信息、具體成分含量信息、生產日期、保質期、儲存情況、物流信息等進行詳細查詢。消費者如果發現奶粉有質量問題，可以進行投訴，相關企業或者監管機構會及時處理。四、總結利用區塊鏈的可追溯、不可篡改、數據加密等特