基于区块链的可信主侧多链绿色食品追溯平台构建研究_何静.pdf

何静，陈晓娜.基于区块链的可信主侧多链绿色食品追溯平台构建研究 J.食品工业科技，2023，44（14）：411418.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022070391HE Jing,CHEN Xiaona.Research on the Construction of Trusted Main-side Multi-chain Green Food Traceability Platform Based onBlockchainJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(14):411418.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022070391 专题综述 基于区块链的可信主侧多链绿色食品追溯平台构建研究基于区块链的可信主侧多链绿色食品追溯平台构建研究何静*，陈晓娜（上海海洋大学经济管理学院，上海 201306）摘要：区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等特性，将区块链技术应用于绿色食品追溯中，有助于解决信息不对称、不可信带来的绿色食品的质量安全问题。然而随着绿色食品供应链的网络化、复杂化发展，溯源信息越来越多，对于绿色食品的追溯平台提出了更高的要求。本文引入区块链侧链，构建可信的主侧多链绿色食品追溯平台，通过侧链对主链进行扩容，提高其存储能力，并使用布隆过滤器改进后的 Bmerkle 树，提高溯源的查询效率，最后以具体的绿色食品为例分析追溯平台的运行流程。可信主侧多链追溯平台的构建能够消除复杂供应链网络中的信息不对称，保障追溯信息的真实可信，进而增强消费者对绿色食品的消费信心；同时能够扩充单条链的存储能力、提高溯源查询效率，保障隐私数据的私密性，希望能够为区块链技术在追溯系统中的应用提供参考。关键词：区块链技术，可信主侧多链追溯平台，绿色食品，供应链网络，食品安全本文网刊:中图分类号：TS201.6 文献标识码：A 文章编号：10020306（2023）14041108DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022070391ResearchontheConstructionofTrustedMain-sideMulti-chainGreenFoodTraceabilityPlatformBasedonBlockchainHEJing*，CHENXiaona（College of Economics and Management,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China）Abstract：The technology of Blockchain has the characteristics of decentralization,non-tampering and traceability,and it isapplied to the traceability of green food,it helps to solve the quality and safety problems of Information asymmetry anduntrustworthy green food.However,with the development of the network and complexity of the green food supply chain,more and more traceability information is needed.In this paper,the blockchain side chain is introduced to build a credibleplatform for the traceability of green food with multi-chain on the main chain.The main chain is enlarged by the side chainto improve its storage capacity,and the Bloom filter modified Bmerkle tree is used to improve the efficiency of traceabilityqueries.Finally,the running process of traceability platform is analyzed by taking specific green food as an example.Theconstruction of trusted main-side multi-chain traceability platform can eliminate the Information asymmetry in complexsupply chain network,ensure the authenticity of traceability information,and enhance consumer confidence in green food.At the same time,it can expand the storage capacity of single chain,improve the efficiency of traceability query and protectthe privacy of private data.And it is hoped to provide reference for the application of block chain technology in traceabilitysystem.Keywords：blockchain technology；trusted main-side multi-chain traceability platform；green food；supply chain network；food safety 收稿日期：20220803 基金项目：国家自然科学基金项目（71871144）。作者简介/通信作者*：何静（1972），女，博士，副教授，研究方向：供应链管理、食品供需网和食品追溯系统，E-mail：。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Technology of Food IndustryJul.2023 随着人民生活水平的提高和健康意识的逐步增强，安全、营养、环保的绿色食品越来越受到广大消费者的欢迎，然而由于绿色食品的特殊属性较难辨别，导致绿色食品市场中问题频发。2011 年，沃尔玛在重庆的多家门店，曾经将普通猪肉当作绿色猪肉进行销售，用虚假的产品描述来欺骗消费者。2020 年，扬州某公司将未经认证的大米在包装袋上标注了“绿色食品”字样，冒用绿色食品标识欺骗消费者。这些“绿色食品”不仅直接销售给消费者，还会作为原材料进入到各种绿色加工食品的供应链网络中，带来消费者的信任危机。导致上述现象频发的原因，表面上是由于消费者缺乏识别绿色食品的能力和经验，逐利性的绿色食品企业不够自律，政府监管不力等，但最根本的还是绿色食品市场中存在着信息不对称、不可信。完备的质量分级、绿色认证、标志制度以及建立绿色食品安全追溯系统能够降低绿色食品生产过程中的机会主义行为，缓解信息不对称现象。其中建立绿色食品追溯系统，做好溯源与追踪工作是解决信息不对称的最根本的解决方法17。区块链为不可信网络中的信息和价值传递提供了一个可信的通道，其具有的去中心化、可追溯、防篡改、智能合约的特性，能够减少多主体组织中的信息不对称，提高整个组织的可追溯性、信息可信性和透明度，能够有效避免中心网络系统故障导致的系列问题，保障信息的安全，因此区块链技术常常用来作为追溯平台的底层技术812。Kumar等13构建了一种基于区块链的大米价值链可追溯性系统，追溯运输过程中的信息，以保障大米质量。Marchese 等14建立了一个基于区块链的农业食品供应链可追溯系统，该系统可实现可追溯信息的透明、可靠和不可篡改的存储。Suroso 等15结合溯源系统的开发生命周期，同时利用快速结构化方法，打造了水培蔬菜追溯系统。中国移动云南公司依托区块链技术，构建了“从田园到餐桌”的可追溯体系，解决绿色食品生产经营信息不透明、质量保障不足、监管难的问题16。孙熠等7通过对绿色食品的生产加工、存储运输、销售等环节的分析，构建了基于区块链技术的绿色食品溯源体系的框架，发现溯源体系能够使溯源数据可靠、无法被篡改、全面可共享。然而，研究多是在供应链中直接把溯源数据的部分或全部存储在区块链上，而随着绿色食品供应链的网络化发展，需要存储的溯源数据越来越多，区块链的数据存储能力会受到影响。并且研究未区分溯源信息中的保密性数据和非保密性数据，保密性数据可能被不相关人员获得，泄露企业的核心能力。因此本文以区块链技术为基础，将绿色食品供应链拓展为绿色食品供应链网络，引入侧链技术，构建可信主侧多链绿色食品追溯平台，将保密性数据和非保密性数据储存在不同的主链中，同时采用布隆过滤器改进过的 BMerkle 树进行溯源查询，并以具体的绿色食品为例说明了追溯的流程。希望能丰富区块链在绿色食品行业中应用的理论，实现绿色食品原材料供应-生产加工-运输-销售全流程信息的可追溯，扩大区块链的存储能力、提升溯源查询效率、避免保密性数据的泄露，从而解决绿色食品的质量安全问题，提升各主体间的信任，规范绿色食品市场发展。1基于区块链的绿色食品追溯面临的挑战绿色食品在复杂的生产流通过程中涉及到多条供应链的交叉，比如，面粉、牛奶、肉类的生产者可以有自己独立的供应链，直接向终端消费者销售，也可以分别作为糕点、餐饮等行业的原材料供应商节点。绿色食品从生产到销售要经过多个环节，每个环节又涉及到多个企业，涉及到的溯源信息量巨大。除此之外，绿色食品较普通食品而言要满足的条件更高，国家对于不同的绿色食品有不同的绿色标准，例如绿色食品小麦的农药使用准则应满足 NY/T 393标准要求，产地环境应符合 NY/T391 标准要求，这些标准都应以编码的形式储存于区块链中，只有符合标准的产品信息才可以上传至区块链。目前的区块链溯源体系，主要是利用智能合约，将溯源数据直接储存在链上。而区块链作为一种分布式的系统，其链上所有节点都会备份存储的数据，这样重复性的储存会造成大量的内存消耗，从而增加追溯系统的维护成本，降低系统的反应速度。在面对绿色食品溯源这种存在大量数据的场景时，区块链的存储能力可能会成为溯源系统的瓶颈1718。同时，在绿色食品区块链溯源中进行数据查询时，需要查找区块链上的所有交易来获取数据，随着交易信息越来越多，溯源过程越来越繁琐，溯源查询效率越来越低。2区块链与绿色食品供应链网络概述区块链是一种由所有节点共同参与维护、任一节点都有最新完整数据库的拷贝、节点间交易公开透明、使用非对称加密算法进行传输访问的技术，点对点传输、共识机制、加密算法等决定其具有去中心化、分布式记账、开放透明、防篡改、可追溯和智能合约等特性1921。侧链是通过加密哈希树以及区块头来验证主链的交易，从而达到拓展主链功能并且提升其性能的目的。侧链是一个独立的区块链系统，具有自身的帐本、共识机制、智能合约等，可以在主链的基础上添加隐私保护、智能合约等新功能，可以将一些需要高频次的交易以及数据的加密解密等放到侧链中，从而为主链扩容。由于主侧链是互相独立的，因此侧链上进行的行为不会影响主链，侧链上发生的风险问题也不会影响到主链的性能与安全，是一种更安全的协议升级方式2223。绿色食品供应链网络具有复杂的结构，涉及多条供应链之间的跨链联系。绿色食品供应链网络包含原材料供应、加工、销售、物流等环节，这些环节之间又