区块链技术在乳制品溯源中的应用

杨 梅,李亚军

（酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100）

1 引言

乳制品安全事故导致了消费者对国内乳制品缺乏信心，严重制约了国内乳制品企业的发展，也暴露出国内乳制品安全监管的缺失。具体问题表现为商品从出厂到消费者中间环节信息不透明、无法追溯来源、供应链信息存在篡改、伪造风险等；发生商品或安全问题时难以回溯和追责等问题。对此，国家相继出台《“健康中国2030”规划纲要》《关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见》 等文件，加大乳制品安全监管力度。本研究提出建立健全乳制品安全追溯系统，从源头解决乳制品安全问题。

商品溯源的根本问题是明确商品来源的各个环节，并且保证来源信息的真实可靠，这个过程涉及商品原料、商品成品生产、商品运输、商品经销、商品零售多个环节，具有所属方多、交易环节复杂的特点，各方数据如何打通、互相确认是难题，而区块链技术即可解决这些数据问题[1]。区块链技术可实现多方共同记录溯源信息，并保证溯源信息被记录后经多方确认、不可篡改，消费者可查询验真；区块链上全流程交易历史记录支持审计、回溯，同时又可以保护商业隐私。目前，基于区块链实现产品溯源技术已经非常成熟和可靠，已有国内很多企业通过微信、支付宝区块链溯源小程序作为溯源入口实现了企业商品的全过程信息追溯[2]。

2 乳制品溯源现状及问题

乳制品溯源现状和存在问题很多，主要表现在4 个方面：（1）缺乏可信度高的溯源信息化系统。在溯源业务上，企业当前的产品体系既无法做到源头追溯，又缺乏统一的平台进行信息汇集管理和对外信息展示。（2）溯源信息分散。信息分散在生产企业、物流公司等不同主体机构上，而同一主体的溯源信息又分散在不同信息化系统中，例如产品出入库时通过金蝶软件进行管理；订单信息又通过网上商城进行管理；质检报告、问题反馈等信息采用线下纸质文件记录和管理，无信息化系统做记录和信息支撑。（3）产品标识困难。如牛奶和酸奶的包装形式多种多样，对于产品的信息采集和产品标识方面存在一定困难。已有的生产线及设备无法满足溯源平台所需要的信息采集和产品标识。（4）政府机构、生产者、消费者三者之间的信息不对称。当乳制品在供应链运输、交易过程中出现伪劣商品时，企业无有效措施进行澄清和维权。对于真正有质量问题的产品，企业又无法快速定位问题原因以及快速召回[3]。

3 基于区块链技术的乳制品溯源方案设计

乳制品溯源平台建设是以产品追溯为核心，利用先进的物联网、区块链等技术和工具，以二维码为载体，为每件乳制产品赋予唯一、可追溯的数字身份码，涵盖乳品从生产工艺过程、品检品控、包装赋码、库房管理、多级经销商流向、零售终端以及消费者查询和营销的精细化管理。需要结合生产车间现有的软硬件设施，对生产线实施改造，通过对产品的包装材料进行提前赋码或者在线赋码的方式，并在产线上加装识别和控制设备，实现生产过程中产品的数据采集和关联。

乳制品溯源使用到的区块链核心技术包括P2P网络、分布式存储、非对称加密、共识机制等[4]。P2P 为产品溯源平台各个网络节点分配工作任务和工作负载提供分布式网络资源，分布式存储使交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，实现共同存证。非对称加密对交易数据进行加密，保证数据安全和用户隐私。共识机制对事务或状态的验证、记录、修改等行为及其结构达成一致确认，防止数据被篡改。

4 基于区块链技术的乳制品溯源方案实现机制

4.1 赋码及赋码方式比较

对乳制品产线进行改造，通过不同的赋码方式对产品的外包装进行赋码，并与垛码、框码的二级赋码关联。

包材赋码：针对杯状牛奶、箱装牛奶，可以采取由包材供应商在生产包材的时候直接将码生产到包材上，可以节省产线改造成本，同时能够保证码质量及位置的稳定可靠及防伪。难点在于需跟包材厂商协商赋码事宜。

生产线在线赋码：在生产线上均安装多米诺喷码机，可以对生产线进行改造，实现在线喷码，可以节约一定设备成本。难点在于生产线不平稳，需要额外改造产线，有些生产线老化，不适合在线赋码，建议加长生产线。

激光在线打码：采取激光打码的方式进行在线打码，只需要一次改造生产线就可实现无耗材打码。难点在于需要改造生产线，对生产线平稳度要求高，不能增加防伪技术。

射频识别技术打码（Radio Frequency Identification，RFID）：对于周转筐或者卡板上粘贴RFID 标签，每次使用的时候重新写入标签号，实现其重复使用功能。卡板上安装RFID 标签标识，将卡板上的箱码或框码实现关联，方便出入库[5]。

4.2 区块链溯源平台总体架构

区块链产品溯源平台包含3 种应用，即PDA 端的App 应用、微信小程序端和Web 端，见图1。PDA端根据乳制品企业实际情况，可供发货人员用于发货使用，以及司机配送使用；微信小程序端可供物流人员、经销商和消费者使用。Web 端可以管理区块链溯源平台的后台操作，比如组织管理、用户管理等。该平台实现与ERP 系统、赋码系统等系统集成。

图1 区块链溯源平台总体架构

主要功能如下：

（1）信息录入功能。录入各参与方的企业信息或监督机构信息、原料信息、商品信息、物流信息等。

（2）交易确认与查询功能。各参与方进行身份认证、交易确认、各节点同步溯源数据，各参与方可以查询与自身相关的交易数据。

（3）溯源管理功能。建立追溯体系，使每个环节都可以进行监督和监控，为产品颁发区块链溯源存证证书。通过二维码扫描可查询商品来源，获得溯源验证结果。

（4）监督功能。如果消费者或参与方发现商品来源有问题，可通过平台进行反馈、投诉，监督方组织对商品进行二次鉴定。

（5）系统管理与运维功能。参与方用户注册、权限管理、后台数据管理与运维等。

（6）区块链即时展示功能。溯源关键数据信息上链后展示存证在链上的区块高度、时间戳、哈希值等信息，确保数据可信存证。

4.3 溯源数据信息

溯源数据信息主要包括但不限于商品管理信息、商品基本信息、溯源码管理信息、奶源管理信息、质检管理信息、入库管理信息、发货管理信息、物流管理信息、收货管理信息、查验管理信息以及其他可对外展示信息[6]。相关溯源数据信息详情如下。

4.3.1 商品管理信息

商品管理信息主要包括商品编号、商品名称、商品规格、商品单位、商品新增时间、商品状态（启用、停用）等。

4.3.2 商品基本信息

商品编号、商品名称、商品规格、商品单位、商品生产日期、生产许可证、生产批次号、商品溯源码信息、保质日期、商品生产厂家、厂家地址等。

链上信息包括商品基本信息上到区块链存证时的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。商品基本信息全都对外展示。

4.3.3 溯源码管理信息

溯源码管理信息主要包括包装比例、码规则、打印模板、生产批次号、生产订单等。

4.3.4 奶源管理信息

奶源信息主要包括生产批次号、奶源公司、奶源产地信息、化验指标单、奶源生产视频等。

链上信息包括奶源管理信息上到区块链存证时的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。

其中化验指标单不对外进行展示，该信息电子化便于企业内部管理和政府监管部门抽检。其余信息均可对外展示。

4.3.5 质检管理信息

质量管理信息主要包括生产批次号、检测时间、检测人员、检测结果、质量检测报告等信息。

链上信息包括质检管理信息上到区块链存证时的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。

其中检测结果和质量检测报告对外展示。

4.3.6 入库管理信息

入库管理信息主要包括生产批次号、入库人员、入库时间、商品名称、商品规格、商品数量、垛码（筐码）、起始箱码（杯码）、截至箱码（杯码）、备注等信息。

链上信息包括入库管理信息上到区块链存证时的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。

其中入库时间对外展示。

4.3.7 发货管理信息

发货管理信息主要包括发货人员、发货时间、发货单编号、商品名称、商品规格、商品数量、经销商名称、经销商地址、经销商区域；除此之外，还包括：商品批次号信息、垛码（筐码）、发货箱码（杯码）、截至箱码（杯码）、备注等信息。

链上信息包括发货管理信息上到区块链存证时的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。

其中发货时间、经销商名称、经销商地址对外展示。

4.3.8 物流管理信息

物流管理信息主要包括发货单编号、商品名称、商品规格、商品数量、经销商名称、经销商地址、物流公司名称、物流人员、物流人员电话、快递单号、揽收时间、收货时间、运输状态、备注等信息。

链上信息包括物流管理信息上到区块链存证时的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。

其中物流公司、揽收时间、收货时间对外展示。

4.3.9 收货管理信息

收货管理信息主要包括收货人员、收货人电话、收货时间、商品名称、收货商品数量，还包括相应的发货单信息和物流信息。

4.3.10 查验管理信息

查验管理信息主要包括反馈详情、反馈人员、反馈人员电话、反馈时间、经销商名称、发货单编号、商品名称、损毁商品溯源码信息。

4.3.11 其他可对外展示信息

公司产品宣传材料、该商品的区块链溯源证书等。

4.4 信息采集方式

信息采集方式主要包含4 种：

一是与企业已自建的信息化系统进行集成获取相关数据。主要包括：溯源码管理信息中的生产批次信息、生产订单信息；发货管理信息中的发货单编号、商品名称、商品规格、商品数量、经销商名称、经销商地址、经销商区域信息。

二是通过赋码系统进行信息采集。主要包括：入库管理信息，包含了赋码及码关联信息、入库时间等信息。

三是通过PDA 设备进行信息采集。主要包括：发货管理信息中的发货人员、发货时间、商品批次号信息、垛码（筐码）、发货箱码（杯码）、截至箱码（杯码）信息。

四是通过人工在PC 端或微信小程序端进行信息录入和维护。主要包括：商品管理信息、商品基本信息、溯源码管理信息、奶源管理信息、质检管理信息、物流管理信息、收货管理信息。

4.5 溯源信息上链

区块链企业应用服务平台拥有标准的数据上链、数据查验接口，平台提供通用上链接口和智能合约部署[7]。业务应用可以直接调用上链API 接口与区块链交互，上链数据包括哈希上链和原始数据加密上链两种方式，哈希上链是通过Hash 计算的方式形成一串固定长度的Hash 字符串，以Hash 字符串进行上链存储；原始数据加密上链是将原始数据通过加密计算，将密文数据上链。哈希数据上链节省资源，缺点是只有验证数据不能还原原始数据；加密数据上链空间占用大，好处是可以还原原始数据。

溯源关键信息上链之后，质量溯源平台会展示相关信息在区块链存证的上链时间、所属区块、区块哈希、交易哈希。

4.6 溯源信息与溯源码关联

产线赋码环节实现生产订单/生产批次号—垛码—箱码之间关联。入库及之前的商品信息、质检信息、生产信息、入库信息等通过生产订单/生产批次号与溯源码进行间接关联。

产品出库环节可做到发货单—垛码—箱码之间的关联。出库及之后的发货信息、物流信息、收货信息等通过发货单进行间接关联。

故整个商品溯源信息均能与溯源码做到关联，消费者通过扫码即可获取产品溯源信息。

4.7 区块链数据防伪溯源

4.7.1 产品防伪

采用溯源码的形式对产品进行唯一标识[8]。通过采用标准定制的赋码软件系统根据实际业务确定赋码规则，赋码完成之后，相关赋码及码关联等信息上传至区块链质量溯源平台上，平台录入产品溯源信息，并将溯源信息与溯源码关联。

产品溯源信息在区块链质量溯源平台通过区块链技术实时将溯源信息进行上链存证，只能够在企业官方统一的防伪溯源渠道上进行查询，除此之外，平台还可以通过扫码验证次数记录和信息告警来进一步保障商品的真实性。

4.7.2 产品数据溯源

区块链采用带有时间戳的链式区块结构存储数据，从而为数据增加了时间维度，证实一组数据在某个时刻是真实存在，时间戳既标识了每个区块独一无二的身份，也让区块实现了有序排列，为信息溯源找到了很好的路径，具有极强的可验证性和可追溯性。并且区块链上的数据区块只能新增，任何人不得随意删除错误数据与交易，每条记录及其关联操作都在链上有迹可循。

4.8 平台部署方案

系统采用微服务架构，支持分布式部署、云化部署。整体包括业务应用和区块链平台2 个部分：其中业务应用包括网关、接口、缓存、消息、前端服务及后端服务等，均可支持集群化部署和资源的动态扩容；区块链平台包括共识节点、记账节点、区块链网关、运维服务等，均可支持分布式部署和资源动态容。总体部署架构见图2。

图2 平台部署架构图

业务应用系统部署在企业本地，区块链平台部署在异地云平台上，企业质量溯源系统作为区块链平台的一个独立的应用模块，当未来有更多应用场景时可对此区块链平台进行扩展。

其中业务系统总体部署于本地内网，可根据访问需求，适当开通外网用户的访问权限（如反向代理、VPN 等）。区块链平台建议采用本地集中共识，记账节点可以采用分布式部署，在保证网络互通的前提下，可以部署于任何地方，建议根据业务成员划分，采用代理记账的模式，不划分过多的记账节点。

5 结论

本应用中生产线改造内容以加装相关赋码和数据采集设备为主，对企业现有设备设施和生产工艺流程不会造成较大影响，易于快速部署。实施基于区块链技术搭建的产品质量溯源平台，对于乳制品企业来说，自证清白、举证和追责均方便快捷。

基于区块链技术的应用，提升了消费者对企业的信任度，进而提升企业品牌形象；降低了企业、消费者、经销商等多方之间的信任成本；基于区块链数据共享有效整合多方信息，实现资源共享，降低多方沟通成本，节约企业的管理运行成本[9]；通过查验功能降低产品核验、问题反馈成本；在出现纠纷时降低自证、举证和追责成本；问题产品出现时降低召回成本。

在当前国内各大乳制品企业纷纷建立企业质量溯源系统的发展趋势下，进一步完善企业的质量安全可追溯体系建设，建设产品质量溯源系统对于提高企业的市场竞争力来说是十分有必要、十分紧迫的。