基于区块链技术的冷链食品追溯系统研究

杨涛 陆进宇 李沛 周二磊 喻晓

区块链是一种去中心化、可信任、安全和不可篡改的分布式数据库技术，自出现以来经过不断发展演化，已逐渐应用到各个领域。在冷链食品追溯的应用场景下，区块链具有较传统追溯手段更多的技术优势。本研究引入区块链技术构建河南省冷链食品追溯系统，并对其在新冠疫情后的拓展应用进行展望。

一、冷链食品溯源现状和问题

目前，溯源系统在国内已有一定的研究基础和应用案例，一些新兴技术也被应用于供应链可追溯系统的构建中。但从系统结构层面，主流模式仍然以集中式体系结构为主，使用的技术主要包括一维码、二维码以及RFID（射频识别）等。一维码一般使用GS1-128条码为载体，包含商品条码、生产批号、商品代码等系列内容，可以实现一品一码。新冠疫情前，进口冷链食品信息由海外进口商、海关、国内进口商等分别录入数据库，通过一维码与数据库的映射实现消费者、监管部门对商品的实时查询溯源。二维码相比传统的一维码可以记录更多的信息，在一定程度上可以脱离数据库，也能显示一些基础的数据。但二维码一旦生成并印刷，信息不可更改，无法载入更多的追溯信息，同样对数据库存在依赖。RFID技术具有承载信息量大、可重复读写等优点，并且可以实现多个标签同时识读，可以脱离中心数据库存储信息，因此也被认为是追溯系统较好的载体之一。但是RFID技术成本较高、读写环境受金属影响、容易被篡改等，也制约了其大面积推广。焦玉聪等利用RFID技术和二维码技术构建了肉制品溯源系统，实现了相关政府部门对食品的监管。吴冬燕等基于RFIDEPC（EPC指电子产品代码）技术实现了对冷链食品生产、物流和销售的全过程信息监控。

集中式溯源系统主要通过权威的第三方进行管理和维护，无法保证数据的安全性和可靠性，还可能导致供应链上数据信息不对称的问题，并且具有较高的数据篡改和信息泄露风险，此外，集中式系统容易因为单点故障导致整个系统崩溃，可能造成严重后果。

二、冷链食品追溯应用区块链技术的可行性分析

（一）区块链技术概述

区块链是一种分布式记账机制，通过共识机制、非对称加密算法等，可实现多个节点共同维护同一个账本，具有防篡改、防伪造、防丢失、抗破坏、公开透明、可查询等特性，解决了传统中心式记账的信任问题和安全问题。

传统中心式记账的优势是简单易行，只要足够可信任的权威维护一个主账本，再同步若干冗余备用账本即可运转。主要缺点是无法确保主账本不被有意或无意的篡改，且备用账本数量有限，抵御意外风险的能力较弱。区块链没有主账本，而是每个节点各自维护着一本相同且完整的账本。新的交易产生后，交易记录被发送至区块链中的所有节点，每个节点对交易记录独立进行核验和计算，最先计算生成符合区块要求的节点将该区块信息发送至其他所有节点，每个收到区块信息的节点立即对该区块信息进行验证，验证无误的区块信息将被所有节点加到其自身维护的账本上，因每个区块都含有上一区块的编号信息，因此所有区块按照生成顺序连在一起形成区块链，且所有节点所记录的区块链都是一致且完整的。

作为去中心化、可信任、安全和不可篡改的分布式数据库技术，区块链具有如下技术优势：（1）区块链技术的去中心化特性使得没有单一的中心机构或个人掌控所有的数据和决策。这种去中心化的特性可以提高数据的安全性，防止数据被篡改或丢失。同时，这种去中心化的结构可以防止单点故障和单点攻击，提高了系统的可靠性和稳定性。（2）区块链技术的安全性是其优势之一，区块链技术使用了密码学技术来保护数据的安全。这意味着只有拥有正确密钥的人才能够访问和修改数据。即使有人能够破解密码，他们也需要同时破解多个密码才能成功攻击区块链，这大大增加了攻击的难度和成本。（3）区块链技术的透明性指所有交易记录和数据都被记录在区块链上并且可以被任何人查看和验证，使得区块链具有高度的可信任性和可追溯性。（4）区块链技术的可扩展性是其优势之一。采用分布式账本技术，将数据分散存储在多个节点上，而不是集中存储在单一的中心化服务器中。这种技术可以减轻单个节点的负担，提高系统的可靠性和可用性。由于区块链技术采用了分布式节点的模式（见图1），可以轻松地扩展网络的规模和容量，这种可扩展性可以让区块链技术应用于更多的场景和行业。

区块链最早作为比特币的底层技术而随比特币而诞生，是一种去中心化的分布式数据库，通过密码学算法将交易数据存储在多个节点上，并利用共识机制保证数据的一致性和安全性。随着比特币受到广泛关注，区块链技术也逐渐受到关注和追捧，各种基于区块链技术的应用也应运而生。人们逐渐认识到区块链技术较比特币本身价值更大，其去中心化、透明可信、不可篡改等特质，不仅能有效解决传统交易中的信任问题，也同样适用于物流追踪、电子合约、版权认证、政务审批、物联网等多种应用场景。区块链技术主要经历的三个发展阶段：区块链技术主要经历了三个发展阶段：区块链1.0阶段，这个阶段主要是以比特币为代表的数字货币的区块链应用阶段，主要解决的是价值传递的问题，通过去中心化的金融应用，实现价值的安全、高效和低成本的传输。区块链2.0阶段，这个阶段主要是以智能合约为代表的区块链技术应用阶段，通过区块链技术实现去中心化的管理和交易。区块链3.0阶段，这个阶段是多种行业应用阶段的开始，通过区块链技术解决物理世界中信任机制建立的问题，实现更广泛的应用场景。这三个阶段代表了区块链技术从数字货币到金融应用，再到实体经济应用的发展过程。每个阶段都有其特点和优势，同时也面临着一些挑战和问题。随着技术的不断发展和应用场景的不断拓展，区块链技术将会在更多的领域得到应用和推广。

（二）冷鏈食品追溯基于区块链技术的应用场景