蘇慶玲，朱曉娜，許婷，叢萍，徐英江，田秀慧

(1. 煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系; 2. 山東省海洋資源與環(huán)境研究院：山東 煙臺(tái)264006)

近年來(lái)，食品安全事件引發(fā)各界對(duì)食品安全的關(guān)注與思考，據(jù)《中國(guó)食品安全發(fā)展報(bào)告(2017)》報(bào)道，水產(chǎn)與水產(chǎn)制品屬于食品安全事件高發(fā)領(lǐng)域之一[1]。為提升水產(chǎn)品質(zhì)量安全，自2006年起農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開展了相應(yīng)的水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯試點(diǎn)建設(shè)工作，多省市已建立示范性水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系[2]。但由于目前尚存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、養(yǎng)殖過程未實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控、部分環(huán)節(jié)監(jiān)管缺失及追溯數(shù)據(jù)易發(fā)生篡改等問題[3-6]，進(jìn)一步提高水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的可靠性和便捷性是目前水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管的迫切需求。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為熱點(diǎn)新興技術(shù)，被多行業(yè)認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的重要引擎。其帶來(lái)的多主體共識(shí)協(xié)同機(jī)制的概念，對(duì)社會(huì)治理和商業(yè)運(yùn)作將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。2013—2018年，中國(guó)知網(wǎng)共有5 977篇區(qū)塊鏈相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表，呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且至今仍保持快速發(fā)展(圖1)。區(qū)塊鏈技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用已十分廣闊，目前已在金融服務(wù)、企業(yè)服務(wù)、虛擬貨幣及智能合約等領(lǐng)域應(yīng)用，在游戲、版權(quán)、物流、醫(yī)療、社交、保險(xiǎn)、餐飲、芯片和媒體等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展[7]。截至2018年上半年，中國(guó)已有425家區(qū)塊鏈相關(guān)企業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)4.5億元，隨著區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐步成熟和底層架構(gòu)平臺(tái)的逐步完善，區(qū)塊鏈必將會(huì)應(yīng)用在更多的行業(yè)領(lǐng)域[8]。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)具有防篡改、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享等特點(diǎn)，本研究擬將其應(yīng)用于水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系，在分析追溯平臺(tái)的多主體用戶需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，并結(jié)合區(qū)塊鏈原理構(gòu)建水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系理論模型，以期為實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品全供應(yīng)鏈的可視化展現(xiàn)，營(yíng)造安全可信賴的消費(fèi)市場(chǎng)環(huán)境提供支持。

1 中國(guó)水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的現(xiàn)狀與問題

中國(guó)水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的建設(shè)及研究起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)對(duì)其理論和實(shí)踐的探索進(jìn)步顯著：有關(guān)追溯體系的法律法規(guī)已初步建立；已在國(guó)內(nèi)多個(gè)省市開展了有效的試點(diǎn)工作；與之相配套的技術(shù)亦逐漸完善。然而建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、部分監(jiān)管環(huán)節(jié)缺失和追溯數(shù)據(jù)的保真性等問題也制約了水產(chǎn)品追溯體系的進(jìn)一步完善和發(fā)展。

1.1 法律法規(guī)初步建立

2003年，原農(nóng)業(yè)部發(fā)布并實(shí)施了《水產(chǎn)養(yǎng)殖質(zhì)量安全管理規(guī)定》[9]。國(guó)家質(zhì)檢總局2004年6月正式執(zhí)行《出境水產(chǎn)品追溯規(guī)程》[10]，要求可通過批號(hào)、批次追溯出口水產(chǎn)品從原料到成品的各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)。2015年，中華人民共和國(guó)第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議修訂通過了《中華人民共和國(guó)食品安全法》[11]，明確提出國(guó)家建立食品安全全程追溯制度。2017年7月原農(nóng)業(yè)部辦公廳發(fā)布《關(guān)于做好2017年水產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯試點(diǎn)建設(shè)工作的通知》[12]，要求以責(zé)任主體和流向管理為核心、以二維碼為追溯載體，逐步實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品“從池塘到餐桌”全過程追溯管理。此外，中國(guó)地方政府也紛紛出臺(tái)相關(guān)地方性法規(guī)條例，如《廣東省水產(chǎn)品標(biāo)識(shí)管理實(shí)施細(xì)則》[13]、《關(guān)于印發(fā)2012年福建省水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系建設(shè)工作方案的通知》[14]等?？梢?，中國(guó)水產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的相關(guān)法律法規(guī)已經(jīng)初具雛形。

圖1 以“區(qū)塊鏈”為主題詞在中國(guó)知網(wǎng)搜索獲得的各年份文獻(xiàn)數(shù)量Fig.1 The numbers of references using "blockchain" as subject for each year in China HowNet Periodical Databank

1.2 試點(diǎn)工作多省落地

2006年12月，廣東省率先試行了水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。在生產(chǎn)端：養(yǎng)殖企業(yè)安裝企業(yè)管理系統(tǒng)，日常生產(chǎn)管理和打印產(chǎn)品追溯標(biāo)簽均須使用政府部門頒發(fā)的數(shù)字證書進(jìn)行授權(quán)；在消費(fèi)端：消費(fèi)者購(gòu)買到帶有追溯標(biāo)簽的產(chǎn)品時(shí)，可通過政府監(jiān)管網(wǎng)站或發(fā)送短信至移動(dòng)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行信息查詢和追溯；在監(jiān)管端：政府將監(jiān)管系統(tǒng)安裝于省縣級(jí)水生動(dòng)物防疫檢疫部門，借助互聯(lián)網(wǎng)形成從生產(chǎn)端到消費(fèi)端的全程跟蹤記錄，從而建立政府監(jiān)管、企業(yè)溯源和消費(fèi)者查詢一體化的水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)[15-16]。江蘇省自2011年起開展了水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯試點(diǎn)[6]，以河蟹、淡水蝦類為主要追溯對(duì)象，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)投入品的監(jiān)管，杜絕使用違禁藥物和有毒有害物質(zhì)，通過技術(shù)升級(jí)構(gòu)建了移動(dòng)端、電腦(personal computer，PC)端和養(yǎng)殖IC卡客戶端等多渠道錄入系統(tǒng)，建立了“省級(jí)—市縣級(jí)—養(yǎng)殖企業(yè)”三級(jí)追溯管理體系，逐步樹立追溯企業(yè)成為水產(chǎn)品質(zhì)量安全生產(chǎn)的典范，有效引導(dǎo)企業(yè)向質(zhì)量安全生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，以提升全省的水產(chǎn)品質(zhì)量安全水平。基于廣東省和江蘇省水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系試點(diǎn)的顯著成果，2013年1月全國(guó)水產(chǎn)技術(shù)推廣總站將試行范圍擴(kuò)至重慶市、寧夏回族自治區(qū)等10個(gè)省市、自治區(qū)，2014年繼續(xù)擴(kuò)展到河北、安徽、河南、陜西及寧夏等19省市、自治區(qū)。預(yù)計(jì)在各省級(jí)系統(tǒng)的試點(diǎn)完善后將初步形成全國(guó)性水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，全面保障中國(guó)水產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、流通、消費(fèi)和出口安全。

1.3 支撐技術(shù)逐漸完善

水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系是利用現(xiàn)代信息管理技術(shù)給水產(chǎn)品編號(hào)、保存相關(guān)管理與處理記錄，從而可以查詢產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)、流通與消費(fèi)過程的體系[2-4]。其主要由跟蹤系統(tǒng)和追溯系統(tǒng)組成。跟蹤系統(tǒng)指沿產(chǎn)品供應(yīng)鏈從上至下跟隨記錄產(chǎn)品的運(yùn)行路徑和性狀特征，而追溯系統(tǒng)則指沿產(chǎn)品供應(yīng)鏈由下而上識(shí)別產(chǎn)品來(lái)源和品質(zhì)[17-19]。

產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系的運(yùn)行依賴于電子信息的標(biāo)識(shí)及識(shí)別技術(shù)(如條形碼、二維碼和電子標(biāo)簽等)、地理定位技術(shù)(GPS和北斗系統(tǒng))和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)互聯(lián)技術(shù)(如全球統(tǒng)一的EAN．UCC編碼技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)及電信網(wǎng)等)[20]。借助于飛速發(fā)展的電子信息技術(shù)，中國(guó)已嘗試建立了多種水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。如劉學(xué)馨等[15]基于全球統(tǒng)一的EAN．UCC編碼方法首次在中國(guó)建立了可與國(guó)際體系接軌的水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系。楊信廷等[16]采用條碼防水標(biāo)簽進(jìn)行水產(chǎn)品個(gè)體編碼，通過XML Web服務(wù)進(jìn)行信息傳遞，并通過劃分用戶角色進(jìn)行權(quán)限動(dòng)態(tài)分配，以.NET平臺(tái)和C#語(yǔ)言開發(fā)建立了多層次、多用戶和多權(quán)限的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電話、網(wǎng)絡(luò)及短信等多渠道的公共追溯查詢、政府認(rèn)證和監(jiān)管服務(wù)功能。孫傳恒等[21]針對(duì)中國(guó)獨(dú)特的行政監(jiān)管國(guó)情設(shè)計(jì)了基于行政區(qū)域代碼的水產(chǎn)品追溯編碼方式，建立了水產(chǎn)品監(jiān)管碼密鑰動(dòng)態(tài)分配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從國(guó)家級(jí)到省級(jí)、縣級(jí)的分布式追溯監(jiān)管系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，水產(chǎn)品養(yǎng)殖環(huán)境的許多關(guān)鍵參數(shù)(如水溫、溶解氧、pH值及氨氮含量等)也通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了可追溯。如蓋之華等[22]建立了可實(shí)時(shí)監(jiān)控水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為水產(chǎn)品綠色無(wú)公害養(yǎng)殖提供監(jiān)管技術(shù)支持；徐志進(jìn)和袁久堯[23]設(shè)計(jì)了可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖水體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包括溶解氧、pH值和溫度3個(gè)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖過程的環(huán)境因子全程監(jiān)控和病害預(yù)報(bào)，降低了養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量安全。

綜上，關(guān)于水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的研究由最初的技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)溯源，已逐步擴(kuò)大應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境因子的全程監(jiān)控與病害預(yù)防領(lǐng)域，為養(yǎng)殖生產(chǎn)更多優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品提供了有效的技術(shù)支持。水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系以水產(chǎn)品編碼規(guī)則為基礎(chǔ)，通過條碼標(biāo)簽、編碼加密和密鑰分配等方式，建立了覆蓋生產(chǎn)、加工及流通各環(huán)節(jié)的追溯監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)品流轉(zhuǎn)與信息流傳遞的統(tǒng)一。目前，中國(guó)水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系建設(shè)尚處于起步階段，許多研發(fā)機(jī)構(gòu)成功開發(fā)了多種類型的追溯系統(tǒng)，但由于這些系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件技術(shù)不盡相同，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成了信息的“孤島化”，影響了數(shù)據(jù)的交換和共享，難以進(jìn)行全國(guó)聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一追溯。此外，目前的追溯系統(tǒng)尚不能覆蓋養(yǎng)殖和流通的所有環(huán)節(jié)，而最易發(fā)生食品安全事件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是養(yǎng)殖環(huán)節(jié)中投入品和流通環(huán)節(jié)中添加劑的使用，對(duì)這些環(huán)節(jié)的監(jiān)管很大程度上決定了追溯系統(tǒng)的成敗與否。目前的追溯系統(tǒng)主要依靠養(yǎng)殖和流通企業(yè)自行上報(bào)的質(zhì)量安全數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳到政府監(jiān)管部門，消費(fèi)者通過政府監(jiān)管平臺(tái)查詢追溯數(shù)據(jù)。但這種線性傳遞模式造成了數(shù)據(jù)的單向流動(dòng)，數(shù)據(jù)的真實(shí)性尚缺乏有效驗(yàn)證，如何防止數(shù)據(jù)發(fā)生篡改，以及如何與第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的抽檢數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照以防止作假，也是目前追溯系統(tǒng)亟須解決的問題。

2 區(qū)塊鏈的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)自2008年誕生以來(lái)，以其去中心化、自治性和安全可靠的特點(diǎn)而備受矚目，近年來(lái)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試，其技術(shù)方法和應(yīng)用模式日漸成熟。

2.1 區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈(blockchain)于2008年首次在中本聰發(fā)表的《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》[24]一文中提出，隨后幾年，區(qū)塊鏈技術(shù)呈現(xiàn)“井噴式”發(fā)展[25-27]。然而對(duì)區(qū)塊鏈的定義，目前尚未形成共識(shí)。綜合不同視角可以將區(qū)塊鏈的定義概括為：區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N計(jì)算機(jī)技術(shù)在價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的創(chuàng)新應(yīng)用模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)、密碼學(xué)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)整合集成的技術(shù)，主要包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層等層次結(jié)構(gòu)[28-30]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可將區(qū)塊鏈類比于家譜，可以被復(fù)制但不可篡改，其本質(zhì)上是一個(gè)去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 區(qū)塊鏈的特點(diǎn)

區(qū)塊鏈的主要特點(diǎn)可概括為：1)去中心化。在區(qū)塊鏈的整個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)中不存在管理機(jī)構(gòu)，呈現(xiàn)的是一種分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)中，所有交易記錄和相關(guān)信息能夠在網(wǎng)絡(luò)上公開展現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)信息的不對(duì)稱性；2)自治性。區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)部采取統(tǒng)一協(xié)商管理，使整個(gè)操作規(guī)范和協(xié)議操作能夠在安全的環(huán)境中進(jìn)行；3)安全可靠、不可篡改。區(qū)塊鏈采用非對(duì)稱密碼學(xué)技術(shù)對(duì)各個(gè)交易數(shù)據(jù)信息實(shí)行加密處理，使得數(shù)據(jù)具有不可篡改和不可抵賴的特性，以提高數(shù)據(jù)的安全性[29-30]。

2.3 區(qū)塊鏈的應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)目前最直接的應(yīng)用即比特幣(bitcoin)，其在智能合約、醫(yī)療健康管理、金融和證券交易、投票選舉、身份驗(yàn)證和物流等領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸深入，形成了“區(qū)塊鏈+”的發(fā)展趨勢(shì)[31]。在質(zhì)量追溯應(yīng)用方面，肖麗等[32]提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的中藥溯源體系，該體系能夠減少中藥材流通過程中的信息傳輸錯(cuò)誤并確保中藥材信息的完整性和安全性；汪登等[33]和沈政啟[34]提出了基于區(qū)塊鏈的食品安全溯源體系，對(duì)食品的流通全程進(jìn)行數(shù)字化跟蹤,保證每筆交易的全節(jié)點(diǎn)認(rèn)同和不可篡改,實(shí)現(xiàn)對(duì)食品安全產(chǎn)銷進(jìn)行追溯查證、過程追蹤、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和應(yīng)急處理。呂芙蓉和陳莎[35]以及劉曉云和王曉春[36]提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系，建議基于區(qū)塊鏈技術(shù)從分布式臺(tái)帳、信任共識(shí)、集體維護(hù)和去中心化等方面重構(gòu)農(nóng)產(chǎn)品追溯體系。趙磊等[37]設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的生鮮食品移動(dòng)追溯平臺(tái)架構(gòu)，提出了追溯參與主體的風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償方案作為追溯平臺(tái)商業(yè)化運(yùn)行的核心能力。

3 基于區(qū)塊鏈的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的構(gòu)建

區(qū)塊鏈技術(shù)解決信息安全難題主要在于“去中心化”的思路和原理，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通，提供追溯品種的大數(shù)據(jù)畫像、企業(yè)誠(chéng)信動(dòng)態(tài)評(píng)估、追溯物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備和交易生產(chǎn)消費(fèi)決策支持服務(wù)等應(yīng)用功能，從而使溯源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分享更加迅捷和透明，有助于提高水產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的安全性和建立信用生態(tài)圈。

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，基于區(qū)塊鏈的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的建設(shè)仍將以政府為主導(dǎo)，通過行業(yè)協(xié)會(huì)和民間組織的宣傳推動(dòng)，逐步將養(yǎng)殖、流通和銷售各環(huán)節(jié)的相關(guān)企業(yè)納入，最終形成為消費(fèi)者提供實(shí)時(shí)查詢的分布式追溯系統(tǒng)(圖2)。主要架構(gòu)設(shè)計(jì)是將原有的線性追溯系統(tǒng)通過區(qū)塊鏈連接起來(lái)，首先由政府監(jiān)管部門主導(dǎo)在各個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)建立區(qū)塊鏈存儲(chǔ)模塊，追溯信息一旦上傳即在每個(gè)模塊進(jìn)行共享存儲(chǔ)；養(yǎng)殖企業(yè)通過原有的物聯(lián)網(wǎng)輸入產(chǎn)品的產(chǎn)地信息、養(yǎng)殖條件、生產(chǎn)日期、營(yíng)養(yǎng)成分，農(nóng)殘藥殘或重金屬含量等信息；運(yùn)輸企業(yè)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輸入運(yùn)輸條件；超市和電商等平臺(tái)也逐步通過物聯(lián)網(wǎng)輸入銷售期間的存放條件和鮮活程度；最終，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖企業(yè)節(jié)點(diǎn)、運(yùn)輸企業(yè)節(jié)點(diǎn)、銷售平臺(tái)節(jié)點(diǎn)、政府監(jiān)管節(jié)點(diǎn)和消費(fèi)者節(jié)點(diǎn)等各區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，為消費(fèi)者提供查詢服務(wù)，為監(jiān)管部門提供監(jiān)管服務(wù)。

圖2 基于區(qū)塊鏈的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 Overall architecture design of traceability system of the aquatic products quality based on blockchain

3.2 層次模型

區(qū)塊鏈的經(jīng)典層次結(jié)構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層等[38]。本研究構(gòu)建的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的層次模型主要基于區(qū)塊鏈的經(jīng)典層次結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合水產(chǎn)行業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)和調(diào)整(圖3)。首先，底層數(shù)據(jù)來(lái)源于對(duì)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖環(huán)境、生產(chǎn)日期、營(yíng)養(yǎng)成分、農(nóng)殘藥殘、重金屬含量、運(yùn)輸條件和存儲(chǔ)銷售條件構(gòu)成的完整生命周期的信息采集記錄；數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，將數(shù)據(jù)按照區(qū)塊鏈格式以哈希(HASH)值進(jìn)行封裝后，通過非對(duì)稱加密和時(shí)間戳技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的去中心分布式儲(chǔ)存，從而保證數(shù)據(jù)的可追溯和不可篡改性；網(wǎng)絡(luò)層采用分布式組網(wǎng)機(jī)制(person to person, P2P)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，引入數(shù)據(jù)傳播機(jī)制和數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制搭建數(shù)據(jù)交換通道，決定了系統(tǒng)整體的運(yùn)行速度；共識(shí)層引入各類共識(shí)算法，將政府部門、行業(yè)相關(guān)企業(yè)和行業(yè)協(xié)會(huì)等成員節(jié)點(diǎn)加入?yún)^(qū)塊鏈；合約層以智能合約的形式將國(guó)家相關(guān)監(jiān)管條例、法律、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和通知等內(nèi)容編程后嵌入?yún)^(qū)塊鏈中，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品質(zhì)量的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理；應(yīng)用層是質(zhì)量追溯系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，向養(yǎng)殖和運(yùn)輸企業(yè)、銷售平臺(tái)、政府、行業(yè)協(xié)會(huì)和消費(fèi)者提供信息查詢、質(zhì)量追溯等服務(wù)支撐；呈現(xiàn)層是水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的現(xiàn)實(shí)界面，各種實(shí)體可通過注冊(cè)后獲得區(qū)塊鏈系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋，驗(yàn)證水產(chǎn)品質(zhì)量的安全性和可靠性。

與經(jīng)典區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)相比，基于區(qū)塊鏈的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系有以下4個(gè)方面的改進(jìn)：1)無(wú)激勵(lì)層。水產(chǎn)品質(zhì)量追溯屬于公益事業(yè)，區(qū)塊鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的參與者并不獲得現(xiàn)實(shí)利益，因此，水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的構(gòu)建未來(lái)仍將以政府為主導(dǎo)，通過質(zhì)量安全認(rèn)證和行業(yè)準(zhǔn)入等措施鼓勵(lì)和引導(dǎo)企業(yè)加入各個(gè)環(huán)節(jié)；2)通過引導(dǎo)地方特色水產(chǎn)品和高附加值水產(chǎn)品的加入，增強(qiáng)整個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)；3)推廣快速檢測(cè)技術(shù)，降低企業(yè)的信息輸入成本，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)追溯體系的區(qū)塊鏈化，確保水產(chǎn)品質(zhì)量的高安全性和高可靠性；4)消費(fèi)者環(huán)節(jié)不存儲(chǔ)和記錄區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，只進(jìn)行查詢和反饋，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)量龐大，消費(fèi)者PC端和移動(dòng)端的存儲(chǔ)容量有限，不能主動(dòng)騰出很大空間存儲(chǔ)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，可通過多元化獎(jiǎng)勵(lì)方式促進(jìn)消費(fèi)者對(duì)系統(tǒng)的使用。

圖3 基于區(qū)塊鏈的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的層次模型Fig.3 Hierarchical model of traceability system of the aquatic products quality based on blockchain

3.3 可行性分析

目前，中國(guó)已成為世界上最大的比特幣礦機(jī)生產(chǎn)供應(yīng)國(guó)，中國(guó)的挖礦設(shè)備制造商比特大陸(bitmain)是目前全球最大的采礦設(shè)備生產(chǎn)商，已經(jīng)擁有比特幣礦機(jī)70%以上的市場(chǎng)份額，每年銷售數(shù)十萬(wàn)臺(tái)螞蟻礦機(jī)(antminer)，礦機(jī)設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)為其他行業(yè)的應(yīng)用提供了底層的設(shè)備和技術(shù)基礎(chǔ)。并且，中國(guó)已初步形成覆蓋多個(gè)省市、自治區(qū)的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系，相關(guān)的水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已日臻成熟。區(qū)塊鏈作為一種軟件技術(shù)，可以接入很多硬件輸入輸出設(shè)備，將明文傳輸轉(zhuǎn)換為加密傳輸，實(shí)現(xiàn)“去中心化”的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。借助于區(qū)塊鏈的“去中心化”理念重新設(shè)計(jì)追溯體系，以區(qū)塊鏈為主要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，接入原有的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，能夠迅速實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)追溯體系的去中心化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，降低監(jiān)管成本，具可行性。

3.4 特色與創(chuàng)新

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系增強(qiáng)了全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)信息的安全性和透明性。區(qū)塊鏈技術(shù)具有分布式去中心化的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)中所有新增的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都會(huì)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新和備份，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)驗(yàn)證其他節(jié)點(diǎn)信息記錄的完整性和準(zhǔn)確性，只有當(dāng)大部分節(jié)點(diǎn)同時(shí)認(rèn)同一個(gè)記錄正確時(shí)，全系統(tǒng)才會(huì)認(rèn)可該記錄的真實(shí)性。因此，水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的數(shù)據(jù)信息由各系統(tǒng)內(nèi)的所有環(huán)節(jié)集體記錄、使用和維護(hù)。一方面，產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)可得到多次存儲(chǔ)和備份，打破了傳統(tǒng)的線性數(shù)據(jù)傳遞模式，避免了中心化系統(tǒng)由于意外破壞或造假而產(chǎn)生的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)互相監(jiān)督數(shù)據(jù)共享，有效地實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的信息透明化。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系可提高消費(fèi)者對(duì)水產(chǎn)品的信任度。區(qū)塊鏈追溯體系嚴(yán)格保存了水產(chǎn)品生產(chǎn)流通各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量標(biāo)簽和信息記錄，保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，可預(yù)防人為篡改，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤，確保水產(chǎn)品質(zhì)量的可驗(yàn)證和可靠性，具有追溯主體責(zé)任、追蹤產(chǎn)品流向、識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)隱患、評(píng)估危害程度和共享監(jiān)管信息等理想的應(yīng)用功能，有效地保護(hù)了消費(fèi)者權(quán)益，本體系將有力促進(jìn)水產(chǎn)品質(zhì)量追溯的發(fā)展。

4 結(jié)論

本研究基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、自治性和信息的不可篡改等特性，提出建立以區(qū)塊鏈為支撐的水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯平臺(tái)構(gòu)想，設(shè)計(jì)了囊括各個(gè)環(huán)節(jié)信息流的主要架構(gòu)和區(qū)別于傳統(tǒng)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)的層次模型，為實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品從養(yǎng)殖、加工到流通銷售整條供應(yīng)鏈上的信息記錄以及質(zhì)量溯源提供參考，有助于增強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)信息的安全性和透明性，可在提升消費(fèi)者的信任度的同時(shí)保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益。隨著該模型的進(jìn)一步實(shí)踐和驗(yàn)證，有望促進(jìn)水產(chǎn)品質(zhì)量追溯深入發(fā)展。水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及對(duì)事物的認(rèn)識(shí)、協(xié)調(diào)以及標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等多方面內(nèi)容，需要養(yǎng)殖企業(yè)、運(yùn)輸企業(yè)、銷售平臺(tái)及政府等多方協(xié)作。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)及水產(chǎn)品溯源的發(fā)展，將區(qū)塊鏈應(yīng)用于水產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系的建設(shè)將更加成熟，水產(chǎn)行業(yè)也將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。