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区块链技术与食品安全追溯

发布时间:2018年08月30日 来源:中国自动识别网 作者:贾建华

食品和食品生产是世界上最大的行业之一,随着食品行业的发展,食品供应链变得更加全球化,实现对食品供应链的监控是一项费钱费力的工作。当前的食品安全主要依赖于对供应链各环节参与方的信任,一是可能存在很多尚未发现的欺诈行为,二是透明度水平不足以满足消费者和其他利益相关方的需求。
区块链是近期高频率词汇,可理解为在网络上一个个“存储区块”所组成的一根链条,每个区块中包含一定时间内的网络全部信息交流数据,是一项新技术,能够大大提高工作效率。使用区块链最成功的案例是比特币和加密货币,但是比特币的交易处理能力和交易处理成本极高,如果无法降低交易处理成本,则其对社会的影响可能就会很小。但是,比特币底层技术(区块链)对社会来说可能具有极大价值,其可能成为社会数字化的一块基石或一套新兴工具。
区块链也许是解决食品透明度和控制问题的最好方案。区块链技术在追溯方面的应用越来越多。IBM和Walmart在美国跟踪芒果和在中国跟踪猪肉的试点项目得到了更多关注。目前,该项目已进入第二阶段,且包括十个世界上最大的食品制造商和零售商。在中国,也有很多公司开始使用区块链技术实现食品的防伪、溯源、流向跟踪等。
 
当今供应链追溯中存在的问题
供应链越来越复杂
业务全球化大大增加了商品和货物的跨境流动环节,全球供应链的复杂性加剧。因为产品成分来自全球各地,所以实现全球供应链的完整追溯变得极其困难。 
不同监管机构的需求相互重叠与矛盾
食品可追溯性的一个复杂因素是公司需要遵守不断变化的法规。世界各国的监管机构有着许多重叠和相互矛盾的需求,因此,针对过敏原、微量元素、农药等制定了不同法规。在当今的全球经济中,实现供应链可追溯性可能需要遵守供应链中来自不同国家和地区的多个司法辖区的规定。因此,各组织都可能面临众多的内部和外部可追溯性要求。 
信息化系统缺失或者薄弱
全球食品供应链需要向数字化过渡以支持全面可追溯性,但是技术体系薄弱很难满足对快速响应时间和高效信息流动的需求。因为系统之间无法互联互通,许多审计和控制需要手动进行,效率低,准确率也不高。
由此可见,提高食品供应链的可追溯性显得尤为重要。GS1 全球可追溯性标准就提供了可用于供应链各个节点(例如贸易项目、物流单元、参与方和位置)的唯一标识符。 
根据GS1全球追溯标准,完整的可追溯性体系列可包括管理以下内容:可追溯对象、参与方和位置的标识、标记和属性;(通过扫描或读取)自动采集涉及对象的移动或事件;记录和分享可追溯性数据(无论是内部还是供应链各方间),以便实现已发生事件的可见性。
由于供应链复杂且较长(其中涉及众多中间商,缺乏透明度,且支持体系和数字化程度不充分),因此依然存在诸多挑战。此外,自动数据采集技术的成本通常较高,难以实施并且应用于大宗和批量商品。
在多数情况下,实现可追溯性的挑战仅仅是缺乏记录。随着产品类型日益复杂,因此需要更完整的可追溯性体系。而手写文件可导致人为错误,难以快速分拣产品,并减慢向后、向前追溯能力。信息化是未来追溯的基本方向。
 
区块链是一套新的数字化解决方案
关于区块链解决方案最常见的问题之一是为什么需要它,或者说为什么不使用现有技术。对该问题最简单的回答是,区块链可以实现先前不存在、且传统数据库和架构无法执行的某些功能。区块链技术的有趣之处在于,对于在区块链出现之后才可实现的数字世界来说,其中一些功能非常有价值。 
无法复制的数字单元
如果想要表示具有某些特征的食品或商品,并在供应链中跟踪该项目,无法复制该项目是非常重要的。如果使用区块链,复制和“二次消费”或“二次销售”特定食品项目的风险不会存在。食品的每个特征(如公平交易证书或有限使用抗生素)也不能复制。中央数据库可以实现这一目标,但必须完全信任数据库的持有者。
无法修改的数字文件
虽然数字化的许多方面已有长足发展,但是除可复制外,仍然存在传统IT解决方案尚未解决的问题。可能难以确定数字文件、照片、合同等是否经过修改。使用区块链技术后,可以确保数字文件、注册表、生产证书、照片或视频等仍然与首次在区块链中登记时相同。哈希技术和区块链是目前唯一可以做到这一点的技术。 
无法操纵的数字过程
区块链解决的第三个问题是确保过程安全。关于此类过程讨论最多的示例是贸易金融,其中,各参与者必须确认其在协议各个阶段所做的事情。其必须对所运货物负责,并确认参与者在整个运输链中执行的过程。在物联网的发展过程中,确保过程安全起着关键作用。由于在农田到餐桌的整个供应链中,越来越多的数据将使用传感器进行收集,因此,此领域在食品供应链中占据着重要地位。 
大幅降低进入壁垒
区块链技术可帮助建立对低成本技术的信任,而这些技术在其他情况下认为是不安全的。在食品供应链中好多参与方是不懂计算机的,比如农民,他们没有能力建立一个基于数据库的追溯系统,但是区块链允许小型农民、卡车司机或出海渔民使用简单的智能手机向供应链输入值得信赖的数据。 
 
区块链技术方案
企业区块链解决方案拥有六个通用的主要部分。
 
 
 
用户接口
用户接口根据不同用户进行设计。主要有三类用户接口。 
终端用户——通常是消费者。此类用户应使用其手机和专用的解决方案应用。以只读应用为主,因此无需进行登录。消费者将能够扫描条码、RFID标签或二维码,访问与特定产品相关的信息。根据所选择的解决方案,消费者可以访问供应链中的所有步骤,或者仅访问生产地点和食品说明。 
专业用户——批发商、零售商、货运公司、农民、加工和包装公司。此类用户将拥有移动或台式接口或者集成在ERP系统中的接口。知晓供应链中的前后各方以及食品来源和各种食品规格,可以获得比消费者所需更多的信息。 
智能合约/软件管理员——此类用户将管理其他用户的合同。如果必须对过程或合约进行更改,则通过此接口进行管理。系统治理可以由公共机构,可信的公司或团体来进行组织。合约代码通常应开放,以便所有参与者都可以看到任何更改。
文件存储
添加到区块链的信息通常受到限制。其不会包含所有信息,而是包含验证、哈希值以及添加此类信息的人员标识。例如,如果农民拍摄了作物照片并将其添加到区块链,则该照片可以上传至区块链,供区块链中的所有节点访问,且这需要区块链存储大量信息;上传到单独数据库,且通过区块链访问。访问权限仅限于与区块链交互的人开放;存储在个人或组织拥有或控制的数据库中,但无法通过区块链访问。由文件/照片的创建者决定其希望与谁共享数据。
区块链
区块链是记录和存储文件、合约和交易验证的部分。本质是一个分布式账本。区块链有多个节点组成,有的节点负责内容的写入,有的节点负责判定是否可以写入。在比特币和以太币等公共区块链中,任何人都可以成为节点并保留分类账副本。验证和接受待存入区块中的交易和信息的节点,也可以简单地记录其他人录入区块链中的内容。实际上,想成为验证交易的节点的参与方需要拥有大量的处理能力,才有机会成为系统的一部分。由于交易处理成本问题,不建议使用比特币或者以太币方案,因为交易处理成本将成为食品等价格敏感区域的限制因素。目前,企业区块链最具吸引力,因为在企业区块链中,仅允许受信伙伴确认交易和区块。经确认和记录的区块链内容可以自行选择是否进行公开。 
应用/合约引擎
应用或合同引擎是解决方案的关键元素。最著名的应用区块链解决方案是以太币。在以太币中,合约被称为分布式应用。应用由所有节点在区块链上运行,采用分布式部署。通常合约并不在区块链上运行,仅在区块链中确认,其验证已嵌入在区块链中,但整个应用并不由区块链网络运行。
ID(用户标识)和授权
如何统一标识所有的供应链参与者是数字解决方案面临的主要挑战之一。以比特币为例,拥有正确私钥就可以花费相关的比特币,但是密钥的存储变得至关重要。大多数消费者不能长期安全地存储私钥。如果私钥丢失或被盗,则所有比特币都将丢失。在大多数情况下,消费者将雇佣保管人来保管其私钥。在某些情况下保管人(例如MtGox和Bitfinex)也会被黑客入侵。 对于食品,安全性不那么重要。许多区块链技术提供商的解决方案均可以支持ID系统的管理,管理员可以创建参与者的私钥和公钥,并且可以使用IP地址等其他安全机制来控制参与者的权限。对于供应链不是很复杂的情况下,使用某些企业提供的ID管理系统足以满足业务的需求,但是如果系统已全球化,就需要建立更广泛的治理体系。小型IT公司需要一些可信的外部提供者、公共机构或大公司来帮助实施ID解决方案。
项目监管
对于食品,有许多组织和当局可能希望食品贴附带相关证书。公共当局可以分配某种食物的特定配额。公共当局可以分配一个代码来跟踪农民/渔民/食品生产商等及其生产。在区块链中使用该代码代表作物/鱼类等农民生产或销售的数量。
食品追溯可能拥有一些需要得到外部审计机构或当局信任从而进行控制的特征。在此类情况下,区块链为参与者提供解决方案,以便其跟踪与特定食品标识相关的特定特征或证书的使用情况,例如公平交易、有机、无抗生素、MSC(海洋管理委员会)、高营养价值、非转基因。当将数据上传到区块链中时,MSC等组织可以跟踪供应链中MSC认证鱼类的数量。
认证机构负责核实农民或生产商是否正确使用其标签,并防止标签被二次消费。例如,如果生产商仅销售有机产品,而只按照此类标准生产三分之一,则生产商只能获得有限的代码配额。如果生产商多次尝试使用相同代码,系统将进行风险预警提示。
 
区块链食品追溯应用方案
生产设施及环境
目前,企业的实际生产现场条件难以验证,包括劳动条件、工厂、环境、生产质量控制等。区块链技术防止伪造或歪曲生产条件。
自我报告
自我报告使用任何数字记录进行。照片、视频或数字文件等多种方式来体现生产设施或周围环境。例如,捕鱼过程或工厂的照片,也可能是在工厂工作的人员名单。一旦在区块链中发布该文件,就会自动生成唯一的哈希指纹,时间和位置不能再被修改。检查员可以进行随机检查,以验证该照片是否符合生产设施和工作人员的实际情况,以及是否与报告给区块链的结果相符。
对生产环境的连续记录
通过部署传感器可以自动地持续向区块链报告生产环境的关键因素信息,这些信息将作为历史记录永久地存储在区块链上。湿度、温度、光照、污染、用水量或其他质量指标等都可以通过这种方式进行追踪。 
优势:操作简单,而且成本很低,基本不需要改造生产系统。通过移动APP应用拍摄工厂或带有生产证书的纸张,检查时的审计员等的照片。数据可以存储在本地,且隐私性将非常强。
劣势:该系统需要进行随机意外检查,以防止生产企业作假。如果供应链中有许多中间商,但产品未通过条码或其他产品标识进行定义,其他参与方无法自动化的采集信息。
跟踪供应链中的食品项目
区块链技术允许追踪特定系列的食品、罐头或任何可以附加唯一标识符(如条码,二维码或RFID)的项目。在这种情况下,必须自动记录从批发商到零售商的交易记录。与现有技术相比,区块链可以显示每项交易背后的标识。与其他数据(如温度、湿度、证书等传感器数据)的集成也可以更容易,成本较低。与现有产品ID(如GS1全球统一编码体系)集成后,实施成本可能降低,速度可能提高(大多数商品使用GS1标准来进行标识)。
生产商为每个产品分配产品唯一ID。所有处理此产品的组织都可以进行登记,表明其已拥有产品。以下是可以在产品上注册的ID示例。
所有的ID标识可以加密,只向有权限的参与方公开。在区块链中,数据可能会随着时间推移而发展。在T1中,已登记公平交易证书的生产商登记了一个产品。将每张公平交易证书连接到特定生产商,公平交易监督机构可以确认是否有人制造了超出其配额的产品。但是外部人员可能不了解这一点。对他们来说,发运人或零售商的信息可能不可见。在T2中,发运人进行登记以表明其拥有货物,此信息可以不公开也可公开(如果选择公开)。在T3中,批发商进行登记以表明其是控制产品ID的组织,零售商进行相同操作在T4中。 
 
产品跟踪信息可以根据需要选择是否完全公开。 
优势:由于无法进行二次消耗,无登记证书的产品将无法销售,欺诈风险将显著降低。在该系统中也不允许创建未知身份,通过智能合约/应用限制各用户登记新项目。在Walmart案例中,产品追溯使用该方案来实现供应链追溯。
劣势:系统的主要弱点是安装和部署成本,只有提高产品价格才能抵消供应链追溯的成本。
跟踪供应链中的食品数量
对于大宗货物来说,因为没有包装标识,无法自动化跟踪,但可以跟踪区块链解决方案中各参与者买卖的数量。使用区块链的优势在于,在获取有关交易和量的所有数据时,无需确定中央参与方。例如,如果您购买了普通大米,并将其混入更昂贵的印度香米,然后尝试以较高的印度香米价格一起出售,会因为您在供应链中拥有的印度香米数量不足导致交易失败。区块链中的产品数量一旦写入后就不能增加,参与方虽然无法转移特定的产品唯一ID,但是可以转移产品类别和数量。因此,通过跟踪数量,人们可以更加信任供应链。
 
 
优势:这种解决方案的优势在于,可以处理食品加工、切割、重新包装等情况。如果对量进行控制,则欺诈动机几乎完全消失。如果您无法替换、稀释或混合更昂贵的食品项目,可能难以通过篡改食品来赚钱。也可以使用替代标准来表示食品,但如果包装已经用了GS1等标准,通过商品条码 、批次、数量三个属性维度来解决供应链追溯问题。
劣势:与跟踪食品唯一ID相比,应用该系统后,可追溯性可能会降低。对于想要追溯到农场级别、来源地点(如土壤条件)、或者运输时间或温度的消费者或餐馆,将无法实现。 
区块链解决方案在食品追溯和控制方面具有巨大前景。但其中存在的主要挑战是非预包装食品可能会使区块链解决方案难以实施。 
目前,全球许多国家已经立法要求食品生产和经营企业对食品进行追溯,这意味着供应链中的每个参与者都必须记录供应链中的前一个和后一个参与者。如果参与方使用纸质文件,文件的真实性和有效性难以保证,如果使用区块链技术,将降低数据的真实性风险。综合来说,尽管解决方案或区块链解决方案的成本未知,但是使用区块链确实可以改善系统并降低欺诈风险。
(作者单位:中国物品编码中心)
 
参考文献
《Blockchain use cases for food traceability and control》 Axfoundation, SKL Kommentus, Swedish county councils and regions,Martin & Servera, and Kairos Future.
《中国自动识别技术》2018年第4期总第73期

 

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