區(qū)塊鏈技術(shù)下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)

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摘要：為促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，本文針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)存在的問題，提出了基于“區(qū)塊鏈＋物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)下的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，利用區(qū)塊鏈公開透明的特性、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時監(jiān)控功能及分析能力，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的問題提供了新的解決思路。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；物聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)銷生態(tài)系統(tǒng)；智能合約

1三大環(huán)節(jié)中存在的問題分析

作為正在發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，我國在發(fā)展過程中遇到了很多問題，其中最主要的三大問題出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通與消費(fèi)方面。

1．1生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在的問題

當(dāng)前環(huán)境下，我國農(nóng)業(yè)“大而不強(qiáng)、多而不優(yōu)、競爭力弱”［3］的問題日益明顯，新形勢下農(nóng)業(yè)的主要矛盾已經(jīng)不再由總量不足所引起，農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革也不僅是簡單的“調(diào)結(jié)構(gòu)”和“去庫存”［4］。一方面大部分的農(nóng)民因?yàn)椴恢赖乩锓N什么收益高而覺得無所適從，另一方面，因?yàn)槿狈τ行У盅何锴椰F(xiàn)階段征信機(jī)構(gòu)存在信息不完整、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、信息調(diào)取成本高等問題，農(nóng)戶難以籌集生產(chǎn)所需資金［5］。這些問題直接導(dǎo)致了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本不斷上升而收益持續(xù)下降，使得農(nóng)業(yè)的比較優(yōu)勢進(jìn)一步減弱。

1．2農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)中存在的問題

流通是連接生產(chǎn)與消費(fèi)的紐帶，農(nóng)產(chǎn)品流通實(shí)質(zhì)上是農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)地流通到銷地或消費(fèi)者的過程。農(nóng)產(chǎn)品流通是否高效安全不僅直接影響消費(fèi)者的消費(fèi)體驗(yàn)也直接影響農(nóng)民的收入水平、關(guān)系著農(nóng)產(chǎn)品能否有效實(shí)現(xiàn)自身價值，最終影響農(nóng)村市場的繁榮程度。農(nóng)產(chǎn)品具有地域性、季節(jié)性與時效性，但在我國當(dāng)前環(huán)境下，尤其是在生鮮產(chǎn)品方面，流通成本高但效率低，冷鏈物流設(shè)施與技術(shù)落后，損失率往往達(dá)到25％～30％［6］，農(nóng)產(chǎn)品無法有效實(shí)現(xiàn)保值增值，導(dǎo)致了農(nóng)產(chǎn)品價格居高不下，反過來也影響了農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平和速度。

1．3消費(fèi)環(huán)節(jié)中存在的問題

在我國，農(nóng)產(chǎn)品溯源雖然自古就有，但時至今日其發(fā)展也不甚全面。當(dāng)前我國主要參與食品質(zhì)量安全追溯體系建設(shè)的農(nóng)業(yè)部、工信部、商務(wù)部等國家部門與各大商家平臺對可追溯性產(chǎn)品的支持程度有著明顯差異；因?yàn)樾畔⑵脚_、信息服務(wù)平臺、追溯軟硬件的缺失，我國的消費(fèi)者目前尚不能有效迅速的獲取產(chǎn)品相關(guān)信息；因?yàn)榇嬖凇爸行幕钡膯栴}，生產(chǎn)銷售并未真正意義上實(shí)現(xiàn)公開透明，消費(fèi)者信心仍舊不足。

2應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的區(qū)塊鏈技術(shù)

2．1區(qū)塊鏈原理

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于2008年由化名為“中本聰”（Satoshinakamoto）的學(xué)者在密碼學(xué)郵件組發(fā)表的奠基性論文《比特幣：一種點(diǎn)對點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€利用共識機(jī)制、密碼學(xué)原理、智能合約等技術(shù)的分布式數(shù)據(jù)賬本，是一種通過去中心化、可信的方式構(gòu)造一個可靠數(shù)據(jù)庫的模型［7］。

2．2區(qū)塊鏈的安全機(jī)制

為搭建一個新型而又真實(shí)可靠的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，規(guī)?；貙?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性。利用區(qū)塊鏈為代表的技術(shù)本身擁有的數(shù)據(jù)加密、信息可溯源、分布式儲存等特點(diǎn)，很好地解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展所遇到的三大環(huán)節(jié)上出現(xiàn)的問題。首先在數(shù)據(jù)加密方面，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)以哈希值的方式存在，每一個關(guān)鍵字只有一個散列地址與之對應(yīng)，更改一小部分就會導(dǎo)致隨后的哈希值產(chǎn)生巨大變化，提高了篡改數(shù)據(jù)的難度［8］；而數(shù)字簽名技術(shù)常與哈希函數(shù)一起進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，采用兩對非對稱密鑰，雙重加密認(rèn)證進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的可信任性。應(yīng)用于生態(tài)體系中產(chǎn)生新的智能合約能很好的解決農(nóng)戶貸款難等信用問題。在可溯源性方面上區(qū)塊鏈?zhǔn)怯筛鱾€區(qū)塊依據(jù)時間順序鏈?zhǔn)脚帕?，新的?jié)點(diǎn)信息加入鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，必須經(jīng)過已存在所有節(jié)點(diǎn)的共識性驗(yàn)證來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間建立信任、獲取權(quán)益，經(jīng)過驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)獲得權(quán)限后在區(qū)塊頭添加時間戳，時序結(jié)構(gòu)和錄入時間戳等技術(shù)為實(shí)現(xiàn)追本溯源提供了理論性基礎(chǔ)［9］。它使得在該生態(tài)體系中，任何一方都能迅速地獲得關(guān)于產(chǎn)品的有效信息，降低溯源追責(zé)難度的同時大幅提高公信力，提升消費(fèi)者對市場的信心。再者，在分布式存儲這一特性下，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)在每個區(qū)塊間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，每個區(qū)塊的平等化對待，保證其具有去中心化的特性［10］，各個環(huán)節(jié)同步記賬防止篡改，用于生態(tài)體系中可以將生產(chǎn)方、運(yùn)輸方、經(jīng)銷商、消費(fèi)者組織起來共同記錄，利用相互之間的利益不相容機(jī)制形成制衡，杜絕惡意壓價、抬價等行為出現(xiàn)并且保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

3基于區(qū)塊鏈技術(shù)下的農(nóng)業(yè)生態(tài)體系模式架構(gòu)

3．1生產(chǎn)方面

在農(nóng)業(yè)發(fā)展的歷史上，資金問題一直困擾著廣大農(nóng)民，因?yàn)槿狈ν咨频男庞玫盅簷C(jī)制，農(nóng)民貸款整體上比較困難；而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)經(jīng)營者需要承擔(dān)農(nóng)產(chǎn)品滯銷、自然災(zāi)害等問題帶來的風(fēng)險，但時至今日農(nóng)業(yè)保險仍然面臨品種少、覆蓋范圍低、賠付過程復(fù)雜，周期長等問題，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者的權(quán)益無法保障，農(nóng)戶生產(chǎn)積極性低。針對這些問題，可以通過區(qū)塊鏈的智能合約理念建立起多方擔(dān)保的農(nóng)業(yè)信貸支農(nóng)模式，以區(qū)塊鏈為載體，超出地域甚至國家的局限，在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)揮出傳統(tǒng)金融機(jī)構(gòu)無法替代的高效率、低成本、信息完整透明、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確安全的作用。信貸用戶的每一筆交易都將被追加到區(qū)塊鏈賬本上，擔(dān)保方與信貸用戶都被允許了解其信息，與傳統(tǒng)信貸不同，區(qū)塊鏈技術(shù)下的信貸模式以信息抵押代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物資抵押，申請貸款時不再依賴銀行、征信公司或者中介機(jī)構(gòu)提供的信用證明，調(diào)取區(qū)塊鏈的相應(yīng)信用信息并簽署智能合約即可申請。征信數(shù)據(jù)獲取后引入?yún)^(qū)塊數(shù)據(jù)層區(qū)塊中進(jìn)行非對稱加密，對每個信貸用戶的身份進(jìn)行標(biāo)識認(rèn)證，依其去中心化特性將用戶信息公開透明化，其精密的加密技術(shù)提高了造假的成本，使得數(shù)據(jù)難以篡改，攻破傳統(tǒng)信貸模式的時間、空間與資金的約束，保證農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者與擔(dān)保方信息傳遞。同理，應(yīng)用于保險方面，因?yàn)橹悄芎霞s具有自治、去中心化的特征，一旦檢測到農(nóng)業(yè)災(zāi)害，合約便會自動啟動，賠付流程為智能評估、驗(yàn)證、賠款，使得流程簡化而效率提高。

3．2流通方面

與其他物流不同，農(nóng)產(chǎn)品物流的地域性與時效性更加明顯，面臨的問題更為嚴(yán)峻。在現(xiàn)有的供應(yīng)模式中，區(qū)塊鏈技術(shù)將有助于其優(yōu)化與改造。借助物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行機(jī)理，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品物流體系建設(shè)上將有助于解決流通過程中頻發(fā)的難題。在農(nóng)產(chǎn)品流通的各個環(huán)節(jié)中由物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)實(shí)時傳入?yún)^(qū)塊里進(jìn)行加密存儲，保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可用性，若出現(xiàn)異樣情況，整個區(qū)塊鏈因其共識機(jī)制收到相關(guān)預(yù)警，有助于及時止損。對于確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、穩(wěn)定運(yùn)維成本有重要意義。

3．3銷售方面

在傳統(tǒng)的農(nóng)銷模式下，買賣雙方以及農(nóng)產(chǎn)品銷售商和農(nóng)產(chǎn)種植者之間信息不對稱不透明，經(jīng)銷者有可靠的數(shù)據(jù)評估農(nóng)戶提供的農(nóng)產(chǎn)品，消費(fèi)者無從溯源、無法知曉所購產(chǎn)品是否存在安全隱患，對生產(chǎn)的信任度降低。將區(qū)塊鏈技術(shù)引進(jìn)農(nóng)業(yè)銷售則可以有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從田間到零售終端的全過程信息查詢，達(dá)到質(zhì)量安全追溯的目的。在農(nóng)產(chǎn)品溯源鏈中，相關(guān)用戶進(jìn)行注冊后信息存入?yún)^(qū)塊中獲取相關(guān)授權(quán)和認(rèn)證，消費(fèi)者在購買農(nóng)產(chǎn)品的同時也會授權(quán)獲得密鑰進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)追溯數(shù)據(jù)查詢，保證溯源架構(gòu)體系的參與者可以進(jìn)去區(qū)塊鏈了解節(jié)點(diǎn)內(nèi)信息。在每一節(jié)點(diǎn)上錄入產(chǎn)品種植、流通、銷售等全部信息，依靠不對稱加密和數(shù)學(xué)算法從根本上消除了人為因素，保證了信息的安全可靠性。此過程也將保證相關(guān)監(jiān)管部門在更高授權(quán)中對數(shù)據(jù)的隨時查詢，如若出現(xiàn)不實(shí)信息，則可順著區(qū)塊鏈鏈條進(jìn)行糾責(zé)。而采購商通過種植過程以及大數(shù)據(jù)分析，選擇信任的農(nóng)戶，可以實(shí)現(xiàn)利益最大化。

4結(jié)語

農(nóng)業(yè)自古以來便是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，現(xiàn)如今盡管我國農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整已取得了歷史性成就，但仍在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通、消費(fèi)這三大環(huán)節(jié)上遇到了瓶頸，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)體系模式架構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)多方機(jī)構(gòu)作用下的閉環(huán)反饋機(jī)制。其中智能合約作用下的新型農(nóng)村信貸體系降低了農(nóng)民生產(chǎn)資金籌集難度，同時區(qū)塊中的信息可反饋給農(nóng)戶生產(chǎn)者解決農(nóng)產(chǎn)品囤積問題，提升了農(nóng)戶種植的積極性；共識機(jī)制下的產(chǎn)品流通模式，從根本上解決了運(yùn)輸過程中運(yùn)維資金過高，農(nóng)產(chǎn)品損失過重的因素；銷售溯源體系滿足買家信息知情權(quán)的需求，實(shí)現(xiàn)從源頭到終端的全過程信息查詢，打破了供給側(cè)與經(jīng)銷商、消費(fèi)者之間的信息孤島，提升市場信心。因此我們有望搭建出一個信息公開透明且能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部循環(huán)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，解決三大環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展指明方向。

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作者：趙宇琛 程妍 魏亞 孫曉云 鄭海青 單位：石家莊鐵道大學(xué)