区块链技术对食品防伪和溯源的影响以众安科技“区块链+肉鸡溯源”项目为例计算机专业

题目区块链技术对食品防伪和溯源的影响以众安科技“区块链+肉鸡溯源”项目为例 摘 要食品安全一直都是各国政府十分关注的民生问题。如何应对虚假的产品信息、斩断造假链条，就成了推动食品安全行业发展过程中所必须解决的问题。本文主要说明食品安全存在的问题及现状，并介绍区块链的算法，介绍区块链的应用情况，了解区块链如何解决食品的生产、加工、存储、运输以及销售等任何一个环节出现的非透明问题。重点研究以众安科技为代表的公司如何通过“步步鸡”项目运用区块链技术解决食品防伪溯源存在的信任等难题。最后提出区块链对人民生活的重大改变及意义。关键词：食品安全；防伪溯源；区块链；众安科技；步步鸡ABSTRACTFood safety has always been a peoples livelihood issue that governments pay close attention to.How to deal with false product information and cut off the chain of counterfeiting has become a problem that must be solved in the process of promoting the development of food safety industry. This article mainly explains the existing problems and present situation of food safety, and introduces the algorithm of block chain, introduces the application of block chain, and understands how to solve the problem of food production, processing, storage, and how to use block chain to solve the problem of food production, processing and storage. Non-transparent problems in any link, such as transportation and sales. This paper focuses on how to use block chain technology to solve the trust problems of food safety in the company represented by Zhongan Science and Technology. Finally, it puts forward the significant change and significance of block chain to peoples life.Key words：Food Safety， Anti-counterfeiting traceability， Block chain， Zhongan Science and Technology，Walking Chicken目 录1.食品安全41.1 食品安全出现的问题41.2 国家对于改善食品安全做出的举措41.3 食品溯源体系及其当前存在的问题42.区块链52.1 什么是区块链？52.2 区块链的关键技术52.3 区块链的特点73.众安科技“步步鸡”项目73.1 众安科技安链73.2 众安科技“步步鸡”93.3 “步步鸡”项目架构93.4 “步步鸡”项目103.4 “步步鸡”的优势123.5 “步步鸡”的不足134. 结论13参考文献13致 谢151.食品安全1.1 食品安全出现的问题根据中华人民共和国国家卫生健康委员会的统计数据显示，2008年至2015年我国因食品安全所引发的食物中毒事件共达到1597起，涉及人数达到58235人，共计死亡1023人。其中，年均食物中毒事件达到199.63起、中毒人数为7279.38人、死亡人数为127.88人、年均死亡率达到1.76% （表1）。另外，2008年全国中毒事件380件，中毒人数12073人，死亡人数126人。在食品安全法颁布之后，2009年中毒情况减少192件，中毒人数7783任，死亡人数128人，在此基础上，食品安全的情况已经逐渐好转。但是09年到15年以来，中毒人数、中毒情况甚至中毒之后的死亡人数还在不断上升。 1年份中毒事件数量中毒人数死亡人数死亡率数量比重数量比重数量比重200838023.79%1207320.73%12612.32%1.04%200919212.02%778312.36%12812.51%1.64%201018811.77%668611.48%15415.05%2.3%201118911.83%832414.29%13713.39%1.65%201217310.83%627210.77%14614.27%2.33%20131509.39%54559.37%10810.56%1.98%20141599.96%56279.66%10610.36%1.88%201516610.39%601510.33%11811.53%1.96%表 1 2008-2015 年全国中毒事件数据统计1.2 国家对于改善食品安全做出的举措我国目前所推出的食品安全保障体系主要是从两个大方向出发来建立的，一是法律层次，二是安全监测层次。从法律层次出发，需要重新建立新型的法律法规来规范食品安全系统，如新食品安全法的提出就在这方面提供了新的思路，即升高最低处罚标准以规范市场。对于安全检测层次方面来说，需要建立一个标准的食品安全体系或认证体系来同一判断食品安全，保证消费者的合法权益。与此同时，还需要加强舆论监督与社会监督，让全社会的群众都加入到监督的队伍当中，这样也可以进一步提升全社会的食品安全责任意识。1.3 食品溯源体系及其当前存在的问题对于食品溯源的定义，目前认可度比较高的定义是国际食品法典委员会（Codex Alimentarius Commissio，CAC）和国际标准化组织 （International Organization for Standardization，ISO）。CAC对食品溯源的定义是在指定的生产、加工、分销环节中，可以提供食品运转情况的手段与能力。ISO对食品溯源的定义是对产品在需考虑范围内的来源、应用及其所在处进行回溯或追踪的能力。2然而，以上溯源体系在落实过程中会有一些问题：1、信息反馈还停留在质量合格等级、产品生产地址、产品添加物含量、生产产品生产日期、食品生产许可证编号等方面的低层次阶段，而真正具有可追溯性的产品还应当记有产地情况、产品生产的参与者等高层次信息，这对信息自动采集技术、数据存储技术等方面都比较困难；2、中心化的食品溯源系统若要提高其监管水平，需要权威组织和政府机构介入并作为第三方信任中介，这不仅影响系统运行效率，同时中心服务器的安全将影响到整个系统的正常运转；3、企业之间的信息交换太过依赖第三方，但是当前监管部门社会诚信力下降，所以企业间的诚信度下降。食品可追溯体系的核心是解决不对称性，就在处理风险管控的基础上解决食品生产与消费信息的二向性问题。当前食品安全溯源系统依赖政府机构管理中心数据库，由于产品的产前、产中、产后过程具有“点多、线长、面广、错综交叉”的特点，使得食品安全监管和溯源尤为困难，食品供应链中各角色间信息传递的可靠性问题尚有待解决。这个时候随着区块链的出现，开始有人提出将区块链技术应用到产品溯源中去，可以大幅度避免出现以上问题。 2.区块链2.1 什么是区块链？所谓区块链，就是指中国区块链技术和应用发展白皮书2016当中提出的，利用对应的是链式数据来访问信息并生成更新数据，并且在此基础上，还要利用密码学的原理来保证访问数据的安全性与合理性，然后构造一种全新的计算范式与基础架构，这种基础架构基于的是自动化脚本构成的智能合约。因此，对于区块链也有另外一种理解方式，这是一种无需信任的、去中心化的共享账簿，也可以被叫做新型数据架构。由区块链网络中的所有节点共同参与及维护。技术特点在于去中心化、去信任、可集体维护、可靠。这种技术由一系列数据块所构成，并采用密码学的方式来进行加密与安全保护。因此，“区块链”就是来源于“区块”这一词源，即根据时间的发展顺序，再有序链接形成的链条结构。2简单的说，区块链就是账本数据库，其特点在于去中心化。去中心化与传统中心化的方式不同，这里是没有中心；分布式账本数据库就是指记载方式不只是将账本数据存储在节点当中并且为节点共享数据。2.2 区块链的关键技术2.2.1 哈希(Hash)算法 散列（也称为哈希）算法将任何数值在一定程度上转化为二进制，即散列值，也叫作哈希值。在日常生活当中，工作量证明算法（Proof of Work，PoW）、Merkle 都采用了这一算法。在此基础上，区块链保存的是散列值，而非原始数据。2.2.2 Merkle 树 Merkle树基于数据哈希构建，在分布式环境下，尽可能的减小数据的传输量和计算的复杂度。其数据结构是一棵树，叶子节点是数据块的哈希值，非叶子节点则是所有子节点的哈希值。区块链中的每个区块都包含了记录于该区块的所有交易，Merkle树对这些交易进行归纳表示，同时生成该交易集合的数字签名。2.2.3 时间戳 每一个区块哈希值后盖上时间戳，使用时间戳进行标记证明有效性防止重复或者混淆，证明行为确实发生，从而形成一个按时间顺序发展的正确链表。2.2.4 工作量证明（PoW）机制 工作量证明（Proof of Work）指为了找到一个合理的哈希值就要进行大量的计算，如果找到了那个哈希值，那就证明已经进行了大量的计算。2.2.5 权益证明（PoS）机制 权益证明是根据货币持有量和时间来分配利息，计算量小。2.2.6 非对称加密算法 非对称加密算法在某种程度上是区块链系统的所有权验证机制的基础。在区块链上，账户信息被加密，但是区块链信息被公开。每个区块链节点使用者拥有公钥（他人可知）和私钥（本人可知）。因此，安全性的保证就需要数据授权。2.2.7 共识机制共识机制的核心是在某个协议（共识算法）保障下，指定的变更操作在分布式网络中是一致的、被多方共同承认的、不可篡改的。区块链根据于不同的应用场景应用多种共识机制，既保证效率和又保证安全性。2.2.8 智能合约智能合约（Smart Contract）这个术语由计算机科学家加密大师 Nick Szabo 提出，是一种区块链技术演进后的一个应用协议，用于促进、验证或者执行合约的协商或履行。智能合约的工作原理是当满足一个预先编好的条件时，智能合约就被触发执行。区块链技术为智能合约的运行提供了可信的执行环境，将其作为一段写在区块链上的代码，一旦某个事件触发合约中的条款，代码即自动执行。智能合约允许在不依赖第三方的情况之内进行可信、可追踪且不可逆的合约交易。 2.3 区块链的特点1、区块链的去中心化有利于节约数据存储成本，提高其运行效率。传统的信息数据存储依赖数据存储中心，导致中心数据存储系统的压力随着数据量的不断增多而无限增加。但是区块链体系却不一样，每一个参与者都必须遵循相同的规则与机制，每一个节点都独立存在，呈现去中心化特征，不必依赖中心系统。并且没有中心数据库的管理，在相同的规则机制下每一个节点在写入与读取时可以直接存储在节点中，具有高效率、高检验性的特点。2、区块链技术账本式分布可以降低企业食品安全监管的成本。区块链系统作为一种大型的网络基础设施，可以由政府有关部门或者食品行业的大型企业建设，而那些企业规模较小、资本不足的小型食品企业可以根据自身发展状况与国家要求，将自身生产的食品信息通过开源API或者商业API对接，同样也可以完成信息的读取与存储，达到食品安全追溯与监管的目的。3、凭借区块链技术可以实现数据的交易与买卖，并有助于拓宽企业融资路径，解决中小型食品企业的融资难问题。目前，区块链系统内的数据查询需要密钥进行检验，而企业或者社会相关主体想要获得密钥，必须通过购买等方式获取，间接实现了数据的购买与流通，对增加区块链参与主体的收入来说具有重要意义。同时，区块链存储数据的真实性可以帮助中小型食品企业提升信用，金融机构可以根据区块链存储数据对企业重新进行信用风险评级并开发相应的金融产品，拓宽中小型企业的融资渠道。3.众安科技“步步鸡”项目3.1 众安科技安链互联网已经遍布全球，信息交换的成本已经非常低廉，伴随着以太网、比特币等等的出现，提出了进行可靠信息交换的办法，即在不可信网络下，进行去中心化方式的信息传递。因此，区块链也正应运而生，在密码学的基础上，通过共识机制保障信息安全，并保障信息的一致性。每个参与方（区块链节点）获得相同消息后，存储和计算，使得最终状态是一致的。区块链的设计，针对的是全球大众，构建一个平等、去中心化的信息交换系统，通过数字货币鼓励大家参与，并提供了一个数字货币流通环境，即公有链；由于公有链的开放度过高，导致其性能低下，应用的实际场景非常局限，至于此，联盟链作为一种高效的区块链系统，具有准入机制和更高性能，逐渐得到企业的认可。安链则是一种联盟链产品，其支持智能合约与加密算法，并采用拜占庭共识。它旨在为企业用户提供紧密集成的区块链系统，用于构建分布式应用时，提供信赖的消息传递和计算。具体包括：交易隐私的保护、系统稳定高效、完善的配套工具、参与方（联盟链节点）对消息数据存储和计算后的结果保持一致。安链，从整体上看，就是一种分布式状态机，基于交易分布。从初始状态开始，一旦当交易被执行后，就会由初始状态发生转变，变为当前状态，即最终状态。每一个对应的状态承载的都是交易的后果。例如：一个转账交易，那么会导致交易双方的账户余额发生变化，变化后的结果就是状态。这些交易都被打包到一个区块中，一个区块包含了一系列交易，每个区块都与它前一个区块连接起来。为了让一个状态转换成下一个状态，交易必须是有效的。为了让一个交易被认为是有效的，它必须要经过一个验证过程，此过程也就是权益证明，是安链的核心算法。而所谓的安链，在进行算法证明时，其核心算法的优势就展现了出来，这种算法在于摒弃了传统的工作量算法模式，而是根据个性化的工作意识来进行投票，在投票过程当中，不同节点被赋予的核心意识是不同的，而不同的权益就意味着不同的投票比重，因为投票本身几乎没有成本，所以这种算法的资源消耗模式就很低，因为工作性能远高于以太坊或比特币，所以算法本身的特点实际上更在于直观与高效。算法本身涉及到的内容是不涉及到联盟的概念的，而是利用额外身份验证来进行准入联盟链的设置。也就意味着，如果没有经过授权的算法，就算是对所有联盟链中的信息了如指掌，也没有办法与区块链进行共识。该算法就是一个很经典的拜占庭共识算法，当超过3/2的投票的时候才能够得到授权，认为该投票存在对应意义。因此，当恶意节点侵入时，其投票权益如果小于1/3，也无法破坏整个链段的平衡性与可靠性。这个性质，把它称为“拜占庭容错”。所谓的智能合约，指的就是虚拟机，尤其是轻量化的虚拟机。这种虚拟机包括的功能多种多样，如可EVM、JVM、Docker等等。这些功能并非是全能的，在实际使用当中依然存在问题，例如，利用自身随机数包、调取节点时间等等。在这些操作环境当中，实际上无法保证节点的安全性与统一性。因此，该合约与以太坊智能合约相联合，从安全性、市场成熟度等角度多重分析并选择了EVM，在保证其准确性的同时下去芜存菁，满足相对特性。安链还提供编译选项，这一大特点是在当前的加密算法外提供多重加密。比如国密SM2、SM3、SM4等。因此，在某种程度上，这些对于系统符合国标而非国外算法的企业来说提供了新的技术支持与新的思路。 3.2 众安科技“步步鸡”众安科技于二零一七年六月二十日公布了在养鸡产业当中结合区块链技术的新的思路，即创立了新的公司“连陌科技”并全新推出了步步鸡这一高新技术产业。这一产业的优势在于将物联网、区块链、防伪技术相结合，这一就能以信息化的手段来解决养殖散户与用户之间的信任危机，可以让消费者实时查看他们所关心的鸡的生长周期等等问题。溯源链路涉及种苗繁育基地、养殖基地、质检机构、屠宰场、加工厂、物流企业、销售渠道、管控机构，需要各个部分通力合作。区块链技术的优势在于不可伪造性与不可篡改性，这种性质就是将鸡肉产业与信息化产业相结合，然后通过数字化与信息处理技术将数据分析并处理，然后溯源信息，并基于物联网技术，和消费者实现信息共享。3.3 “步步鸡”项目架构“步步鸡”平台采用分层的结构设计，提供基于区块链+物联网的服务模式，在云计算平台应用支撑体系下，广泛推行各类应用系统。第一层是基础设施层。包括各类服务器、网络设施、安全设施、存储设备、 数据采集设施、各类系统软件、机房及配套设施。用于数据收集上传的，也包括执行器与传感器。第二层是数据采集层。从每只鸡身上绑定的鸡牌中读取数据，每组数据采用区块链的技术算法进行数据存储，所有区块都带有上一区块的指针引用，保证数据不被篡改。 第三层是网络层。该层实现互联网、物联网和4G等网络的接入，将数据节点上传至网络。区块链收集步步鸡的多种信息，还拥有不可篡改性，养殖场中有白色的基站来采集信息。每只鸡运动等信息通过鸡牌传到基站并上传云端。第四层是共识支撑层。采用安链介绍的投票竞争算法来规范节点行为，在兼顾性能的同时维护效率。 第五层是应用层。 实现了食品追溯功能、感知探测数据采集功能和大数据信息追溯分析系统等功能，提供人机交互入口。各个环节的数据流都是确定的，在区块链当中被部署。其可靠性的存在就是基于智能合约的不可篡改性，然后再通过智能合约接口来记录并分析数据。因此，在该区块链当中，智能合约的存根就是调用相应接口的密码，这也在很大程度上保证了接口的安全性。3.4 “步步鸡”项目3.4.1 “步步鸡”各项参与者步步鸡涉及到的参与者角色包括：注册机构、种苗繁育基地、检疫部门、屠宰加工厂、物流公司、批发零售商、监管部门、工商局、食药监局、卫生局等。1、 种苗繁育基地：拥有营业执照证、经营许可证。用以记录苗源、数量、禽兽档案信息、存栏数等等。同时鸡苗出生绑定物联网身份证防伪标签，为了保证鸡牌不可复制，设备采用国际专利的防伪技术，然后进一步结合光学防伪与混沌学防伪技术并利用高级算法，如手机APP智能动态图像扫描、国密级算法、云端数据比对、激光光学等技术，使鸡与信息一一对应，无法篡改，保证了信息的可靠性与准确性。2、 繁育基地：拥有经营许可证，营业执照证，记录养殖信息，物联网设备采集成长数据：鸡饲料、鸡疫苗、鸡脚环记录的鸡的编号、日龄、入栏体重、步数统计、健康状况、运动轨迹。鸡牌可以将鸡的运动数据与位置实时上传区块链。3、 检疫部门：颁布检疫报告健康证书，记录检疫证书。4、 屠宰加工厂：拥有经营许可证，营业执照证，记录屠宰加工信息，进行活禽屠宰，对鸡牌进行加工日期产品批次等信息的记录。5、 物流公司：记录仓储物流信息，记录物流公司仓库及鸡肉入库信息，当有买家购买步步鸡之后，记录运输单号、车号、司机、发货人等信息。6、 批发零售：记录卖场信息，记录批发市场鸡肉入库时间，零售市场鸡肉入库时间。7、 对于质量监管体系来说，工商局、监管部门、食药监局、等等都需要进行质量监管与防伪溯源。步步鸡的出栏周期为2.2斤，166天。然后经鸡牌确认后的鸡被屠宰并冷冻运输。然后消费者也可以通过实时扫码来 “验明真身”，保障食品安全。3.4.2 “步步鸡”中的区块链那么区块链是如何具体的运用到这些环节中的呢？可以分横向以及纵向两方面来举例说明：横向（生产线各个环节）举例：繁育基地在给每只鸡带上鸡牌后，对步步鸡的鸡牌进行身份标识并输入区块链中，完成信息文档创建工作，然后在系统当中输入对应的信息，如饲料信息、处理信息等等，并且在步步鸡进行下一步处理之前，承担交易请求。然后利用区块链与智能合约的结合记录下操作信息并授权产品接收与处理。在这一过程当中，不可悲篡改的信息就变成了新的授权角色，然后对产品信息文档进行更新与处理。在某种程度上，养殖操作依然要在更强的监督下确定并严格按照标准来进行。因此，在这一环节当中，还需要包括监督系统，即监督认证部门，来进行审查访问，然后使养殖环境合格合规。步步鸡被屠宰场接收后，可以获得相应的产品信息权限。这种信息与权限主要包括的是免疫、屠宰、出售等等信息，然后这些信息被认证机构认证处理，就想养殖环节当中存在的那样。在屠宰阶段。仍然需要食品检疫部门对相关信息进行数字签名与认证，来保障食品的安全性与合规性。纵向（各个环节的具体内容）举例：步步鸡的生长条件十分优越，采取最新的物联传感设备来监控养殖环境并辅助养殖户进行养殖决策。养殖环境的设置主要包括工作温度、工作湿度、污染物程度等等。在一只鸡一天的活动中，鸡牌上传实时数据，繁育基地使用私钥上传，无法篡改。与此同时，区块链技术与黄安琪技术相结合，然后收集并分析数据上传，对于众安科技来说，机器学习、人工智能等等都可以实时监控每只鸡的生长发育状况，并采集视频、音频图像。对这些信息的分析与处理判断每只鸡的处理情况，然后分析当地数据并预警疫情。在这种程度上，可以降低养殖风险，在信息分析与处理的基础上，把控相对应的食品安全。3.4 “步步鸡”的优势 在整个生产链上，从鸡苗到成鸡、从屠宰场到运输、从机场到餐桌等环节不再存在信息壁垒，这一流程当中的所有信息在流转过程当中都要保证不可篡改性。如果鸡牌被外力破坏，数据将自动销毁，是真正的防伪溯源。对于“步步鸡”的生存环境而言，其实与原本生态的散养状态没有太多区别。但是“步步鸡”的优势在于可追溯性，就是每一只鸡都可以被追溯到最终源头，这是可信任的，因此，在鸡肉市场上，该品牌就以这样独树一帜的创意提供了更多的资本价值。3.5 “步步鸡”的不足由于步步鸡项目的成本较高，基础设施普及难度较高，机制有待完善，所以步步鸡的售价比普通鸡贵。同时区块链这个领域还在初步发展中没有形成大趋势，步步鸡作为领头的区块链应用项目还有很大的发展空间。区块链相关的法律未形成以及区块链方面的人才缺少是很大的问题。4. 结论区块链技术存在的最大优点在于信息的公开透明性，在于信息的可追溯性与难篡改性，这些优点的存在实际上在某种程度上解决了生产者与消费者之间的信任关系的问题。这一技术还可以在提高整体信息处理运行效率的情况下，进一步利用安全追溯系统来处理信息，降低信息的分析、处理成本，也可以进一步降低食品安全管控的成本，从而将企业关于食品安全把控的积极性提升。随着区块链技术的日益成熟，越来越多的领域开始运用其技术，如金融领域、奢侈品领域、电商领域、资产版权保护领域、身份认证领域、教育领域、供应链管理领域等。因此，人民将会很快享受到区块链带来的美好生活参考文献1 赵维.基于区块链技术的农业食品安全追溯体系研究J.技术经济与管理研究,2019(01):16-20.2 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