基于5G-IoT和區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源平臺(tái)研究

　　摘 要：可追溯性在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全管理中起著至關(guān)重要的作用，基于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)為農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)控和信息追溯提供了可行的解決方案。但是，目前IoT下的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)信息傳輸效率低、實(shí)時(shí)性差，而且大多數(shù)依賴于集中式服務(wù)器-客戶端的模式，使得消費(fèi)者很難獲取準(zhǔn)確的交易信息并跟蹤農(nóng)產(chǎn)品的來(lái)源。因此，文章設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)。將5G技術(shù)應(yīng)用于IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源，可以有效地解決IoT系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸慢的問(wèn)題;區(qū)塊鏈可以保證信息不可篡改，其中聯(lián)盟區(qū)塊鏈具有較強(qiáng)的可控性，非常適用于多種責(zé)任主體的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)。文章首先介紹了當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源的環(huán)節(jié)和存在的問(wèn)題，然后基于5G-IoT對(duì)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于聯(lián)盟鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)。研究結(jié)果證明了該平臺(tái)能夠提高農(nóng)產(chǎn)品信息溯源的效率，為從業(yè)人員、管理人員和消費(fèi)者提供真實(shí)、可靠的農(nóng)產(chǎn)品信息，并對(duì)改善農(nóng)產(chǎn)品的可持續(xù)質(zhì)量管理具有積極作用。

　　本文源自網(wǎng)絡(luò)空間安全 2020年11期《網(wǎng)絡(luò)空間安全》(國(guó)際統(tǒng)一刊號(hào)：ISSN 2096-2282;國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN 10-1421/TP)期刊創(chuàng)刊于2010 年，由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部主管，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、賽迪工業(yè)和信息化研究院主辦，是集學(xué)術(shù)性、技術(shù)性、專業(yè)性和權(quán)威性為一體的國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)期刊。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品溯源;IoT系統(tǒng);5G;區(qū)塊鏈

　　1 引言

　　對(duì)農(nóng)產(chǎn)品信息進(jìn)行溯源有助于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的可持續(xù)性管理[1]，同時(shí)可以提高農(nóng)產(chǎn)品鏈的安全性和可靠性，增加消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的信任度和購(gòu)買意愿。廠家、商家、消費(fèi)者和監(jiān)管部門都需要全面了解農(nóng)產(chǎn)品的生命周期，以確保農(nóng)產(chǎn)品的安全、可持續(xù)和高質(zhì)量[2]。農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和信息防篡改問(wèn)題對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品溯源至關(guān)重要，也已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需要緊迫解決的問(wèn)題。5G具有系統(tǒng)容量大、數(shù)據(jù)傳輸速率高、延遲少的優(yōu)勢(shì);另外，還允許大規(guī)模的設(shè)備連接，為大量傳感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸提供了可能。區(qū)塊鏈技術(shù)被認(rèn)為是一種有前景的技術(shù)，可以幫助建立安全和共享的信任機(jī)制，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中沒(méi)有任何一方可以更改現(xiàn)有信息，為農(nóng)產(chǎn)品信息溯源和防篡改提供了保障[3]。

　　本文首先介紹了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈及其在信息溯源方面存在的問(wèn)題，然后利用5G的技術(shù)設(shè)計(jì)了基于5G-IoT的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，接著介紹了區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)了基于聯(lián)盟鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)，幫助消費(fèi)者和管理人員快速和實(shí)時(shí)查詢供應(yīng)鏈上的農(nóng)產(chǎn)品信息，提高溯源效率，更好地提高農(nóng)產(chǎn)品信息的真實(shí)性和共享性，保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全。

　　2 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源概述

　　農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的分布廣泛，涉及許多不同的主體，例如原料供應(yīng)商、生產(chǎn)加工者、運(yùn)輸公司、批發(fā)商和零售商等，終端是消費(fèi)者，中間還會(huì)涉及到政府等監(jiān)管部門。農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的主要階段如圖1所示，分為五個(gè)階段，分別是生產(chǎn)、加工、分銷、零售和消費(fèi)。

　　(1)生產(chǎn)：是指農(nóng)戶進(jìn)行種植養(yǎng)殖作業(yè)，為農(nóng)產(chǎn)品加工商提供糧食、蔬菜和肉類等原料。

　　(2)加工：將一種或幾種主、副農(nóng)產(chǎn)品制成各種食品或其他用品，隨后進(jìn)入包裝階段，每個(gè)包裝都通過(guò)一個(gè)生產(chǎn)批處理碼進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，包含生產(chǎn)日期和所用原材料清單等信息。

　　(3)分銷：包裝并貼有標(biāo)簽的農(nóng)產(chǎn)品在分銷階段發(fā)布。不同農(nóng)產(chǎn)品交貨時(shí)間范圍不同，并且會(huì)有不同的存儲(chǔ)步驟。

　　(4)零售：在分銷結(jié)束時(shí)，將農(nóng)產(chǎn)品交付給執(zhí)行農(nóng)產(chǎn)品銷售的零售商。

　　(5)消費(fèi)：鏈的最終用戶是消費(fèi)者，他們購(gòu)買產(chǎn)品，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出要求，如生產(chǎn)日期、生產(chǎn)方法、原材料等可追溯信息。

　　目前，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈體系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的位置跟蹤、來(lái)源追溯、實(shí)現(xiàn)信息共享，還可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品整個(gè)流通過(guò)程進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。但是，受傳統(tǒng)IoT技術(shù)的限制，目前基于IoT的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)存在明顯不足。

　　(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不足。隨著農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的數(shù)字化程度越來(lái)越高，IoT系統(tǒng)中上傳和下載的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，海量數(shù)據(jù)使IoT系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量受到限制，系統(tǒng)容易出現(xiàn)卡頓問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也受到影響。

　　(2)數(shù)據(jù)傳輸效率低。農(nóng)產(chǎn)品信息要想通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確傳遞出去，需要穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸支持，當(dāng)供應(yīng)鏈中間環(huán)節(jié)較多或數(shù)據(jù)量過(guò)大時(shí)，受通信技術(shù)的限制，必然造成數(shù)據(jù)傳輸效率低的問(wèn)題。

　　(3)中心化系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性低。IoT系統(tǒng)管理農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息，普遍采用的是中心化管理方式，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠人為進(jìn)行篡改，數(shù)據(jù)的可靠性和安全性無(wú)法保證，而且存在信息不對(duì)稱的現(xiàn)象，導(dǎo)致責(zé)任主體難以確定。

　　(4)多主體信息共享難實(shí)現(xiàn)。農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中多個(gè)企業(yè)在各環(huán)節(jié)之間的信息對(duì)接過(guò)程十分冗雜，信息流動(dòng)不暢導(dǎo)致供應(yīng)鏈上的各節(jié)點(diǎn)難以第一時(shí)間掌握相關(guān)情況，影響供應(yīng)鏈信息傳遞效率。傳統(tǒng)統(tǒng)溯源系統(tǒng)難以建立多方共同信任體系和隱私保護(hù)體系，物流信息在共享過(guò)程中容易被泄露，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)多方的供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)也存在被攻擊、侵入、信息篡改的風(fēng)險(xiǎn)。

　　以上問(wèn)題使企業(yè)無(wú)法對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，消費(fèi)者難以查詢到購(gòu)買的農(nóng)產(chǎn)品的真實(shí)源頭信息，同時(shí)監(jiān)管部門也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源要保證系統(tǒng)存儲(chǔ)量大，數(shù)據(jù)傳輸效率高，還要確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的真實(shí)性和不可篡改，并實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈多主體間的信息共享。

　　3 基于5G-IoT的農(nóng)產(chǎn)品溯源

　　3.1 5G技術(shù)應(yīng)用于IoT系統(tǒng)

　　5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，是一個(gè)多業(yè)務(wù)技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)、隨地、萬(wàn)物互聯(lián)，以其特有的優(yōu)勢(shì)助力各個(gè)行業(yè)發(fā)展。5G通信技術(shù)具有三大特點(diǎn)。

　　(1)超大容量。與4G通信技術(shù)相比較，5G的數(shù)據(jù)信息承載量高出1，000倍，即便在網(wǎng)絡(luò)擁堵的環(huán)境下，也可以滿足大量IoT系統(tǒng)設(shè)備的需求。

　　(2)超高傳輸速率。5G數(shù)據(jù)流量傳輸速度極快，峰值速率的下行可以達(dá)到20Gbit/s，上行速率可以達(dá)到10Gbit/，是4G速率的20倍，能夠保障信息長(zhǎng)時(shí)間傳送在一個(gè)高速率的狀態(tài)下。

　　(3)超低時(shí)延。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了全光網(wǎng)來(lái)降低空中傳輸時(shí)延，利用新型多址技術(shù)節(jié)省調(diào)度開銷，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片來(lái)減少轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延通信。

　　將5G技術(shù)作為大體量傳感器數(shù)據(jù)的傳輸媒介應(yīng)用于IoT系統(tǒng)，可以有效解決系統(tǒng)存儲(chǔ)容量不足和數(shù)據(jù)傳輸效率低的問(wèn)題，信息交換更加迅速高效，實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地將需求數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)中。基于5G的IoT系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次，如圖2所示。

　　感知層可以用來(lái)識(shí)別物體，采集物體信息，感知設(shè)備包括各種傳感器、RFID以及圖像視頻采集設(shè)備等[4]，根據(jù)工作環(huán)境的不同，可以利用不同的感知設(shè)備搭建相應(yīng)的傳感器網(wǎng)。

　　網(wǎng)絡(luò)層主要由局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線無(wú)線通訊網(wǎng)組成，負(fù)責(zé)感知層采集的信息的傳遞。5G-IoT是將網(wǎng)絡(luò)層替換為5G通訊網(wǎng)絡(luò)，讓傳感器于終端服務(wù)器間的信息交流更加迅速高效。

　　應(yīng)用層面向的是平臺(tái)用戶，主要指的是網(wǎng)絡(luò)層與用戶之間的接口，可以應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)療等。

　　3.2 基于5G-IoT的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)

　　農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)的原始數(shù)據(jù)及相關(guān)交易數(shù)據(jù)均通過(guò)IoT系統(tǒng)中的感知設(shè)備進(jìn)行獲取。生產(chǎn)商需要提供原料信息，如果訂單較多，信息在由服務(wù)器傳輸?shù)綉?yīng)用端就會(huì)產(chǎn)生超體量數(shù)據(jù)和較大時(shí)延;加工階段信息量大，農(nóng)產(chǎn)品的狀態(tài)信息需要穩(wěn)定高效傳輸，隨著市場(chǎng)擴(kuò)大必定要留有技術(shù)空間以應(yīng)對(duì)服務(wù)提升裕量;物流信息在整個(gè)鏈中都要進(jìn)行及時(shí)傳遞，當(dāng)供應(yīng)鏈中間環(huán)節(jié)較多時(shí)必然造成數(shù)據(jù)量膨脹。

　　基于5G-IoT的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)涉及了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的全部環(huán)節(jié)，在各個(gè)環(huán)節(jié)上的原始數(shù)據(jù)及其相關(guān)交易數(shù)據(jù)均通過(guò)傳感器進(jìn)行獲取，組成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的迅速采集及供應(yīng)鏈信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于5G-IoT的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　5G超大容量、超高傳輸速率及超低時(shí)延的特性，使IoT系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的處理與實(shí)時(shí)傳輸成為了可能，系統(tǒng)建設(shè)成本大大降低，各責(zé)任主體可以根據(jù)信息迅速做出相應(yīng)的對(duì)策，最終得到更加精準(zhǔn)、科學(xué)的管理，消費(fèi)者和監(jiān)管部門可以及時(shí)獲知農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的全信息，便于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行信息追溯和對(duì)企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)督。

　　4 基于區(qū)塊鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)

　　4.1 區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的優(yōu)勢(shì)

　　由于5G只是通信技術(shù)，其本質(zhì)并不能保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與共享性。區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)、對(duì)等傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法和其他信息技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用[5]，能夠解決農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、分銷、物流、監(jiān)管中存在的信息不對(duì)稱問(wèn)題，提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上信息的共享性。區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在四個(gè)方面。

　　(1)確保記錄信息不可篡改。通過(guò)在生產(chǎn)廠商、經(jīng)銷商、物流商、零售商、政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)等責(zé)任主體建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)品的原料、生產(chǎn)加工、存儲(chǔ)、物流、銷售等信息存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，信息上鏈后會(huì)自動(dòng)同步到各方節(jié)點(diǎn)，無(wú)法單方面篡改，保障源頭信息的真實(shí)性。

　　(2)實(shí)現(xiàn)全程信息共享。全鏈條的信息通過(guò)分布式賬本進(jìn)行維護(hù)，共同監(jiān)督;各環(huán)節(jié)之間信息共享，上下游企業(yè)之間及時(shí)了解整體狀態(tài)，便于快速做出決策;將全流程的信息以可視化的方式傳遞給消費(fèi)者，提升消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的信任。

　　(3)聯(lián)通各個(gè)主體提升效率。通過(guò)商品統(tǒng)一的身份標(biāo)識(shí)，將全流程信息進(jìn)行記錄、傳遞、核驗(yàn)、分析，保證了數(shù)據(jù)的聯(lián)通性、一致性、完整性和價(jià)值度，解決各企業(yè)之間信息孤島的問(wèn)題，提升農(nóng)產(chǎn)品整體的流轉(zhuǎn)效率。

　　(4)助力政府部門實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管。通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的信息同步，監(jiān)管部門可以作為其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，快速實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)管。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，快速定位問(wèn)題來(lái)源，實(shí)現(xiàn)來(lái)源可查，去向可追，責(zé)任可究。

　　綜上所述，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、共識(shí)機(jī)制、不可篡改、信息可追溯等特點(diǎn)，可以有效地解決農(nóng)產(chǎn)品溯源中信息真實(shí)性與共享性的問(wèn)題，為消費(fèi)者提供及時(shí)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯查詢服務(wù)，為農(nóng)業(yè)部門提供有效的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督管理機(jī)制和手段。

　　4.2 區(qū)塊鏈的技術(shù)選型

　　聯(lián)盟鏈?zhǔn)遣糠秩ブ行幕膮^(qū)塊鏈，由某個(gè)機(jī)構(gòu)或組織管理，只有盟內(nèi)成員達(dá)成共識(shí)，才可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。與公有鏈相比，聯(lián)盟鏈具有較強(qiáng)的可控性，交易時(shí)具有固定的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，因此處理速度更快，數(shù)據(jù)安全性高，適用于對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和監(jiān)控。農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈較長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行全流程溯源，會(huì)涉及到多種類型的利益相關(guān)方，這些參與主體上鏈時(shí)均需要進(jìn)行身份認(rèn)證，同時(shí)方便政府主管部門進(jìn)行監(jiān)管，因此需要中心節(jié)點(diǎn)[6]。聯(lián)盟鏈的特點(diǎn)使其完全可以滿足以上需求，因此本文采用聯(lián)盟鏈技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品溯源。

　　Hyperledger Fabric是專門為提高企業(yè)之間、企業(yè)與政府之間信息流通效率而創(chuàng)建的，它服務(wù)于聯(lián)盟團(tuán)體，屬于聯(lián)盟鏈的一種。Hyperledger Fabric可以在原有框架的基礎(chǔ)上增加功能模塊，從而減少模塊修改、升級(jí)帶來(lái)的影響，方便實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和部署，這種高度模塊化架構(gòu)非常適用于多個(gè)機(jī)構(gòu)或組織的部署，充分滿足農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)的多角色業(yè)務(wù)需求。因此，選擇Hyperledger Fabric作為區(qū)塊鏈技術(shù)平臺(tái)對(duì)本系統(tǒng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，其基本架構(gòu)如圖4所示。

　　Hyperledger里主要有應(yīng)用客戶端、排序服務(wù)、Peer節(jié)點(diǎn)三種服務(wù)器角色。應(yīng)用客戶端是將終端用戶的交易請(qǐng)求發(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。排序服務(wù)是接受交易信息，將其排序后打包生成區(qū)塊，放入?yún)^(qū)塊鏈，最后將結(jié)果返回。Peer負(fù)責(zé)維護(hù)區(qū)塊鏈賬本，主要是背書和記賬服務(wù)，背書是對(duì)客戶端提交的每筆交易進(jìn)行驗(yàn)證并簽名，記賬則是將排序節(jié)點(diǎn)打包好的區(qū)塊記錄下來(lái)。會(huì)員服務(wù)主要負(fù)責(zé)其他節(jié)點(diǎn)的授權(quán)認(rèn)證，聯(lián)盟鏈由加盟企業(yè)的服務(wù)器進(jìn)行區(qū)塊打包與存儲(chǔ)，這些服務(wù)器必須經(jīng)過(guò)授權(quán)認(rèn)證才能被接納到聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)中。

　　4.3 基于聯(lián)盟鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)

　　通過(guò)采用5G-IoT和聯(lián)盟鏈技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息追溯和品質(zhì)保障，可以有效地解決農(nóng)產(chǎn)品溯源的痛點(diǎn)問(wèn)題。IoT系統(tǒng)中的傳感器采集整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的信息，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確;5G網(wǎng)絡(luò)“大連接”“廣覆蓋”和“低功耗”的特點(diǎn)有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)與精準(zhǔn)傳輸;聯(lián)盟鏈技術(shù)建立的溯源平臺(tái)確保信息的不可篡改和可控性。

　　本文提出了基于聯(lián)盟鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)，如圖5所示。該平臺(tái)在保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、完整傳輸?shù)耐瑫r(shí)，能夠提高整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品溯源過(guò)程中交易數(shù)據(jù)的真實(shí)性與安全性。

　　基于聯(lián)盟鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)包括五部分。

　　(1)Hyperledger Fabric底層平臺(tái)：負(fù)責(zé)農(nóng)產(chǎn)品溯源的具體實(shí)現(xiàn)。其中包括：1)在區(qū)塊鏈上進(jìn)行注冊(cè)、身份驗(yàn)證、簽發(fā)數(shù)據(jù)證書，使用到Fabric的成員管理;2)編寫鏈碼(智能合約)運(yùn)行Ddockor中，供客戶端通過(guò)SDK調(diào)用發(fā)起交易確認(rèn);3)平臺(tái)底層是P2P網(wǎng)絡(luò)，將為各接入第三方建立Peer節(jié)點(diǎn)形成分布式賬本;4)區(qū)塊鏈形成后存儲(chǔ)了包含各節(jié)點(diǎn)的農(nóng)產(chǎn)品來(lái)源信息，當(dāng)前端發(fā)起查詢后，區(qū)塊鏈溯源平臺(tái)通過(guò)API或SDK方式返回查詢結(jié)果。

　　(2)農(nóng)產(chǎn)品溯源服務(wù)平臺(tái)：提供整個(gè)平臺(tái)的后臺(tái)管理和前臺(tái)展示功能。后臺(tái)功能包括接入平臺(tái)各成員管理、農(nóng)產(chǎn)品其它流通數(shù)據(jù)接入與存儲(chǔ)、系統(tǒng)管理等，前臺(tái)展示包括第三方會(huì)員注冊(cè)在內(nèi)的各類頁(yè)面、查詢頁(yè)面等。

　　(3)農(nóng)產(chǎn)品溯源信息可視化平臺(tái)：可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有信息進(jìn)行查看，包括聯(lián)盟鏈中各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況、農(nóng)產(chǎn)品溯源結(jié)果等。

　　(4)第三方系統(tǒng)接入：通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)接口對(duì)接生產(chǎn)者、加工商、分銷商、零售商各方系統(tǒng)，接受各方在溯源平臺(tái)的注冊(cè)、上傳數(shù)據(jù)信息。各節(jié)點(diǎn)的信息主要包括：1)生產(chǎn)信息：記錄農(nóng)作物種植過(guò)程，包括種子、農(nóng)藥、肥料使用情況以及所采用的耕作方式、土壤水分等，可能會(huì)添加季節(jié)天氣、耕作和收獲時(shí)間等信息;2)加工信息：記錄有關(guān)工廠及使用設(shè)備、原料加工方法、廠商信息、批號(hào)等信息，記錄與供應(yīng)商、分銷商和配送方之間的交易數(shù)據(jù);3)配送與分銷信息：運(yùn)輸?shù)脑敿?xì)信息，包括運(yùn)輸軌跡、存儲(chǔ)條件(例如溫度、濕度)、運(yùn)輸方法、配送日期等。分銷商之間的所有交易以及最終收件人(即零售商)都記錄在區(qū)塊鏈上;4)零售信息：有關(guān)零售商及每種售賣產(chǎn)品的詳細(xì)信息，如當(dāng)前質(zhì)量和數(shù)量、有效期、存儲(chǔ)條件和在貨架上花費(fèi)的時(shí)間均存儲(chǔ)在鏈上。

　　(5)監(jiān)管平臺(tái)：監(jiān)管部門對(duì)平臺(tái)中部署的容器、各類服務(wù)、消息傳遞進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。

　　農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)以上階段后，最終到達(dá)消費(fèi)者手中，消費(fèi)者可以使用手機(jī)端APP或小程序掃描農(nóng)產(chǎn)品的二維碼，詳細(xì)了解與農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的信息，并且可以從生產(chǎn)供應(yīng)商那里購(gòu)買，對(duì)發(fā)生的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題能夠及時(shí)并有效追溯其發(fā)生原因并反饋監(jiān)管部門處理結(jié)果，有利于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)5G-IoT技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到消費(fèi)使用全過(guò)程的信息追蹤、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、應(yīng)急處理和直銷直采等多方位的管理服務(wù)。聯(lián)盟鏈技術(shù)打通了農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到消費(fèi)者的各環(huán)節(jié)信息采集，讓全鏈路信息實(shí)現(xiàn)了防篡改、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和高效率交換。本文設(shè)計(jì)的基于聯(lián)盟鏈的5G-IoT農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)可以全程追溯產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的真?zhèn)瘟⒈妫瑫r(shí)方便監(jiān)管部門對(duì)農(nóng)產(chǎn)品流程中不合規(guī)的信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保了農(nóng)產(chǎn)品流通過(guò)程中的質(zhì)量安全。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] Galvez J F， Mejuto J C，Simal-Gandara J.Future challenges on the use of blockchain for food trace ability analysis[J].TrAC Trends in Analytical Chemistry，2018，107：222-232.

　　[2] Hassan M U，Rehmani M H，Chen J.Privacy preservation in blockchain based IoT systems：integration issues， prospects，challenges，and future research directions[C].Future Generation Computer Systems，2019，97：512-529.

　　[3] 黃忠義.區(qū)塊鏈在邊緣計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)空間安全，2018，9(08)，25-30.

　　[4] 劉曉莎，王林.5G超級(jí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦能智慧交通體系建設(shè)[J].機(jī)械與電子，2020，38(2)：7-10.

　　[5] 劉權(quán).區(qū)塊鏈與人工智能 構(gòu)建智能化數(shù)字經(jīng)濟(jì)世界[M].北京：人民郵電出版社，2019.

　　[6] 章洪波，馮惠新.基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的商品全流程溯源方法研究[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4(1)：165-167.