基于区块链的食品供需网信息协同模式

何静，苏文杰

上海海洋大学 经济管理学院（上海 201306）

近年来，随着我国食品需求与食品产量的稳步提升，食品贸易的国际竞争力逐渐加强，食品企业为了稳固未来的竞争地位，越来越多的企业在保证食品安全健康的前提下开始注重满足消费者对食品多样化、高品质的需求。因此，食品企业可以通过多企业联合共同组建供需网，在满足消费者需求的基础上进一步提高食品在全球的流通效率。但是，随着加入食品供需网企业数量的增加与成员企业间合作范围的延伸，供需网的结构也就变得更加复杂，供需网信息协同的难度也逐渐加大。食品供需网企业间实现信息协同有利于带动企业参与食品安全追溯系统的构建，保证食品物流运输的安全性，提升流通效率，提高政府监管部门的监管效率，减少各企业的利益摩擦[1-3]。然而现实中，供需网成员存在信息协同成本高、信息不对称、成员间合作意愿存在差异等现象，导致供需网成员企业间无法实现充分的信息共享[4]。区块链技术的出现为食品供需网信息协同的实现创造了条件。

区块链作为一种基于互联网的分布式账本技术，具有分散性、可追溯性、集中维护和信息不能篡改等特点[5]。目前，学者们在金融、物联网、供应链等领域利用区块链技术进行了积极探索，已经获得了许多成果。在金融领域，区块链技术不仅能防范道德风险，而且能够降低交易成本，对如今金融行业的安全提供了重要帮助[6]。在物联网领域，区块链技术可以更加便利地将设备与互联网连接，为人们生活中人机交互提供安全高效的平台[7]。在供应链领域中，区块链技术可以搭建一个全新的去中心化的协作模型，通过智能合约，促进企业之间的信息交流与合作，从而实现降低合作管理成本、提高产品品质、满足消费者需求的目标[8]。

区块链技术去中心化的理念与供需网的多功能性、充分开放性、内涵包容性等特征非常契合。因此基于供需网理念，通过借助区块链技术，建立一个去中心化、智能化、透明化的信息协同平台，来优化食品供需网成员企业间的信息协同流程，提高食品供需网的信息协同水平，实现食品供需网整体的协同效益。

1 食品供需网的信息协同

食品供需网（Food supply and demand network，FSDN）是指以保障食品安全为基础，以全球资源获取、全球生产加工、全球销售为目标，通过多种“供需流”在相关企业、组织和机构之间由“供需流”交互作用而形成的一种多功能开放式的供需一体化网络结构[1]。如图1所示，“供需流”是指流动于多个企业及消费者之间的供应和需求，它可以是物流、资金、信息等显性供需，也可以是人才、技术、管理等隐性供需，多种“供需流”之间以一种非常密切的相关性相互依存；食品供需网更加注重成员企业的核心优势，通过“供需流”对企业间核心优势进行互补，对食品企业经营过程重构，形成利益一致、优势互补、资源共享的多功能开放型供需网络。

图1 食品供需网网络结构模型

食品供需网信息协同是指在政府法律法规政策的支持下，通过第三方提供的网络平台，在供需网运作模式的基础上，实现食品的生产、加工、流通、销售等环节中动态合作与动态信息交流[9]。通过第三方提供的信息协同平台，食品生产企业可以根据加工企业或者批发市场等企业的需求，动态匹配合适企业签订完成合作契约，契约一旦达成除非契约双方同时毁约，否则企业必须执行，在销售过程完成后，契约自动失效，各成员企业在食品供需网中继续保持活跃状态，并继续努力提升自身的核心优势，保持互动及信息交流，为以后的合作需求做准备。

2 基于区块链的食品供需网信息协同模式

2.1 供需网信息协同模式概念模型描述

基于区块链的食品供需网信息协同模式概念模型中的主体部分包括食品供需网、金融机构和食品监管机构，借助区块链的集成化功能将三个主体有机的连接在一起，如图2所示。在该协同模式中，任意主体之间能够直接进行点对点的信息交流与信息共享，同时，能够利用区块链智能合约技术实现食品供需网中多成员间在食品监管机构的监管下与金融服务机构共同构建一个具备信息交流、信息共享、信息鉴别、信息监督功能的协同生态体系。

图2 基于区块链技术的食品供需网信息协同模式概念模型

基于区块链技术的点对点的信息交互方式是食品供需网企业、金融机构、监管部门根据共建原则对各自的信息进行分享；管理企业负责对信息化平台进行物理设施、系统建设的日常维护。他们的访问权限根据企业性质不同，从信息化平台中所获取的信息类型不同。

图3 基于区块链技术的食品供需网点对点信息交互模式

2.2 信息协同模式的参与主体

1) 食品相关企业或企业联盟。具体包含食品生产商、食品加工商、食品分销商、食品企业联盟、线上供应链、线下供应链等多种类成员，这些成员是区块链信息协同模式的发起者，也是食品供需网信息协同的主要服务对象。食品供需网成员间可以借助区块链信息协同平台与供需网上游、中游、下游企业直接进行交易，并以分布式方式将食品的交易信息打包为区块进行记录存储。

2) 相关的金融机构。在食品的生产和流通中，食品供需网中的成员企业之间会出现许多金融需求（如：贷款、购买保险、会计审计等），由于金融机构存在了解客户真实信用困难的问题，因此金融机构在为食品供需网企业提供服务时，可以从信息平台获取供需网企业的交易行为信息，为金融机构提供信用评估帮助。

3) 食品监管机构。食品监管部门很难实时动态掌握食品生产的安全情况，存在管理成本高、食品生产真实信息获取困难、信息时效性差等问题。将相关政府部门接入信息协同平台（如：税务、工商、食品卫生监督局等），可以根据监管要求为其开通特定的信息查看权限，动态监管供需网上的产品流、物流、信息流、资金流等多种供需流。

4) 区块链管理企业。区块链信息协同平台需要专业人员进行平台搭建、信息维护等专业性的技术支持，需要专业的管理企业负责维护，但是区块链管理企业并没有访问信息的权限，只能查看系统基本配置。

2.3 食品供需网信息协同模式的技术框架

基于区块链技术的食品供需网信息协同模式的技术架构包含了应用层、共识层、合约层、激励层、数据层、网络层[10]。基于食品供需网的特点，对该区块链信息协同模式进行了多层面平台构建，如图4所示。

1) 应用层。应用层包含了该区块链的应用范围，即食品供需网成员、金融机构与监管机构接入区块链信息协同平台后进行的基本操作；消费者可以借助平台的基本功能实现食品信息查询及安全追溯。记录在案的数据带有时间及数据提供者的信息，保证了信息记录的真实性。另外，所有数据以区块的形式记录在链中，可以最大程度地避免数据的丢失。

2) 共识层。食品供需网成员依据“互利共赢”的协同管理机制将所有的合作约定转化为算法封装在共识层内。随着区块链的发展，共识机制已由最早的PoW共识发展为PoS（Proof of stake，股份授权证明）、PBFT（Practical Byzantine fault tolerance，拜占庭容错）等多种类型[11]。该层最重要的作用是能够通过共识机制避免因食品企业间信任度低而造成的合作机会丧失的问题。考虑到食品供需网信息协同模式的多中心的结构更加符合成员间地位平等的原则，所以区块链共识层采用PoS共识。

3) 合约层。合约层主要包括了实现智能合约前的各类脚本代码、合约部署及合约测试。智能合约是为了实现区块链账本记录功能，也是食品供需网信息协同模式的核心内容，由食品供需网所有成员、食品监督机构、金融机构共同签署，最后以代码形式记录在区块链上的协议。区块链系统将自动执行协议操作，实现食品供需网成员的动态履约，降低合作成本。整理了适合编入食品供需网区块链信息协同平台的部分智能合约，如表1所示。

表1 食品供需网区块链平台智能合约

4) 网络层。网络层包含了区块链网络接入管理、消息传播协议等要素，通过设计特定的传播协议和数据验证机制，使得食品供需网中的所有成员都能参与区块信息的校验，保证食品信息的真实性。

5) 激励层。激励层提供一种激励措施，包括发行机制、分配机制、云计算服务奖励等，每个参与成员都有获得奖励的机会，通过激励层的设计可以鼓励更多的食品企业加入供需网并积极参与区块链协同平台建设。这里的激励形式可以是数字货币也可以是电子代币，奖励主要来源于供需网成员根据约定贡献出的部分利润和成员因违规受到的利益惩罚。

6) 数据层。随着食品供需网成员的增加，食品供需网成员之间会产生大量信息，并在各成员之间产生流动。为了实现信息共享的稳定，需要区块链管理企业提供网络、运营维护服务，通过非对称加密技术与Paxos算法保证区块链信息的安全性。

图4 食品供需网信息协同模式的技术架构

3 基于区块链技术的食品供需网信息协同模式的优点

食品供需网成员之间信息的高效流转是实现食品供需网协同的基础，也是实现供需网协同的重要途径。基于区块链技术的可靠性、无法篡改性、透明性等特征，可以总结出基于区块链技术的食品供需网点对点信息协同模式存在以下几个方面的优点。

1) 提高食品企业间的信息共享程度。该平台能够根据食品企业信息的共享意愿调整食品供需网信息的公开度，分享食品企业的必要信息，保证食品企业的机密信息安全，实现食品供需网参与主体之间实现个体与整体的协同。最大程度地提高信息共享程度，从而有助于食品企业在合作过程中实现动态信息交流。

2) 提高食品企业间的动态稳定性。面对高度不确定的市场，食品供需网企业需要积极寻求合作并根据市场需求调整企业的合作成员，实现动态调整以满足消费者对食品的个性化、多样化、安全溯源的需求。为了保证食品供需网在协同过程中的稳定性，可以借助区块链信息平台帮助监管部门动态监测食品信息，利用智能合约及时与具有败德行为的企业终止合作，从而实现食品供需网成员的动态调整。

3) 有助于实现食品企业间互利共赢。区块链信息化平台的分布式存储方式，保证企业信息的安全性，有利于培养食品企业的核心竞争力，避免核心企业主导食品产业的现象，实现企业间地位平等。同时，有助于实现供需网协同管理工作的标准化，减少节点间的碰撞，更加有利于食品供需网企业间打破国界，促进跨企业信用体系的建立。从而有助于我国食品供需网的全球化建设，吸引更多的食品企业加入供需网，有助于食品企业间充分合作，实现互利共赢。

4 结语

食品供需网成员企业间的信息协同是跨部门、跨企业、跨平台的多元主体之间基于合作需求而发生的信息交互过程，所以在实际操作中找到一种科学有效的信息协同模式对组建和维持食品供需网稳定至关重要[12]。区块链技术的发展与应用，为实现食品供需网成员间互信度与成员信息共享的时效性目标提供了机遇。基于食品供需网理念，针对食品供需网成员中存在的信息协同成本高、信息不对称与成员间合作意愿存在差异的矛盾，通过利用区块链技术中多联盟区块链的多中心优势，提出了基于区块链技术的食品供需网信息协同模式构建的设想，将食品企业与企业联盟、金融机构、政府监督机构与消费者有效地联系在一起，建立了多主体的区块链信息协同模式，并对模式中区块链技术架构中应用层、共识层、合约层、激励层、数据层、网络层进行分析。此次信息协同模式的构建将有助于提高食品企业间信息共享程度，提高食品供需网的动态稳定性，进而有利于实现食品供需网成员企业间互利共赢。