Overview 概述
在人类历史上，我们从未像现在这样拥有过如此大规模的贸易活动。今天，我们生活在一个拥有复杂的供应链的全球贸易网络中，这些供应链可以以一个国家为起点，与多至十多个国家相连。尽管纵观历史，粮食生产与供给一般以本国为主。但如今，人类消费的粮食中估计有 23％来自国际贸易。木材产品供应链也同样复杂，甚至可以绕过某些国家的法律制度。这些复杂情况为违法行为提供了温床。据估计，全球 GDP 的 1.5％（即 8700 亿美元）由非法、未报海关审批或不受管制的商品提供。为了保障产品安全和完整性，我们必须拥有一个从供应链端到客户端的合法的、可追溯的系统。
Report 报告溯源的必要性
中国海关总署 1 月 14 日发布数据显示，我国 2018 年外贸进出口总值达 30.51 万亿元，比 2017 年的历史高位多出 2.7 万亿元，同比增长 9.7%，规模再创历史新高。中国作为世界第一大出口国，在商品出口的过程中难免会遇到进口国对于我国出口商品的检测，此时溯源技术便能够解决基础信任的问题，从而提高供应链整体效率。
同时，政府法规和大型零售商也在推动使用产品溯源技术。欧盟自 2005 年 1 月以来便对建立可追溯性系统提出了要求。企业必须能够识别所有食品和食品供应商以及向其提供食品或饲料的所有企业。由于该指令要求所有信息必须按需提供给检查机构，因此，以系统的方式存储信息来便于访问的必要性就随之凸显出来了。美国 2005 年 12 月颁布的《生物恐怖主义法》则要求保留记录以识别先前的直接来源与随后的直接接收者。溯源系统因国家/地区的大小，供应链的复杂性和其他因素而异。
供应链溯源流程
目前溯源技术的挑战供应链协调中的不信任
复杂的全球供应链（例如本报告中的供应链）涉及许多独立的参与者，其中包括生产者、经纪人、运输者、加工者、批发商、零售商和消费者。他们未必信任彼此，而这种不信任会大大限制全链协作效率。例如，这些参与者可能不愿共享数据。
繁重且成本高昂的数据对帐流程
随着业务扩展到多个国家和地区，溯源需求可能难以满足跟踪库存并管理众多数据和当地法律法规要求。通常，供应链管理会导致大量重复数据，并会为从头到尾的单个产品跟踪和协调数据付出巨大的努力。
其中许多当事方最终得到的文件副本是相同的（例如证明书、运输单、提货单、托盘、货物等），并且存在数据不同步现象，这样就很难识别原始版本或破译其准确性。在许多情况下，这些对帐过程仍然是基于人工和纸张载体的，而且，错误和数据重复会提高对帐成本，增加供应链溯源的复杂性。例如，牛肉是经过高度加工的商品，需要通过整个保管过程和产销链改变其产品标识，各方之间可靠数据的需求因这种复杂性而凸显。
缺乏产品可追溯性
2011 年美国食品制造商协会的报告显示，大多数经历一级召回的的公司会带来超过 1000 万美元的财务影响。接近四分之一的公司报告单次召回产生的财务影响超过 3000 万美元。
可追溯性的主要挑战是产品信息的模糊性——这是由难以追踪且不确定的产品特性导致的。糟糕的人工保存的记录致使供应链复杂性以及识别滞后可能正是这种问题的出现原因。当不止一种产品被混合保存、运输时，抑或当使用原材料制成半成品或成品时，溯源就变得极具难度了。当产品更改了标识符或所有权，重新包装或在命名和标签上的方法均发生变化时，也会出现追溯性的问题。
商品溯源现状
目前来说，全球的供应链行业都在致力于的商品可追溯性的追求。消费者的需求以及有关食品安全和合法性的政府法规（例如《雷斯法案》或《多德·弗兰克法案》）的订立都助长了这一趋势。联合市场研究公司（Allied Market Research）2014 年的一份报告预测，全球食品可追溯技术市场将以每年 8.7％的速度增长，其规模会于 2020 年达到 141 亿美元。
长期以来，供应链溯源产业缺乏有效、相对便宜且易于使用的技术。如今溯源技术已经发生了相当大的变化，不同种类的技术解决方案也层出不穷。然而，寻找一种介入程度深的、具有全链可追溯性的技术解决方案仍然是一个挑战，当前技术是否可以提供全链可追溯性也仍是一个未知数。
识别和跟踪产品的最基本方法是通过纸质文档追踪。但一个明显的缺点是文档易被伪造。在所有供应链中，对物种和起源的错误识别和虚假宣传一直是一个问题。举个很简单的例子，曾经有一段时间，中国的某些公司利用洞庭湖大闸蟹来冒充更加昂贵的阳澄湖大闸蟹。
下表中列出了一些识别和溯源工具：
其中，最主要的溯源技术为以下三种：
RFID 无线射频溯源技术
RFID 无线射频技术是在产品包装上加贴一个带芯片的标识，产品进出仓库和运输过程就可以自动采集和读取相关信息，并将产品的流向记录在芯片上。随着该技术成本的降低，RFID 被越来越多地应用于提高产品可追溯性方面。一些零售商和政府机构使用 RFID 智能标签来跟踪整个供应链中的产品移动。这一过程通过以下步骤实现：将智能标签（配置在常规打印编码标签下方的非常扁平的应答器）放置在产品上， 标签依靠智能标签与便携式存储设备和主机之间的射频通信来交换数据。RFID 标签可以使用多种信息进行编码，然后用 RFID阅读器进行收集。RFID 不需要人工干预，它可以被动地用于跟踪封闭系统（例如仓库）内产品的移动而无需扫描条形码或标签，并且可以同时读取多个RFID智能标签。
二维码溯源技术
二维码是一个标签，贴上二维码标签就相当于给产品加了一个身份证，系统录入后直接扫描二维码可查询产品的来源。消费者只需要通过带摄像头的手机拍摄二维码，就能查询到产品的相关信息，查询的记录都会保留在系统内，一旦产品需要召回就可以直接发送短信给消费者，实现精准召回。这个系统也可以帮企业数字化管理自己的产品，做到渠道管理，销售管理，库存管理，防止窜货，辨别真假。
条码溯源技术
还有一种方式是用条码加上产品批次信息（如生产日期、生产时间、批号等），采用这种方式的生产企业基本不增加生产成本。从市场来看，所有的商超销售的产品都需要注册商品条码。这个条码是全球唯一的，通过它，可以在全球范围内进行贸易的往来。只要扫描条码，就可以获取商品的一些基础的信息，包括生产企业的信息等等。条码是产品唯一的标识，可以理解成是一个产品的身份证。因此，用条码来作为这种追溯的一个溯源手段，或者溯源的、检索的工具是非常方便也易于实现的。
区块链溯源技术
该技术是通过以加密链接的区块结构，记录并存储整个网络上的每一事务。该结构在网络参与者之间复制，每个块都有一个哈希、哈希是算法的输出，该算法将块的内容转换为字母和数字的随机混合。参与分布式网络的相关参与者或组织可以充当「节点」以参与共识，这一过程使每个区块链节点都能保持同步，它也能处理新区块的添加，同时还可以使用不同的机制来建立共识，这些机制需要在机密性，吞吐量和安全性之间进行权衡，并取决于现实情况和具体案例。
区块链溯源技术的三种架构公共区块链
公共区块链使用复杂的算法，在网络参与者之间达成共识，但在许多情况下，它可能不适合公司，因为与私有区块链相比，它们的隐私保护有限。在公共区块链的追溯过程中，产品的质量由不同的节点控制。供应链中的相关参与者在公共渠道中记录所有产品信息，所有节点都通过共识机制确认信息，并以数字货币获得奖励。
联盟区块链
联盟区块链是有若干个机构或者组织共同参与管理的区块链，每个参与的机构或者组织都运行着里面的某个或多个节点，其中的数据只允许系统内不同的机构进行读写和发送交易，并且共同来记录交易数据。通过参与机构的交叉验证，实现商品信息的可追溯、可查询、可验伪能够成为现实。
私有区块链
私有区块链通过使用访问控制层来指定网络参与者，并通常使用高吞吐量的共识机制。目前为止，溯源系统中并无私有区块链的应用。
根据所使用的区块链平台的类型，可以设计区块链以提供对区块链上的数据的不同级别的访问。这意味着它既可以提高数据的透明度，也能必要地维护隐私。例如，区块链可以使患者控制自己的健康数据并选择谁可以访问其健康数据。
区块链在溯源产业的价值
尽管相对较新，但是区块链已经在溯源行业崭露头角。区块链技术拥有以下几项优势，而这些优势对于供应链中的各个参与者都是宝贵的。
透明度和可审核性
缺乏一致的数据验证功能和数据共享功能使整个供应链中的信息共享变得困难。而区块链恰恰可以提高透明度、简化共享信息的过程。因为每个参与者都可以上传有关其产品的信息和数据，所以这种透明性还有助于信任度的提高。区块链还可以显示有关产品的近实时更新。供应链的任何一方都可以通过一个共有平台查看产品的位置、制造者、制造方式以及预期的交付时间。通过明显简化的流程，参与方能够达成更短的交货时间，从而减少冗余和延迟。
基于区块链的信息共享解决方案可以提供关于合同和协议是否得到遵守和正确记录的公开验证。由于每笔交易都是按顺序记录的，因此区块链提供了永久性的审计追踪，可以验证产品的真实性并通过产销监管链进行追踪。当前流程的许多复杂性、高成本和低效率可以通过启用区块链系统来减少，从而有效地减少数据重复。
产品可追溯性
供应链参与者正在越来越多地投资于食品安全追溯软件，使他们能够查看产品的位置以及产品在供应链中的来源。
利用区块链技术研发的溯源平台还可以在发生召回事件时满足美国食品药品管理局（FDA）的合规性要求，使他们可以更快地访问数据并检测到问题，包括批号、生产和有效期以及产品订单号。在这里，区块链可以通过在这些各种可追溯性解决方案之间实现互操作性而成为一个重要的游戏规则改变者，而无需更换应用程序或为供应链上的所有实体使用单一解决方案。当供应链上有多个实体不需要或不想彼此直接集成或受到另一个实体的技术或业务决策的影响时，这是非常有价值的。虽然目前中国药监局并没有像美国般如此具体的溯源要求，但这种真实需求依然是存在的。
区块链可以实现数据共享而无需更改每个实体拥有的系统，从而可以跨多个合作伙伴、位置和设施实现更大的产品可追溯性。每个参与者都可以在产品的生命周期中查看相同的数据。
简化运营和采购流程自动化
由于目前供应链主要基于纸张记录和手动流程，因此跟踪产品（尤其是在召回期间以及对帐和交易对帐）可能既昂贵又耗时。借助区块链，关键信息得以存储并几乎实时地提供给需要它的用户。位于区块链平台之上的应用程序可通过人工输入或自动流程或技术（例如，通过测量运输卡车中温度的自动传感器）将数据移至区块链。
智能合约是基于区块链系统而组成部分，可以自动执行参与者同意的规则和流程步骤，从而简化、验证和执行交易对手之间的协议条款，而无需人工干预。用传统的数据库术语来说，智能合约就像「存储过程」一样，但是在这种情况下，它代表了多个实体之间的协议，例如服务付款或装运授权。由于区块链是分布式且可扩展的，因此它可以建立并支持全球合作伙伴关系并简化通信过程。
区块链溯源行业应用案例-食物供应链技术概述
我们发现区块链解决方案主要分为六个主要部分：
用户交互界面
用户界面是为不同的用户设计的，主要分为三类：
终端用户-消费者
这些用户使用他们的移动设备和专用的应用程序来解决该问题。首先，该终端应用应该是只读程序，因此不需要任何登录。然后，消费者可以通过扫描条形码，RFID传感器或QR码的方式访问与该特定产品有关的信息。根据解决方案的选择，消费者既可以访问供应链中的所有步骤，也可以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、农户以及加工和包装公司
其中的每一方都能具有通过移动设备或台式机或集成在ERP系统中的接口。他们将了解供应链中的上一方和下一方，以及食品的来源和各种规格，在某些情况下，他们能得到比消费者所需更多的信息。
智能合约-软件管理员
这些用户将为其他用户管理合同。如果流程或合同必须更改，他们则将通过此界面来管理。管理者可以是受信任的公共机构、公司、公司集团。通常来说，合同代码应该是开源的，以便所有参与者都可以看到任何更改，如果有对此进行治理的设置，参与者也可以提出质疑。
文件存储
添加到区块链的信息通常受到限制。区块链中的内容不会包含所有信息，而是包含合同验证，哈希以及添加此信息的人员的标识。例如，如果一位农民拍摄了农作物的照片并将其添加到区块链中，则该照片可以是：
上传到区块链，对于区块链中的节点完全透明，但这需要区块链存储大量信息（公有链）。
上传到单独的数据库，但由区块链访问。与区块链进行交互的每个人都可以限制访问或开放访问（私有链）。
存储在由上传照片的个人或组织拥有或控制的数据库中，但无法通过区块链进行访问。只有文件/照片的创建者才能决定与谁共享数据（联盟链）。
区块链
在诸如比特币和以太坊之类的公共区块链中，任何人都可以成为节点并保留总账的副本。它们可以是验证并接受将存储在区块中的交易和信息的节点，或者也可以简单地保存其他人对区块链的承诺记录。在实践中，那些想成为验证交易的节点的人需要很高的处理能力才能有机会成为系统的一部分。由于交易成本，公链架构在溯源项目中不能成为合理替代方案。即使以太坊的交易成本大大降低，交易能力也受到限制，交易成本将成为对价格敏感行业（如食品行业）的限制。目前来看，许可是网络才是物联网区块链的发展关键。
智能合约引擎
应用程序或合同引擎是解决方案的关键要素。以太坊是最著名的应用程序区块链解决方案。在以太坊中，合同被称为分布式应用程序。应用程序由所有节点在区块链上运行，它们是分布式的。在某些情况下，合同不在区块链上运行。它们在区块链中得到确认，可以说，其验证嵌入在区块链中，但整个应用程序不是由区块链网络运行。
身份认证和授权
必须对要授权流程中不同步骤的参与者进行确定——这是区块链解决方案遇到的的主要挑战之一。对于比特币来说，拥有正确的私钥就足以授权使用相关的比特币。问题在于密钥的存储是件至关重要的事：大多数消费者无法长期安全地存储其私钥，如果私钥丢失或被盗，所有比特币都会丢失。在大多数情况下，消费者信任保管人并委托他们照料钥匙。就粮食而言，安全性就不是那么关键了。IBM 在许多情况下可能足以应付这一点。但是，如果要使该系统具有全球性，一个更广泛的治理系统就有必要了。小型IT公司甚至在本地实施中也需要一些外部信任提供者、公共机构或大型公司来使用产品识别解决方案。
区块链可能是将来创建产品识别解决方案的首选技术，而且，通过区块链增加产品识别解决方案的安全级别可能相当简单。例如，如果公共机构或个人希望以驾驶执照副本的形式获得更高的安全性，制作副本并将其添加到区块链中的合同是非常容易做到的。通过区块链调整产品认证解决方案，保证灵活性也不是难事。
食品项目注册人
对于食品，有许多组织和机构可能会对使用其证书的食品标签感兴趣。相关机构可以为某种食物分配特定的配额。公共机构可以分配一个代码来跟踪农民/渔夫/食品生产者等及其生产。农作物/鱼类等的农民生产或销售的数量将在区块链中获得此代码。在这些情况下，区块链为参与者提供解决方案，以跟踪与特定食品身份相关的特定特征或证书的使用。当数据上传到区块链中时，例如 MSC（海洋管理委员会）之类的组织就可以跟踪供应链中经过 MSC 认证的鱼类的数量。如果市场上销售的 MSC 认证鱼太多，MSC可以检查谁在过度使用其认证，因此，可以保证只有带有 MSC 标签的鱼才能到达消费者手中。证书颁发机构的信誉取决于经过验证的农民或生产者正确使用的数据标签。因此，追踪谁使用标签并防止其被重复使用的能力至关重要。例如，如果生产者专门销售有机产品，但根据这些标准生产三分之一，则仅给生产者有限的代码配额。如果生产者尝试多次使用相同的代码，则会受到系统的关注与怀疑，乃至被给予相应的处罚。
Conclusion 结语
本文第一部分简单概述了区块链溯源的必要性、行业现状、主流溯源技术以及区块链技术的价值。本文第二部分将从食品行业供应链的视角切入，详细阐述区块链技术从设计到应用的具体案例。