近期,由人民网区块链研究院策划,社会科学文献出版社出版发行的《区块链应用蓝皮书:中国区块链应用发展研究报告(2020)》(下称“蓝皮书”)正式出版发行、发售。
该书由人民网党委书记叶蓁蓁、党委副书记罗华等主编,编委会历经一年时间对全国区块链技术相关的重要研究与典型应用进行评估、优选,编撰而成。全书分为总报告、技术创新篇、行业应用篇、产业与市场篇、专题篇等部分。总报告主要对2019年度我国区块链应用发展基本状况、总体特征和机遇与挑战等做了总结。
其中,行业应用篇共优选8个区块链应用解决方案,涉及区块链在教育、智慧养老、精准扶贫、智慧交通、农产品溯源和农地信用评估、供应链金融、能源、政务等领域的应用发展现状和趋势,总结区块链在上述领域的研究应用现状与解决方案。
附:蓝皮书“农产品溯源和农地信用评估”应用解决方案全文:
(本文基于链博科技在农业农地领域的研究以及对区块链技术的应用探索与创新,由链博科技CEO朱清带队撰写,题为《“区块链+”在农产品溯源和农地信用评估的应用》)
“区块链+”在农产品溯源和农地信用评估的应用
一、农产品溯源及农地信用评估发展现况
(一)农产品溯源发展现况
近年来,随着食品安全问题的频发,公众对于食品安全愈发重视。尽管国家先后出台了《国务院办公厅关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见》《“十三五”国家食品安全规划》《工业和信息化部关于促进制造业产品和服务质量提升的实施意见》,要求建立全生命周期的质量追溯机制,但我们必须清醒认识到,我国仍处于食品安全风险隐患凸显和食品安全事件集中爆发期,食品安全形势依然严峻。
目前,农产品溯源系统仍处于发展的早期,并面临着诸多问题。首先,传统的农产品溯源体系基于中心化系统与中心化服务器,存在对其进行篡改的动机和可能性,无法保证溯源数据的真实性。一旦发生食品安全事故,将会对溯源系统的公信力造成毁灭性打击。其次,农产品从种植到销售再到最终消费者购买,传统农产品溯源体系很难打通所有环节,即使能够打通也面临着高昂的成本消耗和数据孤岛问题,难以最大程度发挥溯源系统的效力。
(二)农地信用与价值评估发展现况
2015年8月,国务院发布《关于开展农村承包土地的经营权和农民住房财产权抵押贷款试点的指导意见》,规定农民即可以其承包的农用地(指耕地)土地经营权通过抵押贷款给银行直接变现。此后,《农村承包土地的经营权抵押贷款试点暂行办法》、新版《土地管理法》等政策法规都提升了农地信用与价值评估的重要性。
但是这一政策在具体实施过程中仍然遇到了很多困难,在实际操作中,金融机构对土地经营权抵押缺乏针对性的,有效性的风控体系,导致贷款违约率居高不下。问题在于,一是农村金融机构往往实行贷款终身负责制,容易造成信贷员的主观化判断,甚至产生利益挂钩;二是土地的价值评估难度高,尤其是如果用于农业用途,很难预计土地的产出价值。
二、区块链技术简述
区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。
在此基础上,区块链技术拥有以下特性:
(1)分布存储
没有中心节点,每个节点都保存着整个数据库。节点越多,数据存储的安全性也就越高。
(2)不可篡改
数据一经上链,任何个人和组织无法进行篡改。任何数据的访问和添加行为,都将被永久的记录在区块链上。
(3)多方所有
区块链写入数据不由单一主体单方控制,经过多方验证达成共识,才能写入存储。
(4)智能合约
智能合约基于代码指定规则,并通过共识机制保证计算严格按照合约约定执行,并产生可信的计算结果,可用于实现任何计算和交易逻辑的自动化和智能化。
三、区块链技术赋能农产品溯源及农地信用评估
2019年10月24日,在区块链技术发展现状和趋势的第十八次集体学习会上,区块链被正式明确为国家战略。目前,区块链底层技术已经开始逐渐发展成熟,区块链技术在产业创新中的落地场景探索也在逐步加速。利用区块链技术,使农产品溯源系统实现数据真实可信,不可篡改,依托溯源的真实数据,使农地信用评估更精准、全面,高效,进而两个场景业务与数据打通,形成完整农业场景闭环生态。
(一)区块链赋能农产品溯源
区块链技术与农产品产业链能够进行良好的结合,贯穿农产品产业链的始终,对农产品产业链进行全链条监控并溯源,提升溯源系统的真实性和效率。
(1)农产品溯源对于数据真实性的要求极高,而这种真实性很难通过中心化的系统提供。区块链技术则可以通过去中心化的分布式系统达到这一目的,即使相关检测机构主观上想要更改检测报告结果,从客观上也无法更改链上数据,从而杜绝造假可能性。而一旦整个链条中出现任何问题,也可以迅速定位问题环节,找到责任人。
(2)农产品溯源涉及到的环节众多,传统溯源体系在将供应链各环节整合到标准化溯源系统的过程中,需要付出高昂的成本,即使如此,效果也受到限制。区块链技术可以让供应链各环节,如农户、经销商、销售渠道等无需顾虑商业秘密与数据保护,加入到同一区块链系统中,而数据的共享对于供应链的各个环节均能够产生价值。
(二)区块链赋能农地信用与价值评估
农地抵押贷款实际上是一个供应链金融问题。农户作为最上游供应商,离核心企业的距离较为遥远,核心企业的信用无法传递到农户,因此才有了农地抵押的政策来解决农户的融资需求。然而这并不能完全解决农户的信用评估问题,更不能解决农地交易的估价问题。
(1)金融机构缺乏对农地抵押贷款的风控体系,风控成本高。区块链技术可以消除信息不对称,将农户的贷款使用用途、单位土地产出情况等数据真实、低成本地传递给金融机构,从而降低风控成本,让更多符合风控要求的农户能够顺利获得贷款,增加金融机构业务收入的同时,降低贷款的违约率。
(2)在农地交易、征地补偿等场景中,通过区块链系统为农地估值提供精确、全面、可信任的数据,将非常有利于土地价值的精准评估,一方面有利于节省交易成本,另一方面也能够有力地保护农民的切身利益。同时,信用评估的融合,也能够从新的维度丰富交易双方的信用体系,成为全民信用体系的重要部分。
(三)区块链+溯源+信用价值评估
(1)溯源信息可用于信用评估
溯源信息中,将会涉及到大量详细的农产品种植详细信息,如树苗信息,种植环境信息,农事农活信息,农药信息,柑橘的生长信息等,根据这些信息,一方面可以控制贷款资金用途,另一方面也可以对单位土地价值评估提供更为客观充分的依据。因此,通过区块链技术将溯源信息详细记录,可以将这些真实透明的溯源数据信息运用于信用评估与价值评估之中。
(2)信用评估数据可加入溯源体系与价值评估
在该生态中,农地信用评估数据也可以加入到区块链溯源体系与价值评估之中。如果农户将贷款资金用到规定用途之外,或是在农产品过程中对农药、农肥等种植环节偷工减料,导致最终信用评估不合格,这些不仅仅会影响当批农产品的销售,更会加入农户的信用记录,对之后的农产品销售以及农地交易造成影响。消费者也不仅仅可以通过区块链溯源体系查看当前批次的农产品种植生产状况,也可以查看农户、企业等的历史真实信用记录。通过这套体系,可以从消费端倒逼农户与企业规范自己的农产品种植和生产,保障消费者的权益,同时也可以给农地交易作为参考。
四、一个基于区块链的柑橘溯源+农地信用评估系统
本部分将以柑橘为例,描述一个完整的基于区块链的农产品溯源+农地信用评估系统。
(一)系统需求分析
这一系统主要服务于四类用户群体:普通消费者、生产销售商、金融机构与政府监管机构。对于这四类用户群体来讲,分别会产生如下的需求:
(1)消费者需求分析:消费者作为整个供应链的终端用户,也是整个系统所服务的重点对象,对系统提出以下几点要求:
透明性:有权限查看商品的完整溯源信息,能够全方位掌握柑橘一系列的详细信息以及信用记录等。
真实性:查询到的溯源信息可靠、真实、完整。
实时性:可以实时地查询到商品的溯源信息并验证溯源信息的正确性。
便捷性:能够方便、直观地使用该系统。
(2)种植户与中间商需求分析:种植户主要负责柑橘的生产和采摘,而中间商主要负责柑橘的收购、仓储、转运和销售等,他们均属于供应链中的非终端用户,都需要提供相关溯源信息,其主要需求如下:
可监管性:即供应链各个环节必须符合国家政策和法律要求,向监管部门公开生产细节信息。
部分透明化:指该溯源信息仅对相关的消费者、监管部门、金融机构等公开,而非对全社会公开,避免商业信息的泄露。
可追责性:当发生纠纷时,可以由公信机构如法院,根据可信的溯源信息,形成评判依据,为事故进行追责。
(3)金融机构需求分析:金融机构在该系统中主要负责为农户解决融资需求,向农户提供农地抵押贷款。其主要需求如下:
标准化:信用评估指标能够以标准化的形式展现,以便金融机构通过风控模型判断农户的还款能力。
便捷性:风控成本较低。
真实性:金融机构获得的信用评估指标数据是真实可查的。
(4)政府监管机构需求分析:政府监管机构主要指各地质检局、工商局、食品监督局等,为供应链相关食品安全、市场公平等负责。他们需求如下:
无条件透明性,政府监管部门对于供应链各个环节的细节和溯源信息拥有无条件的知情权,既可以充分监督市场,也可以根据对这些生产数据进行大数据分析,为制定更合理的政策提供依据,促进社会主义事业的发展。
(二)系统模型说明
该柑橘农产品供应链溯源+信用评估系统模型如下:
种植户:在该系统中,种植户负责农产品的选种、育苗、施肥、防虫、采摘,并实时上传果品的种植信息、生产状况信息、田间操作信息等相关的生产资料信息,对每个工序进行实时有效的记录,保证农产品的种植信息。
质检部门:在种植户将产品卖给收购商之前,质检部门需要对产品进行第一次质量检查,检查的内容包括:相关产品中的致病性微生物、农药残留、重金属、污染物质、是否将产品与有毒、有害物品一同运输、是否使用激素催熟剂等。如果发现产品质量不符合国家规定,则不会允许种植户将这些产品售出,并且质检部门还应该记录对产品进行质量检查的过程和结果并上传至系统。
收购商:收购商从种植户收购大量农产品并分销给经销商,在收购产品的时候需要对水果价格进行全方面的了解,与水果种植户协商价格,在运输水果的途中还要注意对水果进行保鲜保质等,并将数据上传至系统。
运输企业:运输企业则负责将这些农产品运往全国各地,在运输的过程中应该对产品进行保质保鲜,应注意不能将产品与有毒物品一起存放,并且需要记录每一批次运送过程中使用的是哪一辆车以及运送时间等信息。
经销商:经销商(比如水果超市)在该流程中也是商品销售的中间商之一,需要将相关数据(如进货时间、批次、保鲜情况等)上传上链。
消费者:消费者是农产品在供应链中的最终流向,他们十分关注食品问题,担心农产品在生产过程中是否存在污染问题,因此消费者更倾向于购买有清楚来源并且种植过程清晰明了的农产品。消费者如果发现水果不新鲜或是其他问题,可以查看溯源信息并选择联系卖家进行补发或者退货处理。
金融机构:金融机构通过对农户的信用进行评估,对农户发放农地抵押贷款。在该系统中,金融机构可以将溯源数据接入用于信用评估,并将信用评估情况反馈至系统。
物流中心:物流是产品生产和销售的重要环节,快递企业需要记录发货的目的地和接收地,司机反馈的途中信息,收货人收货的时间等。
在该系统中,记录包括但不限于以下信息:
种植户信息:
年龄,性别,文化,健康,身份;
资产,收入来源,信用状况;
柑橘种植信息:
柑橘种植户基础信息;
树苗信息,包含树苗品种、直径、高度、植株形状、根系以及枝叶信息(树苗的质检信息);
种植环境信息,包含温度、光照、水分、地势土壤以及种植密度信息;
农事农活信息,包含施肥的肥料类型、施肥数量,除草方式、保花保果操作过程,柑橘所处的生命周期;
农药信息,包含农药类型、喷洒数量、农药喷洒的休药期、喷洒目的(柑橘当时的生命周期);
柑橘的生长信息,包含种植时间、生命周期、采摘时间。
质检部门信息:
质检部门基础信息;
感官、品质、微生物、农药残留、重金属、维生素、功能成分、激素等;
感官及品质信息,包含单果重,纵横径,可固,可滴定酸,种子数,果皮厚度,可食率,果皮颜色,光滑度,果实软硬程度,口感以及水分。
收购商信息:
收购商基础信息;
收购品种、收购时间、收购数量。
运输企业信息:
运输企业基础信息;
运输时期(运输开始至运输完成);
运输路线(途径地方以及当时经过的时间);
运输物品类型;
运输类型(空运、陆运或者水运);
运输责任人(当次运输司机);
托运人以及接收人。
经销商信息:
经销商基础信息;
柑橘类型;
柑橘价格(不同类型对应不同价格)。
快递企业信息:
快递企业基础信息;
快递时期(起止时间);
快递路线;
快递物品类型以及数量;
快递类型;
快递负责人;
寄件方以及收件方。
(三)系统详细设计
(1)土地与农产品溯源模型
本系统采用一个列表结构来描述供应链或物流信息网络中的“点”结构,用一种多输入多输出的产品状态转移模型来整合整个供应链或者物流信息网络中的“边”结构。点所代表的是农产品产供销活动的每个节点,其中包含了所有上游供应链,加工细节等;边结构代表了产品的转移,需要转移或交易双方达成共识。
点结构
点结构内部是以时间为顺序的一个列表,对点结构的操作主要包含以下三种类型,初始化、添加记录和打包列表:
初始化:形成一个空的列表,里面的第一条记录需要包含:创建列表的实体名称,创建列表的时间,创建列表的地点。初始化操作只能够执行一次,并且在执行之前确保该身份已经在通过身份权限配置与审批环节,并绑定了对应的公钥。
添加记录:将生成经营活动中的每一步操作的细节信息整合成一条记录m,假设上一条记录为m',计算哈希值h=H(m||m'),然后将哈希值h上传到区块链。该操作可以反复执行,构成一条以时间为顺序的链表。
打包列表:整合列表中所有的生产经营记录数据集L,计算哈希值h=H(L)并用该实体的公钥对数据集L的哈希值h进行签名得到s,最后将H(s)上传到区块链中。接下来,将数据集L与签名s整合成一组数据T=(L,s),上传到监管部门所指定的云服务器中,云服务器随机产生一个UUID,然后将UUID作为一个token返回给这个实体,通过这个token任何人可以向云服务器查询到T。
边结构
边结构涉及两个实体,A和B。例如,A向B提供原材料,B再次加工后转移给C。或是A将货物给B后,B直接将货物转移给C。边结构主要用于记录A与B之间的产品转移情况。一个边结构由多个输入和一个输出,如果多个拥有相同输入的边结构结合,就能够形成多输入多输出的结构,这能够贴切地描述农事活动与食品供应网络中的实体与实体之间的关系信息。一个边结构必须包含A所提供产品的所有相关溯源信息,以及A自己的生产细节。边结构包含字段有生产列表、源账户、目的账户、转移数量、转移时间和空间位置信息等,具体描述如下:
生产列表:生产列表可以采用点结构中所描述的列表,该列表中除了包含生产细节以外,还记录了所有的原料来源的溯源信息,即其他边结构,因为每一个边结构都代表了一次产品在不同实体之间的转移。注意这里的生产列表只是一个token,而非真正的列表数据,只要拿到这个token,就可以接入网络,从授信的管理后台中访问到这个列表的所有数据。
源账户和目的账户:源账户指的是交易的卖方,或者物流过程中的托运方;而目的账户指的是交易的买方或者物流过程中的被托运方。即源账户提供产品,最终流向目的账户。这里的源账户和目的账户均用信用平台中的公钥的哈希值来代替。
转移数量:表示在转移工程中的数量,类型。输入允许产生多个边结构,也允许多个输出边结构。例如,监管在授信的管理后台中提取输入和输出,如果输出之和比输出之和更高,这就意味着企业提供了不实信息,会被信用平台所记录,严重者会取消其市场准入资格。
转移时间:转移时间记录了这次产品转移发生的具体时间,这个时间点应当与区块链中的时间戳一致,不能有太大幅度的变化,否则视为无效。
空间位置:精确每次产品转移所在的经度、纬度海拔等信息,为产品在供应链上流动时提供准确地理位置信息,便于后续使用者全方位了解产品的细节信息,也杜绝了不实的空间位置下溯源数据伪造可能性。
边结构的数据在在交易达成时整合生成,若边结构的数据为E,计算哈希值h=H(E),A和B分别对h进行签名得到sa和sb,A将H(sa||sb)上链标记,最后A整合E、sa和sb成数据集G=(E,sa,sb),将G上传到在授信的管理后台中,该平台可以接入监管方或政府部门。G上链就表示该过程是双方都发起认可的的,无法伪造。其后平台产生UUID,通过这个token任何人可以向云服务器查询到G。
通过点结构和边结构的结合,这套模型可以描述供应链中各个环节,例如柑橘种植户是供应链的起点,他只需要在点结构中记录自己的生产详细信息。当柑橘种植户需要出售柑橘给收购商时,采用边结构便可以描述这个柑橘出售过程,由于边结构里面嵌入了柑橘种植户的点结构的token,因此通过该边结构能够查询到柑橘的生产信息。收购商在完成柑橘收购的同时,在自己的点结构上也记录了此次收购信息包括边结构的token。在柑橘收购商将收购到的感觉承包给物流公司运输时,收购商的点结构再一次嵌入到了收购商和物流公司一同产生的边结构中。通过收购商和物流公司的边结构,可以详细了解到物流公司收购柑橘的细节以及柑橘种植的细节。以此类推,柑橘最终在经销商处,通过经销商提供的点结构的token,消费者可以递归遍历到柑橘在整个供应链的各个环节的详细信息,结合数字签名和区块链的机制,这些详细信息都可以被可信验证。此外,所有的供应链信息对监管部门与政府职能部门是完全透明,达成了全维度,全链条监管能力,也为市场宏观调控提供了数据分析依据。
(2)土地金融统一信用信息平台
基于区块链和智能合约的统一信用信息平台,提下简称信用平台,旨在提供柑橘溯源系统中各个参与方的身份与公钥的绑定和对信用相关数据与事件进行信息公布、通过信用评估模型,对农户因素与农地因素进行建模。基于精准和全面的源头数据,实现对农地抵押贷款和信用评价与农地使用权交易估值的平台能力。
针对农户因素与非农户因素,我们分别建立Z值评分模型:
其中,X1,X2,…,Xn表示农地抵押贷款信用评价指标,β1,β2,…βn为相应指标的权重,ΣβiXi为贷款申请人各指标数据与指标权重之积的和,称之为“原始信用值,μ为调整项,由信贷员根据自己的工作经验和当地政策、经营环境进行主观赋值。Z值是贷款申请人的信用评分,根据Z值的大小,可以判别贷款申请人的信用资质。
在农户因素建模中,使用农户数据评估农户的贷款申请额度,信用,与偿还能力。农户因素包括农户的年龄、文化程度、身体健康状况、是否是种,养殖大户、农户生产性固定资产规模、主要收入来源、信用状况、贷款资金用途等。文化程度高、身体健康的农户,农户生产规模越大、家庭资产越多、收入稳定以及信用状况越好,则其贷款申请越容易通过,贷款金额越大。结合传统农地经营贷款的贷款模型,农户因素中权重的排序一般为:信用状况>贷款资金用途>收入来源>资产>健康>身份>年龄>文化。
在农地因素建模中,主要包含以下指标:
土地证:是否有农村土地承包经营权证
农地面积:面积实际大小
规模化:是否呈规模化
产出价值:单位面积产出物的经济价值
农地流转估值:基于以往土地真实收益实现的流转价格估值
农地流转估值将农地未来所能产生的生产手贴现到评估的时间点上,把贴现的所有收益加和,作为评估的农地流转估值。在农地使用权交易中具有确切的指导意义,同时也是在农户抵押贷款中时核心权重因素。由于我们的溯源系统中会沉淀完整的农产品数据,承包年限,通过农事活动计量成本。在土地使用得当的前提下,土地的效用具有永续行,我们通过收益法实现对农地流转的估值:
公式中,P为农地流转估值,Ri为第i年的预期收益额,r为折现率,i为收益期限。
基于对农地因素建模,我们实现了农地流转过程的估值,依托农产品全链条的数据,平台可以实现对接入平台的农产品关联农地的估值服务。同时,借助农户因素数据,平台可以建立完善,客观的农业金融贷款信用评估服务。解决农户贷款难,贷款慢问题,同时扩大了金融机构的客户群体,降低了其坏账风险,优化其资金配置效率,打造信息化,智能化的现代农业活动模式。
(3)区块链+物联化数据采集平台
在我们的系统设计中,我们利用物联网设备采集数据,形成并存储与基于区块链技术的数据平台中。
利用区块链+物联化技术,系统可确保数据隐私性。在联盟链中,非授权节点无法访问到区块链中的数据,可保证一定程度的数据隐私。此外,部分授权的节点可能存在相互竞争的企业,企业希望保护自身的一些敏感级别较高的数据的隐私性,将自己的敏感信息仅提供给某些下游企业、终端消费者以及监管部门。因此,为达到此种范围和级别可控的数据隐私性要求,需要通过区块链与传统存储方式相结合方式来实现。
利用区块链+物联化技术,系统可确保数据真实。物联网化终端作为采集数据的源头,通过赋予每台设备相应的区块链身份,每条源头数据上传需要硬件采集的时空位置信息,通过终端身份调用系统接口进行数据采集与上传,从源头规避了数据造假风险,建设了“物理世界与信息世界的可信数据桥梁“。
五、总结
至此,我们已经可以基于区块链技术,建立一个便捷、高效、实时、准确的农产品溯源系统。该系统集成了农产品溯源与农地信用评估功能,并将两者结合成一个完整的生态。在这个生态中,区块链技术凭借其真实透明、不可篡改的特性,为系统提供了可靠的数据源、可信的数据共享,促进系统的多方形成了点对点的去中心化协作方式,简化了系统环节,增进了系统效率。
目前,区块链技术已经可以在众多领域得到应用,而在溯源领域,区块链有着较好的结合度,在传统溯源体系的基础上,区块链技术可以与之结合并起到关键作用。区块链技术的发展和应用,将会对消费者的食品安全、农户的融资需求、经销商的渠道选择都起到巨大的积极作用,真正做到区块链技术脱虚向实,为产业经济的发展而服务。
参考文献
国务院食品安全办:“十三五”国家食品安全规划,2017
国务院办公厅:关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见,2015
工业和信息化部:关于促进制造业产品和服务质量提升的实施意见,2019
国务院:关于开展农村承包土地的经营权和农民住房财产权抵押贷款试点的指导意见,2015
国务院自然资源部:中华人民共和国土地管理法,2019
姜岩,黄惠春,陶雯岩:农地抵押贷款信用评价体系构建,西北农林科技大学学报,2017
任仲文等:区块链领导干部读本,人民日报出版社,2018
Pilkington,Marc."11 Blockchain technology:principles and applications."Research handbook on digital transformations 225(2016).
Cong,Lin William,and Zhiguo He."Blockchain disruption and smart contracts."The Review of Financial Studies 32.5(2019):1754-1797.
Behnke,Kay,and M.F.W.H.A.Janssen."Boundary conditions for traceability in food supply chains using blockchain technology."International Journal of Information Management(2019).
Kamilaris,Andreas,Agusti Fonts,and Francesc X.Prenafeta-Boldύ."The rise of blockchain technology in agriculture and food supply chains."Trends in Food Science&Technology 91(2019):640-652.
免责声明:以上内容为本网站转自其它媒体,相关信息仅为传递更多信息之目的,不代表本网观点,亦不代表本网站赞同其观点或证实其内容的真实性。如稿件版权单位或个人不想在本网发布,可与本网联系,本网视情况可立即将其撤除。