近期,由人民網區塊鏈研究院策劃,社會科學文獻出版社出版發行的《區塊鏈應用藍皮書:中國區塊鏈應用發展研究報告(2020)》(下稱“藍皮書”)正式出版發行、發售。
該書由人民網黨委書記葉蓁蓁、黨委副書記羅華等主編,編委會歷經一年時間對全國區塊鏈技術相關的重要研究與典型應用進行評估、優選,編撰而成。全書分為總報告、技術創新篇、行業應用篇、產業與市場篇、專題篇等部分。總報告主要對2019年度我國區塊鏈應用發展基本狀況、總體特征和機遇與挑戰等做了總結。
其中,行業應用篇共優選8個區塊鏈應用解決方案,涉及區塊鏈在教育、智慧養老、精準扶貧、智慧交通、農產品溯源和農地信用評估、供應鏈金融、能源、政務等領域的應用發展現狀和趨勢,總結區塊鏈在上述領域的研究應用現狀與解決方案。
附:藍皮書“農產品溯源和農地信用評估”應用解決方案全文:
(本文基于鏈博科技在農業農地領域的研究以及對區塊鏈技術的應用探索與創新,由鏈博科技CEO朱清帶隊撰寫,題為《“區塊鏈+”在農產品溯源和農地信用評估的應用》)
“區塊鏈+”在農產品溯源和農地信用評估的應用
一、農產品溯源及農地信用評估發展現況
(一)農產品溯源發展現況
近年來,隨著食品安全問題的頻發,公眾對于食品安全愈發重視。盡管國家先后出臺了《國務院辦公廳關于加快推進重要產品追溯體系建設的意見》《“十三五”國家食品安全規劃》《工業和信息化部關于促進制造業產品和服務質量提升的實施意見》,要求建立全生命周期的質量追溯機制,但我們必須清醒認識到,我國仍處于食品安全風險隱患凸顯和食品安全事件集中爆發期,食品安全形勢依然嚴峻。
目前,農產品溯源系統仍處于發展的早期,并面臨著諸多問題。首先,傳統的農產品溯源體系基于中心化系統與中心化服務器,存在對其進行篡改的動機和可能性,無法保證溯源數據的真實性。一旦發生食品安全事故,將會對溯源系統的公信力造成毀滅性打擊。其次,農產品從種植到銷售再到最終消費者購買,傳統農產品溯源體系很難打通所有環節,即使能夠打通也面臨著高昂的成本消耗和數據孤島問題,難以最大程度發揮溯源系統的效力。
(二)農地信用與價值評估發展現況
2015年8月,國務院發布《關于開展農村承包土地的經營權和農民住房財產權抵押貸款試點的指導意見》,規定農民即可以其承包的農用地(指耕地)土地經營權通過抵押貸款給銀行直接變現。此后,《農村承包土地的經營權抵押貸款試點暫行辦法》、新版《土地管理法》等政策法規都提升了農地信用與價值評估的重要性。
但是這一政策在具體實施過程中仍然遇到了很多困難,在實際操作中,金融機構對土地經營權抵押缺乏針對性的,有效性的風控體系,導致貸款違約率居高不下。問題在于,一是農村金融機構往往實行貸款終身負責制,容易造成信貸員的主觀化判斷,甚至產生利益掛鉤;二是土地的價值評估難度高,尤其是如果用于農業用途,很難預計土地的產出價值。
二、區塊鏈技術簡述
區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算范式。
在此基礎上,區塊鏈技術擁有以下特性:
(1)分布存儲
沒有中心節點,每個節點都保存著整個數據庫。節點越多,數據存儲的安全性也就越高。
(2)不可篡改
數據一經上鏈,任何個人和組織無法進行篡改。任何數據的訪問和添加行為,都將被永久的記錄在區塊鏈上。
(3)多方所有
區塊鏈寫入數據不由單一主體單方控制,經過多方驗證達成共識,才能寫入存儲。
(4)智能合約
智能合約基于代碼指定規則,并通過共識機制保證計算嚴格按照合約約定執行,并產生可信的計算結果,可用于實現任何計算和交易邏輯的自動化和智能化。
三、區塊鏈技術賦能農產品溯源及農地信用評估
2019年10月24日,在區塊鏈技術發展現狀和趨勢的第十八次集體學習會上,區塊鏈被正式明確為國家戰略。目前,區塊鏈底層技術已經開始逐漸發展成熟,區塊鏈技術在產業創新中的落地場景探索也在逐步加速。利用區塊鏈技術,使農產品溯源系統實現數據真實可信,不可篡改,依托溯源的真實數據,使農地信用評估更精準、全面,高效,進而兩個場景業務與數據打通,形成完整農業場景閉環生態。
(一)區塊鏈賦能農產品溯源
區塊鏈技術與農產品產業鏈能夠進行良好的結合,貫穿農產品產業鏈的始終,對農產品產業鏈進行全鏈條監控并溯源,提升溯源系統的真實性和效率。
(1)農產品溯源對于數據真實性的要求極高,而這種真實性很難通過中心化的系統提供。區塊鏈技術則可以通過去中心化的分布式系統達到這一目的,即使相關檢測機構主觀上想要更改檢測報告結果,從客觀上也無法更改鏈上數據,從而杜絕造假可能性。而一旦整個鏈條中出現任何問題,也可以迅速定位問題環節,找到責任人。
(2)農產品溯源涉及到的環節眾多,傳統溯源體系在將供應鏈各環節整合到標準化溯源系統的過程中,需要付出高昂的成本,即使如此,效果也受到限制。區塊鏈技術可以讓供應鏈各環節,如農戶、經銷商、銷售渠道等無需顧慮商業秘密與數據保護,加入到同一區塊鏈系統中,而數據的共享對于供應鏈的各個環節均能夠產生價值。
(二)區塊鏈賦能農地信用與價值評估
農地抵押貸款實際上是一個供應鏈金融問題。農戶作為最上游供應商,離核心企業的距離較為遙遠,核心企業的信用無法傳遞到農戶,因此才有了農地抵押的政策來解決農戶的融資需求。然而這并不能完全解決農戶的信用評估問題,更不能解決農地交易的估價問題。
(1)金融機構缺乏對農地抵押貸款的風控體系,風控成本高。區塊鏈技術可以消除信息不對稱,將農戶的貸款使用用途、單位土地產出情況等數據真實、低成本地傳遞給金融機構,從而降低風控成本,讓更多符合風控要求的農戶能夠順利獲得貸款,增加金融機構業務收入的同時,降低貸款的違約率。
(2)在農地交易、征地補償等場景中,通過區塊鏈系統為農地估值提供精確、全面、可信任的數據,將非常有利于土地價值的精準評估,一方面有利于節省交易成本,另一方面也能夠有力地保護農民的切身利益。同時,信用評估的融合,也能夠從新的維度豐富交易雙方的信用體系,成為全民信用體系的重要部分。
(三)區塊鏈+溯源+信用價值評估
(1)溯源信息可用于信用評估
溯源信息中,將會涉及到大量詳細的農產品種植詳細信息,如樹苗信息,種植環境信息,農事農活信息,農藥信息,柑橘的生長信息等,根據這些信息,一方面可以控制貸款資金用途,另一方面也可以對單位土地價值評估提供更為客觀充分的依據。因此,通過區塊鏈技術將溯源信息詳細記錄,可以將這些真實透明的溯源數據信息運用于信用評估與價值評估之中。
(2)信用評估數據可加入溯源體系與價值評估
在該生態中,農地信用評估數據也可以加入到區塊鏈溯源體系與價值評估之中。如果農戶將貸款資金用到規定用途之外,或是在農產品過程中對農藥、農肥等種植環節偷工減料,導致最終信用評估不合格,這些不僅僅會影響當批農產品的銷售,更會加入農戶的信用記錄,對之后的農產品銷售以及農地交易造成影響。消費者也不僅僅可以通過區塊鏈溯源體系查看當前批次的農產品種植生產狀況,也可以查看農戶、企業等的歷史真實信用記錄。通過這套體系,可以從消費端倒逼農戶與企業規范自己的農產品種植和生產,保障消費者的權益,同時也可以給農地交易作為參考。
四、一個基于區塊鏈的柑橘溯源+農地信用評估系統
本部分將以柑橘為例,描述一個完整的基于區塊鏈的農產品溯源+農地信用評估系統。
(一)系統需求分析
這一系統主要服務于四類用戶群體:普通消費者、生產銷售商、金融機構與政府監管機構。對于這四類用戶群體來講,分別會產生如下的需求:
(1)消費者需求分析:消費者作為整個供應鏈的終端用戶,也是整個系統所服務的重點對象,對系統提出以下幾點要求:
透明性:有權限查看商品的完整溯源信息,能夠全方位掌握柑橘一系列的詳細信息以及信用記錄等。
真實性:查詢到的溯源信息可靠、真實、完整。
實時性:可以實時地查詢到商品的溯源信息并驗證溯源信息的正確性。
便捷性:能夠方便、直觀地使用該系統。
(2)種植戶與中間商需求分析:種植戶主要負責柑橘的生產和采摘,而中間商主要負責柑橘的收購、倉儲、轉運和銷售等,他們均屬于供應鏈中的非終端用戶,都需要提供相關溯源信息,其主要需求如下:
可監管性:即供應鏈各個環節必須符合國家政策和法律要求,向監管部門公開生產細節信息。
部分透明化:指該溯源信息僅對相關的消費者、監管部門、金融機構等公開,而非對全社會公開,避免商業信息的泄露。
可追責性:當發生糾紛時,可以由公信機構如法院,根據可信的溯源信息,形成評判依據,為事故進行追責。
(3)金融機構需求分析:金融機構在該系統中主要負責為農戶解決融資需求,向農戶提供農地抵押貸款。其主要需求如下:
標準化:信用評估指標能夠以標準化的形式展現,以便金融機構通過風控模型判斷農戶的還款能力。
便捷性:風控成本較低。
真實性:金融機構獲得的信用評估指標數據是真實可查的。
(4)政府監管機構需求分析:政府監管機構主要指各地質檢局、工商局、食品監督局等,為供應鏈相關食品安全、市場公平等負責。他們需求如下:
無條件透明性,政府監管部門對于供應鏈各個環節的細節和溯源信息擁有無條件的知情權,既可以充分監督市場,也可以根據對這些生產數據進行大數據分析,為制定更合理的政策提供依據,促進社會主義事業的發展。
(二)系統模型說明
該柑橘農產品供應鏈溯源+信用評估系統模型如下:
種植戶:在該系統中,種植戶負責農產品的選種、育苗、施肥、防蟲、采摘,并實時上傳果品的種植信息、生產狀況信息、田間操作信息等相關的生產資料信息,對每個工序進行實時有效的記錄,保證農產品的種植信息。
質檢部門:在種植戶將產品賣給收購商之前,質檢部門需要對產品進行第一次質量檢查,檢查的內容包括:相關產品中的致病性微生物、農藥殘留、重金屬、污染物質、是否將產品與有毒、有害物品一同運輸、是否使用激素催熟劑等。如果發現產品質量不符合國家規定,則不會允許種植戶將這些產品售出,并且質檢部門還應該記錄對產品進行質量檢查的過程和結果并上傳至系統。
收購商:收購商從種植戶收購大量農產品并分銷給經銷商,在收購產品的時候需要對水果價格進行全方面的了解,與水果種植戶協商價格,在運輸水果的途中還要注意對水果進行保鮮保質等,并將數據上傳至系統。
運輸企業:運輸企業則負責將這些農產品運往全國各地,在運輸的過程中應該對產品進行保質保鮮,應注意不能將產品與有毒物品一起存放,并且需要記錄每一批次運送過程中使用的是哪一輛車以及運送時間等信息。
經銷商:經銷商(比如水果超市)在該流程中也是商品銷售的中間商之一,需要將相關數據(如進貨時間、批次、保鮮情況等)上傳上鏈。
消費者:消費者是農產品在供應鏈中的最終流向,他們十分關注食品問題,擔心農產品在生產過程中是否存在污染問題,因此消費者更傾向于購買有清楚來源并且種植過程清晰明了的農產品。消費者如果發現水果不新鮮或是其他問題,可以查看溯源信息并選擇聯系賣家進行補發或者退貨處理。
金融機構:金融機構通過對農戶的信用進行評估,對農戶發放農地抵押貸款。在該系統中,金融機構可以將溯源數據接入用于信用評估,并將信用評估情況反饋至系統。
物流中心:物流是產品生產和銷售的重要環節,快遞企業需要記錄發貨的目的地和接收地,司機反饋的途中信息,收貨人收貨的時間等。
在該系統中,記錄包括但不限于以下信息:
種植戶信息:
年齡,性別,文化,健康,身份;
資產,收入來源,信用狀況;
柑橘種植信息:
柑橘種植戶基礎信息;
樹苗信息,包含樹苗品種、直徑、高度、植株形狀、根系以及枝葉信息(樹苗的質檢信息);
種植環境信息,包含溫度、光照、水分、地勢土壤以及種植密度信息;
農事農活信息,包含施肥的肥料類型、施肥數量,除草方式、保花保果操作過程,柑橘所處的生命周期;
農藥信息,包含農藥類型、噴灑數量、農藥噴灑的休藥期、噴灑目的(柑橘當時的生命周期);
柑橘的生長信息,包含種植時間、生命周期、采摘時間。
質檢部門信息:
質檢部門基礎信息;
感官、品質、微生物、農藥殘留、重金屬、維生素、功能成分、激素等;
感官及品質信息,包含單果重,縱橫徑,可固,可滴定酸,種子數,果皮厚度,可食率,果皮顏色,光滑度,果實軟硬程度,口感以及水分。
收購商信息:
收購商基礎信息;
收購品種、收購時間、收購數量。
運輸企業信息:
運輸企業基礎信息;
運輸時期(運輸開始至運輸完成);
運輸路線(途徑地方以及當時經過的時間);
運輸物品類型;
運輸類型(空運、陸運或者水運);
運輸責任人(當次運輸司機);
托運人以及接收人。
經銷商信息:
經銷商基礎信息;
柑橘類型;
柑橘價格(不同類型對應不同價格)。
快遞企業信息:
快遞企業基礎信息;
快遞時期(起止時間);
快遞路線;
快遞物品類型以及數量;
快遞類型;
快遞負責人;
寄件方以及收件方。
(三)系統詳細設計
(1)土地與農產品溯源模型
本系統采用一個列表結構來描述供應鏈或物流信息網絡中的“點”結構,用一種多輸入多輸出的產品狀態轉移模型來整合整個供應鏈或者物流信息網絡中的“邊”結構。點所代表的是農產品產供銷活動的每個節點,其中包含了所有上游供應鏈,加工細節等;邊結構代表了產品的轉移,需要轉移或交易雙方達成共識。
點結構
點結構內部是以時間為順序的一個列表,對點結構的操作主要包含以下三種類型,初始化、添加記錄和打包列表:
初始化:形成一個空的列表,里面的第一條記錄需要包含:創建列表的實體名稱,創建列表的時間,創建列表的地點。初始化操作只能夠執行一次,并且在執行之前確保該身份已經在通過身份權限配置與審批環節,并綁定了對應的公鑰。
添加記錄:將生成經營活動中的每一步操作的細節信息整合成一條記錄m,假設上一條記錄為m',計算哈希值h=H(m||m'),然后將哈希值h上傳到區塊鏈。該操作可以反復執行,構成一條以時間為順序的鏈表。
打包列表:整合列表中所有的生產經營記錄數據集L,計算哈希值h=H(L)并用該實體的公鑰對數據集L的哈希值h進行簽名得到s,最后將H(s)上傳到區塊鏈中。接下來,將數據集L與簽名s整合成一組數據T=(L,s),上傳到監管部門所指定的云服務器中,云服務器隨機產生一個UUID,然后將UUID作為一個token返回給這個實體,通過這個token任何人可以向云服務器查詢到T。
邊結構
邊結構涉及兩個實體,A和B。例如,A向B提供原材料,B再次加工后轉移給C。或是A將貨物給B后,B直接將貨物轉移給C。邊結構主要用于記錄A與B之間的產品轉移情況。一個邊結構由多個輸入和一個輸出,如果多個擁有相同輸入的邊結構結合,就能夠形成多輸入多輸出的結構,這能夠貼切地描述農事活動與食品供應網絡中的實體與實體之間的關系信息。一個邊結構必須包含A所提供產品的所有相關溯源信息,以及A自己的生產細節。邊結構包含字段有生產列表、源賬戶、目的賬戶、轉移數量、轉移時間和空間位置信息等,具體描述如下:
生產列表:生產列表可以采用點結構中所描述的列表,該列表中除了包含生產細節以外,還記錄了所有的原料來源的溯源信息,即其他邊結構,因為每一個邊結構都代表了一次產品在不同實體之間的轉移。注意這里的生產列表只是一個token,而非真正的列表數據,只要拿到這個token,就可以接入網絡,從授信的管理后臺中訪問到這個列表的所有數據。
源賬戶和目的賬戶:源賬戶指的是交易的賣方,或者物流過程中的托運方;而目的賬戶指的是交易的買方或者物流過程中的被托運方。即源賬戶提供產品,最終流向目的賬戶。這里的源賬戶和目的賬戶均用信用平臺中的公鑰的哈希值來代替。
轉移數量:表示在轉移工程中的數量,類型。輸入允許產生多個邊結構,也允許多個輸出邊結構。例如,監管在授信的管理后臺中提取輸入和輸出,如果輸出之和比輸出之和更高,這就意味著企業提供了不實信息,會被信用平臺所記錄,嚴重者會取消其市場準入資格。
轉移時間:轉移時間記錄了這次產品轉移發生的具體時間,這個時間點應當與區塊鏈中的時間戳一致,不能有太大幅度的變化,否則視為無效。
空間位置:精確每次產品轉移所在的經度、緯度海拔等信息,為產品在供應鏈上流動時提供準確地理位置信息,便于后續使用者全方位了解產品的細節信息,也杜絕了不實的空間位置下溯源數據偽造可能性。
邊結構的數據在在交易達成時整合生成,若邊結構的數據為E,計算哈希值h=H(E),A和B分別對h進行簽名得到sa和sb,A將H(sa||sb)上鏈標記,最后A整合E、sa和sb成數據集G=(E,sa,sb),將G上傳到在授信的管理后臺中,該平臺可以接入監管方或政府部門。G上鏈就表示該過程是雙方都發起認可的的,無法偽造。其后平臺產生UUID,通過這個token任何人可以向云服務器查詢到G。
通過點結構和邊結構的結合,這套模型可以描述供應鏈中各個環節,例如柑橘種植戶是供應鏈的起點,他只需要在點結構中記錄自己的生產詳細信息。當柑橘種植戶需要出售柑橘給收購商時,采用邊結構便可以描述這個柑橘出售過程,由于邊結構里面嵌入了柑橘種植戶的點結構的token,因此通過該邊結構能夠查詢到柑橘的生產信息。收購商在完成柑橘收購的同時,在自己的點結構上也記錄了此次收購信息包括邊結構的token。在柑橘收購商將收購到的感覺承包給物流公司運輸時,收購商的點結構再一次嵌入到了收購商和物流公司一同產生的邊結構中。通過收購商和物流公司的邊結構,可以詳細了解到物流公司收購柑橘的細節以及柑橘種植的細節。以此類推,柑橘最終在經銷商處,通過經銷商提供的點結構的token,消費者可以遞歸遍歷到柑橘在整個供應鏈的各個環節的詳細信息,結合數字簽名和區塊鏈的機制,這些詳細信息都可以被可信驗證。此外,所有的供應鏈信息對監管部門與政府職能部門是完全透明,達成了全維度,全鏈條監管能力,也為市場宏觀調控提供了數據分析依據。
(2)土地金融統一信用信息平臺
基于區塊鏈和智能合約的統一信用信息平臺,提下簡稱信用平臺,旨在提供柑橘溯源系統中各個參與方的身份與公鑰的綁定和對信用相關數據與事件進行信息公布、通過信用評估模型,對農戶因素與農地因素進行建模。基于精準和全面的源頭數據,實現對農地抵押貸款和信用評價與農地使用權交易估值的平臺能力。
針對農戶因素與非農戶因素,我們分別建立Z值評分模型:
其中,X1,X2,…,Xn表示農地抵押貸款信用評價指標,β1,β2,…βn為相應指標的權重,ΣβiXi為貸款申請人各指標數據與指標權重之積的和,稱之為“原始信用值,μ為調整項,由信貸員根據自己的工作經驗和當地政策、經營環境進行主觀賦值。Z值是貸款申請人的信用評分,根據Z值的大小,可以判別貸款申請人的信用資質。
在農戶因素建模中,使用農戶數據評估農戶的貸款申請額度,信用,與償還能力。農戶因素包括農戶的年齡、文化程度、身體健康狀況、是否是種,養殖大戶、農戶生產性固定資產規模、主要收入來源、信用狀況、貸款資金用途等。文化程度高、身體健康的農戶,農戶生產規模越大、家庭資產越多、收入穩定以及信用狀況越好,則其貸款申請越容易通過,貸款金額越大。結合傳統農地經營貸款的貸款模型,農戶因素中權重的排序一般為:信用狀況>貸款資金用途>收入來源>資產>健康>身份>年齡>文化。
在農地因素建模中,主要包含以下指標:
土地證:是否有農村土地承包經營權證
農地面積:面積實際大小
規模化:是否呈規模化
產出價值:單位面積產出物的經濟價值
農地流轉估值:基于以往土地真實收益實現的流轉價格估值
農地流轉估值將農地未來所能產生的生產手貼現到評估的時間點上,把貼現的所有收益加和,作為評估的農地流轉估值。在農地使用權交易中具有確切的指導意義,同時也是在農戶抵押貸款中時核心權重因素。由于我們的溯源系統中會沉淀完整的農產品數據,承包年限,通過農事活動計量成本。在土地使用得當的前提下,土地的效用具有永續行,我們通過收益法實現對農地流轉的估值:
公式中,P為農地流轉估值,Ri為第i年的預期收益額,r為折現率,i為收益期限。
基于對農地因素建模,我們實現了農地流轉過程的估值,依托農產品全鏈條的數據,平臺可以實現對接入平臺的農產品關聯農地的估值服務。同時,借助農戶因素數據,平臺可以建立完善,客觀的農業金融貸款信用評估服務。解決農戶貸款難,貸款慢問題,同時擴大了金融機構的客戶群體,降低了其壞賬風險,優化其資金配置效率,打造信息化,智能化的現代農業活動模式。
(3)區塊鏈+物聯化數據采集平臺
在我們的系統設計中,我們利用物聯網設備采集數據,形成并存儲與基于區塊鏈技術的數據平臺中。
利用區塊鏈+物聯化技術,系統可確保數據隱私性。在聯盟鏈中,非授權節點無法訪問到區塊鏈中的數據,可保證一定程度的數據隱私。此外,部分授權的節點可能存在相互競爭的企業,企業希望保護自身的一些敏感級別較高的數據的隱私性,將自己的敏感信息僅提供給某些下游企業、終端消費者以及監管部門。因此,為達到此種范圍和級別可控的數據隱私性要求,需要通過區塊鏈與傳統存儲方式相結合方式來實現。
利用區塊鏈+物聯化技術,系統可確保數據真實。物聯網化終端作為采集數據的源頭,通過賦予每臺設備相應的區塊鏈身份,每條源頭數據上傳需要硬件采集的時空位置信息,通過終端身份調用系統接口進行數據采集與上傳,從源頭規避了數據造假風險,建設了“物理世界與信息世界的可信數據橋梁“。
五、總結
至此,我們已經可以基于區塊鏈技術,建立一個便捷、高效、實時、準確的農產品溯源系統。該系統集成了農產品溯源與農地信用評估功能,并將兩者結合成一個完整的生態。在這個生態中,區塊鏈技術憑借其真實透明、不可篡改的特性,為系統提供了可靠的數據源、可信的數據共享,促進系統的多方形成了點對點的去中心化協作方式,簡化了系統環節,增進了系統效率。
目前,區塊鏈技術已經可以在眾多領域得到應用,而在溯源領域,區塊鏈有著較好的結合度,在傳統溯源體系的基礎上,區塊鏈技術可以與之結合并起到關鍵作用。區塊鏈技術的發展和應用,將會對消費者的食品安全、農戶的融資需求、經銷商的渠道選擇都起到巨大的積極作用,真正做到區塊鏈技術脫虛向實,為產業經濟的發展而服務。
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