基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì).pdf

2020年第32卷第3期 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì) 蘇 震 趙文彥 南京財(cái)經(jīng)大學(xué)信息工程學(xué)院 南京 21000 摘 要 目的 意義 隨著新技術(shù)的應(yīng)用 智慧農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的必然選擇 但是技術(shù)基礎(chǔ)薄弱 食品質(zhì)量安全 信息不對(duì)稱等問題依然沒有得到解決 為了更好地促進(jìn)和完善智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 筆者將區(qū)塊 鏈技術(shù)引入到智慧農(nóng)業(yè)中 方法 過程 通過對(duì)區(qū)塊鏈特征和內(nèi)涵的分析 論證了區(qū)塊鏈能夠?qū)χ腔坜r(nóng)業(yè)的 關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充和提升 形成安全 透明 高效 對(duì)等的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展模式 從而分析了區(qū)塊鏈與智慧農(nóng) 業(yè)融合發(fā)展的必然性 結(jié)果 結(jié)論 根據(jù)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)框架 并結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的自身特點(diǎn) 筆者設(shè)計(jì)了智慧農(nóng) 業(yè)的區(qū)塊鏈框架 并對(duì)區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)具體應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用進(jìn)行了分析 從而論證了區(qū)塊鏈與智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的 可行性 關(guān)鍵詞 區(qū)塊鏈 智慧農(nóng)業(yè) 體系框架 應(yīng)用場(chǎng)景 中圖分類號(hào) G353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1002 1248 2020 03 0044 10 引用本文 蘇震 趙文彥 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì) J 農(nóng)業(yè)圖書情報(bào)學(xué)報(bào) 2020 32 3 44 53 The Analysis and Design of Smart Agriculture Applications Based on Blockchain SU Zhen ZHAO Wenyan NanjingUniversityofFinanceandEconomics CollegeofInformationEngineering Nanjing21000 Abstract Purpose Significance With the application of new technology smart agriculture is the inevitable choice which can promote the development of agriculture But there are some questions which cannot be solved such as weak technology foundation food quality and safety and information asymmetry In order to prompt and improve the development of intellectual agriculture we combine blockchain with smart agriculture Method Process Through the analysis of the characteristics and content of blockchain the paper first demonstrates that blockchain can complement and improve the key technologies of smart agriculture and help to establish the safe transparent efficient and reciprocity development model Then this paper analyzes the necessity of the integrated development of blockchain and smart agriculture Results Conclusions Based on the framework of blockchain and combined 收稿日期 2020 01 13 基金項(xiàng)目 江蘇省社科基金項(xiàng)目 基于大數(shù)據(jù)的智慧農(nóng)業(yè)云服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究 項(xiàng)目編號(hào) 15TQB007 作者簡(jiǎn)介 蘇震 1977 男 博士研究生 副教授 研究方向 智慧農(nóng)業(yè) 大數(shù)據(jù) 趙文彥 1972 男 碩士研究生 講師 研究方 向 數(shù)據(jù)挖掘 研究論文 DOI 10 13998 ki issn1002 1248 2020 01 13 0012 44 2020年第32卷第3期 中國(guó)歷來是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó) 農(nóng)業(yè)始終是國(guó)民經(jīng)濟(jì) 的命脈 關(guān)乎整個(gè)國(guó)家的國(guó)計(jì)民生 三農(nóng) 問題是 歷年中央一號(hào)文件聚焦和關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域 農(nóng)業(yè)如何 快速 高效 健康的發(fā)展始終是國(guó)家和老百姓關(guān)心的 熱點(diǎn) 改革開放以來 中國(guó)逐步走上農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā) 展道路 發(fā)展模式發(fā)生重大變革 新技術(shù) 新理念不 斷與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合 2015 年 國(guó)務(wù)院印發(fā) 國(guó)務(wù)院 關(guān)于積極推進(jìn) 互聯(lián)網(wǎng) 行動(dòng)的指導(dǎo)意見 其中將 互聯(lián)網(wǎng) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作為是 11 大重點(diǎn)任務(wù)之一 1 2018 年中央一號(hào)文件大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè) 實(shí)施智慧農(nóng) 業(yè) 通過大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 物聯(lián)網(wǎng) 人工智能等新技 術(shù)的使用 智慧農(nóng)業(yè)在大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè) 自動(dòng)化 農(nóng)植物保護(hù) 智能化農(nóng)機(jī)操作以及精準(zhǔn)養(yǎng)殖等方面取 得了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展 但是諸如農(nóng)產(chǎn)品溯源 食品 安全 生態(tài)保護(hù) 農(nóng)藥化肥合理使用等問題依然沒有 得到根本的解決 2 隨著技術(shù)的發(fā)展 區(qū)塊鏈作為電子代幣的關(guān)鍵底 層技術(shù)得到了世界各國(guó)的廣泛重視 歐 美 俄 日 等國(guó)分別制定了本國(guó)的區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展路線 3 區(qū)塊鏈 的對(duì)等網(wǎng)絡(luò) 共識(shí)機(jī)制 密碼學(xué)等要素 確保了信息 的真實(shí) 可靠與對(duì)稱 網(wǎng)絡(luò)的安全 可信與對(duì)等 數(shù) 據(jù)挖掘的有效 公開與共識(shí) 這些都是智慧農(nóng)業(yè)健康 發(fā)展的重要保證 也是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中亟待解決 的問題 筆者對(duì)中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和區(qū)塊鏈基本概念 進(jìn)行了闡述 在此基礎(chǔ)之上 從大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 物 聯(lián)網(wǎng)和人工智能等方面 著重分析了區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)上 述技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過重中的提升和完善作用 論 證了區(qū)塊鏈技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)融合發(fā)展的必然性 其次 以區(qū)塊鏈基礎(chǔ)框架為基礎(chǔ) 并結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的自身特 征 設(shè)計(jì)了智慧農(nóng)業(yè)的區(qū)塊鏈框架 將智慧農(nóng)業(yè)的特 征與區(qū)塊鏈各層結(jié)構(gòu)做了較好的結(jié)合 既發(fā)揮了區(qū)塊 鏈技術(shù)的特征 又兼顧智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的個(gè)性特征 證 明了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在智慧農(nóng)業(yè)的可行性 最后 文 章以農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù) 農(nóng)村金融 農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)為例 具 體闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景 1 中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 1 1 智慧農(nóng)業(yè)提升了中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展格局 智慧農(nóng)業(yè)指的是將大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 物聯(lián)網(wǎng) 人 工智能等新興技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程 實(shí)現(xiàn)生 產(chǎn)數(shù)據(jù)的全收集 生產(chǎn)場(chǎng)景的全觀察 生產(chǎn)管理的智 能化 實(shí)時(shí)診斷的在線化 并提高病蟲害和自然災(zāi)害 的預(yù)警能力 目前 中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展中使用到的新技術(shù) 主要包括大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 人工智能 物聯(lián)網(wǎng) 智慧 農(nóng)業(yè)的發(fā)展改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者的傳統(tǒng)觀念 由過 分依賴經(jīng)驗(yàn)和自然條件轉(zhuǎn)為更多依靠新技術(shù)的使用和 推廣 提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的科技含量 智慧農(nóng)業(yè)在 一定程度上解決了中國(guó)農(nóng)業(yè)先天性分散落后的局面 通過新技術(shù)的使用 提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；潭?體現(xiàn)出集約化和工廠化的特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本 提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo) 大數(shù)據(jù)的技術(shù)使得人們能夠 獲取更多類型和更多數(shù)量的數(shù)據(jù) 并且處理和分析數(shù) 據(jù)的速度和準(zhǔn)確率也大大提高 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集 和分析 從而更好進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)預(yù)測(cè)和決策支持 人 工智能技術(shù)的使用可以更好的替代人力資源 利用少 數(shù)幾個(gè)人實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)耕種管收全過程操作 從而解決農(nóng) 村勞動(dòng)力日益短缺的問題 同時(shí)可以進(jìn)行更加精準(zhǔn)和 合理的生產(chǎn)規(guī)劃 實(shí)施 物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器等設(shè)備 實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物的物物相連 對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況的實(shí)時(shí) 觀察 畜牧生活環(huán)境的即時(shí)檢測(cè) 從而能夠準(zhǔn)確預(yù)防 病蟲害 自然災(zāi)害 并對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測(cè) with the characteristics of smart agriculture the paper designs the blockchain framework of smart agriculture and the application fields based on blockchain are discussed As a result the feasibility of the integrated development of blockchain and smart agriculture is demonstrated Keywords blockchain smart agriculture framework application scenario 蘇 震 趙文彥 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì) 45 2020年第32卷第3期 1 2 農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的某些頑疾依然存在 雖然智慧農(nóng)業(yè)對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了巨大的推動(dòng) 改變了發(fā)展的觀念 提升了生產(chǎn)的效率 新技術(shù)也廣 泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié) 但是智慧農(nóng)業(yè)尚 未完全解決中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的全部問題 一些頑疾依然 存在 主要包括 中國(guó)農(nóng)業(yè)體系依然是小生產(chǎn)大市場(chǎng) 技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱 農(nóng)民素質(zhì)相對(duì)較低 這使得農(nóng)業(yè) 高新技術(shù)難以走進(jìn)家家戶戶 阻礙農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的普及 程度 農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售過于分散 生產(chǎn)者和消費(fèi)者 在地域上 交易鏈上 都距離過大 導(dǎo)致流通環(huán)節(jié)雜 亂 流通成本增加 4 食品安全問題依然存在 蘇丹 紅 三聚氰胺 地溝油 瘦肉精 塑化劑超標(biāo)等事 件 5 依然歷歷在目 這說明農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督依然不能 覆蓋生產(chǎn) 流通和銷售的所有環(huán)節(jié) 食品溯源機(jī)制尚 未完全建立 農(nóng)業(yè)信息不對(duì)稱 生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間 的信息孤島 信息鴻溝依然存在 無法實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品供 求信息的透明化 導(dǎo)致農(nóng)業(yè)采購價(jià)格偏低 消費(fèi)價(jià)格 偏高的不對(duì)稱 6 1 3 區(qū)塊鏈助推智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 2016年10月 中國(guó)工業(yè)和信息化部印發(fā)了 中國(guó) 區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書 7 為中國(guó)的區(qū)塊鏈發(fā) 展正式拉開了帷幕 并指明了發(fā)展的依據(jù)和方向 在 該書中 明確的指出了區(qū)塊鏈與農(nóng)業(yè)融合發(fā)展的領(lǐng)域 和線路 相關(guān)學(xué)者也對(duì)區(qū)塊鏈與智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行 了研究 梁昊等 8 在分析了目前中國(guó)農(nóng)業(yè)所遇到的機(jī)遇 與挑戰(zhàn)基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)了七層的農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu) Lin 等 9 把區(qū)塊鏈作為基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用到農(nóng)業(yè)評(píng)價(jià)體系 Lan等 10 以南非葡萄園為研究對(duì)象 構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈 的農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制 據(jù) 中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及 2017 2021投資商機(jī)研究報(bào)告 中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模于 2013 年已經(jīng)達(dá)到 4 000 億元 僅以應(yīng)用為基礎(chǔ)的智慧 農(nóng)業(yè)市場(chǎng)有望在 2022 年達(dá)到 184 5 億美元的規(guī)模 年 均復(fù)合增長(zhǎng)率 13 8 因此 加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化進(jìn) 程 促進(jìn)信息化和現(xiàn)代化融合發(fā)展已成必然趨勢(shì) 11 智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段 依托部署在農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所的各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán) 境的智能感知 預(yù)警 分析 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化 可視化 智能化的管理與決策 區(qū)塊技術(shù)的蓬勃發(fā)展 能夠很好的解決行業(yè)痛點(diǎn) 區(qū)塊鏈中的塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié) 構(gòu) 分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法 密碼學(xué)的數(shù)據(jù)傳輸方式 智能合約能夠很好為智慧農(nóng)業(yè)建立信任機(jī)制 保障數(shù) 據(jù)安全 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和價(jià)值傳遞的共同傳遞 構(gòu)建智慧 農(nóng)業(yè)發(fā)展的新路徑 因此 區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)民增收 和農(nóng)業(yè)發(fā)展 成為振興智慧發(fā)展的有力支撐 綜上所述 智慧農(nóng)業(yè)既是發(fā)展思路和方向 也是 各種技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果 在大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 物聯(lián) 網(wǎng)和人工智能等核心技術(shù)的支撐下 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智慧 控制 智慧生產(chǎn) 智慧決策 隨著智慧農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?發(fā)展 諸如數(shù)據(jù)獲取 挖掘 安全 可靠性 網(wǎng)絡(luò)安 全和誠信等問題也會(huì)隨之產(chǎn)生 這些既是影響智慧農(nóng) 業(yè)健康快速發(fā)展的重要因素 又是區(qū)塊鏈的用武之地 和優(yōu)勢(shì)所在 區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中將起到兩 方面的作用 首先 他將和大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 物聯(lián)網(wǎng) 人工智能等技術(shù)一樣 成為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心支撐 技術(shù) 其次 區(qū)塊鏈還可以起到信息安全 價(jià)值傳遞 建立安全機(jī)制等作用 不僅可以保障智慧農(nóng)業(yè)的健康 快速發(fā)展 還可以構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的新機(jī)制 因此 充分開發(fā)區(qū)塊鏈的核心功能和應(yīng)用 是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展 的一項(xiàng)重要內(nèi)容 也是智慧農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的必然方向 2 區(qū)塊鏈的基本概念 2 1 區(qū)塊鏈的起源 區(qū)塊鏈技術(shù)最早起源于上世紀(jì)的七八十年代 其 技術(shù)原型在 2008 年由化名 中本聰 的學(xué)者在 Bitcoin A Peer to Peer Electronic Cash System 比特 幣 一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子貨幣系統(tǒng) 12 中提出的 中本 聰創(chuàng)造性地把分布式存儲(chǔ)和加密技術(shù)結(jié)合發(fā)明了比特 幣 因?yàn)楸忍貛艃r(jià)格的一路攀升 區(qū)塊鏈才逐漸為人 們所重視和熟知 文中提出一種完全通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù) 研究論文 DOI 10 13998 ki issn1002 1248 2020 01 13 0012 46 2020年第32卷第3期 實(shí)現(xiàn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng) 通過隨機(jī)散列 Hashing 對(duì)全 部交易加上時(shí)間戳 Time Stamps 將它們合并入一個(gè) 不斷延伸的基于隨機(jī)散列的工作量證明 Proof of Proof 的鏈條作為交易記錄 這里所說的電子現(xiàn)金是 比特幣 鏈條則是區(qū)塊鏈 比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的第 一個(gè)應(yīng)用 區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲(chǔ) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸 共識(shí)機(jī) 制 加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式 13 這里 所說的共識(shí)機(jī)制是指區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間 建立信任 獲取權(quán)益的數(shù)學(xué)算法 筆者認(rèn)為 區(qū)塊鏈 本質(zhì)上是一個(gè)去中心化的數(shù)據(jù)庫 并作為比特幣的支 撐技術(shù) 區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮褂妹艽a學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的 數(shù)據(jù)塊 每個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含了一次比特幣網(wǎng)絡(luò)交易的 信息 用于驗(yàn)證其信息的有效性和生成下一個(gè)區(qū)塊 14 2 2 區(qū)塊鏈的形式 特點(diǎn)及現(xiàn)狀 區(qū)塊鏈目前主要分為公有鏈 私有鏈 聯(lián)盟鏈 3 種形式 每種形式各有側(cè)重點(diǎn) 應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)現(xiàn)功能 以及基于此構(gòu)成的不同經(jīng)濟(jì)生態(tài)模式 表 1 對(duì)不同形 式區(qū)塊鏈的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比 私有鏈中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的寫入權(quán)限收歸內(nèi)部控制 而 讀取權(quán)限可根據(jù)需求有選擇地對(duì)外開放 適用于特定 機(jī)構(gòu)的內(nèi)部數(shù)據(jù)管理與審計(jì) 聯(lián)盟鏈由某個(gè)群體內(nèi)部 指定多個(gè)預(yù)選的節(jié)點(diǎn)為記賬人 每個(gè)塊的生成由所有 預(yù)選節(jié)點(diǎn)共同決定 其他接入節(jié)點(diǎn)可以參與交易 公 有鏈?zhǔn)侵溉澜缛魏稳硕伎梢宰x取 發(fā)送交易且交易 能夠得到有效確認(rèn)的 也可以參與其中共識(shí)過程的區(qū) 塊鏈 比特幣是公有鏈 1 0 的典型應(yīng)用 比特幣基于 P2P網(wǎng)絡(luò) 所有節(jié)點(diǎn)對(duì)等 且都運(yùn)行相同的節(jié)點(diǎn)程序 以太坊是公有鏈 2 0 模式的主要代表 以支持智能合 約 去中心化為主要特征 目前以太坊的系統(tǒng)完整性 和生態(tài)建設(shè)相對(duì)較好 聚集全球最多的開發(fā)者群體 可以基于以太坊開發(fā)一些應(yīng)用型的 DAPP Decentral ization Application 去中心化應(yīng)用 EOS Enterprise Operation System 是商用分布式應(yīng)用設(shè)計(jì)的一款區(qū)塊 鏈操作系統(tǒng) 引入了一種新的區(qū)塊鏈架構(gòu) 實(shí)現(xiàn)分布 式應(yīng)用的性能擴(kuò)展 它并不像比特幣和以太坊那樣是 貨幣 而是基于 EOS軟件項(xiàng)目上開發(fā)的代幣 是公有 鏈3 0的應(yīng)用代表 超級(jí)賬本 Hyperledger 項(xiàng)目是全 球最大的開源企業(yè)級(jí)分布式賬本平臺(tái) 它首次將區(qū)塊 鏈技術(shù)引入到聯(lián)盟鏈的應(yīng)用場(chǎng)景 引入權(quán)限控制和安 全保證 為基于區(qū)塊鏈技術(shù)的未來全球網(wǎng)絡(luò)打下了堅(jiān) 實(shí)的基礎(chǔ) 2 3 區(qū)塊鏈的應(yīng)用領(lǐng)域 區(qū)塊鏈技術(shù)表面上是技術(shù)性問題 但究其本質(zhì)而 言 是解決了信任的問題 這種信任的建立需要基于 以下幾個(gè)要素 一是算法和代碼 通過算法和代碼構(gòu) 建出一個(gè)公正 公平 公開的系統(tǒng) 二是密碼學(xué)的應(yīng) 用 通過不對(duì)稱密鑰和數(shù)字簽名的使用 保證數(shù)據(jù)在 傳輸過程中不可篡改 三是廣播式的傳輸機(jī)制 廣而 告之的傳播方式解決了信息不對(duì)稱的問題 消除了網(wǎng) 絡(luò)中的信息孤島和鴻溝 保障了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳遞和價(jià) 值傳遞 自從進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代以后 過去兩年產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)量超過了人類有史以來數(shù)據(jù)總量的 90 以上 各種 經(jīng)濟(jì)活動(dòng) 社會(huì)行為都以數(shù)據(jù)形式保存在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 上 當(dāng)一切都被數(shù)據(jù)化 網(wǎng)絡(luò)化以后 數(shù)據(jù)所有權(quán) 收益權(quán) 使用權(quán)的劃分和保護(hù) 將會(huì)變得尤為重要 區(qū)塊鏈以一種技術(shù)的形式 重新構(gòu)建了商業(yè)行為和產(chǎn) 業(yè)關(guān)系的信任體系 因此 凡是需要更加公平 公正 公開的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域 都有可能與區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行融合發(fā)展 G1 G2G3G4G1 G5G6G4G1 G7G3G4G8G9GAG1 G7G3G4GBG9GAG1 G7G3G4GCG9GAG1 GDGEGFG1 G10G11G12G13G14G15G16G1 G5G6G15G16G17G18G1 G19G1AG1BG1CG1DG17G18G1 G19G1AG1BG1CG1DG17G18G1 G19G1AG1BG1CG1DG17G18G1 G1EG1FG13G20G1 G1 G11 G1 G1 G1 G1 45G1 G1D45 G1 345 G1 A45 B345 G1 A45 G1 345 G1 G1 表 1 3種形式區(qū)塊鏈的特點(diǎn)對(duì)比 蘇 震 趙文彥 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì) 47 2020年第32卷第3期 3 區(qū)塊鏈與智慧農(nóng)業(yè)融合發(fā)展的必然性 隨著新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的廣泛使用 農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化 智能化和自動(dòng)化程度大大提升 改變 了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式 進(jìn)入智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展軌道 但是在此發(fā)展過程中 大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 物聯(lián)網(wǎng)和人 工智能等技術(shù)也存在亟待解決的問題 15 比如數(shù)據(jù)安 全 中心負(fù)載過重 信任機(jī)制等等 16 因此 筆者將 從區(qū)塊鏈技術(shù)與上述技術(shù)相互促進(jìn)和完善的角度 闡 述區(qū)塊鏈和智慧農(nóng)業(yè)融合發(fā)展的必然性 3 1 區(qū)塊鏈與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù) 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展 以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備 的大量部署 數(shù)據(jù)的數(shù)量急劇增加 類型大量豐富 對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求大大提高 同時(shí)數(shù)據(jù)所能夠帶 來的價(jià)值也逐步提升 這些勢(shì)必給農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的獲取 存儲(chǔ) 分析和管理等方面帶來新的挑戰(zhàn) 區(qū)塊鏈的應(yīng) 用正好可以應(yīng)對(duì)上述的挑戰(zhàn)和問題 首先區(qū)塊鏈采用 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模式和分布式的存儲(chǔ)機(jī)制 實(shí)現(xiàn)了去中 心化 弱化了傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)中心和平臺(tái) 分散了數(shù)據(jù) 獲取 存儲(chǔ)和分析的壓力 降低了成本 并且不會(huì)因 為網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)節(jié)點(diǎn)而影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 從而保障了 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)安全 其次區(qū)塊鏈中的每一個(gè)區(qū)塊包含 了一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 并將數(shù)據(jù)輸入到哈希函數(shù) 得到該數(shù)據(jù)的 Hash 值 將這些數(shù)據(jù)的 Hash 值按照對(duì) 稱二叉樹排列組成形成 Merkle樹 并且為每個(gè)區(qū)塊加 蓋時(shí)間戳 這就保證了數(shù)據(jù)不被篡改 為農(nóng)產(chǎn)品溯源 提供了數(shù)據(jù)支撐 再次 在數(shù)據(jù)傳輸時(shí) 每一個(gè)區(qū)塊 數(shù)據(jù)通過哈希函數(shù)形成數(shù)據(jù)摘要 并根據(jù)密碼學(xué)原理 給數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)摘要附上非對(duì)稱密鑰和數(shù)字簽名 保證 了數(shù)據(jù)的不可否認(rèn) 也為數(shù)據(jù)價(jià)值的歸屬提供了界定 依據(jù) 3 2 區(qū)塊鏈與云計(jì)算 云計(jì)算在智慧農(nóng)業(yè)已經(jīng)得以應(yīng)用 在過去的應(yīng)用 過程中 云計(jì)算中心化特征比較明顯 首先所有的數(shù) 據(jù) 資源和服務(wù)均集中于 云 端 帶來較大的數(shù)據(jù) 處理和存儲(chǔ)壓力 同時(shí) 云 端的癱瘓會(huì)給數(shù)據(jù)帶來 不可挽回的損失 給數(shù)據(jù)安全帶來隱患 其次 農(nóng)業(yè) 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)分散化和碎片化的特征 不易于集中到云中 心 這樣會(huì)導(dǎo)致云端數(shù)據(jù)不完整 從而影響云服務(wù)的 質(zhì)量 再次 在傳統(tǒng)云計(jì)算中 數(shù)據(jù)消費(fèi)者 數(shù)據(jù)提 供者 數(shù)據(jù)服務(wù)者的角色相對(duì)固定 易造成不同角色 之間的信息不對(duì)稱 通過區(qū)塊鏈與云計(jì)算的融合 可 以改變傳統(tǒng)云計(jì)算的運(yùn)作模式 區(qū)塊鏈的去中心化特 征可以形成若干個(gè)子云端 通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接子 云端 在子云端采用分布式計(jì)算方式 從而可以減輕 對(duì)中心云端的依賴 區(qū)塊鏈模式下 網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié) 點(diǎn)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接 節(jié)點(diǎn)之間的地位平等 角色 靈活不固定 通過挖礦進(jìn)行記賬權(quán)的爭(zhēng)奪 每個(gè)節(jié)點(diǎn) 都可能獲得記賬權(quán) 從而成為數(shù)據(jù)服務(wù)者 并廣而告 之 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的信息對(duì)稱 與此同時(shí) 各 個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以成為數(shù)據(jù)的消費(fèi)者 也可以成為數(shù)據(jù)的 提供者 這樣易于將分散 零碎的數(shù)據(jù)集中和收集 通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式 讓這些數(shù)據(jù)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間 共享 并上傳至各個(gè)子云端 提高云端數(shù)據(jù)的完整性 3 3 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng) 目前 中國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)存在的主要問題包括 農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的組網(wǎng)模式依然是以中心化為主要特征 各個(gè)設(shè)備之間的互動(dòng)互連不足 物聯(lián)網(wǎng)的傳輸速度相 對(duì)較慢 并且運(yùn)行維護(hù)成本比較高 因此較慢的速 度和高昂的成本成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模推廣使用的障 礙 17 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了物物相連 人物相連 但是物聯(lián) 網(wǎng)的信任機(jī)制尚未完全建立 更多實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)傳遞 而非價(jià)值傳遞 筆者認(rèn)為 區(qū)塊鏈技術(shù)能夠解決農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)上述的存在問題 首先區(qū)塊鏈的去中心化模式 能夠減少物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的運(yùn)行壓力 并且通過設(shè)備自 我管理方式的見地運(yùn)營(yíng)成本 其次區(qū)塊鏈的共享式賬 本能夠記錄農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)流通銷售全過程的數(shù)據(jù) 保證 了網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的公開 不可篡改和不可否認(rèn) 再次 區(qū) 塊鏈?zhǔn)墙⒃谒惴ê痛a之上 也是區(qū)連塊共識(shí)機(jī)制 的核心和基礎(chǔ) 因此 在這個(gè)基礎(chǔ)上建立的共識(shí)機(jī)制 研究論文 DOI 10 13998 ki issn1002 1248 2020 01 13 0012 48 2020年第32卷第3期 圖 1 區(qū)塊鏈體系結(jié)構(gòu) 更易成為網(wǎng)內(nèi)用戶共同信任和遵守的準(zhǔn)則 最后 通 過區(qū)塊鏈的條鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) 可以建立比較健全的農(nóng)產(chǎn)品 溯源機(jī)制 保證溯源數(shù)據(jù)的完整 準(zhǔn)確和可信 18 3 4 區(qū)塊鏈與人工智能 隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的全 面拓展 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化水平將會(huì)大大提 高 諸如農(nóng)用智能遙感技術(shù) 智能果蔬分揀設(shè)備 智 能植保機(jī)械 智能施藥機(jī) 智能除草機(jī)器人 果實(shí)采 摘機(jī)器人等人工智能技術(shù)和人工智能設(shè)備將會(huì)更多的 取代人力資源 農(nóng)業(yè)資源的配置 規(guī)劃和使用也將更 加合理和高效 位土地面積的產(chǎn)出率和優(yōu)產(chǎn)率將會(huì)大 大提高 人工智能技術(shù)主要依靠大量的數(shù)據(jù)和算法 經(jīng)過一定時(shí)間的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)越安 全可信 時(shí)間序列越長(zhǎng) 人工智能技術(shù)就越成熟 同 時(shí)人工智能使用也非常依賴于機(jī)器與人之間的信任機(jī) 制 區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)安全 透明 不可篡改和否認(rèn) 為人工智能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練提供了可靠的數(shù)據(jù)來源 同 時(shí)區(qū)塊鏈基于算法和技術(shù)的信任和共識(shí)機(jī)制 也為智 能設(shè)備的互信提供了依據(jù)和保障 4 智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈的框架設(shè)計(jì) 區(qū)塊鏈作為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn) 正 在成為一種現(xiàn)象 開始逐漸融入人們的生活 物聯(lián) 網(wǎng) 區(qū)塊鏈 數(shù)字金融區(qū)塊鏈 大數(shù)據(jù) 區(qū)塊 鏈 等一系列技術(shù)概念被相繼提出并應(yīng)用 19 筆者將 根本中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用特征 對(duì)智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈框 架進(jìn)行探討 4 1 區(qū)塊鏈的體系結(jié)構(gòu) 區(qū)塊鏈基本的體系結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 區(qū)塊鏈體系 結(jié)構(gòu)一共分為 6 層 數(shù)據(jù)層 網(wǎng)絡(luò)層 共識(shí)層 激勵(lì) 層 合約層和應(yīng)用層 數(shù)據(jù)層包括了區(qū)塊體和區(qū)塊頭 兩個(gè)部分 區(qū)塊體涉及的內(nèi)容主要有數(shù)據(jù)區(qū)塊 哈希 值以及非對(duì)稱加密 時(shí)間戳 Merkle 樹 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)以 及前一區(qū)塊則包含在區(qū)塊頭部分 筆者認(rèn)為 在數(shù)據(jù) 區(qū)塊中應(yīng)該更多的包含農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 銷售 流通等方面 的數(shù)據(jù) 從而體現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的特色 網(wǎng)絡(luò)層主要規(guī)定 了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)模式 數(shù)據(jù)的傳輸模式 以及安全驗(yàn)證 機(jī)制 在區(qū)塊中網(wǎng)絡(luò)模式采用 P2P 模式 實(shí)現(xiàn)了去中 心化和節(jié)點(diǎn)之間的平等 數(shù)據(jù)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的模式進(jìn)行傳 輸 保證了數(shù)據(jù)的公開和透明 消除了節(jié)點(diǎn)之間的信 息不對(duì)稱 采用非對(duì)稱加密和數(shù)字簽名對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn) 證 從而保證了數(shù)據(jù)的不可篡改和不可否認(rèn) 農(nóng)業(yè)信 息的主要特征是規(guī)?；?且較為分散 因此在網(wǎng)絡(luò) 層設(shè)計(jì)的時(shí)候 筆者認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)這一特征 既不能 依賴唯一一個(gè)中心 也不能完全的去中心 采用亞中 心結(jié)構(gòu)比較符合農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的特征 共識(shí)層是區(qū)塊鏈實(shí) 現(xiàn)信任機(jī)制的主要保障 封裝了POW Proof of Work 工作量證明 POS Proof of Stake 權(quán)益證明 DPOS Delegated Proof of Stake 授權(quán)股份證明 等共 識(shí)機(jī)制 POW成本比較高 POS比較費(fèi)時(shí) 因此在智 蘇 震 趙文彥 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì) 49 2020年第32卷第3期 圖 2 智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層 慧農(nóng)業(yè)的共識(shí)層采用 DPOS 比較合適 激勵(lì)層從經(jīng)濟(jì) 角度對(duì)區(qū)塊鏈進(jìn)行設(shè)計(jì)和保障 具體的激勵(lì)機(jī)制有發(fā) 行機(jī)制和分配機(jī)制 在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 主要的激勵(lì)來 自于較低的成本和較快的確認(rèn)速度 合約層主要包含 了腳本代碼 算法機(jī)制和智能合約 20 通過該層 區(qū) 塊鏈實(shí)現(xiàn)了可編程 農(nóng)業(yè)關(guān)乎到國(guó)際民生 因此筆者 認(rèn)為在合約層中必須加入國(guó)家以及地方的相關(guān)法律法 規(guī) 應(yīng)用層的主要內(nèi)容則是區(qū)塊鏈在各個(gè)領(lǐng)域的具體 應(yīng)用和案例 如數(shù)字貨幣 區(qū)塊鏈 金融 以及可 編程社會(huì)等 根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯 源 農(nóng)村金融 農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)勢(shì)必是區(qū)塊鏈的重要應(yīng)用領(lǐng) 域 基于此筆者將以區(qū)塊鏈基本體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ) 結(jié) 合智慧農(nóng)業(yè)的特點(diǎn) 構(gòu)建貫穿農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的智慧 農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈框架 4 2 數(shù)據(jù)層 在設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層的時(shí)候 主要需要 解決的問題包括 一是該數(shù)據(jù)層要符合區(qū)塊鏈的基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu) 具有共性特征 因此智慧農(nóng)業(yè)的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層 也應(yīng)該包括數(shù)據(jù)區(qū)塊頭部信息和區(qū)塊體 在頭部信息 部分 涉及的主要內(nèi)容包括版本號(hào) 上一區(qū)塊 Hash 值 本區(qū)塊數(shù)據(jù)信息 時(shí)間和地點(diǎn)戳 共識(shí)信息及其 數(shù)字簽名和Hash值 區(qū)塊體主要按照對(duì)稱二叉樹排列 后構(gòu)成的 Merkle 樹 并生成 Merkle 樹的 Hash 值 保 證了數(shù)據(jù)不可篡改和可追溯 二是該數(shù)據(jù)層一定要實(shí) 現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的要求 具有個(gè)性特征 概括地說 農(nóng)產(chǎn) 品生產(chǎn) 加工 運(yùn)輸 銷售直到消費(fèi)者手中是農(nóng)業(yè)過 程的全部環(huán)節(jié) 19 因此 數(shù)據(jù)層采集的數(shù)據(jù)主要包括 擴(kuò)農(nóng)作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 物流數(shù)據(jù)和交易數(shù)據(jù) 基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括農(nóng)作物生產(chǎn)信息 化肥農(nóng)藥使用信息 氣候與環(huán)境信息 通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)采 集 物流信息和交易信息則通過自動(dòng)或手工的方式進(jìn) 行錄入 具體構(gòu)架如圖2所示 4 3 網(wǎng)絡(luò)層與共識(shí)層 區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)層采用的是 P2P 的網(wǎng)絡(luò)模式 實(shí)現(xiàn) 了去中心化 節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳播 機(jī)制 并且采用非對(duì)稱加密技術(shù) 對(duì)所有的數(shù)據(jù)實(shí)施 公鑰加密 私鑰解密的驗(yàn)證過程 保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌?全性 同時(shí)配以數(shù)字簽名的使用 保證傳輸過程中數(shù) 據(jù)的完整性和不可否認(rèn)性 結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)分散 規(guī)?；潭鹊偷奶攸c(diǎn) 筆者在智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)層 采用弱中心化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 既不完全依賴于一個(gè)絕對(duì)中 心 也不是絕對(duì)的去中心化 而是采用多個(gè)子中心的 模式 子中心點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相連 實(shí)行分布式計(jì)算和存儲(chǔ) 每個(gè)子中心連接相應(yīng)的終端 如圖 3 所示 這種結(jié)構(gòu) 的好處是 首先減輕了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心的負(fù)載壓力 其 次保證了數(shù)據(jù)的安全 不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)子中心的癱瘓 而影響到數(shù)據(jù)收集 分析和存儲(chǔ) 最后 每個(gè)子中心 分別連接著相應(yīng)的終端 有利于對(duì)分散的信息進(jìn)行整 合 提高農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息的規(guī)模化 圖 3 弱中心化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 研究論文 DOI 10 13998 ki issn1002 1248 2020 01 13 0012 50 2020年第32卷第3期 區(qū)塊鏈基本體系結(jié)構(gòu)的共識(shí)層包括了POW POS DPOS 等多個(gè)共識(shí)機(jī)制 21 POW共識(shí)機(jī)制的主要缺陷 是算力強(qiáng)大而造成資源的極大浪費(fèi) 并且長(zhǎng)達(dá) 10 分鐘 的交易確認(rèn)時(shí)間也不適合農(nóng)產(chǎn)品交易 POS 共識(shí)不需 要消耗外部算力和資源 但是需要參與認(rèn)證和記賬的 節(jié)點(diǎn)比較多 不能夠?qū)崿F(xiàn)快速認(rèn)證 而 DPOS 機(jī)制不 需要高消耗的復(fù)雜計(jì)算 節(jié)約資源 并且大幅減少參 與認(rèn)證和記賬的節(jié)點(diǎn) 縮短了交易確認(rèn)時(shí)間 因此 筆者選取 DPOS 作為智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈共識(shí)層的共識(shí)機(jī) 制 22 首先由農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn) 加工 銷售 物流的合法 企業(yè)和個(gè)人 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)管部門 銀行等組成委托人 所有委托人驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性 數(shù)據(jù)通過驗(yàn)證以后 區(qū)塊信息得以正式形成 并加入到區(qū)塊鏈的末端 為 了保證委托人身份不可否認(rèn)和共識(shí)機(jī)制的不可篡改 需要所有委托人將個(gè)人身份信息寫入到區(qū)塊鏈的共識(shí) 層形成共識(shí)信息 其次將個(gè)人身份信息輸入哈希函數(shù) 得到信息摘要 并進(jìn)行私鑰加密 形成委托人的數(shù)字 簽名 最后將共識(shí)信息輸入哈希函數(shù) 得到其 Hash 值 4 4 激勵(lì)層 合約層與應(yīng)用層 由于在共識(shí)層采用了 DPOS 共識(shí)機(jī)制 基于此機(jī) 制 筆者認(rèn)為智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈的激勵(lì)主要來自于 首 先避免了高消耗的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算 節(jié)約了資源 降低 了成本 其次大量減少了參與認(rèn)證和記賬的節(jié)點(diǎn) 縮 短了交易確認(rèn)時(shí)間 節(jié)約了時(shí)間成本 提高了交易效 率 再次 在共識(shí)層中 需要所有人委托人確認(rèn)數(shù)據(jù) 信息的正確性 才能形成新的數(shù)據(jù)區(qū)塊 并加入?yún)^(qū)塊 鏈 這樣就保證了鏈中數(shù)據(jù)的可信性 從而形成更加 高效可靠的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全認(rèn)證機(jī)制 筆者認(rèn)為農(nóng)產(chǎn) 品和食品質(zhì)量安全是農(nóng)業(yè)頭等重要的問題 因此在合 約層中 首先加入的是 中華人民共和國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量 安全法 并根據(jù)各個(gè)省份的不同要求 配以相關(guān)的地 方法規(guī)規(guī)定和智能合約 智能合約在不需要第三方背 書 可以根據(jù)預(yù)設(shè)的條件 時(shí)間和時(shí)間 自動(dòng)執(zhí)行數(shù) 字資產(chǎn)交易 并將交易信息加入?yún)^(qū)塊鏈 20 應(yīng)用層主 要為了針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者 銷售者 消費(fèi)者的不同要求 提供相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù) 主要包括 高效快捷的交易過 程 低廉快速的物流體系 透明公開的價(jià)格機(jī)制 可 靠可信的溯源路徑 以及公正公平的監(jiān)督制度 5 智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景 根據(jù)區(qū)塊鏈的體系結(jié)構(gòu) 區(qū)塊鏈具有去中心化 分布式存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)的時(shí)間序列性且不可篡改和否認(rèn) 智能合約的自動(dòng)執(zhí)行 安全和隱私保護(hù)等特點(diǎn) 23 這 使得區(qū)塊鏈成功應(yīng)用在數(shù)字貨幣 金融 醫(yī)藥 能源 等領(lǐng)域 通過前文關(guān)于區(qū)塊鏈和智慧農(nóng)業(yè)融合發(fā)展必 然性的分析 可以得知 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層可以保證數(shù)據(jù) 的完整 真實(shí) 不可篡改和不可否認(rèn) 這為區(qū)塊鏈在 溯源機(jī)制中的應(yīng)用提供了保障 基于區(qū)塊鏈的云計(jì)算 能夠降低運(yùn)算成本 提高運(yùn)算效率 從而保證驗(yàn)證的 真實(shí)和高效 區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制能夠解決物聯(lián)網(wǎng)的信 任問題 因此 可以將共識(shí)機(jī)制引用到其他需要信任 機(jī)制的其他領(lǐng)域 區(qū)塊鏈與人工智能的結(jié)合 可以使 人工智能獲得更多真實(shí) 可靠和完整的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和算 法 提高智能化水平 這與智能合約的技術(shù)原理類似 換言之 可以認(rèn)為智能合約是區(qū)塊鏈與人工智能的一 個(gè)具體應(yīng)用 因此下文將從區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)層 共識(shí)層 和合約層探討區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景 5 1 基于區(qū)塊鏈的農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制 為了保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全 建立農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制 勢(shì)在必行 而農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制的關(guān)鍵在于溯源數(shù)據(jù)的 完整性 真實(shí)性和不可篡改 上文設(shè)計(jì)的智慧農(nóng)業(yè)區(qū) 塊鏈數(shù)據(jù)層可以滿足農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制的上述要求 首 先數(shù)據(jù)層的時(shí)間戳能夠保證數(shù)據(jù)的完整 每一個(gè)區(qū)塊 都加蓋時(shí)間戳 并按照時(shí)間順序?qū)^(qū)塊連接形成區(qū)塊 鏈 因此 區(qū)塊鏈可以包含農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn) 加工 儲(chǔ)藏 和銷售等過程的全部數(shù)據(jù) 其次 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層通過 將數(shù)據(jù)輸入到哈希函數(shù)得到每個(gè)數(shù)據(jù)的哈希值 由于 哈希函數(shù)具有不可逆性和輸入輸出一一對(duì)應(yīng)的特性 這樣就可以保證溯源機(jī)制相關(guān)數(shù)據(jù)的不可篡改性 最 后 在區(qū)塊數(shù)據(jù)的傳輸過程中 采用了數(shù)字簽名和非 蘇 震 趙文彥 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用分析與設(shè)計(jì) 51 2020年第32卷第3期 對(duì)稱密鑰 保證了溯源機(jī)制數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性 綜上 所述 筆者所設(shè)計(jì)的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層能夠很好保證數(shù)據(jù) 的真實(shí) 完整 不可篡改和不可否認(rèn) 而這些特征是 構(gòu)成農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制的關(guān)鍵因素 因此 基于區(qū)塊鏈 的農(nóng)產(chǎn)品溯源機(jī)制是區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的典 型領(lǐng)域之一 5 2 基于區(qū)塊鏈的農(nóng)村金融 目前 貸款難是農(nóng)村金融面臨的一個(gè)大問題 抵 押認(rèn)證是造成上述局面的主要原因 區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī) 制能夠很好的解決上述問題 智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈采用了 DPOS 共識(shí)機(jī)制 該機(jī)制的主要特點(diǎn)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠 自主決定其信任的授權(quán)節(jié)點(diǎn)且由這些節(jié)點(diǎn)輪流記賬生 成新區(qū)塊 通過該機(jī)制 對(duì)所有委托人的信息都進(jìn)行 了記錄 確保了相關(guān)數(shù)據(jù)的完整 公開 透明和不可 篡改 申請(qǐng)貸款時(shí)不再依賴金融的信用證明 而是通 過調(diào)取區(qū)塊鏈中的相關(guān)數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn)抵押認(rèn)證 減少 認(rèn)證流程 提高認(rèn)證效率 因此 通過區(qū)塊鏈共識(shí)層 中的 DPOS 機(jī)制 可以解決農(nóng)村金融中的身份認(rèn)證和 抵押認(rèn)證等問題 從而解決貸款難的問題 5 3 基于區(qū)塊鏈的農(nóng)業(yè)保險(xiǎn) 中國(guó)是農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害多發(fā)國(guó)家 主要包括病蟲災(zāi) 害和自然災(zāi)害 這些災(zāi)害主要特征是頻率高 范圍廣 損失大 24 為了減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者的損失和抗災(zāi)害 能力 農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)的發(fā)展勢(shì)在必行 但目前中國(guó)農(nóng)業(yè)保 險(xiǎn)業(yè)的主要問題是定損難 履約難等 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層 可以記錄農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù) 確保數(shù)據(jù)的真實(shí) 可靠 便于形成對(duì)災(zāi)情的正確評(píng)估和判斷 實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn) 定損 認(rèn)證 理賠的客觀 公正和透明 區(qū)塊鏈合約 層的智能合約能夠在不需要第三方擔(dān)保的情況 根據(jù) 設(shè)定的條件 時(shí)間和地點(diǎn) 自動(dòng)執(zhí)行數(shù)字貨幣交易 從而為保險(xiǎn)履約提供了保障 6 結(jié)語 隨著數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展 提供了農(nóng) 業(yè)發(fā)展新的路徑和模式 促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí) 提升了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化 智慧化程度 筆者從區(qū)塊 鏈的網(wǎng)絡(luò)模式 傳輸方式 信任機(jī)制和安全體系等角 度 闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)的促進(jìn)和 服務(wù)作用 論證了在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的 必要性 并根據(jù)區(qū)塊鏈架構(gòu) 結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的自身特 點(diǎn) 提出了智慧農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈體系架構(gòu)和發(fā)展場(chǎng)景 區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)基本技術(shù)和底層平臺(tái) 能夠降低 設(shè)備成本 消除信息不對(duì)稱 建立安全可信的信息溯 源機(jī)制 但是目前區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究大多 還處于初探階段 尚未形成完善的理論框架和成熟的 應(yīng)用案例 因此 基于區(qū)塊鏈的智慧農(nóng)業(yè)的理論體系 區(qū)塊鏈對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)率 以及基于智慧農(nóng)業(yè)的區(qū) 塊鏈技術(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將是未來的研究重點(diǎn) 參考文獻(xiàn) 1 國(guó)務(wù)院 國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn) 互聯(lián)網(wǎng) 行動(dòng)的指導(dǎo)意見 EB OL 2019 12 20 10002 htm 2 倪瑜 中美農(nóng)業(yè)發(fā)展概況對(duì)比分析 J 新產(chǎn)經(jīng) 2018 12 88 95 3 龔鳴 區(qū)塊鏈社會(huì) 解碼區(qū)塊鏈全球應(yīng)用與投資案例 M 北京 中信 出版集團(tuán) 2016 240 280 4 Feng T An agri food supply chain traceability system for China based on RFID blockchain technology C International Conference On Service Systems And Service Management 2016 1 6 5 吳林海 2017 年中國(guó)食品安全狀況研究報(bào)告 N 中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào) 2018 12 27 010 6 梁瑞華 在不對(duì)稱信息下對(duì)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)的交易影響硏究 J 全國(guó)流通經(jīng)濟(jì) 2018 30 3 5 7 周平平 杜平宇 李平斌等 中國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書 EB OL 2019 12 19 20 580866e374069 pdf 8 梁昊 劉思辰 張一諾 呂科 農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 展望 J 智慧農(nóng)業(yè) 2019 1 67 75 9 Lin Y P Petway J R Anthony J Blockchain The evolutionary next step for ICT E Agriculture J Environments 2017 4 3 50 10 Lan G Christopher B Jacco S et al Blockchain for agriculture and 研究論文 DOI 10 13998 ki issn1002 1248 2020 01 13 0012 52 2020年第32卷第3期 food Findings from the pilot study M Wageningen Wageningen E conomic Research 2017 1 40 11 區(qū)塊鏈專委會(huì) 區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用展望 EB OL 2020 01 03 12 Satoshi N Bitcoin A peer to peer electronic cash system EB OL 2019 11 25 https bitcoin org bitcoin pdf 13 Swan M Blockchain thinking the brain as a decentralized autonomous Corporation J IEEE Technology and Societ Magazine 2