区块链在农业中的应用展望

0 引言

2008年，国际金融危机爆发。同年11月1日，中本聪（笔名）发表了《比特币：一种点对点的现金支付系统》 的论文，基于P2P技术和加密技术，提出了一种不需要金融机构的交易系统。论文中首次提出了区块链技术，近年在以比特币为代表的虚拟币备受

1 区块链技术

1.1 区块链概述

在传统的交易中通常需要一个中心节点记账，一方面，中心节点提供信用体系让各方可以信任，另一方面中心节点记账可以防止多次结算。但这样的缺点也是明显的，如果中心节点出现问题，那么整个经济体系就会崩溃，比特币的起源就是无政府主义者（主要是IT从业者）对华尔街作恶引发了2008年金融危机的不满。因此，中本聪在设计比特币时遵循去中心化的思想，为了解决无中心节点的记账问题，通过分布式技术，全网共同维护唯一一条交易链，链的每个节点即为一个区块，每个区块记录当前交易的信息和前面、后面交易的地址，每发生一笔交易就在交易链上延伸一个区块，全网更新该交易链，这条交易链也叫做区块链，以此延伸的技术就是区块链技术。

基于这样的设计思路，区块链具有以下几个特点：

（1）去中心化。区块链通过密码学和共识机制提供信任机制，不需要中心化的管理机构。

（2）自治性。区块链系统内部采取统一协商管理，整个操作规范和协议操作能够在安全的环境中进行交换 。

（3）开放性。区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用。

（4）信息不可篡改。全网所有节点备份区块链数据，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的。

1.2 区块链发展历程

1.2.1 区块链1.0《比特币：一种点对点的现金支付系统》中阐述的初代区块链概念，被认为是区块链1.0 （图1）。区块链1.0实现了电子货币的功能，比特币是其首个应用，比特币通过互联网协议和加密技术提供保护和支持，实现了无需信任中介的信任机制，颠覆了传统的交易模式。更重要的是，区块链技术提供了一种机制，通过程序和协议使交易自发运行，避免和防止人为参与。在这种带着哲学思想的机制下，区块链技术有可能动摇人类社会的共识模式，因此，区块链技术被认为是继大型机、个人电脑、互联网、移动/社交网络之后计算范式的第五次颠覆式创新，是人类信用进化史上继血亲信用、贵金属信用、央行纸币信用之后的第4个里程碑 。

区块链1.0奠定了区块链技术的基础，包括：

（1）分布式技术实现区块链中各节点独立、完整的数据存储。从使用的角度讲，区块链通过在互联网上建立一本公共账簿，允许所有的参与者在账簿上记录与核查，保障多方参与、节点相互独立。

（2）链式存储加密信息保障可靠读入。搭建区块的链式结构实现区块间的相互联系机制，哈希算法(Hash Algorithm)、数字签名、非对称数字加密技术确保数据安全可靠并达成交易双方初步的相互信任。

（3）共识机制下实现信息的有效流转。共识机制指的是区块链中所有个体对区块链中的数字、行为或流程达成一致。区块链的共识机制具备“少数服从多数”及“人人平等”的特点 。

1.2.2 区块链2.0 2013年，以太坊创初版白皮书《以太坊：下一代智能合约和去中心化应用平台》 发布，描绘了区块链技术在虚拟货币之外应用的方式，由此拉开了区块链2.0时代的序幕（图2）。以太坊搭建了一个平台，将数据、网络和共识3个层次封装为区块链底层的“虚拟机”，在此之上提供一套图灵完备的脚本语言（EthereumVirtual Machinecode，简称EVM语言），使用者可以编写智能合约实现各种去中心化的应用。智能合约嵌入在区块链数据、交易、有形或无形资产上，形成可编程控制的软件定义的系统、市场和资产。智能合约不仅为传统金融资产的发行、交易、创造和管理提供了创新性的解决方案，同时能够在社会系统中的资产管理、合同管理、监管执法等事务中发挥重要作用 。

图1 区块链1.0技术架构

图2 区块链2.0技术架构

1.2.3 区块链3.0 作为新兴并快速发展的技术，区块链

存在许多技术上的问题，包括安全问题、效率问题、资源问题和博弈问题 [5] ，制约了区块链在行业中应用。为此，诞生了EOS、Cardano、IOTA、NEO等大批区块链技术，针对行业应用场景，优化区块链底层协议使得在保证去中心化、去信任中介的同时，达到商用级别的高性能，从而以社会应用为切入点，让区块链应用到各个垂直行业中去。可以说，区块链1.0实现货币互联，区块链2.0实现资产互联，而区块链3.0将实现万物互联 。

1.3 通证经济

任何有价值的资产都可以被认为是通证(Token)，如货币、股票、债券乃至积分、Q币、电子券。区块链技术为通证的使用创造了完美环境，首先，在区块链上发行的通证不需要中心节点为信用背书，其权益受密码学的机制保护，任何人不能伪造、删除和篡改；其次，任何人和组织都可以发行通证，任何资产，从钥匙、门票到积分、卡券，也都可以用通证标识；此外，区块链上的通证具有可流通性，这使得其具有交易价值。

于是，区块链和通证结合，创造了一个新的概念 — —通证经济(Token Economy)。在通证经济下，区块链项目的参与者为项目运营贡献力量，而运营方则向参与者发送代表项目权益的通证作为奖励，这形成了正向激励，使运营方和参与者都能从项目的发展中获益。事实上，比特币就是初代的通证，为了鼓励参与者更新区块链，最快更新区块链的人会获得比特币奖励。在区块链2.0时代，以太坊设计了ERC20标准，使得任何人在以太坊上可以发行通证，这带来了 ICO(Initial Coin Offering)的繁荣，促进了区块链的大发展。到了区块链3.0，通证不再限于虚拟币，而是以更多样的方式介入传统的经济生活中。比如基于区块链技术的内容社区“币乎”(https://bihu.com/)会向社区参与者发送KEY作为奖励，KEY代表币乎平台及其周边生态的功能的使用权，那么所有者就不仅仅是用户，还有了部分股东的角色，这就激励了用户为社区的发展做贡献。

2 区块链在农业中的应用

进入区块链3.0时代，区块链技术在游戏娱乐、支付、物联网、社交通讯、去中心化交易所、数据交换等多个行业进行了有效的探索，但是距离大规模商业应用还有待时日。区块链技术的发展，一方面需要解决技术上的瓶颈，另一方面也要行业从业者探索区块链在行业中的应用模式，从而使技术能够落地。

近些年，物联网、云计算以及3S技术等现代信息技术与农业生产相融合，提升了中国农业现代化水平 ，另一方面，总体上中国仍以小规模和低水平的传统农业为主，基于信息技术的新技术难以在农业中大规模应用。在中国农业的发展现状下，区块链在农业中主要的应用场景在农业物联网和农产品溯源 。

2.1 农业物联网

物联网并不是独立存在的一种新行业，而是与不同领域的传统行业深度结合，由物联网给传统行业赋能，在此基础上形成的一种新生态模式。农业物联网作为物联网技术在农业领域的应用，在中国农业现代化过程中的起到重要技术支撑作用的同时，也受限于农业发展水平，其中最主要的问题在于中国农业生产仍以小规模模式为主，物联网技术的成本、稳定性、使用门槛限制了其在农户中的推广 。

区块链的去中心化机制可以解决当农业物联网中接入设备过多导致的成本和效率问题 ，但是就中国目前农业物联网发展的现状而言并不迫切。中国农业物联网发展的瓶颈在于，占主体地位的小规模农业生产者缺乏购买物联网设备的意愿。除了在技术上对农业物联网提升，区块链的另一个用途是对经济方式的改造。采用区块链技术最大的优势在于，能够提供去信任中介的直接交易，通过智能合约的方式制定执行条款，当条件达到时，自动交易并执行。这种方式可以产生很多应用场景，比如物联网设备除了监控农业生产，还有一个重要产出 — —监控数据，这是农业大数据分析、农业模型构建、农业智能控制的重要基础。监控数据在通证经济中被认为是有价值的资产，通过区块链技术，可以设计智能合约，当物联网生成一条监控数据，就自动给予对农户一定的代币奖励，这将有效提升农户使用物联网设备的意愿。

2.2 农产品溯源

农产品溯源是对涉及农产品生产、加工、销售的产业链各个节点的信息认证，通过溯源码可以查出农产品在各个节点的信息，明确责任，保证食品安全。追溯目前使用的RFID和二维码（或条形码）技术已经比较成熟，区块链可以切入的方向有2个。

（1）数据安全。当前，溯源信息保存在溯源平台的系统中，这种中心化的存储方式存在安全性问题，黑客攻击、数据损坏、人为篡改，都有可能造成无法弥补的损失。利用区块链技术，可以将农产品从生产、加工、物流、销售各个环节产生的数据上链，记录到区块链分布式网络中存储，数据一旦上链便不可篡改，解决了数据安全的问题。

（2）新商业模式。溯源在机制上存在几个缺陷。首先，溯源机制依赖于记录在数据库中的溯源信息，但是却无法保证人工录入溯源信息时不出现差错。其次，农产品溯源产业链中的农户（或生产企业）、加工企业、物流方、销售公司、消费者等是彼此隔离的，缺乏信任机制。基于区块链的通证经济可以通过智能合约的方式，构建溯源节点间的信任机制，并随着追溯信息在节点中前进，向节点发送代币作为奖励，使其从溯源系统的参与者变成所有者，可以有效激励其保证录入信息的质量。通过区块链，可以实现各方效益的最大化，构筑新型合作共赢的生态场景。

2.3 其他方向

区块链在农业安全生产和电子商务 、农业大数据 、农村金融和保险 、农产品供应链 等方向具有应用潜力，但是受限于中国农业信息化程度和区块链本身的技术特点，恐怕难以在短时间落地。

3 结语

区块链技术在有着去中心化、信息不可篡改、开放、自治等优点的同时，也存在性能和效率的问题。限于国内农业信息化和现代化水平，区块链的优势并非面向农业中的痛点，因而从技术角度来说，区块链与现有的农业信息化技术结合的切入点比较少。另一方面，随着通证经济的提出，区块链已经超越了技术本身，更像一种对传统经济方式的改造。以区块链和通证经济的思路构建共赢的现代农业生态场景，让各方都能从中受益，或许是提升国内农业现代化水平的突破口。