文摘
最近,世界上许多国家的政府已经关注建筑可持续农业大幅提高农民的生活质量和增加他们的收入。在越南,然而,农民仍面临的问题“好harvest-low价格,反之亦然”和缺乏资本扩展或改变生产模式。这一现象的主要原因之一是,农产品的价格并不取决于农民的努力,但根据交易员的购买价格或市场价格。此外,农民也保持耕作习惯基于地域文化或跟随时尚的和有利可图的农产品。那些生产战略使这种类型的产品供过于求,导致价格下降,所以农民的收入会减少。上面的问题源于演员之间缺乏信息和通讯工具在农业价值链,特别是之间合作社、农民和消费者。摘要Blockchain-based框架开发一个可跟踪性解决方案作为一个演员之间的沟通有效的方法在农业价值链走向可持续的农业模式。该方法有助于充分传达农产品的生产和分配和验证可追溯性信息的能力,从而有助于提高价格,保护农产品的品牌。
1。介绍
越南是一个农业国家,丰富多样的产品系列和许多地区特产。此外,越南的国家之一,农业发展潜力巨大,全球领先的农业出口。虽然农业、林业和渔业生产组织在越南增加了,他们的小规模和低投资生产经营效率不高。缺乏产品消费或强烈的消费波动随着时间的推移,这种现象的“好收成,低价格”,让大多数农业企业几乎覆盖成本。因此,投资是很困难的,导致缺资本,扩大生产规模,提高业务效率。
越南农民比例支付他们的努力在小型和中型的企业。当他们想要改善这种情况,他们没有足够的资金或获得资金扩大生产规模。与此同时,许多国家正在朝着建立可持续农业,改善农民的生活。据美国农业部(USDA) (1),可持续农业是农业生产过程,保护环境,地球的自然资源,扩大和提高土壤肥力。特别是,可持续农业旨在增加农场的收入,促进环境保护和生产管理,提高农民的生活质量,满足人类食物和纤维的需求。
有很多方法来解决上述问题的农民。每种方法都有不同的优点和缺点和适用于各种目标的可持续农业。例如,提出的方法(2,3]目的是提高供应链的透明度,而方法(4,5]目的增加销售量,提高贸易合规。我们的研究重点是最实用的目的,直接影响农民的生活,是增加农民收入和改善农业家庭和社区的生活质量。具体来说,建立一个可持续的农业模式解决了两个越南的农业产业的局部问题,如(1)好收成的问题,低价格——歉收,高价格;和(2)资本不足的问题,为扩大业务。这两个问题一般源于演员之间缺乏信息和交换方法在农业价值链,特别是在合作社、农民和消费者。
目前,合作社和农民不直接与消费者互动,但主要处理交易员。因此,他们不能把握消费者的需求调整生产计划或相应提高质量。更重要的是,信息的缺乏使他们没有设置他们的农产品价格的基础。无法与消费者交流使他们无法证明产品质量与成本相称的。换句话说,产品的销售价格不能反映农民的努力但基于交易员的购买价格或市场价格。根据交易员和不得不出售铜市场价值使得农民收入足以支付费用,导致没有动力去做出更大的努力提高产品质量。
除此之外,目前在越南农业合作社和农民的习惯仍基于区域实践或追逐时尚的农产品带来高额利润。因此,它会导致供应增加,突然超过了市场的消费能力,导致销售价格急剧下降。同时,消费者难以购买高质量的农产品食品安全越来越感到担忧。根据IBM的报告,71%的消费者愿意支付多出37%的产品可追溯性和透明的信息(6]。此外,Covid-19流行也改变用户的行为从“人”到“在线”购物,使它更加困难供消费者选择安全、干净的农产品。因此,可以看出,有一个巨大的供应(农民)和需求之间的差距(消费者)的信息。
因此,需要有一个工具来支持农民和消费者之间的双向通信解决上述两个问题在越南可持续农业。这个工具可以为消费者提供产品信息,培养和分配过程和消费者的反馈发送给生产者。我们发现电子追溯解决方案是一个适当的方法。可追溯系统,合作社和农民为消费者提供透明的信息产品和质量认证来创建一个竞争优势,确定产品质量与价格相称,并建立一个值得信赖的品牌。另一方面,消费者有足够的信息来选购产品有透明的信息和起源。
技术进步,数字系统与变革性的技术正在开发中,提高食品可追溯性的速度、准确性和有效性。最重要的限制之一是当前解决方案不展示完整的透明度,确保用户责任记录可追溯性信息的时候(7]。同时,区块链已经收到到期利息增加它的成功在金融部门,甚至禁止数据变化的能力的内部系统。从技术上讲,区块链是一个公共分类帐记录整个事务历史上一个对等计算机网络的时间。所有协作实体在一个生态系统将共享一个共同的分类帐提供数据不变性和无可争辩的问责推动数据透明度。因此,农业应用区块链技术将改善当前跟踪过程(8- - - - - -14]。
许多现有的研究调查采用区块链的挑战和好处。其中,两个调查研究[15,16)是最优秀的智能制造业。作者提出了12个有价值的指标(米1到米12),帮助分析区块链采用不同研究之间的差异。我们的研究着重于两个指标,米6和米12,而其他指标,如米1,米5,米7,米8可以实现基于固有的主导功能区块链和智能合同。提出了一种Blockchain-based框架开发一个数字可跟踪性解决方案作为一个透明和可靠的演员在一个农业价值链之间的通信在越南对建立可持续农业。另一个贡献是提出企业区块链平台建立追溯软件解决方案。这意味着cryptocurrency没有关系,导致在越南不受法律约束。实验结果也表明,企业区块链平台适合部署Blockchain-based应用程序的属性在农业部门。
2。拟议的框架
存储数据区块链将通过发送一个交互式执行事务聪明的合同。农产品可追溯性的背景下,农业生产过程中的每一个任务将被记录和存储在区块链,导致大规模交易的用户数量成正比。拟议的框架是根据以下设计目标。(1)提高事务处理能力:由于区块链平台的限制的最大数量的事务处理的时间和处理时间的数据块(17),该系统将被设计来将类似的数据合并到相同的事务或减少交易的数量发送到区块链保证加工性能和容纳大量的用户。(2)确保数据透明度和隐私:利用区块链技术的透明属性,可追踪的所有数据将被存储,这样所有的参与者可以跟踪和验证区块链(18]。然而,一些地区的数据将被加密,以确保隐私,特别是与业务相关的机密数据。
图1描述了拟议的框架的总体架构基于层模型的修正我们的以前的工作19]。这个框架使我们能够建立一个可追溯性软件套件包括各个模块(例如,管理,数据收集,和可追溯性门户)根据不同的用户角色通过核心服务在应用程序层。这些模块将直接相互作用,围绕一个区块链平台。关于剩下的三层,区块链数据处理层结合核心服务模块在应用程序层将作为一个软件应用程序和智能合同层之间的桥梁。与此同时,智能合同层将处理业务逻辑,数据将被存储在区块链网络层。
2.1。应用程序层
应用程序层由一个软件套件和一群核心服务。软件套件包括移动应用程序和基于web的应用程序,这使企业主(即。,producers or manufacturers) to preconfigure farm descriptions such as crop information, production processes, and raw materials. In addition, the business owner can describe the number of employees in the business, employee identification information, and a separate action account for each employee. Meanwhile, employees (i.e., farmers) use their activated accounts to record daily production activities based on information preconfigured by the business owner. Moreover, a traceability portal will display the traceable information according to the QR code on the product scanned by end-users.
每个产品将通过一个独特的代码中识别二维码打印到一张邮票,然后贴在实物产品。这个方法的优点是成本低,适用于绝大多数的产品,可以不很熟悉的人高技术(如农民)。然而,这种廉价的方法不能完全解决因为二维码的防伪可以很容易地复制粘贴在质量差的产品,这意味着多个产品二维码(即相同。相同的标识符)。为了克服这个问题,当扫描二维码,用户会知道真正的分布位置的产品,以及是否已经出售的产品信息吗?然后,用户将依靠不同的地方购买(不是官方二维码给列表)或产品的状态(出售或未售出)来避免购买假冒产品。此外,作为一个创新的方法提出的愣et al。20.),构成生物特性或食用化学签名(除了物理QR、RFID和NFC)可能有助于伪造在分布式农业环境的事情。
每个核心服务是一组相关的api和分享一些常见任务。设计核心服务可以利用继承,减少编程工作,确保软件系统的一致性。这些核心服务将直接与区块链联系数据处理层,发送交易区块链网络来存储数据,并与智能交互合同实体。(我)帐户配置服务提供了api,以便其他软件模块可以创建数字对象(例如,用户帐户或生产对象)在合同数据库和智能实体(例如,存储数字标识符)。(2)ID分配服务是受信任的其他软件模块标识符分配给请求对象。软件将异步处理请求,导致可以有许多同时产生新的标识符的请求。除此之外,软件应用程序之间的不同处理时间和区块链网络也是为什么标识符可能重叠。因此,该服务必须确保唯一性,结构,一个安全的编码系统。(3)相关跟踪服务提供api跟踪业务,如api来管理生产地区,生产对象、生产测井,或者api与二维码邮票相关的其他任务管理。(iv)预订服务提供了api,让演员在农业价值链预订农产品。
2.2。区块链数据处理层
一般来说,数据将证实几乎瞬间在传统的软件系统中,而区块链交易将有一定延迟多久取决于创建一个数据块,证实了在网络上通过共识机制,导致数据同步的挑战和性能保证。除此之外,是不容易的创建交易,地址,或直接交互的区块链由于对技术技能的要求。因此,我们设计区块链数据处理层作为处理数据的通信桥梁,以避免数据冲突产生当用户执行相关功能区块链网络。如图1,这一层提供了三组的功能开发与智能交互的api的形式合同实体区块链网络部署。(我)事务处理和管理模块提供api来执行事务信息检索、事务初始化,阻止信息检索,和其他相关信息。这些api区块链技术帮助用户在不太了解,但仍与区块链网络交互。(2)数据查询模块提供api来执行数据检索(例如,用户信息、区块链地址或事件由智能生成合同)区块链网络。这些api帮助一些演员参与生态系统不一定成为区块链系统中的一个节点,这有助于消除冗余数据,减少数据库同步的工作负载。(3)密钥管理和智能合同模块提供api来帮助管理密钥和智能系统中合同整个账户的实体。最具挑战性的问题是提供一种简单、透明和可靠的机制来管理用户的密钥技术含量较低。它必须确保只有真正的用户可以知道并使用密钥,密钥的经理无法模仿和操作。
2.3。聪明的合同层
聪明的合同是用来描述业务流程和数字化对象参与价值链。每一个对象或一组对象将由智能数字化合同并与他人互动。每个聪明的合同将被分配一个唯一的地址在区块链网络部署。交易将生成并发送到相应的合同地址记录或检索对象的识别、描述和相关信息。我们建议的模型组织八智能合约分成三组,包括主、对象的身份,和对象的日记合同,如图2。
首先,合同的主合同小组赛一般执行角色整个区块链系统架构。(我)工厂合同将创建相应的实例对象身份合同根据用户提供的信息。(2)第三方托管双方合同描述的条件时,预订。一旦提前购买,所有交易信息将被建模成基于本合同的一个实例。(3)数据存储合同存储区块链的重要信息系统,使区块链平台从依赖集中式系统,最大限度地减少数据丢失的风险。
第二,合同在对象身份合同组用于物理对象映射到数字的区块链上的系统平台。三种合同类型与不同的变量和函数描述代表了三种不同类型的对象在现实世界中。(我)实体证书合同是用来以洋地黄治疗真实用户的身份,包括农民、生产者和消费者。每个用户都有一个相应的合同和实例存储他/她的身份信息。每个实例由区块链地址,注册和存储在数据存储合同。(2)Nonfungible资产合同是用来补充Fungile资产合同描述的数量的产品有类似的特征和关系。(3)可替代的资产合同是用来以洋地黄治疗实物产品,如农产品在我们的案例研究。这些农产品将产生新的合同,如果他们有不同的特点。
第三,合同的对象日记合同组负责创建和保持业务对象相关的区块链平台。(我)作物的日记代表一个合同生产农作物,包括农产品的农业活动。本合同将被绑定到一个可替代的资产合同。(2)邮票激活合同记录激活二维码的时间戳戳收获农产品和区块链中的下一个接收方地址的生态系统。
2.4。区块链网络层
目前许多区块链网络,其中著名的是比特币,Ethereum, Binance智能链和Cardano。每个区块链网络将解决一个特定问题,而是最当前的金融和付款。区块链网络适合发展中分散的软件应用程序(dApp)必须支持通过智能编程合同支持发展中分散的软件应用程序。据CoinMarketCap最近的统计,超过一百区块链项目目前支持智能合同在各种编程语言。然而,大多数区块链网络将被设计成符合Ethereum虚拟机(维生素)由于Ethereum网络的完整性和效率。
应该注意的是,公共区块链网络需要cryptocurrency作为维护网络事务处理费用。例如,大约需要0.05美元一个简单cryptocurrency事务(例如,事务记录农业日记)的多边形区块链网络,即使它是一种最便宜的交易费用。因此,公共区块链网络不恰当的选择实现可跟踪性解决方案。相反,我们将选择一个企业区块链网络(21,22],区块链节点将部署和运营的一个组织。区块链上的主要目标是存储数据网络透明不使用cryptocurrencies交易费用。
3所示。实现
我们采用JavaScript语言与Nodejs框架实现模块化的软件在服务器端。与此同时,桌面应用程序是使用JavaScript实现的ReactJS框架,与服务器端兼容,并且可以加快响应用户请求。此外,我们使用MongoDB数据库因为MongoDB NoSQL数据库管理系统适合于存储和查询大量数据访问速度高。
3.1。区块链网络选择
通过调查一些合适的区块链平台,我们选择VBChain因为它支持各种EVM-compatible区块链网络和著名的开源的代码,比如打开Ethereum或Hyperledger Besu。在本研究的范围,我们部署应用软件模块在一个预配置的区块链网络设置参数总结在表1。
3.2。聪明的合同的执行
智能合同实现基于Ethereum社区的共同标准称为Ethereum置评请求(ERC),确保系统与其他分散的应用程序的兼容性。如图3,所有聪明的合同在拟议的框架(见图1合同)继承一个常见的智能实体根据erc - 165标准。在细节,主合同,包括工厂、托管和数据存储,将首先部署区块链网络操作整个系统。然后,将创建对象的身份合同区块链网络一旦一个对象(例如,一个用户账户,产品类型,作物日记,或邮票激活)在软件应用程序中创建。对象标识符的合同,包括实体凭据,Nonfungible资产和可替代的资产,描述如下:(我)实体证书合同利用erc - 735为结构化存储和验证关于用户(如标识符)。同时,采用erc - 725管理相关的访问键和聪明的合同。(2)Nonfungible资产合同使用erc - 721以洋地黄治疗一个真实世界的对象到一个区块链网络数字。每组的对象(相同的描述)将数字化作为一个实体的一个基于erc - 721智能合同,和对象在同一组由一个惟一的标识符是有区别的。(3)可替代的资产合同使用ERC-20来描述农产品区块链网络的数量。一个实体的合同将被附加到一个实例Nonfungible资产合同区块链网络。
4所示。结果与讨论
4.1。试点部署
我们开发一个原型的跟踪软件,如图4、演示和评估拟议的框架。我们追溯软件解决方案部署到型农业集团,位于驿站腊克语,越南,六个月的记录信息如下。(我)291年标准化和数字化生产对象(2)创纪录的3746生产日志(3)执行92年邮票激活共有5823枚邮票贴在最终的产品。(iv)区块链生成4131交易网络
4.2。交易费用评估
表2总结了一个示例流程,包括主要的步骤创建产品激活邮票,这样用户可以跟踪起源的信息。见过,需要七个交易完成邮票激活步骤;总气体处理这七个交易费10967832;和消耗存储空间(即是3793字节。3.7 KB)。然后,我们进行比较与几个EVM-compatible区块链平台评估交易费。
如表所示3最便宜的交易费(多边形网络)大约是0.68美元,而最昂贵的成本(公共Ethereum)要高得多,约为2926美元的样本案例研究表2。然而,在实践中,用户将创建大量的交易记录农业各种产品和季节的日记。因此,交易费将是一个重大的障碍为用户打算采用区块链追溯软件。因此,我们建议采用企业区块链平台部署跟踪软件没有任何交易费。
4.3。加工性能和存储使用评估
事务处理时间(txps) [24]可以考虑区块链网络的性能,计算交易在一块的数量除以一个块的处理时间。表4总结了几种流行的比较结果EVM-compatible区块链网络。Binance智能链与23 txps最佳的性能,这是比当前配置与14 txps VBChain。然而,企业区块链网络的理论处理速度应该比公共区块链网络快得多,因为它采用较小的节点数量和共识的规则集中的因素而不是完全分散(25]。因此,我们可以进一步调查来找到最好的配置VBChain与更好的性能。
除了交易成本和处理时间,存储使用时应考虑应用区块链技术(11]。由于所有数据记录在区块链网络随着时间的推移会变得越来越大。表5总结了日常存储使用推断从表的处理能力4,假设系统运行在100%的能力。因此,VBChain每天能处理1232064交易和消费1411 MB的存储空间。这个结果是合理的,因为处理速度越快,越存储使用。
4.4。Off-Chain信息流的数据安全问题
大多数传统软件解决方案部署在多个企业将客户数据存储在相同的集中的数据库。这就迫使企业共享数据至少软件供应商,和安全的数据将取决于软件提供者的能力。与此同时,在我们建议的方法,每个企业都有一个私人数据库只存储其数据。然而,在企业中存储数据的数据库,这些数据将散列和存储区块链网络(由所有企业)共享通过聪明的合同。这种方法有助于利益相关者主动选择,并采用适当的方法,以确保数据安全,同时仍然保留的能力验证数据的正确性通过uneditable散列存储区块链网络。此外,该方法可以避免单点失败的数据库,这意味着其他企业的数据仍将是安全的,当一个数据库被黑客攻击或利用。
5。结论
由于区块链技术,该框架可以提供透明的信息帮助演员农业价值链可靠通信方法在数字环境中,导致各方互利在越南对可持续农业。可追溯性应用区块链技术将帮助保护相关利益相关者时出现错误。例如,农民可以证明产品的质量或政府机构可以处理不当行为与可靠的和不可否认的证据。可追溯性信息存储在区块链将是一个可靠的和解,因为这些信息是不可变的和透明的而不被任何个人或组织。任何演员都可以进行系统的验证过程。
我们也分析,评估,相比EVM-compatible区块链平台的技术应用。结果表明,一个企业在越南区块链平台适用于实际应用,因为它不使用cryptocurrency支付交易费用,所以这不是在越南受到法律约束。
在未来,我们将研究将物联网设备(26)帮助制造商自动收集数据,节省人力资源,或结合人工智能解决方案来支持信息标准化和检测“扫描”可疑的时间和地点及时提醒消费者。此外,提出和证明(27],区块链应用程序的优化和自学能力是至关重要的实现系统的可持续性,这是一个区块链的基本度量技术采用在农业部门。我们将以洋地黄治疗和集成农业过程致力于每个产品类型优化农业活动采用人工智能算法在数据分析。
尽管大多数现有方法采用区块链技术旨在提高数据安全性和透明度来支持可跟踪性。然而,区块链本身也有安全问题阐述和提出系统(28),这给一些相当大的进一步的研究方向。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究由胡志明市科技大学(HCMUT) VNU-HCM(批准号hcmut - 002603 - 2022)。我们承认胡志明市科技大学(HCMUT) VNU-HCM支持本研究。