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概要
除了金融领域之外，区块链的应用在供应链可追溯性方面具有高度相关性，但是在实施挑战和可实现的影响之间的权衡仍然不明确。这项研究使用技术评估框架分析了食品供应链中基于区块链的技术的六种情况，该技术评估框架区分了技术的四个不同组成部分：技术，知识，组织和产品。这项研究旨在为如何在食品供应链中实施基于区块链的技术提供新的重要见解，并进一步讨论基于区块链的技术对社会和环境的影响。研究结果突出表明，区块链不是一种独立的技术，而是技术体系中的一个元素。尽管基于区块链的技术有望带来多种影响，但只有部分直接归因于区块链要素：增加的透明度，可追溯性和信任度。诸如改进数据管理之类的其他影响是数字化非数字过程的副作用。需要进行进一步的研究，以确认基于区块链的技术是否能够在食品供应链中带来预期的可持续性改善。
1.介绍
许多现代供应链遍布多个国家，涉及多个参与者，这使得人们越来越难以知道一个特定产品的来源和生产方式。公司通常很少或几乎没有关于其第二和第三级供应商的信息(Abeyratne and Monfared, 2016)。当谈及与消费者共享信息并保证产品的真实性时，这可能是一个问题。 尽管供应链变得越来越复杂，但消费者需要更多有关产品安全性，质量和可持续性的信息。 在食品工业中尤其如此。2016年的一项调查发现，94％的消费者发现食品生产的透明度很重要。同时，由于食品掺假和贴错标签，从故意替代，稀释，假冒，食品，成分或包装的虚假陈述到有关产品的虚假或误导性陈述，消费者对食品标签的信任已经动摇。 这预计每年会造成30到400亿美元的损失。加拿大于2018年进行的一项研究发现，在382种海产品中，有44％贴错标签。其他主要的食品掺假问题也暴露出来，当2013年欧洲在多种碎牛肉产品中发现马肉时，2015年中国当局也查获了100,000吨过期肉。因此，对食品供应链信息的透明度和信任的需求日益增长。 解决此需求的一种方法是减少生产者与消费者之间的距离和中间人的数量，从而通过简化供应链来提高可追溯性和信任度。 这些供应链被称为短食品供应链。另外，人们对基于区块链的技术会感兴趣，以提供经过验证的供应链信息并授权所有利益相关者访问此信息，以通过使用技术帮助解决可追溯性和信任问题。
2008年，一个不知名的人或团体以中本聪（Satoshi Nakamoto）的名义发表了一份白皮书，描述了加密货币比特币，其中区块链技术是关键要素。 简而言之，区块链是一种数据结构，用于生成仅添加的数字分类帐，该分类帐由对等网络以分散的方式保存，几乎无法更改。 基于区块链的技术使用区块链来验证数据，并在某些情况下用作数据存储。 预计它们将在未来成为创新和颠覆性力量，有人认为这些技术具有促进可持续发展的巨大潜力。区块链的技术之所以吸引人，是因为它们应允许提供安全，可靠且值得信赖的解决方案，并且基于透明性和可追溯性方面与当前的技术或管理系统进行比较。根据Schmidt和Wagner（2019）的研究，基于区块链的技术的使用应限制机会主义行为以及降低与潜在监管，政治，经济或行为变化相关的不确定性的影响。 基于区块链的技术可用于金融业以外的各个行业，包括供应链管理，预计它们将以每年87％的速度增长，并从2018年的4,500万美元增长到2023年的33亿美元以上。例如，百事可乐公司在其区块链试验中发现供应链效率提高了28％。Awalmart的芒果试验显示，使用基于区块链的技术，产品的原产地可以在2秒多的时间内确定，而按照目前的程序，则需要将近一周的时间。
先前的研究回顾了基于区块链的技术，包括食品供应链中的技术，这些研究在不同的实施级别描述了基于区块链的技术，并确定了将其引入供应链的优缺点。这些研究通常将``区块链本身识别为一种技术，而从系统的角度来看，缺少基于区块链的技术要素的清晰分解，因此，区块链的关键作用与其他要素的作用并没有明确分开-这使得很难理解其真正的影响是什么。因此，本研究旨在需要弥补的研究空白是对基于区块链的技术缺乏系统的理解。此外，弥合这一鸿沟应该可以推动关于基于区块链技术的社会和环境影响是什么的讨论，正如库马尔等人（2019年）和施密特和瓦格纳（2019年）都指出，这一讨论今天仍然是开放的，尚未解决。
该研究提出了在食品供应链中实施基于区块链技术的选定案例的技术评估。在评估中，基于区块链的技术被认为是一个元素系统，其中之一就是区块链。特别是，该研究旨在回答探索性研究问题：如何从系统角度在食品供应链中实施区块链？先前的研究表明，基于区块链的技术可以在不同的配置中实施，不同于所使用的区块链的类型以及与之结合的跟踪技术。然后，问题是要了解在食品供应链中实施基于区块链的技术时使用了哪些不同元素的组合，它们的区别和相似之处是什么，以及在不同配置中实施基于区块链的技术的后果是什么。本文旨在更好地了解区块链在食品供应链中实施的基于区块链的技术中的作用，为进一步分析奠定基础，并进一步探讨区块链在供应链可追溯性领域中对社会和环境的影响。
2.材料与方法
本研究使用具体案例进行了定性研究：通过应用技术评估框架，选择并分析了在食品供应链中实施的基于区块链技术的多个示例。
比较分析的案例是根据一套预先确定的标准选择的。 这些标准的定义是这样的，即只有那些重点和成熟度相似的人才能被分析。其思想不是分析概念，而是在供应链中实施区块链的实际示例。 案例的选择基于以下标准：在食品供应链中使用区块链，可追溯性焦点，有关技术实施方式的充分可用信息，至少完成了试点以及案例的可持续性焦点。
这些案例是通过网络搜索、与区块链社区的利益相关者联网、订阅各种区块链相关的时事通讯以及搜索数据库来确定的。 总共发现有6例符合选择标准，这与Rowley一致，根据后者通常有6-10例。 所选案例研究的重点是不同的食品，包括金枪鱼，咖啡和鸡蛋。 表1显示了所选案例的概述。
基于Muuml;ller（2011），使用了一个简单的技术评估框架。 根据此框架，任何技术都由四个不可分割的部分组成：知识，组织，技术和产品。 图1摘自Muuml;ller（2011），显示了这种技术概念。 可以分别分析这四个组成部分，但是在评估技术变化时应一起考虑，因为一个组成部分的更改将导致另一个组成部分的更改(Muuml;ller, 2011)。
技术是指技术过程中涉及的所有物理实现(Muuml;ller, 2011)。这包括在过程中转换或消耗的原材料，组件和能量输入。 就食品供应链中基于区块链的技术而言，其中包括软件，去中心化平台，标签和跟踪设备。 知识涉及凭经验获得的技能，生产者的默契知识和直觉以及设计师的科学见解和创造力(Muuml;ller, 2011)。这是指参与食品供应链中基于区块链技术实施的所有参与者所需的知识。 组织组成部分是内部分工和专业模式(Muuml;ller, 2011)。此外，还涉及管理和协调过程。 在供应链中，涉及不同星座的许多不同参与者。 产品组成部分是前三个过程结合起来的直接结果。 可以区分物质对象和非物质服务(Muuml;ller, 2011)。
根据这四个组成部分对这六个案例进行了分析。 这是通过研究白皮书和报告以及通过对开发该技术的六分之三的组织和公司验证初步发现来完成的。Table 1概述了用于分析的材料。
为了确保研究设计及其结果的高度有效性和可靠性，根据Riege（2003）的建议进行了一些测试，以确保在现实主义范式下进行探索性案例研究的严格性。 首先，通过允许每个案件的相关代表审阅与案件有关的信息来检验构建体的有效性。 通过首先进行案例内分析，然后进行跨案例模式匹配来检查内部有效性。 通过定义本研究的范围和合理概括的边界，提供了外部有效性。 最后，通过开发一个案例研究数据库来确保可靠性，该数据库提供了根据Muuml;ller（2011）针对每个案例进行的技术评估的概述。
3.结果
在本节中，将对所有六个案例的技术评估结果进行比较。每种情况的详细信息都可以在表2和附录A的excel文件中找到，该文件在单独的行中描述了每种情况，各列显示了有关技术，知识，组织，产品以及相关来源的信息与每种情况。
3.1.技术组成
技术元素可以分为几个部分：区块链技术，跟踪技术，数据输入，数据处理，数据存储，数据通信以及标记化激励（参见Fig.2）。
在这种情况下，已经实现了不同种类的区块链。 Provenance，OpenSC和WWF试点都建立在公共以太坊区块链上(Cook, 2018; Ledger Insights, 2019; Provenance, 2019; TraSeable, 2019)，而TE-Food依赖于公共和私有区块链的组合(TE-Food, 2019; TE-Food, 2017)，而FairChain和IBM Food Trust使用使用Hyperledger Fabric构建的私有区块链(FairChain Foundation, 2019a; Hyperledger, 2019)。在纯公共区块链上，任何人都可以查看所有交易。 将公共区块链和私有区块链结合在一起，可以提供一种更个性化的解决方案，以满足特定的需求和愿望。 例如，TE-FOOD使用公共区块链进行代币交易，使用私有区块链进行可追溯性交易(TE-Food, 2017)。IBM Food Trust建立在Hyperledger Fabric（私有区块链）的基础上，用户只能查看他们被许可访问的数据(Hyperledger Fabric, 2019; IBM Food Trust, 2019a)。所有区块链都依赖点对点网络来保证去中心化。 它们还与智能合约一起工作，智能合约是自动执行和执行基本协议的软件程序。 满足智能合约的条件后，它们便会自动执行合约条件，例如付款或法律义务，从而消除了对受信任的第三方的需求(Prause, 2019)。例如，使用已注册的设备扫描产品的条形码可以启动智能合约，该合约触发资产和支付的转移，从而使交易能够更快，更安全地进行。区块链的设置会影响系统的透明度， 可定制性和速度。 例如，由于较少但经过授权的对等方对其进行验证，因此私人区块链可以每秒处理更多交易。
为了跟踪鱼，咖啡或芒果等可互换商品，使用了不同的跟踪技术。 将实物产品连接到数字记录是供应链中基于区块链的可互换商品技术的主要问题之一。跟踪技术包括RFID标签，QR码(OpenSC, 2019a; TE-Food, 2017)和NFC标签(Cook, 2018; Provenance, 2016)。RFID标签在加工前为材料加标签方面尤为突出，而QR码则是最终产品的首选。 最终产品上的NFC标签被认为更安全，更方便(Provenance, 2016)。TE-Food在其最终产品中使用塑料安全封条（1D / 2D条码），标签贴纸（2D条码），印刷纸袋（2D条码）或TE-Food秤标签（2D条码）(TE-Food,2017)。所使用的跟踪技术的类型会影响系统抵御欺诈和腐败的能力以及成本。 尽管QR码价格便宜，但它们很容易被伪造。 另一方面，NFC标签更安全，但也更昂贵。
数据输入是基于区块链的技术系统中最易受攻击的部分之一，可以通过多种方式完成。 虽然区块链上的信息实际上是不可变的，但需要确保不操纵数据输入。 在“种源”案例中，只有先前在当地非政府组织中注册过的渔民才能输入新的渔获。 然后，通过包含GPS坐标的文本消息来完成此操作，从而避免公海互联网连接出现问题(Provenance, 2016)。在世界自然基金会的案例中，渔民在移动设备上离线登记渔获量，当互联网连接可用时，移动设备将自动传输渔获量(Cook, 2018)。FairChain的农民需要注册才能进入收获期。完成登记后，他们可以在收获中心出售收获的咖啡，在那里对咖啡进行分类和称重。农民们随后与FairChain的咖啡零售商Moyee Coffee签订了一份合同，其中包括价格等细节(FairChain Foundation, 2019a)。在OpenSC案例中，容器记录捕获物的位置。然后通过机器学习算法和船舶的GPS位置来验证是否在合法捕鱼区进行了捕捞(OpenSC, 2019b)。确保数据输入有效性的策略会影响数据的完整性。 例如，在“出处”案例中，仅允许先前注册的渔民添加新的渔获，以避免未经过筛选的渔民进入系统。 其他策略包括设置可以由一个农民注册的最大资产数量，以便该农民只能注册可以在其地块上实际种植的收成。 这些预防措施使输入数据中的欺诈和错误变得更加困难，并确保输入的数据是高质量的。
与区块链的交互通常通过平台进行。 在WWF情况下，TraSeable可追溯性平台用于输入数据，管理登陆渔获或跟踪销售和分配。 可以通过移动应用程序和计算机软件访问该平台(Cook, 2018)。Provenance允许其平台通过通用后端与现有的企业资源计划系统和销售
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