اطمینان از قابلیت ردیابی در زنجیره تأمین غذایی اروپا با استفاده از یک سیستم بلاک‌چین

فصلنامه شماره 37 (بهار 1398)

مقدمه

زنجیره تأمین یک سیستم پیچیده‌ای است که از همه افراد، تولیدکنندگان، خرده‌فروشان و مصرف‌کنندگان تشکیل‌شده است. با توجه به فرهنگ لغت (APICS) مدیریت زنجیره تأمین (SCM) طراحی، برنامه‌ریزی، اجرای، کنترل و نظارت بر فعالیت‌های زنجیره تأمین باهدف ایجاد ارزش خالص، ساخت یک زیرساخت رقابتی، استفاده از تدارکات درسراسرجهان، همگام‌سازی عرضه با تقاضا و اندازه‌گیری عملکرد در سطح جهانی است. بسیاری از چالش‌های مرتبط با SCM مانند نیاز به اعتماد بین واسطه‌ها اغلب باشهرت خود آن‌ها مرتبط است، عدم وجود شفافیت و ردیابی به‌طور فزاینده مورد درخواست کاربر نهایی، مشکل مدیریت ریسک، تأخیر و یا اختلالات اغلب به دلیل اطلاعات ناقص هست. برای مقابله با این چالش‌ها فن‌آوری بلاک‌چین درمیان بهترین راه‌حل‌ها ظاهر می‌شود.

بلاک‌چین یک لایسنس عمومی توزیع‌شده و غیرمتمرکز است که توسط لیست رو به رشدی از پرونده‌ها ساخته می‌شود، به نام بلوک‌ها، به‌صورت زنجیره‌ای، به‌صورت انحصاری و توسط یک نظارت به شبکه همکار مدیریت‌شده است. هرکدام در شبکه دارای یک کپی خصوصی از کتابخانه است و به‌منظور اعتبار بندی یک بلوک جدید، باید با یک پروتکل موافقت کرد، بنابراین لازم نیست که گره‌های درگیر هویت یکدیگر را بدانند. در حقیقت، برای اطمینان از همبستگی بین نسخه‌های مختلف، اضافه کردن یک بلوک جدید در سراسر جهان توسط یک پروتکل مشترک تنظیم‌شده است. بلاک‌چین نیز یک پایگاه داده آنلاین جهانی است که در آن اطلاعات در یک روش اثبات پذیر و دائمی بدون دست‌کاری مستقیم ثبت می‌شود، نمی‌توان در آن تغییری داد، مگر اینکه تمام ساختار نامعتبر شود. در ابتدا برای معاملات انتقالی ارزهای رمزنگار استفاده می‌شد، با توجه به ویژگی‌های آن، بلاک‌چین یک جایگزین امیدوارکننده برای پایگاه داده‌های کلاسیک مدیریت‌شده توسط ادارات مرکزی است و می‌تواند به طیف وسیعی از صنایع اعمال شود. یکی از مهم‌ترین برنامه‌های مرتبط مدیریت زنجیره تأمین است.

هدف این مقاله پیشنهاد یک رویکرد اصلی با چارچوب مبتنی بر Branchan Sawthooth برای تأیید یک زنجیره تأمین مواد غذایی عمومی است. به‌طور خاص، سیستم ما با استفاده از تکنولوژی Hyperlegger Sawthooth[1] توسعه‌یافته است. این سیستم، تنظیم مقررات اتحادیه اروپا را از «مزرعه تا چنگال» که هدف آن حفظ سطح بالایی از ایمنی در طول زنجیره تولید و توزیع است، در نظر گرفته است. به‌ویژه، مقررات شماره 178/2002، ماده 18 قوانین مربوط به ردیابی مواد غذایی، خوراک حیوانات و تولید مواد غذایی در تمام مراحل تولید، پردازش و توزیع را در بر میگیرد.

همه اپراتورهای مرتبط قادر به شناسایی هر فردی هستند که از آن‌ها مواد اولیه یا مواد غذایی تهیه‌شده است، این اطلاعات باید برای اطمینان از ردیابی آن، از طریق اطلاعات و اسناد مربوطه، تمام مواد غذایی باید به‌طور مناسب برچسب‌گذاری شده یا شناخته‌شده باشند.

با استفاده از فناوری بلاک‌چین، سیستم قادر خواهد بود تمام قوانین ردیابی را برآورده کند، ایجاد ارتباط نزدیک‌بین همه اپراتورها در زنجیره تأمین و ارتباط مستقیم بین کشاورزان و مصرف‌کنندگان است. پیچیدگی زنجیره تأمین را می‌توان از طریق استفاده از قراردادهای هوشمند کاهش داد. یک قرارداد هوشمند در یک کد کامپیوتری نوشته‌شده است، تحت برخی شرایط خود اجرا می‌شود و آن در داخل بلاک‌چین اجرا می‌شود، این اجازه را می‌دهد تا معاملات و توافق‌های قابل‌اعتماد درمیان گروه‌ها بدون نیاز به یک مقام مرکزی انجام شود. در سیستم بلاک‌چین تمام معاملات قابل‌تشخیص، شفاف، غیرقابل‌برگشت هستند و می‌توانند به‌صورت خودکار تأیید شوند. تمام اپراتورها دسترسی برابر و سریع به اطلاعات به‌روزرسانی شده بدون نیاز به ایجاد اعتماد بین آن‌ها دارند. ویژگی‌های تکنولوژی Sawthooth، مانند شناسایی شرکت‌کنندگان شبکه، کنترل اعتبار، تنها مجموعه‌ای از گره‌های اعتبار سنجی معاملات و غیره، تکنولوژی Hyperlegger Sawthooth را به‌خصوص برای این منظور مطابقت می‌دهد. ادامه مقاله به شرح زیر است. در بخش ابتدایی ما پیشینه پژوهش و کارهای مربوطه را ارائه می‌دهیم. بخش تکنولوژی پیشرفته Hyperledger Sawthooth را توضیح می‌دهد. بخش بعدی سیستم زنجیره تأمین مواد غذایی پیشنهادشده را توصیف می‌کند. درنهایت بخش نهایی شامل نتایج است.

در اصل، مطالعات در مورداستفاده از فن‌آوری بلاک‌چین در ردیابی و مدیریت زنجیره تأمین بوده است به احترام از مزایایی که این فن‌آوری می‌تواند به ارمغان آورد. در سال 2015 Bateman بلاک‌چین را به‌عنوان یک تکنولوژی امیدوارکننده برای حل بسیاری از مسائل در ردیابی محصولات و مواد در زنجیره تأمین توضیح داد. او به برخی از ابتکارات کارآفرینی اشاره کرد که تمرکز خود را بر دستگاه‌های زنجیره تأمین بر اساس بلاک‌چین، مانند پروژه‌ای Provenance و Walmart قرار داده‌اند. اخیراً محققان بر تعریف سیستم‌ها و مدل‌ها تمرکز کرده‌اند. اهداف اصلی در تحقیق بر روی سیستم‌های زنجیره تأمین برمبنای بلاک‌چین این است که از ایمنی غذا اطمینان حاصل شود و سیستم را قادر به مدیریت حریم خصوصی و خطرات می‌کند. در سال 2016، یک سیستم ردیابی زنجیره تأمین را با استفاده از تکنولوژی بلاک‌چین همراه با فناوری RFID برای شناسایی، پیگیری و نظارت بر کل زنجیره تأمین در یک پلت فرم شفاف و قابل‌ردیابی در دسترس برای همه اعضای سیستم پیشنهاد داد. در سال 2018 توانایی بلاک‌چین را برای ذخیره داده‌های مربوط به تأیید اعتبار غذایی موردمطالعه قرارداد. آن‌ها همچنین مشخص می‌کنند که ویژگی‌های فن‌آوری بلاک‌چین با اهداف ردیابی مواد غذایی مانند مدیریت مناسب زنجیره تأمین، تضمین کیفیت و شناسایی محصولات غیر سازگار و همچنین نقش سنسورها و دستگاه‌های IoT. در کار ما، دستگاه RFID، منبع داده‌های دیجیتال هستند و بین جریان فیزیکی و شبکه بلوک چینی قرار می‌گیرند. قراردادهای بلاک‌چین و هوشمند را به‌عنوان یک فن‌آوری که قادر به مدیریت خطرات زنجیره تأمین و افزایش قابلیت انعطاف‌پذیری سیستم در مواجه با تقلب و جرائم اینترنتی است را می‌توان مشاهده کرد.

HYPERLEDGER SAWTOOTHیک‌راه حل سازمانی برای ساخت، استقرار و مدیریت دایرکتوری‌های توزیع‌شده (معمولاً بلاک‌چین نامیده می‌شود) است. این‌یک پلت فرم بسیار مدولار و قابل‌انعطاف برای اجرای به‌روزرسانی‌های مبتنی بر مبادله به حالت مشترک بین طرف‌های غیرقابل‌اعتماد است که توسط الگوریتم‌های توافق هماهنگ شده است.

سیستم تأمین مواد غذایی

زنجیره تأمین مواد غذایی شامل یک سیستم پیچیده و متشکل از اپراتورها، منابع، فرایندهای مربوط به ایجاد و فروش یک محصول است. این منابع ورودی‌های کشاورزی را به مصرف‌کنندگان مواد غذایی پیوند می‌دهد. طبق مقررات اروپایی «مزرعه تا چنگال»، در مقیاس وسیع، یک زنجیره تأمین مواد غذایی زراعی عمومی با مراحل مختلف ذیل ترکیب می‌شوند: تولید، پردازش و توزیع مواد غذایی، بازاریابی و مصرف. برای طراحی سیستم ما پنج طبقه فازهای اصلی مشخصه یک زنجیره تأمین عمومی زراعی کشاورزی مشخص کردیم که به شرح زیر است:

شکل 1: معماری سیستم

• تولید: مرحله تولید نشان‌دهنده تمام فعالیت‌های کشاورزی در داخل مزرعه است. کشاورز از مواد خام برای تولید محصول (ورودی) استفاده می‌کند. در طول سال، بسته به کشت، ما می‌توانیم یک یا چند برداشت داشته باشیم.

• پردازش: این مرحله مربوط به تبدیل، کلی یا جزئی، یک محصول به یک یا چند محصول دیگر است. انتظار می‌رود در مرحله فرآیند بسته‌بندی، هر بسته با یک کد یکتا تولیدی حاوی اطلاعات مانند روز تولید و لیست مواد خام مورداستفاده، شناسایی شود.

• توزیع: پس از بسته‌بندی و برچسب‌گذاری، محصول برای مرحله توزیع منتشر می‌شود. بسته به نوع محصول، زمان تحویل می‌تواند تغییر کند و ما می‌توانیم یک مرحله ذخیره‌سازی محصول داشته باشیم.

• خرده‌فروشی: در پایان توزیع، محصولات به خرده‌فروشانی که فروش محصول را انجام می‌دهند تحویل داده می‌شوند. کاربر نهایی زنجیره، مشتری خواهد بود که محصول را خریداری می‌کند.

• مصرف: مصرف‌کننده، کاربر نهایی زنجیره است، او محصول را خریداری می‌کند و به استانداردهای کیفیت نیاز دارد تا قابلیت ردیابی را تأیید کند.

مطابق با پژوهش‌های (Porru و همکاران) و (Marchesi و همکاران) علاقه شدیدی به فناوری‌های بلاک‌چین به‌سرعت در حال رشد و توسعه سریع باعث شده که تولید نرم‌افزاری غیرمجاز و عجولانه ایجاد شود. به‌منظور اطمینان از کیفیت، سیستم مبتنی بر بلاک‌چین ، بخشی از یک روش مهندسی نرم‌افزار را طراحی کرد که توسط نویسندگان به نام ABCDE(مهندسی توسعه بلاک‌چین سریع) نام گذاری شد. این تعریف از هدف و بازیگران اصلی سیستم شروع می‌شود. این نکات به‌عنوان «داستان کاربر» (US) شناسایی می‌شوند و نمودارهای UML را برای غنی‌سازی مرحله طراحی و ساده‌سازی توسعه می‌دهند. هدف از این سیستم، گواهی یک زنجیره تأمین زراعی عمومی است که اطمینان از ردیابی مواد غذایی در تمام مراحل تولید، پردازش و توزیع را دنبال می کند.

شکل 2: لایه متعارف

بازیگران: ما بازیگران زیر را در سیستم شناسایی کردیم:

• مدیر سیستم (SA). او سیستم ورودی است. او یک موجودیت صحیح است که می‌تواند هویت تمام بازیگران درگیر در سیستم را تأیید کند (مزارع، کشاورزان، اپراتورها، گواهینامه‌ها) و دسترسی به خواندن و نوشتن را مدیریت کند.

• مدیر بازرگانی (BA). او صاحب یک مزرعه است و مسئولیت پیگیری در شرکت را او دارد.

• گواهی دهنده (CE). او یک فرد یا یک سازمان مستقل است که یک فرایند خاص یا یک محصول خاص در زنجیره تأمین را تأیید می‌کند.

• اپراتور (OP). او یک کارمند مجاز است داده‌ها را در داخل سیستم ثبت کند.

• مشتری (CU). او می‌تواند تاریخچه محصول را با خواندن اسناد و پرونده‌های مربوطه ردیابی کند.

برای اطمینان از هماهنگی بین بازیگران و درمیان مراحل مختلف زنجیره تأمین، برای پاسخ به درخواست مشتری، برای رعایت نیازهای گواهینامه‌ها و کنترل‌ها، برای تضمین قوانین ردیابی، برنامه باید یک یا چند گره هماهنگ برای همگام‌سازی اطلاعات را داشته باشد.

الگوی آدرس‌دهی

هر آدرس در Sawtooth شامل 35 بایت، آدرس باید قطعی باشد، هر اعتبارسنج یا مشتری باید بتواند آن را محاسبه و همان خروجی باید بازتولید شود.

هر آدرس در حالت جهانی حاوی مجموعه‌ای از داده‌های سریالی است که به‌طور منحصربه‌فرد شناسایی می‌شوند. طرح آدرس‌دهی مورداستفاده شامل تقسیم هر آدرس به سه بخش مختلف است: فضای نام، نوع منبع و شناسه‌های هشدار. پیشوند هر آدرس (فضای نام، متشکل از 3 بایت) اجازه می‌دهد تا شناسایی تمام آدرس‌های مربوط به یک برنامه خاص، در مورد ما، رشته ‘F4CB6D’، AgriChain TP را شناسایی می‌کند.

نوع منبع فیلد، متشکل از 2 بایت، اجازه می‌دهد تا به‌سرعت تعیین کند کدام نوع از منابع در آدرس ذخیره می‌شود.

شکل 5: الگو آدرس‌دهی

نتیجه‌گیری

این مقاله یک چارچوب برای ردیابی در یک زنجیره تأمین غذایی را پیشنهاد می‌کند باهدف مقابله با چالش‌های اصلی که مدیریت زنجیره تأمین با آن‌ها مواجه است برای رفع مشکلات مرتبط با تمرکز دادن اطلاعات که شامل عدم اعتماد بین اعضای درگیر و مشکلات بازسازی سوابق محصول است، تکنولوژی Blockchain در ترکیب با آخرین تکنولوژی‌های IOT برای توسعه سیستم ما انتخاب‌شده است.

مدل «مزرعه تا چنگال» طراحی‌شده با استفاده از پلت فرم Hyperledger Sawtooth، با بهره‌گیری از ویژگی‌های مدولار با تمرکز برداده مای سنسور، توسعه داده شد. انتشار پلت فرم با مجوزهای نوشتن و دید عمومی در خواندن، با استفاده از یک کد محصول QR برای مشتریان، برای اطمینان از ردیابی آن‌ها، اطلاعات را در مورد تاریخچه محصول بازیابی می‌کند. علاوه بر این، این ویژگی‌ها میزان اعتماد درمیان شرکت‌کنندگان در زنجیره تأمین را افزایش می‌دهد و اجازه می‌دهد تا مشاهده سوابق و یکپارچگی آن‌ها تأیید گردد. ما معتقدیم که Hyperledger Sawtooth فناوری جدید، کارآمد و امیدوارکننده در محیط زنجیره تأمین است