سیستم ردیابی زنجیره‌ی تامین مبتنی بر بلاکچین و اینترنت اشیا برای امنیت غذایی

چکیده ـ امنیت غذایی موضوع حساس فضای آکادمیک و تجاری است و در سال‌های اخیر، این حساسیت رشدی ناگهانی داشته است. با رشد سریع تکنولوژی‌های اینترنتی، تکنولوژی‌های نوظهور بسیاری در سیستم‌های ردیابی در حوزه‌ی زنجیره‌ی تامین پیاده‌سازی شده‌اند. هرچند تا به امروز، تقریبا تمام این سیستم‌ها متمرکز، انحصاری، نامتوازن و غیر شفاف بوده‌اند که مسائلی از جمله عدم اعتماد مشتری بابت کلاهبرداری غذایی، فساد، دستکاری و جعل اطلاعات را در پی داشته است. در کنار این، از آنجاییکه شکست در یک نقطه به خرابی کل سیستم می‌انجامد، سیستم متمرکز آسیب پذیر بوده و ممکن است از هم بپاشد. امروز، تکنولوژی جدیدی به نام بلاکچین که ابتکاری خارق‌العاده در تکنولوژی اطلاعات غیرمتمرکز است، رویکرد کاملا نوینی ارائه می‌دهد. هرچند، از آنجاییکه این تکنولوژی همچنان در گام‌های اولیه‌ی خود به سر می‌برد، چند نقص ذاتی دارد که مهمترین و فوری‌ترین آن‌ها در مواجهه با  داده‌های انبوه در دنیای واقعی، مقیاس‌پذیری است. در این مقاله ما برای ردیابی بلادرنگ مواد غذایی، سیستم ردیابی زنجیره‌ی تامین غذایی مبتنی بر تحلیل زیان و کنترل نقاط بحرانی (HACCP)، بلاکچین و اینترنت اشیا را ارائه می‌کنیم که پلتفرم اطلاعاتی شفاف، مطمئن، ایمن و بی طرف را در اختیار تمام اعضای زنجیره‌ی تامین قرار می‌دهد. افزون بر این، ما مفهوم جدید بیگ‌چِین‌دی‌بی را تعریف می‌کنیم تا شکاف مقیاسی سیستم‌های غیرمتمرکز را پر کنیم. این مقاله با تعریف موارد کاربردی نتیجه گیری می‌کند و چالش‌های پیش رو برای پذیرش تکنولوژی بلاکچین در سیستم‌های زنجیره‌ی تامین غذایی آینده مورد بحث قرار می‌دهد.

  1. مقدمه

همه‌جا و همه‌کس با مواد غذایی سروکار دارند. در طول بیست سال گذشته، پس از تهدیدات متوجه امنیت غذایی و رسوایی‌ها‌ی به بار آمده نظیر بیماری جنون گاوی، غذاهای اصلاح شده به صورت ژنتیکی، پودر شیر سمی و روغن ترانس، اعتماد مشتریان به صنعت مواد غذایی تا حد زیادی سلب شده است. در نتیجه، نگرانی‌های رو به افزایش مشتریان نسبت به ایمنی و کیفیت مواد خوراکی توجه بسیاری را در بخش آکادمیک و صنعتی به خود جلب کرده است. در پاسخ به مشکلات ایمنی غذایی، بسیاری از تکنولوژی‌های اینترنت اشیا، از جمله آر‌اف‌آی‌دی و معماری‌ها و نرم‌افزار مبتنی بر شبکه‌ی سنسور بی‌سیم، برای بررسی و ردیابی زنجیره‌ی تامین پیاده‌سازی شده‌اند. هرچند، مشکلی که اصلا به آن پرداخته نشده این است که آیا اطلاعاتی که اعضای زنجیره‌ی تامین غذایی در سیستم‌های ردیابی به اشتراک می‌گذارند، قابل اعتماد است یا خیر؟ سازمان‌های متمرکز این چنینی با داشتن داده‌هایی از این دست که به عدم توازن اطلاعات میان افراد و سازمان‌ها می‌انجامد، می‌توانند بسیار قدرتمند شوند. این امر می‌تواند هدف آسیب‌پذیری برای رشوه باشد و اگر مثلا مدیر رشوه بگیرد، اطلاعات ارزشمندی دستکاری می‌شود و سپس کل سیستم دیگر قابل اعتماد نخواهد بود. این دقیقا مشکلی است که در بازار مواد غذایی اتفاق افتاده است. دیگر خطر بالقوه آن است که تنها یک شکست در یک نقطه از سیستم، کل سیستم را به خطر می‌اندازد (برای مثال، هک و فساد). بلاکچین، تکنولوژی جدیدی است که می‌تواند کلیدی برای حل این مشکلات باشد، تمام اطلاعات محصولات غذایی را می‌توان در سیستمی مشترک و شفاف برای تمامی اعضای زنجیره‌ی تامین ذخیره کرد. بلاکچین، به عنوان یک تکنولوژی نوظهور نقص‌های خاص خود را دارد و با افزایش کاربری، مقیاس‌پذیری اولین و مهمترین نگرانی به حساب می‌آید. در این مقاله، سعی بر این است که از منظر بلاکچین و پایگاه داده‌ی توزیع شده، راه‌حلی پیدا کنیم. امید بر آن است که سیستم تعریف شده بتواند ردیابی غذا از “مزرعه تا میز” را به واقعیت تبدیل کند و اطمینان عمومی را به زنجیره‌ی تامین غذایی بازگرداند.

این مقاله به شکل زیر سازمان‌دهی شده است. بخش دوم ادبیات موجود در زمینه‌ی HACCP، آر‌اف‌آی‌دی و تکنولوژی بلاکچین را در بستر زنجیره‌ی تامین غذایی ارائه می‌کند. سپس در بخش سوم نمودار فرآیند معمول مواد غذایی را نشان می‌دهد و نکات مهم مربوط به HACCP ارائه می‌شود. در بخش چهارم نیز جزئیات سیستم مبتنی بر بلاکچین، راه‌حلی برای مشکلات مقیاس‌پذیری بلاکچین پیشنهاد کرده و معماری و عملکرد آن را نشان می‌دهد. در بخش پنجم، از طریق موارد کاربرد چگونگی نظارت نشان داده شده و اثبات می‌شود که اقدامات تصحیحی که در بخش سوم به آن پرداخته شد، با سیستم ما پشتیبانی می‌گردد. در آخر، در بخش ششم نتیجه‌گیری مختصری از این مقاله آمده است.

  1. پیشینه‌ی پژوهش

HACCP که روی مدیریت و پیشگیری از خطر متمرکز است به عنوان هم‌معنی ایمنی غذایی لحاظ می‌شود و می‌توان آن را به سادگی به مدیریت اجرایی و تضمین ایمنی زنجیره‌ی غذایی ربط داد. برای دستیابی به کیفیت بالای شیر، ویلار و همکارانش در سال ۲۰۱۲ روش HACCP را روی زنجیره‌ی تامین لبنیات پیاده‌سازی کردند، تمرکز آن‌ها روی تجهیزات شیر و مخازن خنک کننده‌ای بود که ممکن بود با خطراتی مانند باقیمانده‌های شیمیایی و میکروبیولوژیکی، کیفیت شیر را تحت الشعاع قرار دهند. آن‌ها ثابت کردند که پیاده‌سازی HACCP می‌تواند برای ایمنی زنجیره‌ی تامین لبنیات عملی باشد. فتوپولوس و همکارانش در سال ۲۰۱۱، بر اساس تحلیل پارتو، پژوهش‌های انجام شده در زمینه‌ی سیستم‌های تضمین ایمنی موادغذایی را آزمایش کردند و فاکتورهای ضروری و حیاتی که پیاده‌سازی HACCP را تحت تاثیر قرار می‌داد را ثبت کردند. آن‌ها در پژوهش خود، ۳۱ پژوهش را تحلیل کرده و در مجموع ۳۲ فاکتور که می‌توانست روی پیاده‌سازی HACCP تاثیر داشته باشد را شناسایی کردند. هِراث و هنسون در سال ۲۰۱۰ چهار مانع برای پیاده‌سازی HACCP را شناسایی کردند. با رشد سریع اینترنت اشیا، بسیاری از پژوهشگران کاربرد تکنولوژی‌های مرتبط برای سیستم‌های ردیابی در زنجیره‌های تامین مواد غذایی را نیز در نظر گرفتند. فولیناس و همکارانش در سال ۲۰۰۶ نشان دادند که کارآیی سیستم ردیابی به توانایی ردیابی هر یک از محصولات و واحدهای لجستیک بستگی دارد، به طوریکه نظارت پیوسته را از تولید اولیه تا دفع نهایی توسط مصرف کننده فراهم می‌آورد. شاناهان و همکارانش در سال ۲۰۰۹ چارچوبی مبتنی بر آراف‌آی‌دی برای ردیابی گوشت گاو از مزرعه تا کشتارگاه پیشنهاد دادند. این سیستم با استفاده از آراف‌آی‌دی برای شناسایی هر گاو به صورت جداگانه، راه‌حلی برای غیر قابل دسترس بودن رکوردهای ردیابی و فعالیت‌های کلاهبردارانه پیشنهاد می‌دهد. آباد و همکارانش در سال ۲۰۱۰ به منظور ساخت سیستمی خودکار برای یکپارچه‌سازی داده‌های آنلاین ردیابی و اطلاعات کنترل شرایط زنجیره‌ی سرمایش، تلاش کردند تا تگ هوشمند آراف‌آی‌دی که برای ردیابی و نظارت بلادرنگ بر زنجیره‌ی سرمایش مواد غذایی در مورد پژوهش زنجیره‌ی لجستیک بین‌قاره‌ای ماهی تازه توسعه پیدا کرده بود را اعتبار سنجی کنند. ماتولی و همکارانش در سال ۲۰۱۰، دیتا لاگر منعطف مبتنی بر تگ (FTD) توسعه دادند که برای جمع‌آوری داده‌های محیطی (مثلا نور، رطوبت و دما) به بطری‌ها متصل می‌شد تا بطری‌های مشروبات را تا سوپرمارکت ردیابی کنند. داده‌های تاریخی ذخیره شده در FTD را می‌توان جهت ارزیابی وضعیت امنیتی بطری‌های مشروبات به وسیله‌ی تلفن‌های هوشمند یا دستیار دیجیتال شخصی با درگاه مادون قرمز خواند.

تمامی پژوهشگرانی که در بالا ذکر شد حامی ایده‌ی استفاده از سیستم متمرکزی هستند که تا کمی پیشتر، تنها راه قابل درک برای دستیابی به اطلاعاتی شفاف در زنجیره‌ی تامین بود. امروز، بلاکچین به عنوان تکنولوژی نوین رویکردی کاملا جدید ارائه می‌کند و توجه بسیاری از پژوهشگران در حوزه‌های مختلف را به خود معطوف کرده است. آبیراتنی و مونفارد در سال ۲۰۱۶ مزیت بالقوه‌ی تکنولوژی بلاکچین را در زنجیره‌ی تامین تولید مطرح کردند. آن‌ها پیشنهاد دادند که مشخصات ذاتی بلاکچین از طریق شفافیت و ردیابی در هرگونه مبادله داده، کالا و منابع مالی، اعتماد را افزایش می‌دهد. بنابراین می‌تواند پلتفرمی نوآورانه برای مکانیسم مبادله جدید شفاف و غیرمتمرکز در صنایع و کسب‌وکارها ارائه کند. علاوه بر این، برای اثبات نحوه‌ی استفاده‌ از تکنولوزی بلاکچین در شبکه‌های جهانی زنجیره‌ی تامین، از مثالی استفاده کردند. از آنجاییکه عدم اطمینان برای یکپارچه‌سازی فرایند کسب‌وکاری در میان سازمان‌ها یک مانع به حساب می‌آید، وِبِر و همکارانش در سال ۲۰۱۶ اصرار داشتند که بلاکچین تکنولوژی نوظهوری است که می‌تواند برای به اشتراک گذاری داده‌های مبادله‌ای و غیرمتمرکز در شبکه‌ای از مصرف کنندگان بی اعتماد مورد استفاده قرار گیرد. آن‌ها برای یکپارچه‌سازی بلاکچین به صورت ترکیبی از فرآیندها، تکنیکی توسعه دادند، به طوریکه نیاز به هیچ قدرت مرکزی نباشد اما اعتماد حفظ شود. در میان این پژوهشگران، بعضی تلاش کردند نقص‌های بلاکچین به ویژه مشکل مقیاس پذیری را حل کنند. مک‌کوتناگی و همکارانش در سال ۲۰۱۶ بیگ‌چین‌دی‌بی را تعریف کردند که پایگاه داده‌ی توزیع شده (DB) را با مشخصه‌های بلاکچین ترکیب می‌کرد. بنابراین، ویژگی‌های پایگاه داده‌ی توزیع شده، یعنی مقیاس‌بندی خطی در توان عملیاتی و ظرفیت، تحقق کارآمد، مجوز، و ویژگی‌های بلاکچین یعنی غیرمتمرکز بودن، تغییر ناپذیری، ایجاد و حرکت دارایی‌های دیجیتال را دارا بود. کرومان و همکارانش در سال ۲۰۱۶ دلایل تاخیر در فرآیند بلاکچین را برای پشتیبانی توان عملیاتی بسیار بالاتر و تاخیر کمتر را تحلیل کردند. نتایج آن‌ها نشان می‌داد که اندازه‌ی بلوک‌ها و فاصله‌ها بایستی تنها به عنوان اولین گام به سوی نسل بعدی در نظر گرفته شوند. آن‌ها برای تحقق مقیاس‌پذیری، روش‌های بلاکچین را از پنج سطح در سلسله مراتب وابستگی از بالا به پایین بررسی کردند، شبکه، رضایت عمومی، ذخیره، نمایش و سطوح جانبی. بر اساس بحث بالا، اینترنت اشیا برای سیستم‌های ردیابی زنجیره‌ی تامین بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. هرچند، بیشتر این سیستم‌ها متمرکز هستند و هیچ سیستم غیرمتمرکزی در زنجیره‌ی تامین مواد غذایی برای امنیت غذایی مورد استفاده قرار نگرفته است. در این مقاله، برای نظارت و ردیابی زنجیره‌ی تامین مواد غذایی، سیستم اطلاعات غیرمتمرکزی مبتنی بر HACCP، بلاکچین و اینترنت اشیا توسعه داده شده است. این سیستم جدید در مقایسه با سیستم‌های متمرکز می‌تواند یک نوآوری متحول کننده باشد که پلتفرم اطلاعاتی با شفافیت، اطمینان، امنیت و بی طرفی را در اختیار تمام اعضای زنجیره‌ی تامین قرار می‌دهد. علاوه‌براین، ما مقیاس پذیری تکنولوژی بلاکچین را در طول پردازش داده‌های حجیم در محیط کسب و کاری نیز بررسی کرده‌ایم. ما معتقدیم این سیستم چشم انداز و ایده‌ای جدید برای ردیابی و نظارت بر زنجیره‌ی تامین بوده و امنیت غذایی را در زنجیره‌ی تامین مواد غذایی به صورت چشمگیری افزایش می‌دهد.

  1. مدل زنجیره‌ی تامین مواد غذایی با HACCP

نمودار فرآیند معمول برای زنجیره‌ی تامین مواد غذایی در شکل ۱، و در جدول ۱ در بخش‌های مختلف با HACCP نشان داده شده است. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده، کل زنجیره‌ی تامین غذایی به پنج بخش تقسیم شده است: الف. تولید، ب. پردازش، ج. انبار، د. توزیع، هـ. خرده فروشی.

شکل ۱– دیاگرام زنجیره تامین غذایی

تولید محصولات کشاورزی را در نظر بگیرید. اول از همه در بخش تولید، محیط زراعت بایستی ارزیابی شود، مثلا کیفیت خاک، آب، هوا و غیره. سپس تمامی اندازه‌گیری‌های معقول بایستی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که امنیت داده‌های رشد و پایش‌های مربوط تامین می‌شود. در بخش پردازش، پردازش معمولا در مکان مختلفی صورت می‌پذیرد. در نتیجه ارزیابی محیط و تجهیزات پردازش ضروری است. تمام پردازش‌های بعدی بایستی با توجه به عملکردهای کاری مناسب انجام گیرد. در کنار این، استفاده از مواد افزودنی و سایر مواد بایستی در راستای هدف مورد نظر باشد. در بخش انبارداری، تجهیزات زنجیره‌ی سرمایشی بایستی به خوبی نگهداری شود. علاوه‌براین، مدیریت انبار (مانند ثبت محیط انبار سرد، کیفیت و زمان ذخیره‌ی محصولات) بایستی طبق عملکردهای کاری مناسب باشد. در بخش توزیع، تمامی تجهیزات سرمایشی و یخچالی، مانند کامیون، بایستی به خوبی نگهداری شوند. در آخر، در بخش خرده ‌فروشی، تمام مدیریت خرده فروشی (مثلا استفاده از یخچال، بررسی عمر طراوت، جایگزینی محصولات منقضی) بایستی طبق عملکرد کاری مناسب صورت گیرد و به صورت سند منظم ثبت شود.

جدول ۱– کنترل های معمول برای خطرات موجود در زنجیره تامین غذا

کنترل خطر سنجش‌های کنترل پایش اقدامات تصحیح کننده
A1 خطر ایمنی از محیط پیشینه ارزیابی مکان به عنوان بخشی از طرح تضمین (مثلا کیفیت خاک، آب، هوا، نور خورشید) تایید تنظیم کننده؛ ارزیابی مجدد روتین بررسی دسته بندی جایگاه؛ ارزیابی مجدد تعیین جایگاه، مستندسازی اقدامات صورت گرفته
A2 خطر ایمنی از عملکرد زمین کشاورزی (پرورش) تمامی اقدامات طبق عملکرد کاری مناسب و اطلاعات ثبت شده از پرورش (مثلا تنوع، تعداد آیتم، منطقه‌ی تولید، شرایط پرورش، زمان کاشت، زمان شخم زدن و غیره.) مستندسازی بررسی مراحل؛ بررسی آموزش نیروی کار؛ مستندسازی اقدامات صورت گرفته
A3 اضافی باقیمانده‌های کودها و آفت کش‌های اعمال شده تمامی آفت کش‌ها و کودها از تامین کنندگان معتبر خریداری شوند تایید تنظیم کننده، مستندسازی تامین کننده، مستندسازی محل بررسی وضعیت تامین کننده؛ بررسی تولید کننده؛ بررسی آموزش نیروی کار؛ مستندسازی اقدامات صورت گرفته
B1 خطر ایمنی همراه با محیط پردازش ارزیابی محل به عنوان بخشی از طرح تضمین (مثلا کنترل دما، ضدعفونی کننده، تجهیزات) تایید تنظیم کننده؛ ارزیابی مجدد روتین؛ مستندسازی محل بررسی دسته بندی محل، ارزیابی مجدد تعیین محل، مستندسازی اقدامات صورت گرفته
B2 خطر ایمنی همراه با مرحله‌ی پردازش تمامی اقدامات پردتزشی بق عمکرد کاری مناسب، افزودنی‌های فرآیند مورد استفاده بری هدف مورد نظر مستندسازی جایگاه، مستندسازی تامین کننده بررسی مراحل، بررسی آموزش نیروی کار، مستندسازی اقدامات صورت گرفته، بررسی وضعیت تایمن کننده
C1 خطر ایمنی از تجهیزات جایگاه اطمینان از نگهداری مناسب تمامی تجهیزات (انبار سرمایشی، سیستم‌های کنترل دما و رطوبت) ثبت و ضبط نگهداری

 

بررسی مراحل نگهداری؛ بررسی آموزش نیروی کار؛ مستند سازی اقدامات صورت گرفته
C2 خطر ایمنی از مدیریت انبار تمامی اقدامات مدیریتی انبارها طبق عملکرد کاری مناسب (مثلا ثبت محیط انبار سرمایشی، کیفیت و زمان ذخیره‌ی محصولات) مستند سازی محل بررسی مراحل؛ بررسی آموزش نیروی کار؛ مستند سازی اقدامات صورت گرفته
D خطر ایمنی از تجهیزات جایگاه اطمینان از نگهداری مناسب از تجهیزات (مثلا کامیون یخچالی) ثبت و ضبط نگهداری

 

بررسی مراحل نگهداری؛ بررسی آموزش نیروی کار؛ مستند سازی اقدامات صورت گرفته
E خطر ایمنی همراه با مدیریت خرده فروشی تمامی اقدامات مدیریت خرده فروشی طبق عملکرد کاری مناسب (مثلا استفاده از یخچال، بررسی طول عمر، جایگزینی محصولات منقضی شده) مستندسازی محل بررسی مراحل؛ بررسی آموزش نیروی کار؛ مستند سازی اقدامات صورت گرفته

 

  1. سیستم ردیابی مبتنی بر بلاکچین و اینترنت اشیا

الف. بلاکچین و قراردادهای هوشمند

بلاکچین پایگاه داده‌ی پراکنده‌ای دارد: زنجیره‌ی بلاک‌ها بر اساس زمان، که هر بلاک تمامی اطلاعات فعالیت شبکه‌ای را از زمانی که به زنجیره اضافه شده در خود ذخیره می‌کند. تمام داده‌های بلاکچین عمومی هستند و هر کاربری می‌تواند به صورت تراکنشی که یک بسته داده‌ی قابل تشخیص در سیستم است، داده اضافه کند، هر زمان که بخواهد داده را بررسی و کپی کند اما هیچکس نمی‌تواند داده را تغییر دهد. بنابراین، بلاکچین تاریخ غیرقابل تغییر شبکه است که در تمام گره‌های سیستم قابل به اشتراک گذاری است. سیستم‌های مبتنی بر بلاکچین نیاز به مرجع اعتماد را از بین می‎برد. در عوض، اعتماد از طریق “فرآیند کاوشگری” شکل می‌گیرد که امنیت و اعتبار اطلاعات اضافه شده به زنجیر را تضمین می‌کند.

در فرآیند کاوشگری دو تراکنش پیش از اضافه شدن به بلاکچین، به وسیله‌ی دو گره در کل سیستم به نام “کاوشگران” بررسی می‌شوند. کاوشگران به واسطه‌ی الگوریتم رضایت عمومی، بلوک‌های جدید را به زنجیره اضافه می‌کنند یا تراکنش‌های جدید را به بلوک اضافه می‌کنند که بایستی توسط اکثر یا همه‌ی گره‌های سیستم به عنوان داده‌ی معتبر تایید شود. سیستم‌های مبتنی بر بلاکچین جهت جمع‌ کردن تراکنش‌ها روی بلاک‌ها و الحاق آن‌ها به کاوشگران متکی است. زمانیکه تراکنش‌ توسط تعداد کافی از گره‌ها تایید شد، تبدیل به بخشی معتبر و دائمی از پایگاه داده می‌شود. به منظور اعتبار سنجی و نگهداری مداوم داده‌های دائمی، سیستم به کاوشگر برای افزودن بلاک‌های معتبر به زنجیره، به صورت یک اعتبار دیجیتال پاداش می‌دهد که برای عدم مصرف بیش از حد از منابع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

علاوه‌براین، هیچ کاوشگری به تنهایی نمی‌تواند داده‌های نامعتبر را بدون شناسایی توسط دیگر کاوشگر، به عنوان یک تهدید بالقوه تغییر داده و یا اضافه کند. از این رو این روش به صورت قابل توجهی شفافیت، اعتماد و ردیابی در سیستم را بالا می‌برد. قرارداد هوشمند نوعی برنامه‌ی کامپیوتری است که در بلاکچین اجرا می‌شود، مثلا بوسیله‌ی تمامی گره‌های موافق اجرا می‌شود. این برنامه شامل کد برنامه، فایل ذخیره است. هر کاربر می‌تواند با فرستادن تراکنشی به بلاکچین یک قرارداد بسازد. کد برنامه‌ی قرارداد زمانیکه قرارداد ساخته می‌شود، تنظیم شده و قابل تغییر نیست. همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده، فایل ذخیره‌ی قراداد هوشمند روی بلاکچین ذخیره می‌شود. منطق برنامه‌ی آن توسط کاوشگران که در مورد خروجی اجرا به توافق رسیده‌اند، اجرا می‌شود و بر این اساس به روز رسانی می‌گردد. کد قرارداد زمانیکه پیامی دریافت می‌کند قابل اجرا است. زمان اجرای کد، قرارداد هوشمند از فایل ذخیره‌ی خود قابل خواندن و نوشتن است. در واقع، تمامی حالت قرارداد هوشمند در دسترس تمامی کاربران سیستم قرار دارد.

شکل ۲– فریمورک مفهومی مبتنی بر بلاکچین

ب. مقیاس‌پذیری بلاکچین

همانطور که پیشتر بحث شد، ویژگی‌های سیستم‌ مبتنی بر بلاکچین می‌تواند امنیت و شفافیت سیستم‌های غیرمتمرکز را بهبود بخشند. هرچند، تکنولوژی بلاکچین در مواجهه با داده‌ی انبوه در محیط کسب و کار واقعی، به لحاظ توان عملیاتی ، تاخیر و قابلیت مشکلات مقیاس‌پذیری دارد.

  • توان عملیاتی: تاکنون توان عملیاتی بلاکچین به دلیل محدودیت اندازه‌ی بلوک، به ۷ تراکنش در ثانیه محدود بود، درحالیکه ویزا می‌تواند ۴۷۰۰۰ تراکنش در ثانیه را متحمل شود. این توان عملیاتی زمانیکه پای محیط‌های کسب و کاری به میان می‌آید، به طرز غیرقابل قبولی پایین است.
  • تاخیر: هر بلوک در بلاکچین برای تایید تراکنش به ده دقیقه زمان نیاز دارد. در مقابل، در سیستم‌های ویزا تایید تراکنش تنها چند ثانیه طول می‌کشد.
  • ظرفیت: تمام بلاکچین بیت کوین در سال ۲۰۱۵ حدود ۵۰ گیگابایت است. اگر توان عملیاتی آن تا سطح ویزا افزایش پیدا کند، پایگاه داده‌ی بلاکچین روزانه ۳.۹ گیگابایت رشد خواهد داشت. در مقایسه با پایگاه‌های داده‌ی توزیع شده‌ی معمولی که می‌توانند بیش از یک میلیون گیگابایت داده را ذخیره کنند، اندازه‌ی داده‌ی بلاکچین بیت کوین واقعا کوچک است. هرچند اعضای حرفه‌ای هنوز نگران هستند که رشد بیت کوین بسیار بالا است.

با توجه به آنچه گفته شد، مزایا و معایب پایگاه‌های داده‌ی توزیع شده و بلاکچین بسیار مکمل یکدیگر هستند. بنابراین، ما می‌توانیم مشکلات مقیاس‌پذیری بلاکچین را با افزودن کمی از ویژگی‌های پایگاه‌های داده‌ی توزیع شده حل کنیم. مک‌کوناگی و همکارانش در سال ۲۰۱۶ مفهوم بیگ‌چین‌دی‌بی را پیشنهاد دادند که مزایای کلیدی پایگاه‌های داده‌ی توزیع شده و بلاکچین را با یکدیگر ادغام می‌کند.

همانطور که در جدول ۲ نشان داده شده، بیگ‌چین‌دی‌بی سه ویژگی بلاکچین را داراست. کنترل غیرمتمرکز از طریق گره‌های سیستم و با فرآیند رای‌گیری قابل دستیابی است که به عنوان شبکه‌ی سوپر همتا به همتا شناخته می‌شود. تغییرناپذیری نیز از طریق بلاک‌های زمانی که در آن هر بلاک توالی منظمی از تراکنش‌ها را در برمی‌گیرد (بلاکچین) قابل دستیابی است. علاوه‌براین، هر کاربر می‌تواند یک دارایی را با مجوز انتقال دارایی یا کلید دارایی منتشر کند. از این رو، این امر خطر دستکاری داده را در شکست تک نقطه‌ای از سوی هکرها و ادمین‌های قدرتمند از بین می‌برد.

جدول ۲– مشخصه های اصلی بلاکچین، دیتابیس های توزیع شده و بیگ چین دی بی

علاوه‌براین، بیگ‌چین‌دی‌بی روی سه مزیت اصلی پایگاه‌های داده‌ی توزیع شده نیز تاکید می‌کند. توان عملیاتی آن را می‌توان با افزایش تعداد گره‌ها بالا برد. در بیگ‌چین‌دی‌بی، هر گره داده‌ها را از طریق روش تکثیر جزئی ذخیره می‌کند، به این معنی که هر گره تنها یک زیرمجموعه‌ از تمام داده‌ها را ذخیره کرده و هر بیت داده روی چندین گره تکثیر شده است. این روش مانند بیشتر پایگاه‌های داده‌ی توزیع شده‌ی مدرن، همبستگی خطی مثبتی میان تعداد گره‌ها و ظرفیت ذخیره‌سازی نشان می‌دهد. در مقایسه با آن، ظرفیت سیستم‌های مبتنی بر بلاکچین با افزایش تعداد گره‌ها تغییر نمی‌کند.

ج. ساختار سیستم‌های ردیابی مبتنی بر بلاکچین و اینترنت اشیا

۱) مروری بر سیستم‌های ردیابی

همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده، سیستم پیشنهادی سیستمی معمولی با توزیع غیرمتمرکز است که برای جمع‌آوری و انتقال از اینترنت اشیا استفاده می‌کند (مثلا آراف‌آی‌دی، دابلیواس‌ان، جی‌پی‌اس)، برای ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌های مربوط به محصولات در زنجیره‌ی تامین مواد غذایی بر بیگ‌چین‌دی‌بی متکی است. زنجیره‌ی تامین، اعضای مختلفی دارد، از جمله تامین کنندگان، تولید کنندگان، توزیع کنندگان، خرده فروشان، مصرف کنندگان و گواهی کنندگان. هرکدام از این اعضا می‌توانند تا زمانیکه به عنوان کاربر در سیستم ثبت نام کرده‌اند، در مورد محصولات اطلاعاتی به بیگ‌چین‌دی‌بی اضافه کرده، آن را به روز رسانی و بررسی کنند. هر محصول تگ (آراف‌آی‌دی) دارد که شناسه‌ی رمزنگاری دیجیتال منحصر به‌ فرد آن است که آیتم‌های فیزیکی را به هویت مجازی آن‌ها در سیستم متصل می‌کند. این هویت مجازی را می‌توان در پروفایل اطلاعات محصول مشاهده کرد. کاربران در سیستم می‌توانند پروفایل دیجیتال خود را داشته باشند که شامل اطلاعاتی مربوط به معرفی، موقعیت مکانی، گواهینامه‌ها و ارتباطات آن‌ها با محصولات است.

شکل ۳– فریمورک مفهومی از سیستم پیشنهادی قابل ردیابی

تمام داده‌های سیستم در بیگ‌چین‌دی‌بی ذخیره شده‌اند و در دسترس تمامی کاربران قرار دارند. این سیستم زیرنظر مجموعه‌ای از قوانین که به صورت کد نوشته شده‌اند اداره شده و در بیگ‌چین‌دی‌بی نیز ذخیره می‌شوند. این قوانین نحوه‌ی ارتباط کاربران با سیستم و چگونگی به اشتراک گذاری داده‌ها در میان کاربران را تعریف می‌کنند. علاوه‌براین، زمانیکه قوانین در بیگ‌چین‌دی‌بی ذخیره شوند، قابل تغییر نیستند مگر اینکه به تمامی گره‌ها ارسال شده و توسط بیشتر آن‌ها تایید شود.

۲) ثبت و به روز‌رسانی و افزودن داده

اعضای زنجیره‌ی تامین می‌توانند در این سیستم به عنوان کاربر از طریق ثبت کننده، ثبت نام کنند. این ثبت کننده گواهی نامه و شناسه‌ی منحصر به فردی برای هر عضو ارائه می‌کند. بعد از ثبت نام، کلید رمزنگاری عمومی و خصوصی برای هر کاربر تولید می‌شود. کلید عمومی را می‌توان برای شناسایی شناسه‌ی کاربر در سیستم و کلید خصوصی را برای هویت سنجی کاربر هنگام تراکنش با سیستم مورد استفاده قرار داد. این امر موجب می‌شود زمانیکه هر محصول به روز رسانی و اضافه می‌شود و با کاربر دیگری در موقعیت پایین‌تر زنجیره‌ی تامین مبادله می‌شود، کاربر به صورت دیجیتالی آن را مدیریت کند. در زنجیره‌های تامین مواد غذایی، زمانیکه کاربری در لینک خاص محصولی دریافت می‌کند، تنها این کاربر می‌تواند از طریق کلید خصوصی خود به پروفایل محصول، داده‌ی جدید اضافه نماید. علاوه‌براین، زمانیکه کاربر این محصول را به کاربر دیگری انتقال می‌دهد، هردو کاربر بایستی قرارداد دیجیتالی امضا کرده و هویت مبادله را مشخص کنند. از این رو، جزئیات تراکنش به بیگ‌چین‌دی‌بی اضافه خواهد شد و سیستم داده را به صورت خودکار پردازش و به روز رسانی می‌کند، این امر به کاربران اجازه می‌دهد هر زمان که بخواهند وضعیت محصول را به اشتراک بگذارند.

۳) بی‌نامی و محافظت از اطلاعات حساس

سیستم ما به کاربران زنجیره‌ی تامین این امکان را می‌دهد تا ویژگی‌های معین و وضعیت محصولات خود را به هر کاربر دیگری در زنجیره انتقال دهند. هرچند، بعضی از کاربران می‌خواهند بعضی از اطلاعات خصوصی خود را به صورت راز حفظ کنند. از منظر تکنولوژی، سیستم ما می‌تواند شناسه‌ها را حفظ کند و در عین حال دیگر اطلاعات مهم را منتقل کند. برای مثال، تولیدکنندگان در زنجیره‌ی تامین می‌توانند با کاربران در موقعیت‌های پایین‌تر قرارداد دیجیتالی ببندند و در عین حال هویت خود را مخفی نگاه دارند. مشتریان نیز ممکن است فقط به بعضی از وضعیت‌های مهم محصول خریداری شده اهمیت بدهند و دانستن همه‌ی اطلاعات مکمل درباره‌ی زنجیره‌ی تامینی که این محصولات را تولید کرده ضروری نباشد.

۴) نقش سازمان‌ها در راس قدرت

در سیستم ما هنوز بعضی از گواهینامه‌ها، ممیزی‌ها و قدرت‌های شخص ثالث وجود دارد، اما تفاوت در این است که آن‌ها پروفایل دیجیتال خود را دارند و با ماسک جدیدی در سیستم ظاهر می‌شوند. آن‌ها رفتار و هویت کاربران را بررسی و تایید می‌کنند و نتایج را در بیگ‌چین‌دی‌بی که در دسترس همه قرار دارد، ثبت می‌کنند. برای مثال، گواهی کنندگان و قدرت‌های شخص ثالث به شرکت‌ها یا امکانات، سر زده تا اطمینان حاصل شود که قوانین و مقررات مربوط به برنامه‌های استاندارد اجرا می‌شود. زمانیکه پروفایل و محصولات کاربر توسط سازمان حاکم تایید شود، می‌توان آن را به روز رسانی کرد و به امضای سازمان‌های حاکم رساند. تمام داده‌های تایید شده بایستی در سیستم منتشر شوند و این امر شفافیت زنجیره‌ی تامین مواد غذایی را به صورت قابل توجهی بالا می‌برد.

  1. سناریوی‌ کاربردی

در این بخش مثال سناریوی کاربردی ارائه می‌شود تا نشان دهد چگونه در HACCP فعالیت‌ها مورد پشتیبانی سیستم ردیابی پیشنهادی قرار می‌گیرند. تمامی اعضای زنجیره‌ی تامین غذایی که در این سناریو ذکر می‌شوند، قبلا در سیستم ثبت نام کرده‌اند و هویت منحصر به فرد خود را با پروفایل‌شان در سیستم مطابقت داده‌اند.

الف) بخش تولید

محصولات زراعی درو شده بسته بندی و با تگ آر‌اف‌آی‌دی برچسب‌گذاری می‌شوند و به عنوان محصول جدید وارد سیستم می‌شوند. اطلاعات اصلی این محصولات در پروفایل آن‌ها قابل ذخیره است. این اطلاعات اصلی عبارتند از: ۱. محیط آن‌ها از جمله کیفیت خاک، آب، نور خورشید. ۲. رشد محصول شامل: کیفیت بذر، عملکرد کاری، تنوع، تعداد آیتم‌ها، منطقه‌ی تولید، شرایط رشد، زمان کاشت، زمان شخم زدن و شرکت مسئول حتی کارمندان و غیره. ۳. ثبت اطلاعات و شرایط کاربرد کودها و سموم دفع آفات. پس از آن، تجارت جدید میان شرکت تولیدکننده و شرکت پردازنده آغاز می‌گردد، جاییکه محصولات بعد از امضای قرارداد دیجیتال که در بیگ‌چین‌دی‌بی از طریق خواننده‌ی تگ یا شبکه‌ی بی‌سیم ذخیره شده، مبادله می‌شود.

ب) بخش پردازش

بعد از دریافت محصول، شرکت پردازنده می‌تواند داده‌های جدید را بخواند و آن را از طریق اسکن تگ‌ها بوسیله‌ی اسکنرهای بی‌سیم متصل به شبکه، وارد پروفایل محصول کند. اطلاعات شامل موارد زیر است: ۱. محیط پردازش از جمله کنترل دما، ضدعفونی کننده و تجهیزات پردازش. ۲. شرایط استفاده از مواد اضافه. ۳. اطلاعات پایه‌ی شرکت پردازنده و کارمندان مربوط. ممکن است تگ‌های محصولات خام در طول پردازش  خراب شوند، اما پروفایل دیجیتال آن‌ها به روز رسانی می‌شود. بعد از عملیات پردازش، تگ‌های جدید به بسته‌بندی محصول نهایی متصل می‌شود.

ج) بخش مدیریت انبار

با تنظیم تجهیزات اینترنت اشیا مربوط در مرکز انبارداری، اطلاعات محصولات دریافتی را می‌توان به صورت خودکار به دست آورد. در همین حین، اطلاعات بلادرنگ ذخیره‌ی محصول از جمله کیفیت، طبقه بندی، دما، رطوبت و زمان ذخیره‌سازی، به وسیله‌ی سنسورهای بی‌سیم و تجهیزات پایش هم در پروفایل محصول و هم تگ بررسی و به روز رسانی می‌شود. از آنجاییکه اطلاعات موجودی را می‌توان در سیستم یا توسط خواننده‌ی آراف‌آی‌دی به دست آورد، این سیستم می‌تواند نیاز شرکت به مدیریت پویای ذخیره‌سازی را نیز برآورده سازد. برای مثال، به منظور جلوگیری از زیان و تخریب، مدیران می‌توانند بر اساس اطلاعات مربوط در مورد اولویت بندی خروج محصولات از انبار تصمیم بگیرند.

د) بخش توزیع زنجیره‌ی سرما

در فرآیند توزیع سه اصل (زمان، دما و تولرانس) فاکتورهای کلیدی در تضمین امنیت و کیفیت محصولات غذایی به حساب می‌آیند. بنابراین سیستم پایش امنیت نصب شده روی وسیله‌ی حمل و نقل را می‌توان با تنظیم سنسور دما و رطوبت در بخش‌های مختلف محفظه‌ی یخچالی با شبکه‌ی بی‌سیم و کامپیوتر نصب شده روی وسیله‌ی حمل و نقل راه‌اندازی کرد. این سیستم پایش اطلاعات محیطی بلادرنگ محصولات را می‌توان به پروفایل دیجیتال و تگ‌های آن‌ها در فواصل زمانی منظم اضافه کرد. در همین حال، زمانیکه دما یا رطوبت از استانداد امنیتی تجاوز می‌کند آلارم بلافاصله به صدا در می‌آید. آخرین نکته آن است که مرکز توزیع می‌تواند برای هر کامیون یخچالی موقعیت یاب جی‌پی‌اس پیاده سازی کند و برای کوتاه سازی زمان توزیع، مسیر توزیع را بهینه کند که تازگی محصولات غذایی را تضمین می‌کند.

هـ) بخش خرده فروش

زمانیکه خرده فروشان محصول را دریافت می‌کنند، تقریبا به تمام اطلاعات زنجیره‌ی غذایی که آن را تولید کرده دسترسی دارند. بنابراین، مصرف کنندگان می‌توانند جهت دستیابی به اطلاعات پایه‌ی محصول موقع خرید از خواننده‌ی آراف‌آی‌دی استفاده کنند. علاوه‌براین، به لطف تکنولوژی بلاکچین، تمامی اطلاعات زنجیره‌ی تامین کاملا ممیزی هستند، یعنی مشتریان می‌توانند برای دسترسی به جزئیات اطلاعات محصول نهایی به صورت بلادرنگ سیستم ردیابی را بررسی کنند. در ضمن به دلیل زمان کوتاه تازگی بعضی از محصولات، سیستم ما می‌تواند زمان تازگی محصولات را نیز پایش کند. از این رو، خرده فروشان می‌توانند این محصولات غذایی را با محصولاتی که تاریخ انقضای نزدیک تری دارند جا به جا کنند. در آخر، به لطف سیستم ردیابی، زمانیکه مشکلی برای امنیت مواد غذایی به وجود آید، موقعیت مکانی محصولات معیوب را می‌توان بلافاصله پیدا کرد. همچنین، دلایل مشکل به وجود آمده، موقعیت مکانی و کارمندان مسئول را می‌توان به وسیله‌ی این سیستم ردیابی کرد، این امر زیان و خطرات را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

ی) سازمان‌های حاکم

در بخش های مختلف زنجیره‌ی تامین، سازمان‌های حاکم مانند گواهی دهندگان، ممیزی‌ها، قدرت‌های شخص ثالث و دپارتمان‌های دولتی، به صورت تصادفی از محل بازدید می‌کنند تا پیاده سازی قوانین و مقررات و مهمتر دستکاری همه داده‌های مربوط، پیش از به روز رسانی به دست شرکت کننده را بررسی کنند. بعد از آن، نتایج بررسی در پروفایل هر دو طرف ثبت خواهد شد.

  1. نتیجه‌گیری

در این مقاله، ما سیستم ردیابی غیرمتمرکزی جدیدی مبتنی بر تکنولوژی اینترنت اشیا و بلاکچین پیشنهاد دادیم و مشکلات مقیاس‌پذیری بلاکچین را به صورت کلی بررسی کردیم. علاوه‌براین، مثالی از سناریو را توضیح دادیم تا طرز کار زنجیره‌ی تامین مواد غذایی بوسیله‌ی HACCP را نشان دهد. این سیستم اطلاعات وضعیت امنیت محصولات غذایی را به صورت بلادرنگ به تمامی اعضای زنجیره می‌رساند و خطر سیستم‌های اطلاعاتی متمرکز را به طور چشمگیری کاهش داده و همکاری را ایمن‌تر، پراکنده‌تر و شفاف‌تر می‌کند. سیستم ما می‌تواند به طرز قابل توجهی کارآیی و شفافیت زنجیره‌ی تامین مواد غذایی را بهبود بخشد که مشخصا امنیت غذایی را افزایش داده و اعتماد مصرف کننده را به صنعت مواد غذایی باز می‌گرداند.

 

فایل پیوست :

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

چهارده − 11 =