بلاک‌چین و بکارگیری آن در زنجیره تامین

سیستم ردیابی زنجیره تامین برای امنیت غذایی بر اساس HACCP بلاک‌چین و اینترنت اشیا

1-1 مقدمه

در سال‌های اخیر ایمنی مواد غذایی باعث افزایش نگرانی‌های آکادمیک و تجاری شده‌است.در حوزه زنجیره تامین، با رشد سریع فن‌آوری‌های اینترنت، بسیاری از تکنولوژی‌های نوظهور در سیستم‌های قابل‌ردیابی به کار گرفته شده‌اند. با این حال، تا به امروز، تقریبا تمام این سیستم‌ها متمرکز شده‌اند که انحصاری، نامتقارن و مبهم هستند که می‌توانند منجر به مشکل اعتماد مانند تقلب، فساد، دستکاری و تحریف اطلاعات شوند. علاوه بر این، سیستم متمرکز در برابر فروپاشی آسیب‌پذیر است، زیرا یک نقطه شکست منجر به سقوط کل سیستم خواهد شد. امروزه، تکنولوژی جدیدی به نام بلاک‍‌چین که یک نوآوری نوآورانه در فن‌آوری اطلاعات غیر متمرکز است، رویکرد کاملا جدیدی را ارایه می‌دهد. با این حال، از آنجایی که این فن‌آوری هنوز در مراحل اولیه خود است، دارای برخی نواقص ذاتی است، که در آن مقیاس پذیری وقتی ما با داده‌های انبوه در جهان واقعی مواجه می‌شویم، تبدیل به یک فن‌آوری اولیه و ضروری می‌شود.

با این حال، مساله بسیار مهمی که هنوز به آن پرداخته نشده است این است که آیا اطلاعات به اشتراک گذاشته شده توسط اعضای زنجیره تامین مواد غذایی در سیستم‌های قابل‌ردیابی می‌تواند مورد اعتماد باشد.این نوع سازمان متمرکز می‌تواند با در اختیار داشتن این داده‌ها چنان قدرتمند شود که منجر به عدم تقارن اطلاعاتی بین سازمان‌ها و افراد شود. این می‌تواند به یک هدف آسیب‌پذیر برای رشوه‌خواری تبدیل شود، و اگر، برای مثال، مدیر می‌تواند رشوه داده شود، اطلاعات ارزشمند را می توان دستکاری کرد، و سپس کل سیستم را نمی توان دیگر قابل‌اعتماد دانست. این دقیقا همان چیزی است که در بازارهای مواد غذایی چین در حال رخ دادن است (‏رسوایی پودر شیر سمی ُSanlu)‏.ریسک بالقوه دیگر این است که یک نقطه شکست دارد که کل سیستم را در برابر شکست آسیب‌پذیر می‌کند (‏مانند هک کردن و فساد)‏‏.

تکنولوژی جدیدی که می‌تواند کلید این مسائل باشد، بلاک‍‌چین است که می‌تواند اعتماد به یک ماهیت مرکزی را از بین ببرد. به جای ذخیره داده‌ها در یک سیستم شبکه مبهم، با بلاک‍‌چین ، تمام اطلاعات محصولات غذایی می‌تواند در یک سیستم مشترک و شفاف برای تمام اعضای زنجیره تامین ذخیره شود. به عنوان یک تکنولوژی در حال ظهور، بلاک‌چین نیز معایب ذاتی خود را دارد و با افزایش کاربرد، مقیاس پذیری به یک نگرانی عمده و فوری تبدیل شده‌است.

1-1-1 مدل زنجیره تامین مواد غذایی با HACCP

یک نمودار جریان معمول برای زنجیره تامین مواد غذایی در شکل 1-2 ارائه شده‌است. همانطور که در شکل نشان‌داده شده‌است کل زنجیره تامین مواد غذایی به ۵ بخش تقسیم می‌شود:

A.    تولید

B.    پردازش

C.    انبارداری

D.    توزیع

E.     خرده فروشان


به عنوان مثال، تولید گیاه زراعی را در نظر بگیرید.

 در ارتباط تولید، قبل از هر چیز، محیط زمینه کاشت باید ارزیابی شود، از جمله کیفیت خاک، آب، هوا و غیره. در لینک پردازش، پردازش احتمالا در یک سایت متفاوت انجام می‌شود.در نتیجه، ارزیابی محیط پردازش و تجهیزات مورد نیاز خواهد بود.تمام فعالیت‌های پردازش بعدی باید مطابق با شیوه‌های کاری خوب انجام شوند.

علاوه بر این، استفاده از مواد افزودنی و مواد باید برای اهداف مورد نظر آن‌ها مناسب باشد.در ارتباط انبار، تجهیزات بلاک‍‌چین سرد باید به درستی نگهداری شوند. علاوه بر این، تمام شیوه‌های مدیریت انبار (‏مانند ثبت محیط نگهداری سرد، کیفیت و زمان ذخیره‌سازی محصولات) ‏باید مطابق با شیوه‌های کاری خوب باشد. در ارتباط توزیع، تمام تجهیزات یخچال دار، مانند کامیون، باید به درستی نگهداری شوند.در نهایت، در ارتباط خرده‌فروشی، تمام شیوه‌های مدیریت خرده‌فروشی (‏به عنوان مثال، استفاده از یخچال؛ بررسی طول عمر تازگی؛ جایگزین کردن محصولات تاریخ گذشته) ‏باید مطابق با روش‌های کاری خوب بوده و به عنوان یک سند روتین ثبت شوند.

1-1-2 مقیاس پذیری بلاک‌چین

همانطور که در بالا بحث شد، ویژگی‌های سیستم مبتنی بر بلاک‍‌چین می‌تواند امنیت و شفافیت سیستم‌های غیر متمرکز را بهبود بخشد. با این حال، تکنولوژی بلاک‍‌چین دارای مسایل مقیاس پذیری از نظر توان عملیاتی، تاخیر و ظرفیت است هنگامی که با داده‌های انبوه در یک محیط تجاری واقعی مواجه می‌شود.

۱. خروجی: تا کنون خروجی بلاک‍‌چین به خاطر اندازه محدود بلوک، محدود به ۷ تراکنش در هر ثانیه است در حالی که ویزا می‌تواند تا ۴۷۰۰۰ تراکنش در هر ثانیه را انجام دهد‏. این خروجی زمانی که در محیط کسب‌وکار مورد استفاده قرار می‌گیرد غیرقابل‌قبول است.

۲. تاخیر: هر بلوک روی بلاک‌چین برای تایید یک معامله به ۱۰ دقیقه زمان نیاز دارد. در مقابل، تایید تراکنش روی سیستم ویزا تنها چند ثانیه طول می‌کشد.

۳. ظرفیت: تمام بلاک‍‌چین بیت کوین در سال ۲۰۱۵ حدود ۵۰ گیگابایت است. در مقایسه با پایگاه‌داده‌های توزیع شده که می‌تواند بیش از ۱۰۰۰ داده گیگابایت را ذخیره کند، اندازه داده بلاک‍‌چین بیتکوین بسیار کوچک است.بنابراین، ما می‌توانیم با ارایه برخی ویژگی‌های پایگاه‌داده‌های توزیع شده سعی کنیم مسایل مقیاس پذیری بلاک‍‌چین را حل کنیم.

McConaghy et al (2016) مفهوم BigchainDB را پیشنهاد کرد که مزایای کلیدی پایگاه‌داده‌های توزیع‌شده و بلاک‌چین را با هم ترکیب می‌کند.

 

همانطور که در شکل 2-2 نشان‌داده شده‌است،bigchainDB  سه ویژگی اصلی بلاک‍‌چین را حفظ می‌کند.

1)     کنترل غیر متمرکز را می توان از طریق گره‌های موجود در سیستم با فرآیند رای‌گیری به دست آورد، که به عنوان یک شبکه P۲P همتای برتر شناخته می‌شود‏.

2)     غیرقابل دستکاری بودن می‌تواند با یک بلوک زمانی به دست آید که در آن هر بلوک یک توالی منظم از معاملات را نگه می‌دارد و آن یک زنجیره بلوکی است.

3)     علاوه بر این، هر کاربری می‌تواند یک دارایی با اجازه صدور دارایی صادر کند؛ هر کاربر می‌تواند دارایی را با اجازه انتقال دارایی یا کلید آن انتقال دهد.

 بنابراین، ریسک دستکاری داده‌ها و یک نقطه شکست از هکرها و مدیران قدرتمند را حذف می‌کند وعلاوه بر این، BigchainDB بر سه مزیت کلیدی پایگاه‌داده‌های توزیع‌شده تاکید می‌کند.توان عملیاتی آن را می توان با افزایش تعداد گره‌ها افزایش داد، و مقیاس بندی یک همبستگی خطی مثبت است.در BigchainDB، هر گره داده‌ها را از طریق روش تکرار جزیی ذخیره می‌کند، که به این معنی است که یک‌گره تنها یک زیر مجموعه از همه داده‌ها را ذخیره می‌کند، و هر بیت از داده‌ها بر روی چندین گره تکرار می‌شود. این روش یک همبستگی خطی مثبت بین تعداد گره‌ها و ظرفیت ذخیره‌سازی را درست مانند اغلب پایگاه داده‌های توزیع‌شده مدرن ممکن می‌سازد. در مقایسه، ظرفیت سیستم‌های مبتنی بر بلاک‍‌چین با افزایش تعداد گره‌ها تغییر نخواهد کرد.

1-1-3 سیستم قابل ردیابی پیشنهادی

همانطور که در شکل 3-2 نشان‌داده شده‌است سیستم پیشنهادی یک سیستم توزیع‌شده معمولی غیر متمرکز است، که از اینترنت اشیا ‏(مانند RFID،WSN،GPS‏) برای جمع‌آوری و انتقال استفاده می‌کند، و برای ذخیره و مدیریت داده‌های مربوطه محصولات در زنجیره‌های تامین مواد غذایی به BigchainDB وابسته است.

 

اعضای زیادی در میان زنجیره تامین وجود دارند، از جمله تامین‌کنندگان، تولید‌کنندگان، توزیع کنندگان، خرده فروشان، مصرف کنندگان و گواهی‌دهندگان. هر یک از این اعضا می‌توانند تا زمانی که به عنوان یک کاربر در سیستم ثبت‌نام می‌کنند، اطلاعات مربوط به محصول را به روز کرده و بررسی کنند.

به هر محصول یک برچسب ‏RFID)‏) پیوست می‌شود، که یک شناسه رمزنگاری دیجیتالی منحصر به فرد است که اقلام فیزیکی را به هویت مجازی آن‌ها در سیستم متصل می‌کند.این هویت مجازی می‌تواند به عنوان پروفایل اطلاعات محصول دیده شود.کاربران نیز در این سیستم پروفایل دیجیتالی خود را دارند که حاوی اطلاعات مربوط به معرفی، محل، گواهی‌نامه‌ها و ارتباط آن‌ها با محصولات است.

تمام داده‌های موجود در سیستم در BigchainDB ذخیره می‌شوند و به روی هر کاربری باز هستند.سیستم توسط مجموعه‌ای از قوانین کنترل می‌شود که به صورت کد نوشته شده و در BigchainDB ذخیره شده‌اند. این قوانین تعریف می‌کنند که چگونه کاربران باید با سیستم تعامل داشته باشند، و چگونه داده‌ها در میان کاربران به اشتراک گذاشته می‌شوند.علاوه بر این، زمانی که قوانین در BigchainDB ذخیره می‌شوند، نمی‌توانند بدون انتشار به همه گره‌ها تغییر داده شوند و توسط بیشتر آن‌ها تایید شوند.

 

1-1-3-1 ثبت‌نام،به روزرسانی و افزودن داده‌ها

 اعضای زنجیره تامین می‌توانند خود را در سیستم به عنوان یک کاربر از طریق ثبت‌کننده ثبت‌نام کنند که می‌تواند اعتبارنامه و هویت منحصر به فرد برای اعضا فراهم کند.پس از ثبت، یک جفت کلید رمزنگاری عمومی و خصوصی برای هر کاربر تولید خواهد شد.کلید عمومی می‌تواند برای شناسایی هویت کاربر درون سیستم استفاده شود و کلید خصوصی می‌تواند برای تایید هویت کاربر در هنگام تعامل با سیستم استفاده شود. این امر به هر محصول امکان می‌دهد توسط کاربران در هنگام به روز رسانی، اضافه کردن، یا تبادل با کاربر بعدی در موقعیت پایین‌دست زنجیره تامین، به صورت دیجیتالی مورد خطاب قرار گیرد.

در زنجیره‌های تامین مواد غذایی، زمانی که کاربری که در یک پیوند خاص است، یک محصول را دریافت می‌کند، تنها این کاربر می‌تواند داده‌های جدیدی را به پروفایل محصول با کلید خصوصی آن اضافه کند.به علاوه، هنگامی که کاربر این محصول را به کاربر بعدی منتقل می‌کند، هر دوی آن‌ها باید یک قرارداد دیجیتال برای تایید تبادل امضا کنند.بنابراین، جزئیات تراکنش به BigchainDB اضافه خواهد شد و سیستم به طور خودکار داده‌ها را در مجموعه تنظیمات محصول پردازش و به روز رسانی خواهد کرد، که به کاربران سیستم اجازه می‌دهد تا وضعیت محصولات را در هر زمان به اشتراک بگذارند.

1-1-3-2 گمنامی و حفاظت از اطلاعات حساس

سیستم ما به کاربران در زنجیره تامین این امکان را می‌دهد تا ویژگی‌های تعیین‌کننده و وضعیت محصولات خود را به هر کاربر دیگری در طول زنجیره تامین منتقل و اثبات کنند.با این حال، برخی کاربران ممکن است بخواهند برخی از اطلاعات خصوصی خود را مخفی نگه دارند. از لحاظ فنی، این امکان برای سیستم ما وجود دارد که از هویت‌ها در حین انتقال اطلاعات مهم دیگر محافظت کند.به عنوان مثال، تولید کنندگان در زنجیره تامین می‌توانند یک قرارداد دیجیتال با کاربران پایین‌دست با حفظ هویت خصوصی خود منعقد کنند. برای مشتریان نیز شاید تنها به برخی از ویژگی‌های مهم محصولات خریداری‌شده اهمیت می‌دهند بدون این که الزاما اطلاعات کامل پیچیدگی کل زنجیره تامین که آن‌ها را ایجاد کرده‌است را بدانند.

1-1-3-3 نقش سازمان‌های مسئول

در سیستم ما هنوز برخی گواهی‌ها، حسابرسی‌ها و مقامات شخص ثالث وجود دارد، اما تفاوت این است که آن‌ها نیز  پروفایل های دیجیتال خود را دارند و به ظاهر جدیدی در سیستم اجرا خواهند شد.آن‌ها هویت و رفتار کاربر را بررسی و تایید خواهند کرد، و نتیجه را در BigchainDB، که برای همه برای بازرسی در دسترس است، ثبت می‌کنند.به عنوان مثال، گواهی‌دهندگان و مقامات شخص ثالث از کارخانه‌ها یا امکانات بازدید خواهند کرد تا قوانین و مقررات مربوط به برنامه‌های استاندارد را بررسی کنند.پس از تایید توسط مقامات، پروفایل کاربر و محصولات آن را می توان به صورت دیجیتالی توسط سازمان‌های قدرت به روز رسانی و امضا کرد.تمام داده‌های تاییدیه باید در این سیستم منتشر شوند که شفافیت زنجیره تامین مواد غذایی را به شدت افزایش می‌دهد.



 

نویسنده:

محمد علی ابراهیمی

دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس در رشته مهندسی کامپیوتر گرایش رایانش امن