TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MẠNG MÁY TÍNH Giảng viên hướng dẫn PGS TS Trần Quang Vinh Nhóm 16 1 Lê Hồng Quân MSSV 20172770 2 Hoàng Phúc Đạt MSSV 201.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
Trang 2ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN ĐỂ CẢI THIỆN KHẢ NĂNG TRUY XUẤT NGUỒN GỐC THỰC PHẨM NÔNG SẢN: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT TRIỂN, LỢI ÍCH VÀ THÁCH THỨC
1 Giới thiệu
Chuỗi thực phẩm cần trở nên bền vững hơn để nâng cao lòng tin và sự sẵn lòng mua hàng của người tiêu dùng Theo dõi và xác thực thông tin trong toàn bộ chuỗi cung ứng thực phẩm là rất quan trọng để xác định và giải quyết các nguồn ô nhiễm, góp phần quản lý bền vững trong chuỗi thực phẩm nông sản (Galvez và cộng sự, 2018; Olsen và Borit, 2018; Zhao và cộng sự, 2017; Sun
và cộng sự, 2017; Bosona và Gebresenbet, 2013) Hệ thống truy xuất nguồn gốc Internet of Things (IoT) truyền thống có thể theo dõi và lưu trữ thông tin cụ thể trong tất cả các giai đoạn sản xuất, chế biến, phân phối và tiêu dùng bằng cách sử dụng công nghệ Nhận dạng tần số vô tuyến (RFID), Mạng cảm biến không dây (WSN), Giao tiếp trường gần (NFC) , v.v Nó có thể cung cấp thông tin có giá trị cho việc giám sát chất lượng thực phẩm và truy xuất nguồn gốc Tuy nhiên, dựa trên
mô hình máy chủ-máy khách tập trung, các bên liên quan và người tiêu dùng phải dựa vào một điểm thông tin duy nhất để lưu trữ, truyền và chia sẻ thông tin truy xuất nguồn gốc (Khan và Salah, 2018; Mohanta và cộng sự, 2018; Cai và cộng sự, 2014) Do đó, hầu hết người tiêu dùng gặp khó khăn trong việc thu thập đầy đủ thông tin giao dịch và theo dõi nguồn gốc của sản phẩm (Velis và Brunner, 2013; Imeri và Khadraoui, 2018) Người tiêu dùng và những người tham gia chuỗi thực phẩm cần được thông tin đầy đủ về vòng đời sản phẩm (PLC) để đảm bảo rằng sản phẩm an toàn, bền vững và chất lượng cao (Hassan và cộng sự, 2019; Banerjee và cộng sự, 2018; Bozic và cộng
sự , 2016) Tuy nhiên, các hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm hiện nay không hiệu quả lắm
để xây dựng cơ chế tin cậy giữa những người tham gia chuỗi truy xuất nguồn gốc (Zhao và cộng
sự, 2019; Helo và Hao, 2019; Khan và Salah, 2018) Cần cấp bách quản lý thông tin an toàn và hiệu quả về thực phẩm nông sản để cải thiện khả năng truy xuất nguồn gốc thực phẩm
Giải pháp để giải quyết các mối quan tâm về chất lượng và an toàn thực phẩm là cải thiện tính minh bạch, an ninh, độ bền và tính toàn vẹn của truy xuất nguồn gốc (Feng et al., 2019; Tsang
et al., 2018; Helo and Hao, 2019; Banerjee et al., 2018; Li và cộng sự, 2017) Do đó, mối quan tâm
về quyền riêng tư của dữ liệu và chống giả mạo là điều cần thiết trong việc truy xuất nguồn gốc thực phẩm nông sản, vốn đã trở thành một vấn đề cấp bách đối với nông dân, nhà sản xuất, nhà quản lý chuỗi lạnh, chính phủ và người tiêu dùng (Caro et al., 2018) Công nghệ chuỗi khối được coi là một công nghệ đầy hứa hẹn có thể giúp xây dựng cơ chế tin cậy để giải quyết các vấn đề về tính minh bạch và bảo mật, không một bên nào trong chuỗi cung ứng có thể thay đổi thông tin hiện
có Là một công nghệ phân tán và phi tập trung, Blockchain là một tập hợp các khối được đánh dấu thời gian được liên kết bằng một hàm băm mật mã Nó đã được chấp nhận rộng rãi như một giải pháp cho các vấn đề về niềm tin và bảo mật cơ bản trong việc minh bạch thông tin và ngăn chặn giả mạo (Ølnes và cộng sự, 2017; Galvez và cộng sự, 2018; Andoni và cộng sự, 2019; Sikorski và cộng sự, 2017; Yong và cộng sự, 2019) Mặc dù Blockchain được coi là một công nghệ có tiềm năng đột phá, nhưng vẫn còn một số lỗ hổng nghiên cứu vì các nghiên cứu về sự phát triển và ứng dụng của truy xuất nguồn gốc thực phẩm vẫn còn thiếu nghiêm trọng Có rất ít hiểu biết về cách công nghệ chuỗi khối có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất truy xuất nguồn gốc thực phẩm thông qua tính minh bạch thông tin đầy đủ và khía cạnh an ninh của chuỗi thực phẩm (Kim và Laskowski, 2017; Yiannas, 2018), và những lợi ích và thách thức chính về hoạt động thực tế, cấu trúc hệ thống, khả năng tương tác và các vấn đề tiêu chuẩn hóa Cũng cần phải hiểu các ứng dụng Blockchain về hỗ trợ chính sách, sự hợp tác và tin tưởng của người tham gia cũng như tích hợp kỹ
Trang 3thuật (Lin et al., 2017) Do đó, bài báo này nhằm mục đích giải quyết những nghiên cứu quan trọng này khoảng trống bằng cách trả lời các câu hỏi chính sau:
1 Làm thế nào công nghệ Blockchain có thể cung cấp các giải pháp tốt hơn để giải quyết các mối quan tâm về truy xuất nguồn gốc thực phẩm về tính minh bạch và an ninh thông tin đầy đủ trong chuỗi cung ứng thực phẩm?
2 Hệ thống truy xuất nguồn gốc IoT dựa trên Blockchain có thể được triển khai như thế nào để quản lý truy xuất nguồn gốc thực phẩm?
3 Những lợi ích và thách thức chính trong việc triển khai công nghệ Blockchain trong quản lý truy xuất nguồn gốc thực phẩm là gì?
Do đó, nghiên cứu này xem xét các đặc điểm và chức năng của công nghệ Blockchain, xác định các giải pháp dựa trên Blockchain để giải quyết các cơ chế tin cậy truy xuất nguồn gốc, nêu bật những lợi ích và thách thức của việc triển khai hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên
Blockchain, đồng thời giúp các nhà nghiên cứu và thực hành hiểu và áp dụng công nghệ
Blockchain trong truy xuất nguồn gốc thực phẩm bằng cách đề xuất khung thiết kế kiến trúc và lưu
đồ phân tích tính khả thi của ứng dụng Kết quả này góp phần cải thiện hơn nữa tính minh bạch và hiệu quả của việc truy xuất nguồn gốc và cho phép đảm bảo an toàn hơn về chất lượng và an toàn của chuỗi thực phẩm Bài báo cung cấp thông tin có giá trị cho các nhà nghiên cứu và các nhà thực hành về việc sử dụng quản lý truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên Blockchain và có tác động tích cực đến việc cải thiện tính bền vững của thực phẩm (George và cộng sự, 2019; Kamilaris và cộng sự, 2019) Phần còn lại của bài báo được sắp xếp như sau Phần 2 giải thích phương pháp nghiên cứu; phần 3 là tổng quan văn học Dựa trên tài liệu, phần 4 đề xuất khung thiết kế kiến trúc
và phân tích yêu cầu ứng dụng của hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên Blockchain; phần 5 khám phá khả năng sử dụng với các ví dụ ứng dụng thí điểm được báo cáo trong tài liệu; Phần 6 thảo luận về những lợi ích và thách thức, tiếp theo là phần kết luận trong phần 7
2 Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu và giải quyết các câu hỏi nghiên cứu chính, trước hết nghiên cứu này tiến hành đánh giá tài liệu toàn diện để hiểu các đặc điểm công nghệ blockc hain,
sự phát triển hiện tại và các ứng dụng cũng như các giải pháp cho 2 H Feng et al / Tạp chí Sản xuất sạch hơn 260 (2020) 121031 giải quyết các mối quan tâm về truy xuất nguồn gốc thực phẩm Thứ hai và quan trọng nhất, dựa trên đánh giá tài liệu, nghiên cứu này đề xuất một khuôn khổ thiết
kế kiến trúc và đánh giá tính phù hợp và bền vững của các hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên Blockchain Thứ ba, hai ví dụ ứng dụng thí điểm được báo cáo trong tài liệu được sử dụng
để chứng minh các quy trình phát triển của Blockchain trong hai các loại chuỗi thức ăn khác nhau Tổng quan tài liệu bao gồm các cụm từ tìm kiếm và tài liệu liên quan lựa chọn tài nguyên vì điều quan trọng là phải chọn những ấn phẩm chất lượng và phù hợp nhất Vì Blockchain là một hiện tượng tương đối mới, nên khoảng thời gian để đánh giá tài liệu là năm 2005e2019 Việc tìm kiếm tập trung vào Blockchain nói chung và Blockchain để truy xuất nguồn gốc thực phẩm nói riêng Các cụm từ tìm kiếm “chuỗi khối VÀ bảo mật thông tin” hoặc “chuỗi cung ứng và chuỗi cung ứng / chuỗi cung ứng và hợp đồng thông minh VÀ nông nghiệp” hoặc “kỹ thuật số VÀ truy xuất nguồn gốc thực phẩm / chuỗi cung ứng” được sử dụng, Tìm kiếm bao gồm tiêu đề / tóm tắt / từ khóa Các nguồn tài liệu được xác định bao gồm cơ sở dữ liệu trực tuyến từ Google Scholar, ScienceDirect (Elsevier), Web of Science, ProQuest (ABI / INFORM), IEEE Xplore, CNKI (China National Knowledge Internet) và các nguồn trực tuyến khác
Để truy xuất và phân loại các tài liệu có sẵn, các tiêu chí sau đã được thông qua (Casino và cộng sự, 2018; Zhang và cộng sự, 2011):
1 Phân phối xuất bản phẩm theo thời gian và loại hình chuyên đề;
Trang 42 Các nền văn học được lựa chọn thông qua các cụm từ tìm kiếm đã phân loại và xếp hạng các tạp chí quốc tế quan trọng nhất;
3 Nếu hai hoặc nhiều bài báo có cùng chủ đề và được đăng trên cùng một tạp chí, bài báo được xuất bản mới nhất sẽ được chọn
Kết quả của các ấn phẩm liên quan từ năm 2005 đến năm 2019 được thể hiện trong Hình 1
Xu hướng tăng của các ấn phẩm cho thấy mối quan tâm nghiên cứu về công nghệ Blockchain đã tăng lên đáng kể trong ba năm qua Phân tích tài liệu cho thấy rằng có ít bài báo được xuất bản hơn
về việc triển khai thành công các trường hợp truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên Blockchain trong thế giới thực Để chứng minh cách công nghệ Blockchain có thể được áp dụng trong các loại chuỗi thực phẩm khác nhau, nghiên cứu này sử dụng hai ví dụ ứng dụng thí điểm được báo cáo trong tài liệu Hai ví dụ này dựa trên chuỗi thực phẩm dựa trên thực vật và gia cầm ở Trung Quốc Chúng đại diện cho các chuỗi truy xuất nguồn gốc nông sản thực phẩm điển hình và được coi là thích hợp làm ví dụ minh họa
= Item ‘Blockchain dựa trên truy xuất nguồn gốc’
Hình 1: Kết quả tra cứu tài liệu theo lĩnh vực chuyên đề đã xác định
Trang 53 Tổng quan tài liệu
Nhu cầu về thông tin truy xuất nguồn gốc của các công ty, chính phủ và người tiêu dùng đã tăng lên đáng kể do vấn đề chất lượng và an toàn thực phẩm Thông tin xác định nguồn gốc có thể được truy tìm, phối hợp và thu thập từ các giao dịch kinh doanh và các thiết bị hỗ trợ IoT như Nhận dạng tần số vô tuyến (RFID), Mạng cảm biến không dây (WSN), mã QR, NFC, v.v Mặc dù thông tin có thể được thu thập trong thời gian thực, chia sẻ thông tin dựa trên sự kiểm soát nền tảng tập trung và không có gì đảm bảo ngăn chặn việc giả mạo dữ liệu (Velis và Brunner, 2013; Imeri và Khadraoui, 2018) Người ta tin rằng công nghệ Blockchain có thể xây dựng cơ chế tin cậy để minh bạch và bảo mật thông tin cũng như thực hiện việc trao đổi thông tin giá trị trong quy trình quản lý truy xuất nguồn gốc Tài liệu về truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain xác định tác động quan trọng đối với chuỗi cung ứng nông sản, bao gồm tính minh bạch và trách nhiệm giải trình (Tama và cộng sự, 2017; Kshetri, 2018), truy xuất nguồn gốc và phòng chống gian lận (Jin và cộng sự, 2017), an ninh và xác thực an ninh mạng và bảo vệ, v.v (Galvez và cộng sự, 2018; Kshetri, 2018; Banerjee và cộng sự, 2018)
Nhiều học giả đã đề xuất các ứng dụng Blockchain khác nhau trong hệ thống truy xuất nguồn gốc kết hợp với các công nghệ mới nổi khác, chẳng hạn như RFID, IoT, NFC, điện toán đám mây và dữ liệu lớn Ví dụ: (Zhao và cộng sự, 2017), đã báo cáo một hệ thống truy xuất nguồn gốc áp dụng Blockchain kết hợp với NFC để theo dõi thực phẩm nông nghiệp Người ta tin rằng hệ thống có thể cung cấp tính minh bạch và bảo mật cao hơn (Zhao et al., 2017) Một chuỗi truy xuất nguồn gốc rượu dựa trên Blockchain đã được đề xuất bởi (Iansiti và Lakhani, 2017) Giao dịch được hiển thị cho những người tham gia chuỗi rượu, chẳng hạn như nhà máy nho, chế biến rượu, hậu cần và tiêu thụ, do đó, nó cung cấp chia sẻ thông tin an toàn, minh bạch và chính xác Nghiên cứu của họ chứng minh rằng việc áp dụng các hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
có lợi cho việc truy xuất nguồn gốc thực phẩm nông sản Dựa trên đánh giá tài liệu toàn diện, Bảng
1 tóm tắt các giải pháp Blockchain để giải quyết các vấn đề về truy xuất nguồn gốc
3.1 Khung hoạt động của truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
Dựa trên phân tích tài liệu, nghiên cứu trình bày một khuôn khổ hoạt động của hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên Blockchain như được hiển thị trong Hình 2 Là một công nghệ phân tán và phi tập trung, Blockchain là một tập hợp các khối được đánh dấu thời gian được liên kết bằng một hàm băm mật mã
Nó đã nổi lên như một sự đồng thuận công khai phi tập trung với các cơ sở dữ liệu phân tán
kỹ thuật số để điều phối các hoạt động giao dịch (Puthal và cộng sự, 2018; Fernandez-Caram es và Fraga-Lamas, 2018; Bozic và cộng sự, 2016) Truy xuất nguồn gốc dựa trên chuỗi khối an toàn hơn, minh bạch hơn, có thể truy xuất nguồn gốc và hiệu quả Điều này đã làm tăng nhu cầu truy xuất thông tin sản phẩm từ nuôi trồng đến bán hàng Nó góp phần tạo ra luồng thông tin và vật chất hiệu quả hơn trong hoạt động kinh doanh truy xuất nguồn gốc Do đó, Blockchain sẽ cải thiện tính minh bạch và bảo mật thông tin, đồng thời đóng góp vào việc quản lý truy xuất nguồn gốc bền vững bằng các thiết bị dựa trên IoT để thu thập thông tin và tính tồn tại của các sản phẩm nông sản (Ølnes et al., 2017; Galvez et al., 2018)
3.2 Cơ chế hoạt động của truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
Trong phần này, các cơ chế hoạt động của truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain được
mô tả như trong Hình 3 Vì Blockchain là một sổ cái kỹ thuật số được chia sẻ, phân tán và giả mạo bao gồm dữ liệu bản ghi kỹ thuật số bất biến trong một gói được gọi là khối (Kakavand et al., 2017) Các giao dịch được chứa trong các khối được liên kết với nhau thông qua một loạt các con trỏ băm Chúng được phân phối đến một mạng ngang hàng bao gồm những người tham gia
Trang 6điều phối các hoạt
động giao dịch?
Công nghệ chuỗi khối sử dụng cơ sở dữ liệu phân tán kỹ thuật số nơi các khối được liên kết với nhau theo cách tuyến tính thích hợp và không thể bị giả mạo
Tuyên truyền dữ liệu hiệu quả giữa những người tham gia bằng cách sử dụng công nghệ Blockchain
Galvez et al (2018) Zyskind and Nathan (2015)
Giữ bí mật kinh doanh
Khan and Salah,
2018 Alzahrani and Bulusu, 2018 Fern andez- Carames and Fraga-Lamas, 2018
thuận về giao dịch
Độ tin cậy của thông
tin
Andoni et al (2019)
Làm thế nào để bảo
tồn các ghi chép
lịch sử?
Khi một khối được thêm vào chuỗi khối,
nó không thể bị giả mạo nữa và thông tin giao dịch được ghi lại vĩnh viễn
Cải thiện bảo mật thông tin
Thakur and Donnelly, 2010; Badia-Melis et al (2015)
Bảng 1: Các giải pháp chuỗi khối để giải quyết các vấn đề về truy xuất nguồn gốc
Blockchain dựa trên cơ chế đồng thuận để thiết lập sự tin cậy của các nút Mỗi nút trong hệ thống phi tập trung có một bản sao của sổ cái Những người tham gia xác nhận các thay đổi với
nhau và giao dịch được xác minh thông qua sự đồng thuận Ví dụ: hợp đồng thông minh cho phép người dùng hoàn thành việc trao đổi hoặc giao dịch dữ liệu mà không cần các tổ chức ủy thác của bên thứ ba (Galvez và cộng sự, 2018) Giao dịch thành công không thể bị giả mạo
Trong quy trình kinh doanh truy xuất nguồn gốc thực phẩm nông sản, tất cả thông tin giao dịch truy xuất nguồn gốc có thể được lưu trữ trong Blockchain và thông tin cần được xác minh, theo cách vĩnh viễn và không thể thay đổi Do đó, nó không chỉ có thể cắt đứt người trung gian, giảm chi phí, cải thiện tốc độ và phạm vi phủ sóng mà còn mang lại sự minh bạch và khả năng truy xuất nguồn gốc cao hơn cho người tiêu dùng (Aiello và cộng sự, 2015; Galvez và cộng sự, 2018)
3.3 Đặc điểm chức năng của truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
Blockchain là một ứng dụng sáng tạo của lưu trữ dữ liệu phân tán, truyền tải ngang hàng, cơ chế đồng thuận, thuật toán mã hóa và các công nghệ thông tin khác (Khan và Salah, 2018; Zheng và cộng sự, 2017) Các đặc điểm chức năng chính của Blockchain như sau:
Trang 7• Mạng phi tập trung và không tin cậy
Blockchain bao gồm nhiều nút để tạo thành mạng lưới ngang hàng Không có thiết bị và cơ chế quản lý tập trung Việc phá hủy hoặc mất bất kỳ nút nào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ hệ thống, có độ bền tuyệt vời Dữ liệu được chia sẻ giữa những người tham gia (Bahga và Madisetti, 2016; Bosona và Gebresenbet, 2013) Họ có thể xác thực dữ liệu bằng công nghệ chữ ký
số mà không cần quyền hạn tập trung và sự tin tưởng lẫn nhau
• Hợp đồng thông minh trong quy trình truy xuất nguồn gốc kinh doanh
Các giao dịch trong Blockchain có thể được tự động hóa thông qua các hợp đồng thông minh Một số quy tắc kinh doanh nhất định được triển khai trên Blockchain, cho phép người tham gia theo dõi các quy trình kinh doanh và xác thực các quy tắc hợp đồng (Andoni và cộng sự, 2019; Sikorski
và cộng sự, 2017) Nó góp phần chia sẻ dữ liệu và liên tục cải tiến quy trình giữa những người tham gia chuỗi cung ứng Ngoài ra, hợp đồng thông minh có thể đảm bảo rằng các bên được ngăn chặn tạo ra các bản ghi lỗi, đặc biệt là khi kết hợp với các thiết bị IoT
• Cơ chế đồng thuận
Cơ chế đồng thuận là cách mà tất cả các bên trong chuỗi khối đạt được sự đồng thuận và xác định tính hợp lệ của một bản ghi Điều này được thực hiện bởi một hệ thống máy tính sử dụng bằng chứng mật mã (Tian, 2017) Cơ chế đồng thuận có thể ngăn chặn việc giả mạo dữ liệu trong quá trình truy xuất nguồn gốc
• Giao dịch minh bạch và ẩn danh của chuỗi truy xuất nguồn gốc
Các quy tắc và tất cả thông tin về hoạt động của Blockchain đều được công khai và minh bạch cho những người tham gia, và họ có quyền truy cập vào mạng Blockchain (Ølnes et al., 2017; Wang et al., 2019a) Mỗi giao dịch được hiển thị cho tất cả các nút ở tất cả các cấp và mỗi nút tham gia là ẩn danh Do đó, nó có thể đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc, độ tin cậy, bảo mật và thông tin thời vụ của các sản phẩm nông sản và thực hiện quản lý minh bạch từ thu hoạch, bảo quản, phân phối đến bán hàng
• Chống giả mạo và theo dõi dữ liệu
Thông tin giao dịch của tất cả những người tham gia trong chuỗi cung ứng được ghi lại trong khối và các bản ghi dữ liệu không thể bị giả mạo, xáo trộn hay bị xóa đi(Xu và cộng sự, 2019; Dorri
và cộng sự, 2017) Do đó, các hoạt động trao đổi thông tin có thể được truy vấn và truy tìm Việc quản lý dữ liệu minh bạch cung cấp một cách đáng tin cậy để kiểm tra đánh giá, ghi lại nhật ký hoạt động, theo dõi hậu cần và các hoạt động hoạt động khác
• Độ tin cậy cao của hệ thống và dữ liệu
Công nghệ Blockchain cho phép mỗi nút trong mạng chuỗi khối có được dữ liệu hoàn chỉnh dưới dạng lưu trữ dữ liệu phân tán Dữ liệu được duy trì bởi tất cả các nút Ví dụ: các thay đổi đối với cơ sở dữ liệu trên một nút không hợp lệ trừ khi lớn hơn 51% tổng số nút trong toàn bộ chuỗi cung ứng đã được kiểm soát (Lin và cộng sự, 2017; Galvez và cộng sự, 2018)
Trang 8Hình 2: Khung hoạt động của truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
4 Phương pháp phát triển hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên
Blockchain
4.1 Phân tích yêu cầu của hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
Các yêu cầu về chất lượng truy xuất nguồn gốc trong chuỗi cung ứng nông sản thực phẩm là mối quan tâm hàng đầu của các bên liên quan Chìa khóa để đánh giá hiệu suất của hệ thống truy xuất nguồn gốc chất lượng dựa trên Blockchain là đáp ứng các yêu cầu truy xuất nguồn gốc của các bên liên quan trong chuỗi nông sản thực phẩm Dựa trên tài liệu nghiên cứu, một tập hợp các yêu cầu truy xuất nguồn gốc chất lượng hỗ trợ Blockchain được phân tích và trình bày trong Bảng 2
• Yêu cầu kỹ thuật trong chuỗi cung ứng nông sản thực phẩm
Yêu cầu kỹ thuật thiết yếu của hệ thống truy xuất nguồn gốc chất lượng là có thể hoạt động trong một môi trường không tin cậy Thông tin truy xuất nguồn gốc cần được bảo mật, đáng tin cậy
và minh bạch
Trang 9Hình 3: Cơ chế hoạt động của công nghệ Blockchain
Khả năng truy xuất nguồn gốc dựa trên chuỗi khối cho phép chia sẻ dữ liệu phân tán Do
đó, sử dụng công nghệ Blockchain có thể tin tưởng trong các vấn đề bảo mật, minh bạch thông tin
và ngăn chặn giả mạo
• Các yêu cầu thực hiện
Các chuỗi cung ứng nông sản thực phẩm không ngừng phát triển đòi hỏi nhiều nguồn lực hơn cho khả năng tính toán Do phụ thuộc vào việc truyền và chia sẻ dữ liệu theo thời gian thực bởi các thiết bị IoT, các nút là cần thiết để xác thực các giao dịch và khối (Bozic và cộng sự, 2016; Fernandez Carames và Fraga-Lamas, 2018) Do đó, dung lượng lưu trữ, khả năng mở rộng, độ ổn
Trang 10định và khả năng xử lý là những chỉ số hiệu suất đáng kể đến Hệ thống Blockchain cũng cần phải
có mức tiêu thụ điện năng thấp, tốc độ cao và hiệu suất bảo mật của hệ thống truy xuất nguồn gốc chất lượng dựa trên Blockchain
4.2 Kiến trúc hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên Blockchain
Tổng thể hệ thống truy xuất nguồn gốc chất lượng dựa trên IoT sử dụng cơ sở dữ liệu tập trung lưu trữ tất cả thông tin sản phẩm liên quan đến đặc tính chất lượng khi bắt đầu từ nuôi trồng đến tiêu thụ Tuy nhiên, các đặc tính không thể giả mạo của Blockchain cung cấp một giải pháp hiệu quả hơn cho việc chống xâm phạm và truy xuất nguồn gốc chất lượng của các sản phẩm nông sản (Zhao và cộng sự, 2019; Helo và Hao, 2019) Nghiên cứu này đề xuất một kiến trúc truy xuất nguồn gốc chất lượng dựa trên Blockchain để cải thiện tính minh bạch và bảo mật của thông tin giao dịch trong toàn bộ quá trình truy xuất nguồn gốc được thể hiện trong Hình 4 Kiến trúc đề xuất bao gồm lớp kinh doanh, lớp IoT, lớp Blockchain và lớp ứng dụng
Đóng góp của hệ thống truy xuất nguồn
gốc dựa trên Blockchain
Loại yêu cầu
tốt
Dữ liệu IoT có thể vẫn chống giả mạo và được phân phối trong chuỗi khối để cải thiện độ tin cậy của hệ thống, độ ổn định
Yang et al (2016) Lomotey et al (2017)
Yang et al (2016) Galvez et al (2018) Yang et al (2016)
Kang and Lee,
2013 Galvez et al (2018) Kim and Laskowski,
2017 Kang and Lee,
2013 Galvez et al (2018)
Celebic et al (2016)Bảng 2: Phân tích yêu cầu của hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
• Lớp kinh doanh: lớp này bao gồm các hoạt động kinh doanh khác nhau từ nuôi trồng đến
tiêu thụ của toàn bộ chuỗi cung ứng Mỗi doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng có thể kiểm soát và quản lý thông tin truy xuất nguồn gốc nông sản Tuy nhiên, nông nghiệp hiện tại và
Trang 11các giao dịch trong việc truy xuất nguồn gốc thực phẩm nông sản chưa bao giờ hoàn toàn trải qua quá trình chuyển đổi kỹ thuật số (Bastas và Liyanage, 2018) Các chuỗi nông sản thực phẩm cần sự hỗ trợ của công nghệ sổ cái kỹ thuật số, công nghệ có tiềm năng lớn nhất
để tích hợp và quản lý từng quy trình và giao dịch trong toàn bộ chuỗi truy xuất nguồn gốc trong thời gian thực
• Lớp truy xuất nguồn gốc IoT: trong lớp này, thông tin xác định nguồn gốc bao gồm
thông tin chất lượng, dữ liệu xử lý, tài sản, thông tin hậu cần và giao dịch Dữ liệu được ghi lại bằng các thiết bị được kết nối (như chip nhận dạng, RFID, WSN, công nghệ mã vạch) Các cảm biến khác nhau sẽ được sử dụng để thu thập và truyền tự động và liên tục thông tin xung quanh về nhiệt độ, độ ẩm, O2, CO2, v.v Các thiết bị được kết nối này có thể giao tiếp với sổ cái trong Blockchain (Bechini và cộng sự, 2008; Imeri và Khadraoui,
2018 )
• Lớp Blockchain: Lớp này nhằm mục đích tạo điều kiện minh bạch thông tin và cải thiện
an ninh truy xuất nguồn gốc thực phẩm nông sản Với dữ liệu chất lượng, các hợp đồng thông minh có thể thực hiện giám sát và kiểm soát chất lượng theo thời gian thực trong các chuỗi khối Với dữ liệu hậu cần, các hợp đồng thông minh có thể tự động lập kế hoạch hậu cần (Kshetri, 2018; Saberi et al., 2018) Hệ thống cũng có thể cung cấp cho nhà bán lẻ và người tiêu dùng một cách để ghi lại danh sách các giao dịch theo cách không thể thay đổi hay xóa đi, cho biết sản phẩm đã chảy qua mạng lưới thương mại như thế nào, từ nhà sản xuất đến nhà chế biến đến nhà phân phối đến cửa hàng tạp hóa và cuối cùng là đến tay người tiêu dùng, do đó, đáp ứng mọi trách nhiệm và các yêu cầu về truy xuất nguồn gốc
• Lớp ứng dụng: lớp này là lớp phương tiện liên kết những tương tác giữa các tác nhân
trong chuỗi truy xuất nguồn gốc và nền tảng thông tin Các tác nhân có thể xem bản ghi lại toàn bộ quá trình hậu cần, dòng thông tin và dòng vốn thông qua lớp ứng dụng
4.3 Đánh giá tính phù hợp và tính bền vững của hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain
Việc đánh giá tính phù hợp của truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain là rất quan trọng đối với người dùng và các nhà quản lý truy xuất nguồn gốc Mục đích là để cải thiện các mục tiêu chuỗi cung ứng chiến lược khác nhau của quản lý truy xuất nguồn gốc Qua đó đánh giá hệ thống cung cấp sự tối ưu hóa về kiểm soát quá trình và quản lý chất lượng của chuỗi cung ứng nông sản thực phẩm Kết hợp thông tin của Blockchain và mức tiêu thụ tài nguyên hệ thống, các tiêu chí đánh giá hiệu suất chi tiết được tóm tắt trong Bảng 3 Dựa trên việc phân tích các tiêu chí đánh giá hiệu suất, nghiên cứu đề xuất ứng dụng lưu đồ phân tích phù hợp và bền vững cho hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain như hình minh họa trong Hình 5
Trang 12Hình 4: Kiến trúc của hệ thống truy xuất nguồn gốc thực phẩm dựa trên blockchain
Trang 135 Ứng dụng công nghệ Blockchain trong quản lý truy xuất nguồn gốc thực phẩm bền vững
Dữ liệu truy xuất nguồn gốc trong Blockchain có thể được thực hiện tại mỗi quy trình kinh doanh truy xuất nguồn gốc Phần này mô tả khả năng sử dụng Blockchain trong quản lý truy xuất nguồn gốc bền vững sản phẩm thực phẩm nông nghiệp
5.1 Ứng dụng IoT dựa trên Blockchain giai đoạn kinh doanh truy xuất nguồn gốc
• Giai đoạn 1: Nông nghiệp
Nông nghiệp là liên kết đầu tiên trong quá trình truy xuất nguồn gốc thực phẩm nông nghiệp Các thiết bị thông minh IoT có thể thu thập và truyền dữ liệu truy xuất nguồn gốc cần thiết trong quá trình kinh doanh Thông tin truy xuất nguồn gốc có sẵn có thể lưu trữ hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain Thông tin truy xuất nguồn gốc có thể bao gồm môi trường nền nông nghiệp (ví dụ: chất lượng đất, nước, nhiệt độ và độ ẩm), nhân viên nông nghiệp, ngày, giờ, nguồn gốc và ứng dụng giống thuốc, tưới tiêu, bón phân và thuốc trừ sâu (Caro et al., 2018; Bastas và Liyanage, 2018) Một giao dịch mới có thể được bắt đầu giữa người nông dân và bộ xử lý và tạo hồ sơ trong Blockchain
• Giai đoạn 2: Thu hoạch
Các sản phẩm thực phẩm nông nghiệp được thu hoạch vào thời điểm thích hợp Nông dân lưu trữ thông tin truy xuất nguồn gốc trong quy trình kinh doanh vào hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain bao gồm ngày, giờ và cân Sau khi thu hoạch, chúng chủ yếu được vận chuyển đến các nhà máy chế biến để tiếp tục chế biến bằng xe tải đông lạnh
• Giai đoạn 3: Xử lý
Giai đoạn xử lý có tác động lớn đến chất lượng và an toàn sản phẩm thực phẩm nông nghiệp Thông tin truy xuất nguồn gốc bao gồm điều kiện xử lý như thiết bị xử lý, thời gian, chuyển đổi hàng loạt, thông tin gói hàng, phương pháp khử trùng, người vận hành và thông tin thẻ sản phẩm cuối cùng (Feng et al., 2019) Trong giai đoạn này, các nhà khai thác lưu trữ thông tin truy xuất nguồn gốc vào hệ thống truy xuất nguồn gốc dựa trên Blockchain bằng cách quét thẻ của nó
• Giai đoạn 4: Hậu cần & kho lạnh
Giai đoạn này có thể phức tạp và tốn kém Kho lạnh nên được trang bị một hệ thống giám sát môi trường vi môi trường (nhiệt độ, RH, O2 và CO2) hiệu quả Việc sử dụng các thiết bị cảm biến IoT có thể thu thập thông tin truy xuất nguồn gốc có liên quan của hậu cần & lưu trữ lạnh Việc triển khai các cảm biến môi trường xung quanh và GPS trong các khu vực container lạnh có thể giám sát và thu thập thông tin môi trường hậu cần & lưu trữ lạnh được lưu trữ trong hệ thống Blockchain, chẳng hạn như: dữ liệu xe tải và sản phẩm, tham số môi trường xung quanh, vị trí lưu trữ, thời gian lưu trữ, phương pháp vận hành (Galvez et al.,2018) Hệ thống này cũng có thể giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định giảm tổn thất hoặc hư hỏng
• Giai đoạn 5: Tiêu thụ
Thông tin sản phẩm được bán được lưu trữ trong Blockchain Thông tin có thể bao gồm tên sản phẩm, thời gian bán hàng, thời hạn sử dụng, giá cả, v.v Người tiêu dùng có thể dễ dàng truy xuất lịch sử của các sản phẩm trước khi mua
