2021年5月22日下午，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员、中国农学会计算机应用分会副主任委员孙忠富在“第十一届现代都市农业高层论坛”上作了《智慧农业背景下区块链应用展望》的主题报告。本文由发言整理而成，供大家参考。
一、从智慧农业谈起
智慧农业是一个信息技术与农业全产业链深度融合和发展的领域。智慧农业的核心即智慧，新时代大数据的浪潮将改变我们的科研方式、生产模式及商业模式等。DIKW模型就是从数据（Data）生成信息（information），进一步的生成知识（knowledge），在知识的基础上产生智慧（Wisdom）。另外，智慧农业也需要基础的信息技术，特别是新一代信息技术的支撑，包括大数据、物联网、云计算、人工智能、移动互联网，及下面要讲的区块链，最近还有一些关于新计算、新基建、新经济等提法。这里稍微讲一下新计算的问题，大数据是产生智慧的源泉，但必须结合业务应用，通过对大数据的计算处理，才能挖掘出人类需要的知识和规律，这是一种扩展到云、网、边、端无处不在的计算能力，强调的是泛在、绿色高效和协同计算等。区块链作为一种新的技术，也必然在智慧农业发展中发挥不可估量的作用。
二、区块链发展背景简介
（一）区块链是社会与科技发展的产物
区块链是社会进步和科技发展到一定阶段的必然产物。众所周知人类经历了三次工业革命，现在正在进入第四次工业革命：信息物理融合（CPS），也就是现在的物联网大数据时代，主要以新一代的信息技术，像互联网、大数据、人工智能等不断的发展应用到社会各个方面。互联网在给人类提供巨大方便、红利的同时，也存在许多危害公共治安、社会伦理、国家安全的问题，从这个意义上，信息网络世界需要一种新的力量进行治理和重构，区块链也正是在此大的发展背景下应运而生，区块链的出现恰好呼应时代的需求。
从技术层面上看，区块链就是一套治理架构，它通过集成分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术，实现信息社会的安全可信，使信息从无序向有序发展。
从信息社会发展看：区块链维护网络世界的生态秩序，进而实现更加良性的治理架构，有效赋能国家治理体系和治理能力现代化建设，因此被广泛认为可能引起一场全球性的技术革新和产业变革。
从互联网的变革看：从第一代互联网（TCP/IP协议）的信息互联网，向第二代互联网（区块链协议）的转变。第二代互联网的内涵包含：从“信息--价值”互联网的转变；从“消费--产业”互联网的转变；从“公开—加密”互联网的转变；从“中心--分布式”互联网的转变。
（二）国家和政府高度关注区块链
2019年10月24日下午，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。习近平总书记在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。
李克强2017年5月26日致信祝贺“2017中国国际大数据产业博览会”，表示，当前新一轮科技革命和产业变革席卷全球，大数据、云计算、物联网、人工智能、区块链等新技术不断涌现，数字经济正深刻地改变着人类的生产和生活方式，作为经济增长新动能的作用日益凸显。
我们要从发展的、战略的眼光科学的认识区块链，既要讲当前，又要讲长远，既要看国内，又要看全球，既要防风险，又要促发展，对于区块链不能高估它的今天，更不能低估他的明天，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口。
（三）区块链不同发展阶段
区块链1.0阶段，区块链货币时代。主要标志是2008年中本聪发表了一篇著名的论文，奠定了区块链的重要理论基础。基于区块链的比特币（bitcoin）是一个重大的发明，也是区块链最成功的一个应用案例。
区块链2.0阶段，区块链合约时代。就是以太坊（Etherum）为代表的，构建了区块链通用平台，可以自主进行所感兴趣的领域的区块链开发，极大的扩展了区块链的应用，也获得了巨大的成功。
区块链3.0阶段，区块链治理时代。将区块链的理念和思维更进一步的拓宽，重新塑造新一代的互联网，乃至重新定义整个世界。智慧农业随着区块链3.0的发展，将是又一个重要的应用爆发点。
拓展阅读：近日，工业和信息化部、中央网络安全和信息化委员会办公室联合发布《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》（以下简称《意见》）。
三、区块链内涵简介
区块链是一个设计精妙的伟大发明，它不仅仅在于其算法和技术的精妙，而在于其与生俱来的经济学和社会价值，甚至有人提出“他将重新定义商业模式和组织形式，重新定义整个世界，成为互联网经济又一次划时代的创新。”区块链的基本特征，也是众说纷纭。
（一）区块链的基本特征
维基百科和我国2016年发表的“区块链白皮书”，分别阐述了区块链的定义。其基本特征最重要的就是去中心化，包括具有透明性、隐私性、难篡改、安全性、自制性、智能化等特点。
从系统的角度，区块链是一个分布式账本，一种通过去中心化、去信任的方式，集体维护一个可靠数据库的技术方案。从技术的角度，区块链是多种技术整合的结果，形成了一种新的数据记录、存储和表达的方式。从数据的角度，区块链是一种几乎不可能被篡改的分布式数据库，由系统所有参与者共管共治、共同维护。区块链是一个技术体系，目前比较公认的就是5层架构。
（二）区块链入门的几个重要概念
1、哈希函数与加密算法，哈希为Hash的音译，也称为散列或杂凑函数，可将任意长度的数据压缩到某一固定长度的输出值，而且是唯一的，因此也称为数据指纹。
2、非对称加密，加密和解密需要公钥和私钥。用公钥对数据加密，只有用对应的私钥才能解密。非对称加密算法的保密性比较好，它消除了最终用户交换密钥的需求。
3、数字签名，数字签名有两个作用，一是能确定信息确实是由发送方签名并发出来的。二是数字签名能确定消息的完整真实性。
4、默克尔树（Merkle Tree），它可以快速校验大规模数据的完整性，也称为哈希树，是一种哈希二叉树，Merkle 树被用来归纳一个区块中的所有交易信息，最终生成这个区块所有交易信息的一个统一的哈希值（根哈希），区块中任何一笔交易信息的改变都会使得 Merkle 树改变。
5、时间戳，是保证区块链全程可溯源的核心技术。
6、分布式账本技术（Distributed Ledger）是保障区块链安全运行的关键技术，是一种在对等的网络成员之间共享、复制和同步的数据库，形成“共治共管“。
7、共识机制，在区块链系统框架中，共识层提供了全网对交易和区块的共识，是区块链中产生信任的方法和机制。
8、区块链数据结构，“区块”就是记录交易产生的数据块，“链”建立“块与块”链接，并传递相应属性信息。区块体由区块头和区块交易数据组成，前者记住了区块的各种属性，区块链的大部分功能都由其实现，是区块链的关键。
四、区块链应用场景
我们到底怎么来思考区块链的应用？一是无限机遇：重要的是认知理念和思维模式；二是广阔市场：应用场景需要不断创造；三是技术创新：是技术不断创新的主战场；四是灵活运用：具体应用时，有所为有所不为，创新与实用并举。
区块链为智慧农业发展保驾护航。广义大农业涉及领域繁多，发展智慧农业是一项庞大的系统工程，总体基础薄弱，面向的对象复杂，实现技术难度大。在智慧农业中，对大数据管理，物联网的应用，如何确保安全可靠，数据真实，建立诚信，知识产权维护，与区块链的深入融合，可为智慧农业稳健发展保驾护航。
（一）区块链的通用型应用
总体上讲，凡是涉及存在性和非存在性证明，时间与顺序证明，身份与作者证明，所有权证明等，都是区块链应用的重要场景
（二）区块链农业应用重要领域
1、基础类通用技术应用
区块链+农业大数据，农业大数据的获取，安全管理，数据权的维护，数据的真实性和有效性，这将是智慧农业亟待解决的问题；区块链+农业物联网，物联网和区块链的结合，降低互联网设备的后期维护成本，有助于提升农业物联网的智能化管理和规模化应用，区块链将建立万物互联总账本；区块链+云计算，将区块链技术与云计算融合，将改变目前基于中心化的云存储；区块链+人工智能，区块链技术可以帮助收集更准确的数据，通过区块链协议来验证数据的质量，以确保获取最精确的数据成为可能。
2、行业领域技术应用
区块链+质量溯源，基于区块链的特征，农业质量安全溯源应是区块链最有价值的应用领域，区块链将成为安全溯源应用的“引爆点”；区块链+农业保险，将区块链与农业保险结合之后，农业保险在知识产权保护和农业产权交易方面将有很大的提升空间，而且会极大的简化交易流程；区块链+农村金融，区块链的用处在于保证信息透明、篡改难度高、提高诚信、使用成本低；区块链+供应链，应用区块链技术交易就会被永久性、去中心化地记录，提高了安全性，降低了成本和人工错误；区块链+精准扶贫，区块链以其共识、去信任、防篡改、共监管、可追溯等机制，可以有效提高复杂环境下的精准度，提高精准扶贫工作的“靶向性”，从理念和技术上为“精准定位和扶贫”提供坚实支撑。
五、区块链的挑战
（一）技术性挑战
（1）不可篡改但出现错误也难以撤销：比如意外操作或错误，会直接造成永久损失且无法撤销；如果丢失密钥也一样会造成永久损失无法挽回。
（2）公开透明与私密性的二难问题：在区块链的生态社会里，任何交易和财产都是公开透明的（便于达成共识），因此也牺牲私密性。
（3）延时长、能耗高、效率低：例如比特币区块链网络，用于挖矿不仅消耗了大量的能源，而且应用效率很低。比特币每秒只能处理七笔交易。相比之下，VISA卡每秒可以处理24000笔交易。2019双11活动，天猫每秒达到54万笔交易。
（4）其他：灵活性差，存在51%网络攻击，等等。
（二）非技术性挑战
（1）法律认可度低：以比特币为例，并不是在所有国家都赋予法币地位，其他各种区块链交易也缺乏法律认可等等。
（2）用户认可度低：因缺乏足够的成功应用案例，观望和怀疑者居多，甚至逐步失去兴趣，另外，缺乏有规模的用户群体参入，也是区块链应用的严峻挑战。
（三）在智慧农业应用中的挑战
区块链仍处于早期初级阶段，不可避免存在诸多问题，技术、产品、市场的成熟都需要时间；智慧农业基于数字和信息，大数据和人工智能成为关键技术，目前智慧农业正处于快速发展期，但也存在覆盖领域广、参与者众多、信息庞杂、不够透明、交易链条长、去中心化难度大、信任缺失等，因此成为区块链应用的刚性需求；农业网络信息化基础薄弱，区块链应用难度大；应用场景需要进一步拓展，农业领域更多还是处于概念阶段，应用实例不多，应用场景需要进一步拓展；技术人才奇缺，技术门槛高，研发成本高，复合型人才缺乏；另外，存在安全漏洞，计算和交易成本高，网络传输速度慢等问题。
从互联网的昨天和今天，将看到区块链的明天，区块链必将爆发出无穷的创造力！
2021年全国科技活动周暨第十一届北京（通州）国际都市农业科技节
5月23日上午，2021年全国科技活动周暨第十一届北京（通州）国际都市农业科技节”（以下简称科技节）在北京国际都市农业科技园隆重开幕。
驻华使馆农业参赞、全国各地的政府机构领导、农业科研院校专家教授、学会协会领导、涉农企业负责人、农业园区代表等500余人参加了开幕活动。此次科技节采取现场观看与线上直播相结合的方式，央视频移动网、新华社现场云、北京广播电视台、通州电视台、科技日报、农民日报、中国网、新浪新闻、一直播、百度等50余家媒体进行了报道。截止6月1日，共549.2万人次在线观看了本次科技节系列活动直播。
科技节同期围绕“都市农业”“精准灌溉”“种业发展”“美丽乡村”以及“农产品供应链服务”5 个主题举办“云论坛”，还有“云参观”“云展示”“云推介 ”“大咖话农科”“科普微视”等丰富多彩的活动。统筹国内外农业科技资源，通过“政、产、学、研、推、用”协同发展，展示国际现代农业尖端科技成果，探讨国际农业科技发展新方向、新思路，提升农业科技观光体验，促进科技成果转化与应用，为我国全面推进乡村振兴，加快农业农村现代化建设贡献力量。
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文章来源：本文选自《中外农业概览》2021年第19期总第532期——2021年全国科技活动周暨第十一届北京（通州）国际都市农业科技节专刊，未经许可不得转载；