將區塊鏈技術應用在農業與食品供應鏈中，能有效提升生產透明度與食品安全。透過物聯網感應器，蒐集農作物在生長過程（如施肥、灌溉、收成）中，光照、溫度、濕度等環境數據，並將這些資訊存入區塊鏈，確保數據不可篡改，以提升農產品的可追溯性。消費者可透過掃描 QR Code 查閱產品的生產履歷，掌握種植與加工過程，確保食品來源安全透明。

區塊鏈的結構

是甚麼原理，使得紀錄於區塊中的資訊幾乎不能被篡改？首先來看區塊鏈的結構。區塊鏈由一系列相互鏈接的「區塊（Block）」所組成，包含以下三種要素。

1、    區塊頭（Block Header）：版本、前驅哈希、默克爾樹根、時間戳記、難度、隨機數。
2、    區塊體（Block Body）：包含交易記錄及數據。所有數據經過哈希函數計算並組成「默克爾樹（Merkle Tree）」。
3、    鏈結機制：每個區塊透過「前驅哈希（Previous Hash）」與前一個區塊相連，形成不可篡改的區塊鏈結構

 

圖1：區塊鏈（Blockchain）的結構
資料來源：How blockchain and serverless processing are impacting event-driven architectures

接著說明何謂「哈希函數（Hash Function）」。哈希函數是一種數學計算方式，它可以將任何大小的資料轉換成固定長度的數字串，這個數字串稱為「哈希值」。哈希函數有以下重要特性：

1.    輸入值不同，輸出值會完全不同：即使輸入值僅變動一個字元，哈希值也會產生劇烈的變化（雪崩效應）。
2.    輸出長度固定：無論輸入資料多大，哈希值的長度都不變。例如：SHA-256函數，固定產生256位元的哈希值。
3.    單向不可逆：無法從「哈希值」推回原始數據。

數據不可篡改的原理

對「哈希函數」有初步的概念，就可以探討「默克爾樹根」及「前驅哈希」這兩個要素。首先「默克爾樹」是一種樹狀數據結構，用來驗證區塊體內的數據。其運作方式是先對每筆交易計算哈希值，再將哈希值兩兩合併並重新計算哈希，不斷重複直到產生唯一的「默克爾樹根（Merkle Root）」。最終，這個「默克爾樹根」會存入「區塊頭（Block Header）」，用來驗證數據的正確性(見圖2)。

圖2：透過默克爾樹根驗證交易
資料來源：Diagram of a blockchain-from the Ethereum whitepaper

每個區塊的頭部，都存有前一個區塊的哈希值，稱之為「前驅哈希（Previous Hash）」，用來鏈接區塊。若任何一個區塊的數據遭到更改，其哈希值將發生變化，導致後續所有區塊的「前驅哈希」失效，此機制使篡改變得極為困難。

結論與挑戰

區塊鏈技術提升食品安全的透明度與可追溯性。然而，技術成本高、系統整合困難及農民對於數位化適應等問題，仍有待解決。未來需克服這些障礙，才能廣泛應用並發揮最大效益。

 

封面圖片來源：iStock

參考資料來源：

1.區塊鏈技術基本運作原理

2.雜湊函式 - 維基百科，自由的百科全書

3.區塊鏈 - 維基百科，自由的百科全書

4.電子簽章的相關技術介紹｜moda — 數位發展部 Ministry of Digital Affairs

5. 比特幣和區塊鏈到底是啥？礦機挖礦咋回事？李永樂老師講比特幣(1) - YouTube

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