La nuova era della tracciabilità sostenibile: la blockchain al servizio della Fontina DOP

Migliorare la sostenibilità e l’efficienza economica nella tracciabilità della filiera lattiero-casearia attraverso la blockchain: il progetto Typicalp con Fondazione LINKS (Torino), Institut Agricole Régional (Aosta), Cooperativa e Consorzio Fontina DOP

La filiera lattiero-casearia rappresenta uno dei settori più complessi dell’agroalimentare, con una molteplicità di attori e processi di trasformazione. Nell’Unione Europea, essa occupa una posizione di primaria importanza, contribuendo a oltre il 12% della produzione agricola totale. In Italia, il settore si distingue per un’elevata concentrazione di eccellenze certificate, con 53 formaggi a Denominazione di Origine Protetta, come la Fontina DOP, simbolo della Valle d’Aosta. La crescente globalizzazione delle catene alimentari ha aumentato la vulnerabilità dei prodotti, rendendo la tracciabilità una componente fondamentale per garantire qualità, sicurezza e sostenibilità. La tracciabilità consente di seguire ogni fase della produzione, dalla materia prima al prodotto finale, migliorando la gestione dei rischi, l’attribuzione delle responsabilità tra gli attori della filiera e la qualità dei prodotti stessi. Negli ultimi anni, i progressi nelle tecnologie IoT (Internet of Things) e nello sviluppo software hanno semplificato la raccolta e il monitoraggio dei dati nella filiera agroalimentare. In questo contesto, le tecnologie Distributed Ledger, come la blockchain, si sono affermate come soluzioni innovative per garantire l’immutabilità dei dati e la conformità alle normative. Tuttavia, l’adozione di blockchain tradizionali è stata spesso criticata per l’alto consumo energetico dei meccanismi di consenso. Bitcoin, ad esempio, utilizza il Proof-of-Work, che richiede ai miner di risolvere complessi problemi matematici, consumando grandi quantità di energia elettrica e divenendo di fatto insostenibile dal punto di vista ambientale oltre che costoso operativamente. Per superare questa criticità, sono stati sviluppati altri algoritmi, come il Proof-of-Stake. Ethereum, ad esempio, ha adottato tale sistema, affidando la validazione delle transazioni a nodi selezionati in base alla quantità di criptovaluta posseduta. Tuttavia, sebbene riduca il consumo energetico rispetto al Proof-of-Work, presenta costi elevati di gas per le transazioni, cosa che lo rende meno conveniente per applicazioni su larga scala. In risposta a queste limitazioni, è emerso il Pure Proof-of-Stake (PPoS), implementato dalla Blockchain Algorand. Questo meccanismo combina la selezione casuale dei validatori tramite una Funzione Random Verificabile (Verifiable Random Function, VRF) con un basso consumo energetico e costi operativi ridotti. I vantaggi principali sono:

• Velocità: le transazioni vengono convalidate in pochi secondi.
• Decentralizzazione avanzata: tutti gli utenti possono essere selezionati come validatori, garantendo maggiore sicurezza ed equità.
• Sostenibilità ambientale ed economica: richiede minima potenza computazionale e riduce significativamente i costi di transazione, rendendo la tecnologia accessibile anche per piccoli operatori.

L’obiettivo principale di questa ricerca è sviluppare e illustrare una piattaforma di tracciabilità per la filiera della Fontina DOP basata su una “Green Blockchain” a basso consumo energetico e costi contenuti. Attraverso l’implementazione di Algorand e il suo meccanismo Pure Proof-of-Stake, miriamo a:

• Migliorare la trasparenza lungo tutta la filiera, rendendo le informazioni accessibili e affidabili.
• Aumentare l’efficienza operativa, riducendo i costi associati alla gestione dei dati e alla conformità normativa.
• Promuovere la sostenibilità ambientale ed economica, minimizzando l’impatto ecologico delle tecnologie utilizzate e ottimizzando le risorse finanziarie.

Questa iniziativa è realizzata nell’ambito del progetto “Typicalp”, finanziato da programmi europei INTERREG, guidato dalla Fondazione LINKS di Torino e dall’Institut Agricole Régional della Valle d’Aosta, con la collaborazione della Cooperativa Produttori Latte e Fontina e del Consorzio Fontina DOP. Il progetto mira a valorizzare i prodotti tipici alpini attraverso l’innovazione tecnologica e la sostenibilità. La piattaforma proposta non solo avvantaggerà la filiera della Fontina DOP, ma potrà essere un modello replicabile in altri settori agroalimentari, contribuendo a rafforzare la fiducia dei consumatori e a promuovere l’innovazione nel settore.

Giuseppe Varavallo
Ricercatore e Ph.D. candidate in Innovation for the Circular Economy presso l’Università di Torino. Il suo lavoro si concentra su economia circolare e sviluppo sostenibile integrando tecnologie innovative e analisi avanzate. Ha lavorato presso Fondazione LINKS e Fondazione ISI.

Metodologia

Per progettare e implementare la piattaforma di tracciabilità basata su blockchain, è stata condotta un’analisi dei requisiti utilizzando diverse metodologie. L’analisi documentale del disciplinare di produzione del Consorzio Fontina DOP ha fornito dettagli sulle fasi produttive e sulle regole da rispettare. La ricerca sul campo, con visite a caseifici e alpeggi della Valle d’Aosta, ha permesso di comprendere lo stato attuale del sistema di tracciabilità e di identificare le aree di miglioramento. Infine, sono state svolte interviste e focus group con 30 operatori della filiera per raccogliere informazioni chiave sulle interazioni tra gli attori della catena produttiva e sui dati critici da tracciare, nonché per individuare le esigenze in termini di sostenibilità ambientale ed economica. Basandoci su queste analisi, è stato sviluppato un modello dei dati che copre tutte le fasi della filiera e gli operatori coinvolti (Figura 1). Il modello specifica i dati essenziali da tracciare in ciascuna fase:

• Produzione del latte: il trasportatore registra quantità e tipologia di latte raccolto (alpeggio o pianura) e carica queste informazioni nel sistema.
• Trasformazione: l’operatore del caseificio inserisce i dettagli relativi alla lavorazione, come il tipo di prodotto (es. Fontina DOP o derivati) e il numero di forme semilavorate che vengono realizzate.
• Stagionatura: l’operatore registra il periodo di maturazione e il numero di forme marchiate dal Consorzio.
• Confezionamento: vengono registrati la data di confezionamento e il termine di conservazione, e contestualmente viene generato un QR code che permette ai consumatori di tracciare l’intera filiera.
• Vendita: sono registrati i dettagli sulla consegna, come il luogo di destinazione e la data di scansione del QR code, per completare le fasi di tracciatura.

Grazie a questo approccio, è stato possibile sviluppare una piattaforma che non solo estende il sistema di tracciabilità esistente, ma garantisce anche l’immutabilità dei dati attraverso la blockchain, rispondendo alle esigenze di trasparenza, sostenibilità e sicurezza dell’intera filiera.

Risultati

La piattaforma di tracciabilità basata su Blockchain Green è stata sviluppata per rispondere alle esigenze della filiera della Fontina DOP, digitalizzando le informazioni lungo tutte le fasi di produzione, dalla raccolta del latte fino alla vendita. Essa consente agli operatori di registrare dati cruciali, garantendo trasparenza e immutabilità attraverso l’integrazione del database relazionale e la Blockchain Algorand, caratterizzata da basso consumo energetico e costi ridotti grazie al meccanismo di consenso Pure Proof-of-Stake. Il sistema, come illustrato nella Figura 2, permette agli operatori di accedere alla piattaforma per inserire informazioni relative alla propria fase operativa, come la quantità di latte raccolta, i dettagli della trasformazione, i periodi di stagionatura e le date di confezionamento. Una volta completata la fase di preparazione della confezione, i dati vengono incapsulati in formato JSON (JavaScript Object Notation) e inviati alla blockchain, garantendo l’immutabilità delle informazioni e minimizzando i costi operativi. Il formato JSON utilizzato per lo scambio di dati tra i sistemi, organizza le informazioni in strutture chiave-valore facilmente leggibili. Ogni transazione registrata include elementi critici come timestamp, nome dell’operatore e i dati immessi. Grazie alla sua compattezza, JSON riduce il peso di tali dati, rendendo la comunicazione più efficiente e agevolando l’integrazione con la Blockchain Algorand. Un altro aspetto fondamentale è l’utilizzo degli HASH crittografici per proteggere i dati registrati. L’HASH è una firma digitale unica generata dalle informazioni di una transazione. Anche un minimo cambiamento nei dati originali produce un HASH completamente diverso, rendendo immediatamente visibili eventuali tentativi di alterazione. Questo garantisce l’integrità delle informazioni e una sicurezza elevata per tutte le transazioni registrate lungo la filiera. L’adozione della piattaforma ha permesso di ottenere importanti benefici per la filiera della Fontina DOP. La digitalizzazione di ogni fase della filiera ha migliorato lo scambio di informazioni tra gli attori coinvolti e ha garantito ai consumatori una maggiore trasparenza, permettendo loro di accedere ai dati tramite un QR code. L’utilizzo della Blockchain Algorand ha assicurato l’immutabilità dei dati stessi, preservando l’integrità del processo con un ridotto consumo di energia, dimostrando così un elevato livello di sostenibilità ambientale. Inoltre, il sistema è stato progettato per essere economicamente efficiente: limitando le transazioni blockchain al completamento della fase di confezionamento, i costi operativi sono stati contenuti a meno di 0,01 cent USD per transazione.

Action situation

I miners (o “minatori”) sono nodi di una blockchain basata su Proof-of-Work (PoW) che competono per risolvere un problema matematico, chiamato puzzle crittografico. Devono trovare un valore, detto nonce, che combinato con i dati del blocco produca un HASH crittografico (una firma digitale unica generata dalle informazioni di una transazione) conforme a una condizione prestabilita (es. iniziare con un certo numero di zeri). Il primo miner che risolve il puzzle aggiunge il blocco alla blockchain e riceve una ricompensa in criptovaluta. Questo processo garantisce la sicurezza e l’immutabilità dei dati, ma richiede enormi quantità di energia. Il gas in Ethereum è l’unità di misura che determina il costo delle operazioni sulla rete, come transazioni o esecuzioni di smart contract. Pagato in ETH, serve a compensare i validatori per l’elaborazione delle operazioni. Il costo dipende dal gas limit (risorse necessarie per l’operazione) e dal gas price (prezzo per unità, influenzato dalla domanda). Sebbene il passaggio al Proof-of-Stake riduca il consumo energetico, i costi del gas, specialmente in momenti di congestione, possono rendere Ethereum meno conveniente per applicazioni su larga scala.

Le immagini relative all’interfaccia utente della piattaforma, riportate in Figura 2, mostrano le funzionalità principali del sistema: accesso alla piattaforma, registrazione dei dati nella fase di raccolta del latte, generazione del JSON e invio dei dati alla blockchain. Tuttavia, sono emerse alcune limitazioni, come la necessità di formazione per operatori meno esperti nell’uso di wallet digitali e l’adattamento per piccole produzioni locali.

Conclusioni

La filiera lattiero-casearia rappresenta uno dei settori più rilevanti e complessi dell’agroalimentare, caratterizzata da una molteplicità di attori e processi produttivi che rendono essenziale una gestione trasparente e sostenibile dei dati lungo tutta la catena del valore. La Fontina DOP, prodotto simbolo della Valle d’Aosta, incarna queste complessità, con una produzione regolamentata da un rigido disciplinare che garantisce qualità e autenticità. In questo contesto, la tracciabilità diventa un requisito cruciale non solo per tutelare la sicurezza alimentare, ma anche per valorizzare le eccellenze del made in Italy. Questo studio ha proposto una piattaforma di tracciabilità innovativa basata sulla Blockchain Algorand, in grado di monitorare l’intera filiera della Fontina DOP con un impatto ambientale ed economico minimo. L’architettura del sistema, progettata per integrarsi con i processi esistenti, dimostra un’alta replicabilità, potendo essere adattata ad altre filiere lattiero-casearie grazie alla sostanziale similarità delle catene produttive. La piattaforma offre un accesso in tempo reale alle informazioni raccolte lungo la filiera, migliorando lo scambio di dati tra gli operatori e garantendo trasparenza per i consumatori. L’adozione di una Blockchain Green, caratterizzata da un basso consumo energetico grazie al meccanismo di consenso Pure Proof-of-Stake, rappresenta un valore aggiunto sia per i produttori che per i consumatori. Questo approccio non solo tutela l’ambiente, ma rafforza l’immagine della Fontina DOP come prodotto di qualità legato a un processo produttivo sostenibile. Inoltre, la scelta di limitare le transazioni blockchain al completamento delle fasi di confezionamento ha permesso di contenere i costi, rendendo il sistema economicamente accessibile anche per piccole produzioni locali. Il sistema di tracciabilità descritto offre una soluzione concreta e scalabile per affrontare le sfide del settore lattiero-caseario, rappresentando un modello replicabile per altre filiere alimentari, coniugando tradizione e innovazione in un’ottica di sostenibilità e promozione del made in Italy.

Titolo
Traceability Platform Based on Green Blockchain: An Application Case Study in Dairy Supply Chain

Autori
G. Varavallo, G. Caragnano, F. Bertone, L. Vernetti-Prot, O. Terzo

Fonte
Sustainability, Volume 14, Issue 6, 2022.
https://doi.org/10.3390/su14063321

Abstract
Negli ultimi anni, i progressi nell’IoT e nello sviluppo software hanno semplificato l’acquisizione e l’immutabilità delle informazioni nelle filiere agroalimentari. Questo articolo presenta una piattaforma di tracciabilità basata su Green Blockchain, applicata alla filiera del formaggio Fontina DOP. La piattaforma utilizza la Blockchain Algorand, che impiega il meccanismo di validazione Pure Proof-of-Stake, riducendo al minimo il consumo energetico e i costi. Tale piattaforma digitalizza l’intera filiera produttiva, garantendo trasparenza e dati immutabili per i membri del Consorzio e i consumatori. La proposta offre benefici ambientali ed economici, integrando un database relazionale con tecnologie Distributed Ledger per la gestione della tracciabilità. La ricerca ha dimostrato che soluzioni tecnologiche come questa possono essere applicate ad altre filiere lattiero-casearie, migliorandone la sostenibilità e la trasparenza.

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A cura della redazione

Fonte: Consortium 2024_04

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