基于区块链技术的电力物资共享云仓设计.pdf
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1、计算机与现代化JISUANJI YU XIANDAIHUA2023年第10期总第338期文章编号:1006-2475(2023)10-0099-08收稿日期:2022-11-17;修回日期:2022-12-14基金项目:国家自然科学基金重点项目(61635002)作者简介:王光辉(1981),男,河南郑州人,高级工程师,硕士,研究方向:区块链,信息共享机制,E-mail:;通信作者:程功旭(1991),男,黑龙江哈尔滨人,高级工程师,硕士,研究方向:区块链,E-mail:;李青(1985),男,河北衡水人,工程师,本科,研究方向:电力系统及其自动化,E-mail:。0引言近年来,国家提出建设泛
2、在电力物联网是落实“三型两网、世界一流”战略目标的核心任务1。泛在电力物联网2-3指任何时间、任何地点、任何人、任何事物的信息连接和交互,而电力资源供应链的建设是基于区块链技术的电力物资共享云仓设计王光辉1,2,程功旭3,李青3(1.郑州大学信息管理学院,河南 郑州 450001;2.国网青海省电力公司调度控制中心,青海 西宁 810001;3.南瑞集团有限公司电网事业部,江苏 南京 210000)摘要:针对当前电力物资供应链中业务信息共享不足、信息不对称,造成信息流通场景流程繁杂、效率低下、供应成本高等问题,本文基于区块链技术构建一种电力物资供应链共享云仓。在构建供应链共享云仓过程中,本文提
3、出供应链信息共享体系思想,构建一种企业供应链架构,实现互联网电力企业的设备需求信息在多主体、多环节间的共享流通。同时针对区块链存储时的高冗余性,构建供应链信息共享体系时提出一种供应链内部与外部多源数据信息块的记录方法,实现数据信息的安全存储,并构建各主体的访问分级权限机制,基于角色的访问控制来分配各个企业的访问权限,解决供应链主体间权限访问透明性低的问题。针对高并发的交易上链请求影响区块链组网性能问题,监控物资共享云仓区块链节点的吞吐量,提出一种流量控制算法,使区块链底层节点资源利用率达到最大,并设计信息智能合约,建立供应链信息共享系统,提高共享云仓的可靠性。实验表明,面向大规模业务量时,系统
4、的容错机制与性能稳定,业务信息透明共享,实现了共享云仓的高效性与高可靠性。关键词:共享云仓;电力物资共享;供应链;智能合约中图分类号:TP311文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1006-2475.2023.10.015Design of Power Material Sharing Cloud Warehouse Based on Blockchain TechnologyWANG Guang-hui1,2,CHENG Gong-xu3,LI Qing3(1.School of Information Management,Zhengzhou University,Zhen
5、gzhou 450001,China;2.Dispatch Control Center,State Grid Qinghai Electric Power Company,Xining 810001,China;3.Power Grid Division,Nari Group Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)Abstract:Aiming at the problems such as insufficient business information sharing and information asymmetry in the currentpower ma
6、terial supply chain,which cause complicated information flow scenarios,low efficiency and high supply costs,this paper constructs a power material supply chain sharing cloud warehouse based on blockchain technology.In the process of buildinga supply chain shared cloud warehouse,this article puts for
7、ward an idea of supply chain information sharing system,constructsan enterprise supply chain architecture,and realizes the sharing and circulation of equipment demand information of Internetpower enterprises among multiple entities and multiple links.At the same time,in view of the high redundancy o
8、f blockchain storage,when building the supply chain information sharing system,a recording method of multi-source data information blocks inside and outside the supply chain is proposed to achieve the safe storage of data information,and a hierarchical access authoritymechanism is built for each sub
9、ject.Role-based access control is used to allocate the access authority of each enterprise to solvethe problem of low transparency of access authority among supply chain subjects.Aiming at the problem that highly concurrenttransaction uplink requests affect the blockchain networking performance,we m
10、onitor the throughput of the material sharingcloud warehouse blockchain nodes,propose a flow control algorithm,maximize the resource utilization of the underlying nodes ofthe blockchain,design an information smart contract,establish a supply chain information sharing system,and improve the reliabili
11、ty of the shared cloud warehouse.The experiment shows that the system has stable fault tolerance mechanism and performance,transparent sharing of business information,and high efficiency and reliability of sharing cloud warehouse when facinglarge-scale business volume.Key words:share cloud warehouse
12、;power material sharing;supply chain;intelligent contract计算机与现代化2023年第10期泛在物联网构建的重要环节。供应链信息的共享可以促进经营主体之间的相互监督,促进供应方供给能力与需求方具体需求的透明化。比如现在的 ERP系统、e-ERP系统已经实现供应链部分业务环节间信息共享与相关业务的整合4,但是上述系统对不断变化的需求与决策响应较为困难,没有从供应链整体角度进行信息和业务的整合与协调5-6。目前,现有供应链系统的业务内容与业务链路相互独立,业务主体之间的监督不足。例如在一些供应链中,物资需求方监督供应商或发电厂,但这种监控是单向
13、的7-8,从整个供应链来看,各业务主体之间还缺乏集团化、多方位、开放式的相互监督,不同业务间的信息流交互性差、实时性差,对整体运营效率有很大影响。经过分析研究,提取出现有的电力物资备品供应链信息传递的拓扑结构如图1所示。图1供应链业务实体业务信息传递图从图1中可看出供应链中供应商与卖家、卖家与客户之间业务相互独立,有独立的交易平台,每个业务实体只能关注与自身事务相关的供给信息,产生的弊端是每个业务实体很难了解完整的供应链结构与运作。这种电力供应链模式集成协调能力差、信息共享能力差,整体效率降低,若对电力物资数据进行存储与追溯,存在着供应链各环节信息不共享、引发数据信息孤岛或数据造假等问题9-1
14、0。为避免供应链信息未共享产生的信息不对称问题,现有电力系统研究者利用区块链技术的信息透明性、可追溯性来解决这一问题,但区块链技术具有多个区块节点与共识节点来共同存储数据信息,随着用户数据量的增多,区块链会出现高冗余存储问题,而区块数据存储空间大小也限制了区块链技术的发展11。同样基于区块链技术的共享云仓涉及电力主体众多,一方面不同电力主体需要电力物资商品共享,供应链的各业务主体需要电力物资商品的生产数据、供应数据等信息的透明化共享,来解决物资上下游信息不对称问题,另一方面不同电力供应商间又处于竞争关系,存在信息隐私与财务数据的保护问题,因此共享云仓的设计需考虑信息数据透明化与部分隐私数据保护
15、等因素,来构建完备的系统分级访问权限控制机制。目前电力物资供应链底层平台难以处理高并发上链请求,若并发量太大,轻则区块链组网性能受到影响,重则导致共识节点宕机12。为保障电力物资共享云仓交易上链的可靠性,基于区块链技术的电力物资共享云仓的架构需考虑信息智能合约、流量控制、系统的容错机制方面的设计。因此本文基于区块链技术构建电力资源供应链共享云仓,为促进企业主体之间的互相监督,促进供给侧供给能力与需求方具体要求的透明度,实现电力资源信息共享与供需精确对接,设计以信息共享思想为核心的供应链架构;考虑外部多源数据信息的存储,提出一种供应链内部与外部多源数据信息块的记录方法,实现数据信息的安全存储;考
16、虑云仓系统访问权限控制机制,构建各主体的访问分级权限机制,来解决主体间权限访问透明性低问题;考虑信息技术智能合约制定与上链交易请求的可靠性,设计信息智能合约,并针对高并发的交易上链请求影响区块链组网性能问题,提出一种流量控制算法,提高共享云仓的可靠性。1基于区块链的电力物资共享云仓构建共享云仓平台利用互联网、物联网、二维码等信息化技术手段,联接了电力企业、设备供应商、区域仓储平台、区域分库以及急救包等多方主体,对互联网电力企业的设备采购、设备需求信息的生成、库存合理性审核、设备调配、物流配送等全流程进行信息化管理,实现互联网电力企业的设备需求信息在多主体、多环节间的流通。云仓平台各环节流通流程
17、如图2所示。图2互联网电力企业共享云仓针对涉及多主体信息不对称、共享能力差、多源数据存储高冗余、主体间权限访问透明性低、高并发的上链请求性能低下等问题,应用区块链去中心化的对等网络及多方共识机制的特点,为每个交互主体建立区块链共识节点,记账、共享设备流转相关信息,为设备需求信息发布、设备采购、订单审核、企业支付、设备调配、物流配送、订单解算等过程提供上链存证,使电力企业、设备供应商、区域存储平台、区域分库等主体之间实现设备信息的可信共享,提高企业主体进入供应链的灵活性,促进供应链对企业主体的动态、精准选择13-14,同时监管节点服务,设供货商发电企业产品供货供给能力卖家产品购买需求用户企业数据
18、验证区域仓储平台区域分库急救包共享云仓互联网电力企业平台云支付系统电力企业信息系统多点库存、多渠道库存、补货、移库、物流追溯设备需求单的分配、设备配送、结算对账结算企业信息库存同步设备需求信息同步设备调剂单同步设备需求信息执行状态配送状态1002023年第10期计智能合约使监管机构能够对设备流转与生产过程信息进行全程监管,保障设备流转的合规性与完整性。具体基于区块链技术设计的电力物资共享云仓架构如图3所示。图3区块链的电力物资共享云仓架构1)应用层。基于区块链技术的电力物资共享云仓架构的应用层为各发电企业和供应商提供数据接口,建立备品储备数据的标准数据模型,并提供数据上传接口,各发电企业和供应
19、商将自身原有物资备品管理系统数据信息通过接口对接或录入的方式进行备品储备数据上传。同时该应用层设置界面,发电企业可通过登录该平台进行备品储备信息查询。2)业务层。系统在业务层建立数据标准化检测机制,对输入的备品对象数据进行有效性检测,以保证在物资备品信息管理系统中数据的标准化,同时将数据模型的结构上链存证,作为数据格式的检测依据。在电力行业备品种类繁杂、设备多样的环境下,实现数据有效共享和可靠溯源。定时进行库存数据变化捕捉、集中汇总,完成信息的共享。建立调运流程,实现调运需求和调运订单管理。发电企业可根据物资需求填报调运申请单,申请单中的与需求物资对应的备品信息可通过用户自行检索进行匹配,也可
20、通过平台对调运需求物资进行数据分析,智能匹配与需求相符的备品信息。3)服务层。服务层主要负责校验物资需求方与备品供给方的数据请求信息,记录与存储供给方与物资需求方的交易操作内容。比如:物资需求方和备品供给方根据调运订单约定信息执行备品调运,调运期间服务层需要校验需求方上传的备品采购合同、付款凭证,验证备品产权方上传的到货签收单等物品信息,云仓的服务层有效记录、分类、存储采购合同、付款凭证与签收单等数据信息。4)区块链技术层。区块链技术层是区块链电力资源共享云仓的底层技术,主要包括记录数据、存储数据、区块链网络节点交互、业务主体访问权限控制、数据传播与数据上链,是共享云仓最关键的运行模块之一。区
21、块链技术层针对数据存储、访问控制机制、流量控制、上链效率控制存在的问题,提出一种供应链信息流层次模型,划分为数据存储层、访问控制层、共识合约层15-16。数据存储层将区块链系统中的数据信息进行划分、存储,由于数据记录存储过程中存在像物资需求方、备品供给方提供的多源数据信息,而多源数据信息的收集、过滤、清理、分析与汇总又是一项复杂的任务。同时数据信息具有多源异构、复杂繁琐的特点,现有的区块链存储结构存在存储不足与存储效率低下的问题17-18。因此共享云仓架构设计数据层方面,考虑到多源数据存储问题,首先将多源异构数据通过数据分析中心模块进行整理分析,输出不同类型的数据信息映射到区块链中对应块的块体
22、上,保证区块链和供应链管理的基础数据分开存储。将区块链技术与Merkle树、数据库进行结合,提出一种多源数据信息块的记录方法,确保区块链容量小、易于构建和管理。访问控制层作为区块链技术中主体访问控制权限模块,既要解决物资上下游信息不对称问题,又要实现保护业务主体隐私数据与财务数据的功能。访问控制层由主体节点、访问节点、授权节点组成。主体节点主要由供货商与需求方控制,通过与数据存储层进行数据交互,上传、查看、下载电力资源信息;访问节点主要处理主体节点的访问请求,运行访问控制权限模型,实现业务主体间的信息共享;授权节点负责记录访问节点的运行日志,并管理访问控制链,授权合规请求,为供应链业务主体提供
23、历史授权的数据追溯。共识合约层是维持区块链系统中的共识节点达到信息一致性,比如调运订单执行过程调用区块链备品资产转移智能合约,调用该智能合约19需要传入备品备件的ID与备品需求者的身份标识ID,该智能合约会检测该设备当前在链上的所有权是否跟调用者一致,只有在一致的情况下才能发生资产的转移。同时系统全流程数据上链,每次上链的数据对应的存证ID建立一个数组索引,根据区块链的特性,用户只需要通过调用查询数据溯源的智能合约就可以调取某个设备所有上链数据,从而实现备品的溯源查询。同时,若出现数据上链请求过大,处于高并发情况下,区块链节点性能会受到影响,本文提出一种处理高并发数据上链请求的流量控制算法,以
24、更好满足安全机制数字签名非对称加密哈希函数数据存储层数据储存访问控制层共识合约层合约部署合约测试日志管理实例管理保管协议算法机制区块链技术层服务层区块链技术基础平台数据验证数据存证历史查询数据查验业务层业务调运管理平台业务调运权限管理模块调运订单管理模块调运需求模块业务交易管理模块业务收款管理模块业务交易请求管理业务付款模块业务账户管理模块供应商管理电力企业管理需求企业管理区块链供应业务平台应用层MVC架构Web网页数据处理区块链管理节点区块链认证节点区块链共识节点主体、访问节点、授权节点王光辉,等:基于区块链技术的电力物资共享云仓设计101计算机与现代化2023年第10期系统数据层的高可靠、
25、高效率运转。5)安全层。云仓的安全层主要提供数据加密、解密、密钥托管、随机密钥生成等功能,提供流程化加密方案,用户可定制加解密流程中的密钥生成、加密算法、解密算法。上链数据信息包括供应商数据(供应商名称、地址、联系方式、供应备品备件数据参数)与各级仓库数据信息(名称、地址、联系方式等信息)采用非对称加密技术对数据安全进行保障。2电力物资共享供应链信息数据存储供应链业务决策活动依赖的数据主要包括供应链系统运行产生的内部数据与外部引入的供货商电力资源数据。对供应链依赖的多源异构数据的收集、过滤、清理、分析与汇总是一项非常复杂且艰巨的任务。若供应链业务的管理活动都由业务主体来处理时,效率极低。因此,
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