基于區(qū)塊鏈的電力物資供應鏈數(shù)據(jù)協(xié)同共享管理

程文美 夏肇元 李 榮 劉 菲

（南方電網(wǎng)物資有限公司，廣東 廣州 510000）

1 電氣設備供應鏈數(shù)據(jù)協(xié)同管理 研究現(xiàn)狀

隨著電氣設備的日益精密化、復雜化、智能化，其生產(chǎn)效率和速度的要求不斷提高，電氣設備的質(zhì)量把控和管理效率問題一直是電氣設備行業(yè)發(fā)展的痛點。而區(qū)塊鏈的發(fā)展有望解決這些問題，利用區(qū)塊鏈的鏈上/鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)“鏈下存儲，鏈上驗證”，通過這種方式對電力物資供應鏈中的電氣設備的數(shù)據(jù)協(xié)同產(chǎn)生正相關效益。文獻[1]通過構(gòu)建具有鏈上鏈下協(xié)同計算的共享鏈，實現(xiàn)了加密與區(qū)塊鏈系統(tǒng)的有效融合。文獻[2]提出一種數(shù)據(jù)完整性增強機制，將用戶的數(shù)據(jù)完整性證據(jù)存放在區(qū)塊鏈中，完整數(shù)據(jù)上云存儲。文獻[3]提出一種面向區(qū)塊鏈的鏈下數(shù)據(jù)庫的可驗證查詢模式，實現(xiàn)鏈下查驗，鏈上存證。

而現(xiàn)有的針對電氣設備的供應鏈數(shù)據(jù)協(xié)同管理的研究，都是供應鏈下游探討電氣設備的全生命周期管理，例如在設備維護檢修、設備管理、壽命預判以及成本上。而我國企業(yè)的電氣設備全生命周期管理已經(jīng)不再僅局限于使用和維修，而是圍繞整個供應鏈上下游經(jīng)濟效益，從電氣設備生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)著手，利用數(shù)字化協(xié)同共享來提升數(shù)據(jù)管理的信息化水平，以降低設備運營成本，提高投資效益。

2 電氣設備供應鏈中存在的問題

電氣設備供應鏈涵蓋了生產(chǎn)、銷售、履約、消費等多個環(huán)節(jié)，涉及物料較多且工序復雜，如果質(zhì)量安全問題頻繁出現(xiàn)，又難以花大量的人力物力成本去追溯其原因，就會給電氣設備供應鏈下游消費者帶來不好的體驗。且在電氣設備出現(xiàn)質(zhì)量問題需要追責時，企業(yè)為了自身利益可能會私自篡改數(shù)據(jù)，導致產(chǎn)品質(zhì)量問題無法真正追溯到源頭。另外數(shù)據(jù)集中于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫存儲，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)庫損壞等情況，則關于電氣設備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)記錄將會被破壞，此時再想追溯設備質(zhì)量問題源頭就更難了[4]。

在電氣設備的各環(huán)節(jié)中，產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境、流通環(huán)境無法追溯，無法保證產(chǎn)品的安全性和真實性，產(chǎn)品質(zhì)量的可信度不高[5]；電氣設備在整個供應鏈流動中會產(chǎn)生大量信息且這些數(shù)據(jù)需要錄入傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)中，這樣可以讓消費者了解到所有參與方的信息，以此來增加更多的信任度，協(xié)作難度大；且供應鏈各方參與各自擁有自己的信息管理系統(tǒng)，而這些信息系統(tǒng)之間很難交互，導致信息核對煩瑣，數(shù)據(jù)交互不均衡，最后造成線下需要太多的核對及重復檢查才能彌補多個系統(tǒng)交互的問題。另外，由于支付和賬期問題來造成的重復審計成本也特別高。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)與電氣設備供應鏈數(shù)據(jù)協(xié)同共享分析

區(qū)塊鏈技術(shù)[6]被認為是互聯(lián)網(wǎng)之后，又一個具備顛覆性的核心技術(shù)。其源于比特幣，精巧結(jié)合多種普通的技術(shù)形成一個非常完整的技術(shù)棧。

區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)是存儲在區(qū)塊中的，每個區(qū)塊中的區(qū)塊頭存儲了該區(qū)塊數(shù)據(jù)的哈希值和上一個區(qū)塊數(shù)據(jù)的哈希值，這就保證了電氣設備數(shù)據(jù)上鏈后無法被篡改，一旦修改了其中一組數(shù)據(jù)，勢必會導致該數(shù)據(jù)所在區(qū)塊的哈希值發(fā)生變化。此外利用非對稱密碼算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全和數(shù)據(jù)權(quán)屬者的隱私，只有在數(shù)據(jù)擁有者授權(quán)的情況下才能訪問數(shù)據(jù)。電氣設備生產(chǎn)、銷售、品控等數(shù)據(jù)信息存儲傳遞過程中，各個節(jié)點利用非對稱加解密機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同共享過程中敏感數(shù)據(jù)保護[7]。

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是不可篡改的分布式賬本，是一個可以在多個站點、不同地理位置或者多個機構(gòu)組成的網(wǎng)絡里，實現(xiàn)網(wǎng)絡成員之間共享、復制和同步的數(shù)據(jù)庫。也就是說，分布式賬本由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，并且每個節(jié)點都記錄了完整的賬目，因此它們都可以參與監(jiān)督交易的合法性。區(qū)塊中的數(shù)據(jù)存儲等均為公開透明，因此，電力設備各方主體作為參與網(wǎng)絡的各個節(jié)點，可以通過區(qū)塊鏈上相關存儲數(shù)據(jù)了解到電氣設備產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)的相關信息。

4 電氣設備供應鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理系統(tǒng)設計

該課題針對供應鏈中電氣設備數(shù)字化協(xié)同共享進行研究，設計了基于區(qū)塊鏈的電氣設備供應鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對電氣設備產(chǎn)品的生產(chǎn)流程、銷售鏈條及質(zhì)量信息的查詢管控、存證溯源安全化、高效化、有序化。

基于區(qū)塊鏈的電氣設備供應鏈協(xié)同共享管理業(yè)務流程圖如圖1所示，電氣設備供應鏈大致分為3個流程：生產(chǎn)、銷售、消費。整個業(yè)務流程包括數(shù)據(jù)產(chǎn)出（采集）、數(shù)據(jù)上鏈、溯源查詢以及監(jiān)管。

圖1 基于區(qū)塊鏈的電氣設備供應鏈協(xié)同共享管理流程圖

首先是電氣設備數(shù)據(jù)產(chǎn)出，屬于鏈下數(shù)據(jù)。將這些流程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存入各自流程中接入企業(yè)的分布式存儲數(shù)據(jù)庫中，以生產(chǎn)環(huán)節(jié)為例，生產(chǎn)企業(yè)中有生產(chǎn)部、倉儲部、監(jiān)管部等，各部門具有自己局部的數(shù)據(jù)庫，位于不同部門的計算機通過網(wǎng)絡互相連接，共同組成一個完整的、全局的邏輯上集中、物理上分布的大型數(shù)據(jù)庫。電氣設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括物料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)、設備信息數(shù)據(jù)（工序、操作員、工時、所用物料數(shù)據(jù)、廠商信息等）、試驗運行數(shù)據(jù)、出廠數(shù)據(jù)（日期、去向等）、返廠檢修數(shù)據(jù)等。電氣設備銷售數(shù)據(jù)包括入庫數(shù)、庫存數(shù)據(jù)、價格信息、商家信息、銷售去向等。電氣設備消費數(shù)據(jù)包括消費主體信息（電網(wǎng)公司、個體、小型企業(yè)等）、價格數(shù)據(jù)、使用情況、評價數(shù)據(jù)等。

然后是電氣設備數(shù)據(jù)上鏈，將數(shù)據(jù)變成鏈上數(shù)據(jù)。生產(chǎn)流程中，每個接入企業(yè)或個體應按照系統(tǒng)中的上鏈數(shù)據(jù)標準上傳數(shù)據(jù)，以方便數(shù)據(jù)溯源。例如生產(chǎn)流程中，生產(chǎn)商節(jié)點應上鏈的數(shù)據(jù)包括電氣設備生產(chǎn)商名稱、生產(chǎn)商地址、標識信息、基礎數(shù)據(jù)、出廠等。銷售商家包括經(jīng)銷商和零售商，經(jīng)銷商節(jié)點應上鏈的數(shù)據(jù)包括電氣設備經(jīng)銷商名稱、經(jīng)銷去向、標識信息、進出貨時間等；零售商節(jié)點應上鏈的數(shù)據(jù)包括電氣設備零售商名稱、零售去向、標識信息、進出貨時間等。消費者包括電網(wǎng)公司、汽車公司、個體等，消費方節(jié)點應上鏈的數(shù)據(jù)包括主體信息、消費數(shù)據(jù)、使用情況以及評價等。智能合約實現(xiàn)合同簽訂履約，利用代碼實現(xiàn)合同執(zhí)行內(nèi)容、記錄履約數(shù)據(jù)，并寫入?yún)^(qū)塊鏈，保證了合同數(shù)據(jù)不可篡改，這其實也是合同數(shù)據(jù)上鏈的過程，上鏈信息應包括合同雙方信息、發(fā)起及簽訂日期、期限、地點、方式、數(shù)量與質(zhì)量、價格、違約及效力等內(nèi)容。

最后是數(shù)據(jù)溯源查詢與監(jiān)管，實現(xiàn)鏈下/鏈上數(shù)據(jù)協(xié)同。各節(jié)點可以利用公私鑰自由查詢各自上傳的數(shù)據(jù)資料，如果參與方想要多次查詢多種電氣設備的其他參與方上鏈的信息，就要積極上傳對應的有效數(shù)據(jù)，并在需要查詢時進行申請，由監(jiān)管方節(jié)點負責記錄，并賦予查詢方查詢權(quán)限。參與主體輸入電氣設備標識編號進行查詢，發(fā)起查詢的同時，監(jiān)管方會根據(jù)該參與方的上鏈記錄與查詢歷史記錄給予權(quán)限，若無權(quán)限，則查詢界面顯示無有效權(quán)限，若有權(quán)限則反饋電氣設備溯源信息。主體查詢出來的結(jié)果與實際不符或有疑問，可以將問題反饋至監(jiān)管方，監(jiān)管方核實后返回處理結(jié)果。此外，各商家存儲數(shù)據(jù)的同時也會將數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)哈希值發(fā)送給監(jiān)管方，以便監(jiān)管方隨時查詢、抽檢和驗證數(shù)據(jù)。

5 實驗

5.1 實驗環(huán)境

該實驗采用的計算機配置為Intel（R）Core（TM）i5-8400T CPU ＠ 1.70GHz 1.70 GHz，RAM為16.0 GB。該文采用fabric2.0網(wǎng)絡中的測試網(wǎng)絡fabric-sample實現(xiàn)論文的實驗的仿真，其中fabric版本為1.4.2，Golang語言版本為1.13.2，ubuntu版本為18.0，docker版本為20.10.8。

5.2 實驗結(jié)果

實驗主要針對電氣設備供應鏈數(shù)據(jù)上鏈共享和響應時間進行，通過驗證不同上鏈數(shù)據(jù)條目和上鏈響應時間評估該數(shù)據(jù)協(xié)同共享系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。以下展示的是數(shù)據(jù)上鏈的部分代碼，以電氣設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，上鏈信息包括生產(chǎn)企業(yè)名稱、地址、批次、出廠日期以及授權(quán)經(jīng)銷商名稱，數(shù)據(jù)可定義、可設置，也可擴展至更多的數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果如圖2所示，由實驗結(jié)果可知，隨著上鏈數(shù)據(jù)的不斷增加，上鏈響應時間呈線性增加，具有較強的穩(wěn)定性。下面為數(shù)據(jù)上鏈的部分代碼。

圖2 不同電氣設備信息上鏈條目對應的上鏈時間

6 總結(jié)

電氣設備在生產(chǎn)、生活中應用范圍大，從生產(chǎn)到維護，再到回收利用，生命周期很長且生產(chǎn)中涉及的物料多且復雜，為了更好地實現(xiàn)電氣設備供應鏈信息透明可追溯，該方案設計了基于區(qū)塊鏈的電氣設備供應鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理，將電氣設備從生產(chǎn)到消費者使用過程的關鍵數(shù)據(jù)鏈上保存，利用監(jiān)管方節(jié)點處理各節(jié)點上鏈以及溯源查詢中的問題，該方案通過設計電氣設備標識ID、數(shù)據(jù)上鏈時的隱私保護、合作時的智能合約合同簽訂等，實現(xiàn)了電氣設備供應鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理的安全化、高效化、有序化。