基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理研究

摘要：電工裝備供應鏈智能管理是電工裝備智慧物聯平臺的關鍵業務，通過信息化技術優化供應鏈管理策略并實現遠程智能監控，以提升供應鏈管理效率。然而，智能化管理過程數據真實性和可靠性難以保障，影響供應鏈管理優化結果。因此，本文構建了基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理模式，分析了聯盟鏈技術應用的必要性和可行性，提出了基于聯盟鏈技術的電工裝備供應鏈智能管理模式，梳理了聯盟鏈技術的應用難點，為電工裝備智慧物聯平臺的進一步優化提供理論支持。

關鍵詞：電工裝備智慧物聯；供應鏈管理；聯盟鏈；數據保真

1概述

電工裝備供應鏈智能管理，作為確保電工裝備質量的支柱措施，深刻影響著電工裝備智慧物聯平臺的發展進程與推廣策略。然而，現有的供應鏈管理模式未能充分考慮供應商的多樣性、生產環境的獨特性、設計與工藝的差異化以及管理水平的個性化差異，導致針對性和效率受限［1］。針對傳統供應鏈管理效率低的問題，部分學者提出電工裝備供應鏈在線管理概念，利用物聯網技術大幅減少了管理中人力與資金的投入。實踐表明，在線管理確實明顯提升了工作效率，但是管理過程并未實現全自動化和智能化，管理數據篡改情況難以避免。因此，本文將聯盟鏈技術引入智能管理，設計了基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理業務模式，保障管理數據的安全共享，旨在賦能電網企業實現對產品出廠質量的嚴密把控，確保產品卓越。

2聯盟鏈在電工裝備供應鏈智能管理的必要性與可行性分析

智能管理是電工裝備智慧物聯在設備管理驗收領域的一項革新實踐，基于生產企業的智能制造設備，深度整合并運用新一代信息處理與集成技術，從而實現了電工裝備管理全生命周期管理［2］。其中，生產試驗數據是實現智能供應鏈管理的基礎和前提，然而目前尚未提出有效的策略以保障數據的真實性和可靠性，防止惡意篡改［3］。同時，區塊鏈技術依托其去中心化與分布式設計的獨特優勢，已成為確保數據不可篡改和可追溯性的核心技術。區塊鏈即為按照時間序列封裝數據為區塊，并通過鏈式結構將這些區塊串聯起來的數據管理架構。

依據不同的應用場景及權限訪問需求，區塊鏈被細分為公共鏈、聯盟鏈及私有鏈三大類別，其中聯盟鏈由預選節點集體控制，即只允許預選節點參與區塊的生成、驗證與訪問，相比于公有鏈運行效率有所提升。私有鏈記賬權主要由中心機構負責，運行效率較高。考慮其應用場景和運行效率，本文將聯盟鏈技術應用于電工裝備供應鏈企業數據共享，在滿足業務性能需求的前提下，實現電工裝備供應鏈管理數據保真。

3基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理功能域劃分

參考歐洲智能電網架構的模型框架，本文設計了基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理業務架構，如圖1所示，該模型分為應用域、運行域和信息域，共同實現電工裝備的供應鏈管理數據保真［4］。

應用域：主要包含智能供應鏈管理業務/應用平臺，如智能供應鏈管理APP，智能合約及其腳本代碼與算法機制。智能供應鏈管理APP軟件用于發布電工裝備供應商的裝備供應鏈管理具體情況，實現電網與供應商信息的可查詢和可視化。智能合約則賦予供應鏈管理賬本可編程特性，規定信任積分的獎懲方式與獎懲規則，滿足預設條件時智能合約自動激活并執行信任積分獎懲規則。

運行域：聯盟鏈的運行機制和算法，包括共識機制、共識算法與信任積分機制和發行準則。其中，共識機制旨在確保供應鏈管理數據在各分散節點處有效性，信任積分機制則主要用于激勵電工裝備供應商提高裝備質量、按期交貨并積極參與聯盟鏈安全驗證等。

信息域：聯盟鏈核心數據結構與底層技術框架，具體涉及區塊間的鏈式鏈接、全方位的供應鏈管理數據記錄、采用非對稱加密的公私鑰體系、確保數據完整性的Merkle樹結構、強化安全的時間戳及哈希算法等關鍵技術組件。其中鏈式結構、哈希算法等實現供應鏈管理數據的可追溯與不可篡改，而P2P技術則為供應商與供應商、供應商與電網之間的連接與通信提供技術支撐。

4基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理機制

以電網作為聯盟鏈主節點的電工裝備供應鏈智能管理業務設計了信任積分機制與智能合約，其中信任積分作為電網選擇電工裝備供應商的依據，而智能合約實現了獎懲條約的自動執行［5］。

4.1電工裝備供應鏈智能管理聯盟鏈建立

本文采用公開密鑰密碼體制解決智能供應鏈管理中電工裝備供應商加入聯盟鏈的身份認證問題。電工裝備供應商申請加入聯盟鏈成為新節點的具體步驟如下：

（1）某電工裝備供應商發送意圖信息至鏈上的任一節點，收到信息節點向其反饋聯盟鏈中主節點的地址。

（2）電工裝備供應商向主節點發出加入申請，并附上其公鑰地址與經過驗證的身份認證信息。

（3）主節點核實電工裝備供應商身份信息后，其公鑰信息將添加至聯盟鏈的頂端注冊表中，主節點采用自身的私鑰加密公鑰，并將加密消息廣播至全聯盟鏈網絡，其余節點利用主節點公鑰進行解密操作。

（4）新節點通過自己的私鑰加密申請信息，并進行廣播，通知到所有節點。

（5）聯盟鏈中非主節點利用新成員的公鑰成功解密并確認申請后，將逐一反饋確認信息。當所有非主節點均已完成回復，新節點則被視為有效加入聯盟鏈，標志著其正式成為聯盟鏈生態的組成部分。

4.2電工裝備供應鏈管理計劃下達

智能供應鏈管理中，電網與電工裝備供應商通過聯盟鏈P2P網絡簽訂電子合同。首先，由主節點利用具體電工裝備供應商節點的公鑰加密已簽字的電子合同且定向廣播；其次，相應節點收到合同后利用私鑰解密，確認無誤再進行電子簽名并通過聯盟鏈傳回主節點；最后，主節點收到雙方簽字完畢合同，對相應節點進行回復，相應節點收到回復則電子合同成功生效。

電子合同生效后，主節點將供應鏈管理計劃通過廣播下達到對應的電工裝備供應商節點，使供應商明確本身對電工裝備質量與制造進度的責任，供應鏈管理計劃主要包括：各品類電工裝備質量參數、電工裝備制造過程進度表等。

4.3涉及隱私保護的數據上鏈

區塊鏈賬本具有分布式、公開、透明的特點，易造成電網或供應商敏感數據外泄，因此隱私保護成為區塊鏈技術應用研究的關鍵。目前數據隱私保護的主流方案分為鏈外存儲、部分明文、加密保護等［6］。其中，鏈外存儲將可公開數據或敏感數據摘要信息記錄在分布式賬本上，而敏感原文記錄于鏈外，一定程度上保護了數據隱私，但是需要耗費額外資源進行安全維護。部分明文則將敏感數據和非敏感數據分組哈希，再分層構建Merkel樹，使去掉敏感數據后的Merkel樹仍然具有樹狀結構和針對非敏感字段的驗證價值，但是該方案不能應用于需保存全部數據的場景。由于電網針對電工裝備供應商的供應鏈管理數據較為敏感，因此本文設計采用基于非對稱加密算法的隱私數據保護方案。按照統一接入標準，各供應商幾大品類（二次設備、抽水蓄能、線纜、鐵塔、開關、線圈）的數據采集系統與聯盟鏈直接連接，定期向聯盟鏈主節點發送采集到的數據，主節點利用其公鑰加密數據后向聯盟鏈全網進行廣播，如圖2所示。

4.4基于共識機制的智能供應鏈管理數據存儲

共識機制可以防止區塊分叉，是聯盟鏈決策規則的核心，目前主要包括PoW、實用拜占庭容錯算法（PracticalByzantineFaultTolerance，PBFT）、委任權益證明機制（DelegatedProofofStake，DPoS）與權益證明機制（ProofofStake，PoS）。

基于PoW的聯盟鏈中節點通過解決SHA256難題競爭記賬權，要求節點具有良好的計算能力，會導致大量能源和硬件資源浪費，且存在業務延遲時間長問題，不適用于商業應用；基于PoS的聯盟鏈各節點影響力與權益有關，算法根據節點的權益按比例提高其競爭到記賬權的可能，因此縮短區塊生成用時，雖然PoS可降低PoW能耗，但可能進一步導致中心化結果；基于PBFT的聯盟鏈不僅提高系統容錯率至33%左右，還解決了系統難以達成共識問題，但該過程涉及多次往返投票，流程步驟冗余，且1/3以上的記賬人停止工作，系統就會停止服務；DPoS是基于PoS與PoW改進的共識機制，解決了PoW能耗問題且通過選舉代表節點方式實現了去中心化，因此本文采用DPoS作為智能供應鏈管理的共識機制。DPoS的本質是所有電工裝備供應商節點通過投票（選舉時每個節點僅能投票給其他節點）共同選出代表節點。當供應鏈管理數據達到一定的數量，代表節點將其打包到一個新的區塊中，新區塊記賬完畢進行全網廣播，各節點識別認可后更新并存儲在自己的聯盟鏈賬本。

4.5基于智能合約的信任積分更新

基于智能合約的信任積分機制通過預設合約規則，記錄各供應商在生產、制造、維護等環節的質量問題和進度問題或其他違約行為，最終反映于各供應商的信任積分，輔助電網企業形成產品優選決策。其中，本文設立的信任積分機制包括定期更新積分與隨機性突發更新積分雙重更新機制。定期更新是指每隔一段時間，系統將會統計電工裝備供應商是否存在裝備壞點和項目進度延遲，如果存在，智能合約被激活并執行扣除相應節點信任積分條約。隨機性突發更新機制是指針對電網突發性查詢電工裝備供應商信任積分要求，智能合約同樣被激活，對出現裝備壞點和項目進度延遲的相應供應商節點執行扣除信任積分條約。

為了激勵節點競選記賬，代表節點正確記賬時激活智能合約并執行獎勵信任積分條約，而對于不能正確記賬的節點，相應供應商禁止再次競選代表節點。

基于上述機制，電工裝備智慧物聯平臺通過統計分析供應鏈管理數據，在智能供應鏈管理APP實時發布裝備壞點與進度警告，指導各電工裝備供應商及時處理出現的質量與進度問題，同時也為電網企業選擇更優秀的電工裝備供應商提供建議。

5基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理應用挑戰分析

引入聯盟鏈能夠實現供應鏈智能管理數據的可追溯與不可篡改，促進電工裝備供應商相互監督進而提高電網與電工裝備供應商的互相信任，但其具體應用落地實踐仍存在以下挑戰亟待突破。

5.1數據存儲和通信資源的浪費

隨著未來電工裝備逐年增加且裝備各項指標不斷細化，可以預見供應鏈智能管理數據將呈指數級增長，區塊數量快速膨脹，極易導致聯盟鏈面臨存儲瓶頸。同時，供應鏈智能管理由電網與電工裝備供應商共同參與，所有節點必須不斷存儲新的管理數據，將會造成存儲資源的大量浪費。另一方面，聯盟鏈的每一次更新都需要把大量的數據通過廣播的形式傳播至每一個節點，但是除了聯盟鏈主節點以外的節點沒有權限對收到的管理數據進行解密和分析，也就導致這一過程實際上占用了大量的通信資源，而傳遞的有效信息卻十分有限。因此，未來亟須突破合理高效的數據存儲和傳輸方案，減少資源浪費問題。

5.2安全性問題

聯盟鏈只允許預選節點參與系統的決策，呈現弱中心化特點。而聯盟鏈中節點數有限，理論上只要一半及其以上的電工裝備供應商節點聯合起來或者集體被攻擊，供應鏈智能管理數據被篡改情況就可能發生，因此數據的真實性需要進一步加強保障。針對聯盟鏈中預選節點可能出現的違規操作，解決措施如下：（1）主節點同意接收的電工裝備供應商須足夠多，使得預選節點較多，一半及其以上預選節點聯合情況幾乎不可能發生或黑客成功攻擊一半及其以上的預選節點概率極低。（2）相關部門應深入研究現有法律與監管空白，增加基于聯盟鏈的業務法律條款，推進聯盟鏈標準體系的建立。

結語

當前我國正處于由制造大國向制造強國的轉變中，電工裝備供應商處于數字化、智能化升級階段，但是目前電網與供應商之間尚未建立成熟的數據交互渠道，供應商相關數據的可信度有待提高。國家電網通過電工裝備智慧物聯平臺實現電工裝備供應鏈業務開展，加強了電網與電工裝備供應商的互聯互通與信息共享。

本文提出的基于聯盟鏈的電工裝備供應鏈智能管理機制，通過聯盟鏈技術保證了供應鏈管理數據的不可篡改與可追溯，為電工裝備供應鏈智能管理業務優化提供技術支撐。未來，隨著5G技術的成熟與應用普及，如何將聯盟鏈與5G融合助力智能供應鏈管理的發展有望成為新的研究熱點，值得我們下一步進行研究與探討。

參考文獻：

［1］熊漢武，樊煒，曾思成.電工裝備智慧物聯平臺賦能“數字新基建”［J］.華北電業，2020（08）：6871.

［2］丁倩蘭，張水旺，梅瑜，等.數據驅動的智慧供應鏈生態體系構建［J］.商業經濟研究，2020（18）：3841.

［3］石瑞杰，李闖，張賓，等.基于智慧供應鏈的電工裝備智能制造應用研究［J］.物聯網技術，2020，10（06）：9497.

［4］賀超，劉一鋒.融合區塊鏈的新型供應鏈模式研究［J］.管理現代化，2020，40（01）：8487.

［5］張曉芹.基于區塊鏈的劣后供應商管理模式［J］.中國流通經濟，2020，34（09）：2130.

［6］張志威，王國仁，徐建良，等.區塊鏈的數據管理技術綜述［J］.軟件學報，2020，31（09）：29032925.

作者簡介：武文起（2005—），男，漢族，河北石家莊人，本科在讀，研究方向：能源互聯網。