基于區(qū)塊鏈的電力物資供應(yīng)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(shè)備供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)協(xié)同管理 研究現(xiàn)狀

隨著電氣設(shè)備的日益精密化、復(fù)雜化、智能化，其生產(chǎn)效率和速度的要求不斷提高，電氣設(shè)備的質(zhì)量把控和管理效率問題一直是電氣設(shè)備行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)。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(chǔ)，鏈上驗(yàn)證”，通過這種方式對(duì)電力物資供應(yīng)鏈中的電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)協(xié)同產(chǎn)生正相關(guān)效益。文獻(xiàn)[1]通過構(gòu)建具有鏈上鏈下協(xié)同計(jì)算的共享鏈，實(shí)現(xiàn)了加密與區(qū)塊鏈系統(tǒng)的有效融合。文獻(xiàn)[2]提出一種數(shù)據(jù)完整性增強(qiáng)機(jī)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(chǔ)。文獻(xiàn)[3]提出一種面向區(qū)塊鏈的鏈下數(shù)據(jù)庫的可驗(yàn)證查詢模式，實(shí)現(xiàn)鏈下查驗(yàn)，鏈上存證。

而現(xiàn)有的針對(duì)電氣設(shè)備的供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)協(xié)同管理的研究，都是供應(yīng)鏈下游探討電氣設(shè)備的全生命周期管理，例如在設(shè)備維護(hù)檢修、設(shè)備管理、壽命預(yù)判以及成本上。而我國企業(yè)的電氣設(shè)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(gè)供應(yīng)鏈上下游經(jīng)濟(jì)效益，從電氣設(shè)備生產(chǎn)的各個(gè)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(shè)備運(yùn)營成本，提高投資效益。

2 電氣設(shè)備供應(yīng)鏈中存在的問題

電氣設(shè)備供應(yīng)鏈涵蓋了生產(chǎn)、銷售、履約、消費(fèi)等多個(gè)環(huán)節(jié)，涉及物料較多且工序復(fù)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(huì)給電氣設(shè)備供應(yīng)鏈下游消費(fèi)者帶來不好的體驗(yàn)。且在電氣設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量問題需要追責(zé)時(shí)，企業(yè)為了自身利益可能會(huì)私自篡改數(shù)據(jù)，導(dǎo)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(chǔ)，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)庫損壞等情況，則關(guān)于電氣設(shè)備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)記錄將會(huì)被破壞，此時(shí)再想追溯設(shè)備質(zhì)量問題源頭就更難了[4]。

在電氣設(shè)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(shí)性，產(chǎn)品質(zhì)量的可信度不高[5]；電氣設(shè)備在整個(gè)供應(yīng)鏈流動(dòng)中會(huì)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(fèi)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(yīng)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(dǎo)致信息核對(duì)煩瑣，數(shù)據(jù)交互不均衡，最后造成線下需要太多的核對(duì)及重復(fù)檢查才能彌補(bǔ)多個(gè)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(fù)審計(jì)成本也特別高。

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

區(qū)塊鏈技術(shù)[6]被認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)之后，又一個(gè)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(gè)非常完整的技術(shù)棧。

區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在區(qū)塊中的，每個(gè)區(qū)塊中的區(qū)塊頭存儲(chǔ)了該區(qū)塊數(shù)據(jù)的哈希值和上一個(gè)區(qū)塊數(shù)據(jù)的哈希值，這就保證了電氣設(shè)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(shì)必會(huì)導(dǎo)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(duì)稱密碼算法實(shí)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(shè)備生產(chǎn)、銷售、品控等數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)傳遞過程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)利用非對(duì)稱加解密機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同共享過程中敏感數(shù)據(jù)保護(hù)[7]。

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是不可篡改的分布式賬本，是一個(gè)可以在多個(gè)站點(diǎn)、不同地理位置或者多個(gè)機(jī)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)里，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)成員之間共享、復(fù)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(gè)節(jié)點(diǎn)共同完成，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(chǔ)等均為公開透明，因此，電力設(shè)備各方主體作為參與網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以通過區(qū)塊鏈上相關(guān)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)了解到電氣設(shè)備產(chǎn)品各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息。

4 電氣設(shè)備供應(yīng)鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該課題針對(duì)供應(yīng)鏈中電氣設(shè)備數(shù)字化協(xié)同共享進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的電氣設(shè)備供應(yīng)鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)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(shè)備供應(yīng)鏈協(xié)同共享管理業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示，電氣設(shè)備供應(yīng)鏈大致分為3個(gè)流程：生產(chǎn)、銷售、消費(fèi)。整個(gè)業(yè)務(wù)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(shè)備供應(yīng)鏈協(xié)同共享管理流程圖

首先是電氣設(shè)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(chǔ)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(chǔ)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(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)互相連接，共同組成一個(gè)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(shè)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(shè)備信息數(shù)據(jù)（工序、操作員、工時(shí)、所用物料數(shù)據(jù)、廠商信息等）、試驗(yàn)運(yùn)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(shè)備銷售數(shù)據(jù)包括入庫數(shù)、庫存數(shù)據(jù)、價(jià)格信息、商家信息、銷售去向等。電氣設(shè)備消費(fèi)數(shù)據(jù)包括消費(fèi)主體信息（電網(wǎng)公司、個(gè)體、小型企業(yè)等）、價(jià)格數(shù)據(jù)、使用情況、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)等。

然后是電氣設(shè)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(gè)接入企業(yè)或個(gè)體應(yīng)按照系統(tǒng)中的上鏈數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)應(yīng)上鏈的數(shù)據(jù)包括電氣設(shè)備生產(chǎn)商名稱、生產(chǎn)商地址、標(biāo)識(shí)信息、基礎(chǔ)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(diǎn)應(yīng)上鏈的數(shù)據(jù)包括電氣設(shè)備經(jīng)銷商名稱、經(jīng)銷去向、標(biāo)識(shí)信息、進(jìn)出貨時(shí)間等；零售商節(jié)點(diǎn)應(yīng)上鏈的數(shù)據(jù)包括電氣設(shè)備零售商名稱、零售去向、標(biāo)識(shí)信息、進(jìn)出貨時(shí)間等。消費(fèi)者包括電網(wǎng)公司、汽車公司、個(gè)體等，消費(fèi)方節(jié)點(diǎn)應(yīng)上鏈的數(shù)據(jù)包括主體信息、消費(fèi)數(shù)據(jù)、使用情況以及評(píng)價(jià)等。智能合約實(shí)現(xiàn)合同簽訂履約，利用代碼實(shí)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(shí)也是合同數(shù)據(jù)上鏈的過程，上鏈信息應(yīng)包括合同雙方信息、發(fā)起及簽訂日期、期限、地點(diǎn)、方式、數(shù)量與質(zhì)量、價(jià)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(shí)現(xiàn)鏈下/鏈上數(shù)據(jù)協(xié)同。各節(jié)點(diǎn)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(shè)備的其他參與方上鏈的信息，就要積極上傳對(duì)應(yīng)的有效數(shù)據(jù)，并在需要查詢時(shí)進(jìn)行申請(qǐng)，由監(jiān)管方節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)記錄，并賦予查詢方查詢權(quán)限。參與主體輸入電氣設(shè)備標(biāo)識(shí)編號(hào)進(jìn)行查詢，發(fā)起查詢的同時(shí)，監(jiān)管方會(huì)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(shè)備溯源信息。主體查詢出來的結(jié)果與實(shí)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(shí)后返回處理結(jié)果。此外，各商家存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)也會(huì)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(shí)查詢、抽檢和驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

5 實(shí)驗(yàn)

5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

該實(shí)驗(yàn)采用的計(jì)算機(jī)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(luò)中的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)fabric-sample實(shí)現(xiàn)論文的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)電氣設(shè)備供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)上鏈共享和響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行，通過驗(yàn)證不同上鏈數(shù)據(jù)條目和上鏈響應(yīng)時(shí)間評(píng)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(shè)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(shè)置，也可擴(kuò)展至更多的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著上鏈數(shù)據(jù)的不斷增加，上鏈響應(yīng)時(shí)間呈線性增加，具有較強(qiáng)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(shè)備信息上鏈條目對(duì)應(yīng)的上鏈時(shí)間

6 總結(jié)

電氣設(shè)備在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用范圍大，從生產(chǎn)到維護(hù)，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(fù)雜，為了更好地實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備供應(yīng)鏈信息透明可追溯，該方案設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的電氣設(shè)備供應(yīng)鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理，將電氣設(shè)備從生產(chǎn)到消費(fèi)者使用過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)鏈上保存，利用監(jiān)管方節(jié)點(diǎn)處理各節(jié)點(diǎn)上鏈以及溯源查詢中的問題，該方案通過設(shè)計(jì)電氣設(shè)備標(biāo)識(shí)ID、數(shù)據(jù)上鏈時(shí)的隱私保護(hù)、合作時(shí)的智能合約合同簽訂等，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備供應(yīng)鏈數(shù)字化協(xié)同共享管理的安全化、高效化、有序化。