區(qū)塊鏈下云制造服務(wù)平臺(tái)交易演化博弈分析

朱宏琳，任 南，王念新

(江蘇科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100)

0 引言

云制造是一種集成云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化、面向服務(wù)技術(shù)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)和云制造服務(wù)平臺(tái)將制造資源和制造能力轉(zhuǎn)化為制造云服務(wù)，并對(duì)云服務(wù)進(jìn)行集中管理和運(yùn)行，為用戶提供各類按需制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式?；谠浦圃斓钠髽I(yè)合作服務(wù)平臺(tái)不只限于傳統(tǒng)的生產(chǎn)領(lǐng)域，其涵蓋了產(chǎn)品生命周期的所有階段，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、測(cè)試、物流等[3]。資源提供者將閑置的制造資源和制造能力通過(guò)智能感知并虛擬化接入云制造平臺(tái)，經(jīng)過(guò)服務(wù)化后以服務(wù)的形式發(fā)布到云制造平臺(tái)[4]，形成共享服務(wù)池，企業(yè)間通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行制造資源和能力的供需匹配交易與協(xié)作，不僅提高了資源的利用率，還促進(jìn)了傳統(tǒng)制造企業(yè)向服務(wù)型制造企業(yè)轉(zhuǎn)型。

企業(yè)之間進(jìn)行供需匹配并達(dá)成合作共識(shí)的關(guān)鍵是企業(yè)對(duì)合作對(duì)象有充分的了解并能夠給予信任。為了保障交易可信，在整個(gè)交易過(guò)程中需要輔助事務(wù)操作來(lái)確保交易對(duì)象的服務(wù)信譽(yù)和可靠性[5]。目前，針對(duì)構(gòu)建云制造供需匹配平臺(tái)信任機(jī)制的方法主要集中于構(gòu)建信用評(píng)估模型對(duì)企業(yè)用戶進(jìn)行信用評(píng)估[6-7]。LI等[7]提出面向機(jī)械制造領(lǐng)域的云制造服務(wù)平臺(tái)信任評(píng)估模型，該模型由七元組和6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)計(jì)算權(quán)重，而且分別采用離散方法和云聚焦評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)了直接信任服務(wù)和推薦信任服務(wù)的量化算法；YAN等[8]在已有的直接和間接(推薦)信任評(píng)估模型的基礎(chǔ)上，引入第三方信任評(píng)估模型和時(shí)間衰減因子，并利用直覺模糊集(Intuitionistic Fuzzy Sets，IFS)對(duì)模糊指標(biāo)進(jìn)行量化；劉元兵等將云制造環(huán)境中與信任相關(guān)的屬性進(jìn)行分層，引入第三方專家組的信任評(píng)估，將主觀信任和客觀信任融入信任評(píng)估過(guò)程，通過(guò)引入動(dòng)態(tài)層次模糊系統(tǒng)，來(lái)避免單一模糊系統(tǒng)的維數(shù)災(zāi)難問(wèn)題以及傳統(tǒng)層次模糊系統(tǒng)依賴專家配置規(guī)則的問(wèn)題。然而，這類方法存在如下問(wèn)題：

(1)信任度低 交易主體之間信息不透明，普遍以企業(yè)提供給平臺(tái)的數(shù)據(jù)和企業(yè)的交易行為為基礎(chǔ)，通過(guò)平臺(tái)的設(shè)定算法對(duì)企業(yè)用戶的信用值進(jìn)行評(píng)估，難以保證匹配對(duì)象信息的真實(shí)性，以及平臺(tái)信用評(píng)估和交易過(guò)程中的公平性。

(2)交易監(jiān)管核算流程復(fù)雜 云制造平臺(tái)自動(dòng)化程度低，部分環(huán)節(jié)需要人工監(jiān)管，當(dāng)出現(xiàn)交易糾紛時(shí)，平臺(tái)需要花費(fèi)人力物力進(jìn)行溯源舉證并處理糾紛，導(dǎo)致成本運(yùn)行較高且信息處理效率較低。

(3)用戶隱私威脅 企業(yè)用戶在進(jìn)行匹配時(shí)需要提供部分企業(yè)信息，存在泄露核心數(shù)據(jù)和商業(yè)機(jī)密的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，少數(shù)學(xué)者將區(qū)塊鏈技術(shù)引入云制造模式，但主要用于實(shí)現(xiàn)云制造交易信息記錄與查詢的驗(yàn)真機(jī)制。王強(qiáng)等[12]進(jìn)一步探索區(qū)塊鏈在云制造中的應(yīng)用，將區(qū)塊鏈技術(shù)與動(dòng)態(tài)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)評(píng)估方法結(jié)合，引用區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行QoS評(píng)估來(lái)實(shí)現(xiàn)制造服務(wù)的可信交易。然而，目前所研究的云制造交易系統(tǒng)均從技術(shù)角度探索區(qū)塊鏈與云制造系統(tǒng)的結(jié)合，如何從管理的角度，在考慮區(qū)塊鏈特性的基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的智能合約來(lái)降低由用戶之間信息匱乏、信息不對(duì)稱和信息失真帶來(lái)的交易風(fēng)險(xiǎn)，確保云制造平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可信交易，仍然缺乏研究。

有別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，作為一種分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同維護(hù)的特點(diǎn)，云制造服務(wù)平臺(tái)為供應(yīng)鏈交易上的重要環(huán)節(jié)，區(qū)塊鏈的高效、安全、可信的特性與其需求高度吻合。將區(qū)塊鏈技術(shù)與云制造服務(wù)供需匹配交易平臺(tái)結(jié)合，旨在解決云制造服務(wù)平臺(tái)中供需匹配交易協(xié)議信息追溯、交易信用保障、保護(hù)企業(yè)用戶隱私數(shù)據(jù)等問(wèn)題。智能合約為區(qū)塊鏈的核心技術(shù)，是一種通過(guò)設(shè)定預(yù)置觸發(fā)條件和響應(yīng)規(guī)則來(lái)自動(dòng)執(zhí)行合約的計(jì)算機(jī)程序，除了將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不可修改的區(qū)塊鏈中并更新世界狀態(tài)中的數(shù)據(jù)，還可以觸發(fā)其他相關(guān)的智能合約執(zhí)行相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯。將智能合約引入云平臺(tái)交易流程，對(duì)交易平臺(tái)的信用機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，一方面可以為企業(yè)用戶提供可信的交易環(huán)境，保障不同交易模式下的云制造供需匹配交易安全與用戶利益；另一方面，區(qū)塊鏈在平臺(tái)中的應(yīng)用避免了第三方中介機(jī)構(gòu)，能夠確保交易可信，在節(jié)約交易成本的同時(shí)提高供應(yīng)鏈上的響應(yīng)效率。本文對(duì)區(qū)塊鏈在云制造服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用展開初步研究，以Hyperledger Fabric的運(yùn)作規(guī)則作為平臺(tái)區(qū)塊鏈部分構(gòu)建的理論支撐，分析區(qū)塊鏈下云制造服務(wù)平臺(tái)交易模式的變化，并運(yùn)用演化博弈模型對(duì)供需雙方是否執(zhí)行合約的行為進(jìn)行分析，在區(qū)塊鏈技術(shù)下探討云制造服務(wù)平臺(tái)如何制定相應(yīng)的智能合約來(lái)保障合約的履行，從而提升平臺(tái)交易的可靠性。

1 基于區(qū)塊鏈的云制造服務(wù)供需匹配平臺(tái)交易模式

1.1 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和問(wèn)題將區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。公有鏈允許任何節(jié)點(diǎn)維護(hù)賬本；私有鏈不對(duì)外部用戶開放，通常用單一節(jié)點(diǎn)維護(hù)；對(duì)于聯(lián)盟鏈，參與節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)許可才可以加入，其比私有鏈更適合多企業(yè)之間的交易合作。本文在云制造平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)上引入企業(yè)級(jí)區(qū)塊鏈Hyperledger Fabric，旨在為供需匹配雙方能夠在安全、真實(shí)、可信的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)制造服務(wù)供需匹配的一系列操作流程提供技術(shù)支持，并提高平臺(tái)業(yè)務(wù)處理的自動(dòng)化程度。所構(gòu)建的平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

(1)用戶層 該層為不同類型用戶在云制造供需匹配平臺(tái)上的身份映射，不同身份在平臺(tái)上使用的功能和擁有的權(quán)力不同，分為制造服務(wù)需求方、制造服務(wù)提供方和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方。

(2)應(yīng)用層 該層是不同身份的用戶層使用者所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用，不同視角的用戶通過(guò)云制造供需匹配平臺(tái)的各類終端界面，使用平臺(tái)的各項(xiàng)應(yīng)用功能來(lái)滿足各自的需求并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，其中制造服務(wù)需求方和提供方的應(yīng)用包括選擇交易模式、發(fā)布任務(wù)需求、發(fā)布服務(wù)、簽訂合約、檢索服務(wù)、查詢訂單等，平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方的應(yīng)用包括服務(wù)資源管理、合約管理、交易管理、信用管理、權(quán)限管理、售后管理等。

(3)執(zhí)行模塊層 該層包括實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層各項(xiàng)應(yīng)用功能的多個(gè)執(zhí)行模塊，這些模塊按照實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用功能所需要執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)的主題劃分為用戶信息管理模塊(包括用戶基本信息管理、交易信息管理、智能合約管理、用戶信用信息管理、用戶信用信息管理、用戶權(quán)限管理)、交易監(jiān)管模塊(包括訂單跟蹤、交易進(jìn)度監(jiān)管、售后服務(wù)管理)、任務(wù)管理模塊(包括任務(wù)需求分解、業(yè)務(wù)流程管理、任務(wù)進(jìn)度監(jiān)管)、服務(wù)資源管理模塊(包括需求信息管理、服務(wù)資源信息管理、服務(wù)資源供需匹配)等。

(4)基礎(chǔ)支持層 該層由支持平臺(tái)運(yùn)作的相關(guān)技術(shù)和服務(wù)器組成，包括傳統(tǒng)云制造服務(wù)平臺(tái)所具備的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、平臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù)器、云計(jì)算技術(shù)和Hyperledger Fabric企業(yè)級(jí)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)等?？紤]區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)限制，將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)用戶、服務(wù)和交易信息的原始文件和數(shù)據(jù)，可通過(guò)區(qū)塊鏈存儲(chǔ)的交易信息哈希值進(jìn)行哈希運(yùn)算并進(jìn)行調(diào)用。區(qū)塊鏈?zhǔn)潜Ｕ蠑?shù)據(jù)真實(shí)和交易可信的核心技術(shù)，其中Hyperledger Fabric的世界狀態(tài)用于存儲(chǔ)業(yè)務(wù)對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)的事實(shí)信息，區(qū)塊鏈部分用于存儲(chǔ)業(yè)務(wù)對(duì)象在達(dá)到當(dāng)前狀態(tài)之前的歷史事實(shí)信息，包括所有的更改版本和更改方式。區(qū)塊通過(guò)哈希指針鏈接成鏈，每一個(gè)區(qū)塊都通過(guò)排序服務(wù)將已背書的一系列交易提案響應(yīng)按照定義的順序打包，區(qū)塊內(nèi)交易的嚴(yán)格排序使Hyperledger Fabric的賬本沒有分叉，從而保證已驗(yàn)證的交易永遠(yuǎn)不會(huì)被刪除或修改。平臺(tái)以此對(duì)用戶交易行為的歷史信息進(jìn)行追溯，這是構(gòu)建平臺(tái)信任機(jī)制的基礎(chǔ)。

(5)虛擬服務(wù)池 通過(guò)運(yùn)用資源感知技術(shù)將制造設(shè)備、制造資源、軟件資源等物理資源接入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)物理資源進(jìn)行制造服務(wù)定義并服務(wù)化封裝為虛擬服務(wù)，最后匯聚到云平臺(tái)形成虛擬服務(wù)池，以便在供需匹配時(shí)調(diào)用合適的制造服務(wù)。

1.2 交易流程

根據(jù)所構(gòu)建的基于區(qū)塊鏈的云制造供需匹配平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，制造服務(wù)供需雙方在平臺(tái)進(jìn)行交易的流程如圖2所示，流程包括匹配交易對(duì)象階段、制定智能合約階段和執(zhí)行智能合約階段3部分。

(1)匹配交易對(duì)象階段 在該階段，制造服務(wù)供需匹配雙方先在平臺(tái)上根據(jù)需求選擇交易模式，包括協(xié)商、雙向競(jìng)標(biāo)、招標(biāo)投標(biāo)、定價(jià)等。制造服務(wù)提供方在平臺(tái)上發(fā)布所提供的服務(wù)并更新服務(wù)池信息，制造服務(wù)需求方在平臺(tái)上發(fā)布需求，平臺(tái)根據(jù)需求公告分解任務(wù)，每個(gè)任務(wù)按照用戶的要求調(diào)用Hyperledger Fabric賬本中相關(guān)的企業(yè)信息和歷史服務(wù)信息進(jìn)行供需匹配，平臺(tái)根據(jù)任務(wù)信息和服務(wù)池的資源匹配到合適的供需對(duì)象群組后，發(fā)通知給群組成員，群組中的供需雙方則按所選擇的交易模式確定交易對(duì)象。

(2)制定智能合約階段 在確定每個(gè)任務(wù)的交易對(duì)象后，平臺(tái)根據(jù)制造服務(wù)供需雙方的制造安排對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行協(xié)商與協(xié)同，并給每對(duì)供需匹配交易對(duì)象制定相關(guān)合同，合同內(nèi)容包括供需雙方為完成本次交易需要履行的條約，以及雙方?jīng)]有完成條約(即違約)而應(yīng)承擔(dān)的懲罰。經(jīng)供需雙方同意，根據(jù)合同內(nèi)容生成智能合約并將智能合約所在鏈碼打包成鏈碼包，云制造服務(wù)平臺(tái)、制造服務(wù)需求方、制造服務(wù)提供方三方分別使用私鑰對(duì)該鏈碼包簽名。最后，將添加了簽名的鏈碼包安裝在指定的Peer節(jié)點(diǎn)(組織中的節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)為記賬節(jié)點(diǎn)，部分記賬節(jié)點(diǎn)為背書節(jié)點(diǎn)、主節(jié)點(diǎn)等具有特殊職責(zé)的節(jié)點(diǎn))上并對(duì)其進(jìn)行實(shí)例化。

(3)執(zhí)行智能合約階段 鏈碼在節(jié)點(diǎn)上安裝并實(shí)例化后，即可被調(diào)用來(lái)處理交易事務(wù)。在制造服務(wù)需求方或提供方發(fā)送交易請(qǐng)求后，平臺(tái)將調(diào)用智能合約自動(dòng)執(zhí)行其中制定的各項(xiàng)治理規(guī)則，包括合約條款和違約條款，這些規(guī)則的執(zhí)行歷史會(huì)被記錄到區(qū)塊鏈賬本上成為歷史交易，每筆交易都會(huì)根據(jù)鏈碼中的背書策略進(jìn)行簽名，符合背書策略的才會(huì)標(biāo)記為有效，但無(wú)論是否有效，交易都會(huì)被添加到區(qū)塊鏈中，世界狀態(tài)在智能合約執(zhí)行完畢后才會(huì)更新有效交易。供需雙方根據(jù)鏈碼中智能合約制定的規(guī)則對(duì)訂單執(zhí)行進(jìn)度信息查詢、收款付款、交貨驗(yàn)收、售后處理、交易評(píng)價(jià)等交易事務(wù)。除此之外，平臺(tái)的用戶信用信息管理功能會(huì)根據(jù)更新后世界狀態(tài)賬本中的信用記錄更新企業(yè)組織在匹配對(duì)象群組時(shí)的指標(biāo)得分，此類更改用戶信息的交易事務(wù)規(guī)則包含在智能合約的編譯內(nèi)容里，更改歷史也會(huì)記錄在賬本上。每次交易事務(wù)在區(qū)塊鏈上發(fā)生的具體流程如圖3所示。

Hyperledger Fabric中內(nèi)置了一個(gè)為參與網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)實(shí)體給予證書授權(quán)的證書頒發(fā)中心(Certificate Authority, CA)。當(dāng)組織在客戶端上登記注冊(cè)后，CA會(huì)為組織節(jié)點(diǎn)授予身份證書。制造服務(wù)需求方或提供方客戶端發(fā)送交易請(qǐng)求后，應(yīng)用程序會(huì)生成一個(gè)交易提案并發(fā)送給指定的背書節(jié)點(diǎn)(即除了供需雙方需要互為背書外，平臺(tái)需要選擇其他信譽(yù)良好的企業(yè)共同背書并維護(hù)賬本)，每個(gè)背書節(jié)點(diǎn)對(duì)交易提案驗(yàn)證后都會(huì)調(diào)用鏈碼生成交易提案響應(yīng)并進(jìn)行背書簽名，然后再返回給應(yīng)用程序。如果不需要更新賬本，只需檢查查詢響應(yīng)，一般不會(huì)將交易發(fā)送給排序服務(wù)，則查詢交易結(jié)束；如果需要更新賬本的交易，應(yīng)用程序則將驗(yàn)證交易提案響應(yīng)的背書簽名并檢查提案響應(yīng)，再將交易提交給排序服務(wù)節(jié)點(diǎn)。排序節(jié)點(diǎn)將接收到的交易按照定義的順序打包成區(qū)塊，再將這些區(qū)塊分發(fā)給不同組織的主節(jié)點(diǎn)，對(duì)區(qū)塊的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，無(wú)論交易是否有效，都會(huì)被添加到區(qū)塊鏈歷史中，但是僅有效的交易才會(huì)更新世界狀態(tài)。最后，系統(tǒng)會(huì)向客戶端通知本次交易已經(jīng)添加在區(qū)塊鏈上以及本次交易是否有效。

每一次交易結(jié)束后，平臺(tái)的用戶信用信息管理功能會(huì)根據(jù)更新后的世界狀態(tài)賬本中的信用記錄更新企業(yè)組織在匹配群組對(duì)象時(shí)的指標(biāo)得分。

2 基于區(qū)塊鏈云制造供需匹配平臺(tái)的執(zhí)行合約博弈分析

云制造服務(wù)供需匹配平臺(tái)中存在大量的企業(yè)組織，各個(gè)企業(yè)組織在供應(yīng)鏈上的不同環(huán)節(jié)扮演不同的角色，因此企業(yè)組織在不同供需匹配交易中扮演需求方還是提供方的角色并不固定。在區(qū)塊鏈技術(shù)的支持下，執(zhí)行合同的階段由智能合約自動(dòng)執(zhí)行，每一次交易都需要指定的背書節(jié)點(diǎn)對(duì)該筆交易進(jìn)行簽名背書，并記載在不可更改的交易歷史賬本上，生成企業(yè)組織各自的信用記錄，這些信用記錄就成為平臺(tái)在匹配對(duì)象群組時(shí)的重要指標(biāo)，并在下一次匹配對(duì)象群組時(shí)產(chǎn)生影響。本章針對(duì)供需雙方在執(zhí)行智能合約時(shí)是否履約的行為決策構(gòu)建博弈模型，分析平臺(tái)架構(gòu)是否可以達(dá)到約束企業(yè)組織執(zhí)行合約行為的目的，從而論證應(yīng)當(dāng)如何制定能夠促進(jìn)供需雙方履約的智能合約。

2.1 模型假設(shè)與構(gòu)建

模型涉及的參數(shù)及其含義如表1所示。

表1 參數(shù)含義

假設(shè)1博弈主體制造服務(wù)需求方和制造服務(wù)提供方均為平臺(tái)在匹配對(duì)象群組階段，根據(jù)供需雙方提供的交易對(duì)象的篩選要求、自身的歷史交易數(shù)據(jù)和信用記錄篩選后產(chǎn)生，傳遞虛假信息的可能性較低，因此假設(shè)在執(zhí)行智能合約階段共享的信息均為真信息，供需雙方Ri水平相當(dāng)，且M>|ε(Ra-Rb)|。 本文將需求方節(jié)點(diǎn)設(shè)為a，提供方節(jié)點(diǎn)設(shè)為b，二者均為有限理性博弈群體，各節(jié)點(diǎn)都會(huì)采取自身效益最大化的策略。除供需雙方外，平臺(tái)還會(huì)選擇其他信譽(yù)良好的企業(yè)共同背書并維護(hù)賬本。

假設(shè)2博弈時(shí)需求方和提供方的策略集均為{履約，違約}，“履約”和“違約”策略指博弈主體是否按照合同(非智能合約)內(nèi)容完成了交易。需求方節(jié)點(diǎn)a的履約概率為x，違約概率為1-x；提供方節(jié)點(diǎn)b的履約概率為y，違約概率為1-y，其中0≤x≤1，0≤y≤1。本次博弈主體的交易行為會(huì)對(duì)下次交易的Ri產(chǎn)生影響。

假設(shè)3所生成的智能合約中編譯了所有節(jié)點(diǎn)權(quán)益分發(fā)和懲罰事宜的執(zhí)行規(guī)則與觸發(fā)條件。其中權(quán)益分發(fā)規(guī)則為：每個(gè)維護(hù)賬本的節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲得平臺(tái)賦予的初始獎(jiǎng)勵(lì)S/N，a和b在對(duì)方違約時(shí)會(huì)獲得對(duì)方的保證金，其他節(jié)點(diǎn)除了系統(tǒng)賦予初始獎(jiǎng)勵(lì)S/N外，沒有其他獎(jiǎng)勵(lì)，由此避免平臺(tái)為惡意獲取保證金而對(duì)交易進(jìn)行錯(cuò)誤判定。懲罰事宜規(guī)則為：當(dāng)博弈主體a或b沒有完成合同內(nèi)容或者完成的內(nèi)容未達(dá)合同要求時(shí)，除a或b外的N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)a的違約行為進(jìn)行簽名背書；當(dāng)博弈主體a和b均違約時(shí)，除a和b外的N-2個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)a和b外的違約行為進(jìn)行簽名背書。當(dāng)智能合約接收到指定的背書個(gè)數(shù)后會(huì)觸發(fā)懲罰機(jī)制，平臺(tái)會(huì)扣除a或b的保證金并按規(guī)則確定保證金的歸屬，賬本也會(huì)記錄相應(yīng)的交易行為。

假設(shè)4因?yàn)楣┬杞灰走^(guò)程本身即為企業(yè)之間的買賣合作，所以只考慮企業(yè)組織在執(zhí)行智能合約和維護(hù)區(qū)塊鏈賬本過(guò)程中處理信息時(shí)為企業(yè)帶來(lái)的收益與虧損，而不對(duì)企業(yè)的現(xiàn)金流進(jìn)行比較。

制造服務(wù)需求方節(jié)點(diǎn)a和提供方節(jié)點(diǎn)b的博弈收益矩陣如表2所示。

表2 制造服務(wù)需求方和提供方組織節(jié)點(diǎn)博弈收益矩陣

2.2 模型分析

2.2.1 以制造服務(wù)需求方為研究對(duì)象

需求方a選擇履約的期望收益

(1)

需求方a選擇違約的期望收益

(2)

因此，需求方a的平均期望收益為

(3)

則需求方a選擇履約的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

=x(1-x)(Ua1-Ua2)

=x(1-x)(2θ+2M-εRa-My)。

(4)

式中F(x)表示需求方a選擇履約策略的概率隨時(shí)間的變化率。

2.2.2 以制造服務(wù)提供方為研究對(duì)象

提供方b選擇履約的期望收益

(5)

提供方b選擇違約的期望收益

(6)

提供方b的平均期望收益

(7)

提供方b選擇履約的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

=y(1-y)(Ub1-Ub2)

=y(1-y)(2θ+2M-εRb-Mx)。

(8)

式中F(y)表示提供方b選擇履約策略的概率隨時(shí)間的變化率。

2.2.3 演化穩(wěn)定策略

根據(jù)上述復(fù)制動(dòng)態(tài)方程構(gòu)建相應(yīng)的雅可比矩陣

根據(jù)演化穩(wěn)定策略(Evolutionary Stable Strategy，ESS)的條件DetJ>0，trJ<0分析系統(tǒng)中各均衡點(diǎn)的局部穩(wěn)定性，表3所示為雅可比矩陣在各均衡點(diǎn)下的行列式和跡。

令多項(xiàng)式2θ+2M-εRa為①，多項(xiàng)式2θ+2M-εRb為②，多項(xiàng)式2θ+M-εRa為③，多項(xiàng)式2θ+M-εRb為④。多項(xiàng)式①表示當(dāng)a選擇履約b選擇違約時(shí)，a的信譽(yù)收益、信息收益、履約保證金獎(jiǎng)勵(lì)和風(fēng)險(xiǎn)成本之差；②表示當(dāng)b選擇履約a選擇違約時(shí)，b的信譽(yù)收益、信息收益、履約保證金獎(jiǎng)勵(lì)和風(fēng)險(xiǎn)成本之差；③表示當(dāng)a選擇履約b選擇違約時(shí)，a選擇不改變策略與改變策略的凈收益之差；④表示當(dāng)b選擇履約a選擇違約時(shí)，b選擇不改變策略與改變策略的凈收益之差。

表3 系統(tǒng)均衡點(diǎn)的局部穩(wěn)定性

根據(jù)構(gòu)建的博弈模型，綜合考慮Ra和Rb的大小、多項(xiàng)式①～④的大小和正負(fù)，在執(zhí)行合約演化博弈時(shí)均衡點(diǎn)的局部穩(wěn)定性可以分為以下幾種情形：

(1)當(dāng)Ra>Rb，①<②<0且0<ε(Ra-Rb)

表4 情形(1)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(2)當(dāng)Ra>Rb，0<①<②，0<③<④且0<ε(Ra-Rb)

表5 情形(2)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(3)當(dāng)Ra>Rb，0<①<②，③<④<0且0<ε(Ra-Rb)

表6 情形(3)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(4)當(dāng)Ra>Rb，0<①<②，③<0<④且0<ε(Ra-Rb)

表7 情形(4)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(5)當(dāng)Ra>Rb，①<0<②，③<④<0，且0<ε(Ra-Rb)

表8 情形(5)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(6)當(dāng)Ra>Rb，①<0<②，③<0<④時(shí)，會(huì)出現(xiàn)M值過(guò)小或者Ra和Rb差距過(guò)大，與假設(shè)不符，不予考慮。

(7)當(dāng)Ra

表9 情形(7)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(8)當(dāng)Ra

表10 情形(8)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(9)當(dāng)Ra

表11 情形(9)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(10)當(dāng)Ra

表12 情形(10)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(11)當(dāng)Ra

表13 情形(11)下的系統(tǒng)局部穩(wěn)定性

(12)當(dāng)Ra

在以上考慮的10種情形中，情形(1)和情形(7)的①<0，②<0，③<0，④<0，演化穩(wěn)定點(diǎn)均在(0,0)，故無(wú)論需求方a和提供方b的Ri大小如何，均選擇違約是對(duì)自身最有利的策略。情形(2)和情形(8)的①>0，②>0，③>0，④>0，演化穩(wěn)定點(diǎn)在(1,1)，無(wú)論需求方a和提供方b的Ri大小如何，均選擇履約是對(duì)自身最有利的策略。

情形(4)和情形(5)的演化穩(wěn)定點(diǎn)為(0,1)，這兩種情況中Ra>Rb。情形(4)中，0<①<②，③<0<④，可見在不考慮需求方a的選擇下，提供方b選擇履約的凈收益大于違約。情形(5)中，①<0<②，③<④<0，無(wú)論提供方b選擇何種策略，需求方a選擇履約的凈收益均小于違約；需求方a無(wú)論選擇何種策略，提供方b選擇履約的凈收益均小于違約。情形(4)和情形(5)的②>0，可以得出b選擇履約a選擇違約時(shí)，b從信息中獲得的信譽(yù)收益、信息收益、履約保證金獎(jiǎng)勵(lì)大于風(fēng)險(xiǎn)成本。

情形(10)和情形(11)的演化穩(wěn)定點(diǎn)為(1,0)，這兩種情況中Ra0，可以得出a選擇履約b選擇違約時(shí)，a從信息中獲得的信譽(yù)收益、信息收益、履約保證金獎(jiǎng)勵(lì)大于風(fēng)險(xiǎn)成本。

情形(4)、情形(5)、情形(10)和情形(11)4種情形中，演化結(jié)果趨向于Ri小的一方選擇履約、Ri大的一方選擇違約。

情形(3)和情形(9)的演化穩(wěn)定點(diǎn)為(0,1)和(1,0)，這兩種情形中0<①，0<②，③<0，④<0，演化結(jié)果為若一方選擇履約，則另一方一定選擇違約。當(dāng)初始點(diǎn)在四邊形ACDE內(nèi)時(shí)，演化結(jié)果為需求方a選擇違約，提供方b選擇履約；當(dāng)初始點(diǎn)在在四邊形ABDE內(nèi)時(shí)，演化結(jié)果為需求方a選擇履約，提供方b選擇違約。

3 仿真分析

根據(jù)上述演化博弈模型，本文采用MATLAB軟件進(jìn)一步對(duì)不同情形下的演化博弈路徑進(jìn)行仿真分析。由所構(gòu)復(fù)制動(dòng)態(tài)方程可知，基于區(qū)塊鏈云制造平臺(tái)的供需雙方執(zhí)行合約演化博弈路徑的影響變量有交易質(zhì)量Ri、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)ε、信譽(yù)反饋金額θ、保證金M。本文所有仿真的參數(shù)值主要根據(jù)各因素變化對(duì)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)行動(dòng)選擇的敏感性而設(shè)定，并不代表現(xiàn)實(shí)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)企業(yè)處理信息帶來(lái)的收益值，現(xiàn)實(shí)中需要通過(guò)具體情況具體分析來(lái)賦值[16]。

假設(shè)模型仿真的參數(shù)初始值為θ=1，M=3，ε=1，由于需求方a和提供方b為匹配后的組對(duì)，假定初始點(diǎn)x和y的值差不超過(guò)0.1，取值為[0.1,0.2]，[0.4,0.3]，[0.5,0.5]，[0.6,0.7]，[0.9,0.8]5個(gè)點(diǎn)，模擬[x,y]在[0,1]平面中的演化路徑。

首先對(duì)上述10種情形進(jìn)行驗(yàn)證，Ra>Rb時(shí)博弈演化路徑的仿真結(jié)果如圖14所示，Ra

由圖可知，只有在情形(2)和情形(8)下博弈路徑向均衡點(diǎn)[1,1]演化，因此進(jìn)一步以情形(2)為例對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，探究不同參數(shù)對(duì)演化結(jié)果的影響。

情形(2)改變參數(shù)后的演化路徑分別如圖16～圖19所示，每次均為在初始參數(shù)的基礎(chǔ)上只改變一個(gè)參數(shù)。由圖可知，當(dāng)M和θ增大時(shí)，a和b向均衡點(diǎn)[1,1]收斂的速度加快；當(dāng)ε在取值范圍內(nèi)增大時(shí)，a和b向均衡點(diǎn)[1,1]收斂的速度降低。另外，改變每種參數(shù)對(duì)a速率的影響明顯大于b，由此可知，Ri值越大，受參數(shù)影響的程度越大。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將區(qū)塊鏈技術(shù)與云制造平臺(tái)架構(gòu)相結(jié)合，搭建了基于區(qū)塊鏈的云制造服務(wù)供需匹配平臺(tái)，探討了平臺(tái)的結(jié)構(gòu)、交易模式，以及需求方、提供方、平臺(tái)三方進(jìn)行一次交易時(shí)所需要的流程。進(jìn)一步針對(duì)基于區(qū)塊鏈的云制造服務(wù)平臺(tái)交易模式特性，運(yùn)用演化博弈方法對(duì)供需雙方是否執(zhí)行合約的行為進(jìn)行分析，構(gòu)建了演化博弈模型并采用MATLAB對(duì)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，針對(duì)收斂于均衡點(diǎn)[1,1]的情形分析參數(shù)對(duì)收斂速度的影響，通過(guò)仿真結(jié)果得出以下結(jié)論：

(1)只有在情形(2)和情形(8)下，供需雙方才會(huì)同時(shí)向履約策略演化，即無(wú)論供需雙方的歷史交易質(zhì)量Ri大小如何，只要當(dāng)雙方的信譽(yù)收益、信息收益、履約保證金獎(jiǎng)勵(lì)和風(fēng)險(xiǎn)成本之差均大于0，且選擇履約時(shí)不改變策略與改變策略的凈收益之差大于0，雙方執(zhí)行合約的策略都會(huì)向履約演化。

(2)在供需雙方選擇合約策略的過(guò)程中，保證金M和信譽(yù)反饋金額θ對(duì)選擇履約策略有正向作用，M和θ值越大，供需雙方選擇履約策略的速度越快；風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)ε對(duì)選擇履約策略有負(fù)向作用，ε越大，供需雙方選擇履約策略的速度越慢。另外，歷史交易質(zhì)量Ri越高，演化速度受其他參數(shù)的影響越大。

根據(jù)上述研究結(jié)論，結(jié)合智能合約的特征，可以從供需交易智能合約和平臺(tái)運(yùn)作智能合約兩個(gè)角度，為制定促進(jìn)供需雙方履約的智能合約提供參考：

(1)從供需交易智能合約的角度

1)供需雙方制定智能合約時(shí)要充分考慮供需雙方的歷史交易質(zhì)量，設(shè)置符合雙方水平的保證金和信譽(yù)反饋金額，確保節(jié)點(diǎn)履約帶來(lái)的信譽(yù)收益和信息收益大于風(fēng)險(xiǎn)成本與違約成本，盡可能提高供需雙方履約的積極性。

2)供需交易智能合約需要考慮執(zhí)行合約時(shí)每個(gè)階段對(duì)用戶信譽(yù)反饋金額、保證金的影響，例如服務(wù)執(zhí)行時(shí)是否按期、按質(zhì)、按量、按照合約規(guī)則完成合約內(nèi)容中的制造服務(wù)，賬款轉(zhuǎn)移時(shí)是否按期完成訂金、尾款、票據(jù)等合約規(guī)則內(nèi)與賬款相關(guān)的行為，是否進(jìn)行交易評(píng)價(jià)、服務(wù)評(píng)價(jià)，是否按合同規(guī)則處理制造服務(wù)的售后問(wèn)題等。

3)傳統(tǒng)文字合約執(zhí)行時(shí)，用戶采用不同的執(zhí)行決策會(huì)帶來(lái)不同的結(jié)果，因此智能合約作為一種通過(guò)算法與代碼將傳統(tǒng)文字合約轉(zhuǎn)化而來(lái)的數(shù)字合約，需要在編寫程序時(shí)充分考慮文字合約在實(shí)際運(yùn)作時(shí)可能發(fā)生的多種情況，每種情況下的業(yè)務(wù)邏輯應(yīng)當(dāng)如何運(yùn)作、計(jì)算機(jī)程序應(yīng)當(dāng)如何響應(yīng)、其他哪些智能合約會(huì)被觸發(fā)，以及對(duì)用戶的信譽(yù)、收益、保證金產(chǎn)生什么樣的影響。

(2)從平臺(tái)運(yùn)作智能合約的角度

1)平臺(tái)需要注意交易行為的反饋，充分運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)不可篡改與可追溯的特征，設(shè)定具有約束性的違約規(guī)則，使違約用戶的違約記錄在后續(xù)產(chǎn)生約束力，例如交易金額受限、平臺(tái)使用權(quán)限受限等。

2)平臺(tái)需要對(duì)供需雙方中歷史交易質(zhì)量較低的一方加強(qiáng)監(jiān)管，例如平臺(tái)在執(zhí)行智能合約階段對(duì)供需雙方進(jìn)行監(jiān)管時(shí)，對(duì)歷史交易質(zhì)量較低的一方額外增添除供需交易智能合約外的違約條款，使其在受到與交易對(duì)象簽訂的交易智能合約約束的同時(shí)，額外受到平臺(tái)運(yùn)作方面智能合約的約束，從而降低歷史交易質(zhì)量較高方的交易風(fēng)險(xiǎn)。

3)平臺(tái)需要做好在服務(wù)匹配階段的信息篩選和需求匹配，在確保匹配的交易對(duì)象供求相符的同時(shí)保證歷史交易質(zhì)量相匹配，例如通過(guò)智能合約設(shè)定信用評(píng)估程序并調(diào)用區(qū)塊鏈中的歷史交易信息對(duì)用戶的歷史交易質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，在匹配交易對(duì)象階段限制用戶可以選擇的匹配對(duì)象范圍，使交易雙方的交易質(zhì)量水準(zhǔn)相當(dāng)，在此設(shè)定下，想要匹配到歷史交易質(zhì)量的交易對(duì)象，用戶必須先提升自身的交易質(zhì)量，從而激勵(lì)用戶提高自身的交易信用。