基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送模型建構(gòu)

吳平 王麗麗

文章編號(hào)：1003?6180（2023） 03?0015?04

摘? 要：將區(qū)塊鏈技術(shù)與傳統(tǒng)物流派送系統(tǒng)相結(jié)合，建構(gòu)基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送模型.PM4PY編程和Petri網(wǎng)仿真軟件驗(yàn)證結(jié)果表明，優(yōu)化后的模型具有安全性和有界性.

關(guān)鍵詞：Petri網(wǎng)；流程模型；區(qū)塊鏈；物流派送

[? ?中圖分類號(hào)? ? ]TP391.9 [? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼? ?]? A

Construction of a Blockchain Logistics Delivery Model Based

on Petri Net

WU Ping，WANG Lili

（School of Mathematics and Big Data，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Abstract：Combining blockchain technology with traditional logistics delivery systems， a blockchain logistics delivery model based on Petri net is constructed. Pm4py programming and Petri net simulation software validate that the optimized model has security and boundedness.

Key words：Petri net； process model； blockchain； logistics delivery

伴隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)環(huán)境上升、科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)步以及互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，物流行業(yè)的規(guī)模在短短幾年內(nèi)迎來(lái)了井噴式增長(zhǎng).區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展迅速，物流系統(tǒng)與區(qū)塊鏈結(jié)合已成為物流行業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn).區(qū)塊鏈多方共享不能篡改賬簿、多方共識(shí)和全過程可追溯性符合物流系統(tǒng)[1]，是最適合區(qū)塊鏈落地的場(chǎng)景之一.張誠(chéng)和劉守臣[2]提出一種電商冷鏈溯源系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型，使用區(qū)塊鏈技術(shù)解決了溯源信息存儲(chǔ)和查詢可信度的問題.史俊成[3]提出一種新型物流系統(tǒng)方案，將區(qū)塊鏈技術(shù)和架構(gòu)應(yīng)用于物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)上.方賢文[4]等提出一個(gè)物流派送流程模型.本文基于Petri網(wǎng)[5]的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合物流派送領(lǐng)域中區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況，建構(gòu)區(qū)塊鏈中物流派送Petri網(wǎng)模型，使用PM4PY和PIPE軟件模擬運(yùn)行該模型.結(jié)果表明，模型具有安全性和有界性.

1 基本概念

定義1[5] （Petri網(wǎng)）已知一個(gè)六元組記為[PM=（P，T，F(xiàn)，C，s，e）]，若滿足以下條件：[P]是有限非空庫(kù)所集合，[T]是有限非空活動(dòng)變遷集合，且[P?T=φ]；[F?（P×T）?（T×P）]為網(wǎng)的流關(guān)系；[C={and，xor，or}]是網(wǎng)的結(jié)構(gòu)類型；[M0]是網(wǎng)的初始標(biāo)識(shí)，[Mf]是網(wǎng)的終止標(biāo)識(shí)，且[Mf]是一個(gè)死標(biāo)識(shí)；[s∈T]是開始活動(dòng)變遷，[e∈T]是終止活動(dòng)變遷.則稱該網(wǎng)為Petri網(wǎng).

定義2[6] （行為輪廓）令[S=（N，M0）]是一個(gè)網(wǎng)系統(tǒng)，其中，[N=（P，T，F(xiàn)）]且[T?T]是一個(gè)變遷集，一對(duì)變遷[（t1，t2）∈（T×T）]若滿足下面之一條件：若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為嚴(yán)格序關(guān)系，記作[t1→t2]；若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為嚴(yán)格逆序關(guān)系，記作[t1→-1t2]；若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為排他序關(guān)系，記作[t1+t2]；若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為交叉序關(guān)系，記作[t1∥t2].

定義3[6] （可達(dá)性）已知Petri網(wǎng)[PN=（P，T;F，M）]，如果存在[t∈T]，使[M[t>M]，則稱[M]為從[M]直接可達(dá)的，假定存在變遷序列[tn]和標(biāo)識(shí)序列[Mn]使得[M[t1>M1[t2>M2…Mk-1[tk>Mk]，則稱[Mk]為從[M]可達(dá)的，從[M]可達(dá)的一切標(biāo)識(shí)的集合記為[R（M）].

定義4[1] （分布式存儲(chǔ)）分布式存儲(chǔ)對(duì)信息分開進(jìn)行存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行同步和保存，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)都是一樣的并且可隨時(shí)查看，從而形成具有可信度的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng).

定義5[1] （智能合約）智能合約根據(jù)參與主體事先所約定構(gòu)成的協(xié)議，通過計(jì)算機(jī)代碼編程為可以執(zhí)行的“合約”，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)合約的智能化和自動(dòng)化.

2 基于區(qū)塊鏈的物流派送模型

基于區(qū)塊鏈的物流派送系統(tǒng)利用數(shù)字簽名和非對(duì)稱加密技術(shù)，可以保障數(shù)據(jù)信息安全，通過分布式存儲(chǔ)技術(shù)提高存儲(chǔ)效率，使得用戶信息不再通過中心管理，采用自動(dòng)生成智能合約技術(shù)可以使交易流程變得簡(jiǎn)單，提高交易效率.基于區(qū)塊鏈的物流派送系統(tǒng)模型主體有：生產(chǎn)加工企業(yè)、貨物配送企業(yè)、訂單用戶.應(yīng)用技術(shù)有分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、智能合約、非對(duì)稱加密.基于區(qū)塊鏈的物流派送系統(tǒng)模型分7個(gè)步驟[4]：

（1）用戶、生產(chǎn)加工企業(yè)、物流配送企業(yè)進(jìn)入基于區(qū)塊鏈的物流派送系統(tǒng).

（2）生產(chǎn)加工企業(yè)創(chuàng)建產(chǎn)品目錄，當(dāng)用戶在產(chǎn)品目錄中選擇某產(chǎn)品時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生產(chǎn)智能合約.

（3）用戶選擇購(gòu)買商品后形成交易1，交易信息被存儲(chǔ)進(jìn)分布式數(shù)據(jù)庫(kù).

（4）生產(chǎn)加工企業(yè)確認(rèn)用戶選購(gòu)的訂單，使用訂單用戶公布的非對(duì)稱加密公鑰對(duì)產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中相關(guān)信息進(jìn)行信息加密.加密完成后，使用生產(chǎn)加工企業(yè)的簽名私鑰進(jìn)行數(shù)字簽名，與貨物一起傳遞給配送企業(yè).

（5）配送企業(yè)收到貨物時(shí)，使用生產(chǎn)加工企業(yè)公布的公鑰驗(yàn)證簽名，確定生產(chǎn)加工企業(yè)身份，對(duì)貨物進(jìn)行確認(rèn).確認(rèn)無(wú)誤后，利用訂單用戶所公布的非對(duì)稱加密公鑰對(duì)配送過程中的相關(guān)信息進(jìn)行信息加密，使用配送企業(yè)的簽名私鑰進(jìn)行數(shù)字簽名.

（6）訂單用戶收到貨物后，使用配送企業(yè)公布的公鑰驗(yàn)證簽名，確認(rèn)配送企業(yè)身份，用訂單用戶的私鑰進(jìn)行密文解密，確定加密信息.完成無(wú)誤后，完成對(duì)貨物的接受確認(rèn).

（7）整個(gè)交易過程，所有信息以區(qū)塊方式存儲(chǔ).系統(tǒng)流程圖見圖1.

3 基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送系統(tǒng)模型

3.1 基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送系統(tǒng)模型的建構(gòu)

采用Petri網(wǎng)中的T元素，表示物流派送模型中的7個(gè)步驟.共有31個(gè)T元素，每個(gè)元素代表的活動(dòng)時(shí)間見表1.建立基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送系統(tǒng)模型（圖2）.通過模型系統(tǒng)的運(yùn)行，變遷[t0]節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建后，各個(gè)參與主體進(jìn)入系統(tǒng)，發(fā)生變遷[t1]生產(chǎn)加工企業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)、變遷[t13]貨物配送企業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)和變遷[t26]訂單用戶進(jìn)入系統(tǒng).系統(tǒng)根據(jù)流程中的步驟開始運(yùn)行.運(yùn)行過程中會(huì)形成交易區(qū)塊并進(jìn)行交易信息存儲(chǔ)，依次發(fā)生變遷[t29]形成關(guān)聯(lián)的交易信息區(qū)塊、變遷[t30]進(jìn)行交易信息存儲(chǔ)和變遷[t31]交易信息，均存儲(chǔ)到分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中.

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)

采用PM4PY（Process mining for python）過程挖掘平臺(tái)進(jìn)行防真實(shí)驗(yàn).代碼為利用PM4PY對(duì)模型的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)真的關(guān)鍵代碼.

import pm4py

from pm4py.objects.petri_net.utils import reachability_graph #可達(dá)圖

from pm4py.visualization.transition_system import visualizer as ts_visualizer

pnml_address = './data/blockchainInPetri.pnml' #從.pnml文件中讀取petri網(wǎng)

petri_net，initial_marking，final_marking = pm4py.read_pnml（pnml_address）

ts = reachability_graph.construct_reachability_graph（petri_net，initial_marking）

gviz1 = ts_visualizer.apply（ts， parameters=（

{ts_visualizer.Variants.VIEW_BASED.value.Parameters.FORMAT： "svg"}））

ts_visualizer.view（gviz1）

仿真結(jié)果顯示，基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送模型具備有界性和安全性.

4 結(jié)束語(yǔ)

本文構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的物流派送模型，將區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)物流派送模型相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)物流派送參與物流系統(tǒng)主體多、流程比較繁瑣和集中式結(jié)構(gòu)不透明、難以跟蹤、難以管理的問題.PM4PY編程和Petri網(wǎng)驗(yàn)證結(jié)果表明，基于區(qū)塊鏈的物流派送將區(qū)塊鏈架構(gòu)應(yīng)用在物流派送系統(tǒng)中，創(chuàng)建重要模塊，并根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)中分布式存儲(chǔ)的特點(diǎn)，建立多節(jié)點(diǎn)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù).基于區(qū)塊鏈的物流派送模型采用非對(duì)稱加密算法、數(shù)字簽名、智能合約等技術(shù)，使信息得到安全性保障，基于Petri網(wǎng)的區(qū)塊鏈物流派送模型具備有界性和安全性.

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編輯：琳莉