摘要：電工裝備供應(yīng)鏈智能管理是電工裝備智慧物聯(lián)平臺的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，通過信息化技術(shù)優(yōu)化供應(yīng)鏈管理策略并實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，以提升供應(yīng)鏈管理效率。然而，智能化管理過程數(shù)據(jù)真實性和可靠性難以保障，影響供應(yīng)鏈管理優(yōu)化結(jié)果。因此，本文構(gòu)建了基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理模式，分析了聯(lián)盟鏈技術(shù)應(yīng)用的必要性和可行性，提出了基于聯(lián)盟鏈技術(shù)的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理模式，梳理了聯(lián)盟鏈技術(shù)的應(yīng)用難點，為電工裝備智慧物聯(lián)平臺的進(jìn)一步優(yōu)化提供理論支持。

關(guān)鍵詞：電工裝備智慧物聯(lián)；供應(yīng)鏈管理；聯(lián)盟鏈；數(shù)據(jù)保真

1概述

電工裝備供應(yīng)鏈智能管理，作為確保電工裝備質(zhì)量的支柱措施，深刻影響著電工裝備智慧物聯(lián)平臺的發(fā)展進(jìn)程與推廣策略。然而，現(xiàn)有的供應(yīng)鏈管理模式未能充分考慮供應(yīng)商的多樣性、生產(chǎn)環(huán)境的獨特性、設(shè)計與工藝的差異化以及管理水平的個性化差異，導(dǎo)致針對性和效率受限［1］。針對傳統(tǒng)供應(yīng)鏈管理效率低的問題，部分學(xué)者提出電工裝備供應(yīng)鏈在線管理概念，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(xiàn)全自動化和智能化，管理數(shù)據(jù)篡改情況難以避免。因此，本文將聯(lián)盟鏈技術(shù)引入智能管理，設(shè)計了基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理業(yè)務(wù)模式，保障管理數(shù)據(jù)的安全共享，旨在賦能電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)對產(chǎn)品出廠質(zhì)量的嚴(yán)密把控，確保產(chǎn)品卓越。

2聯(lián)盟鏈在電工裝備供應(yīng)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(lián)在設(shè)備管理驗收領(lǐng)域的一項革新實踐，基于生產(chǎn)企業(yè)的智能制造設(shè)備，深度整合并運用新一代信息處理與集成技術(shù)，從而實現(xiàn)了電工裝備管理全生命周期管理［2］。其中，生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)是實現(xiàn)智能供應(yīng)鏈管理的基礎(chǔ)和前提，然而目前尚未提出有效的策略以保障數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，防止惡意篡改［3］。同時，區(qū)塊鏈技術(shù)依托其去中心化與分布式設(shè)計的獨特優(yōu)勢，已成為確保數(shù)據(jù)不可篡改和可追溯性的核心技術(shù)。區(qū)塊鏈即為按照時間序列封裝數(shù)據(jù)為區(qū)塊，并通過鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)將這些區(qū)塊串聯(lián)起來的數(shù)據(jù)管理架構(gòu)。

依據(jù)不同的應(yīng)用場景及權(quán)限訪問需求，區(qū)塊鏈被細(xì)分為公共鏈、聯(lián)盟鏈及私有鏈三大類別，其中聯(lián)盟鏈由預(yù)選節(jié)點集體控制，即只允許預(yù)選節(jié)點參與區(qū)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(quán)主要由中心機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，運行效率較高?？紤]其應(yīng)用場景和運行效率，本文將聯(lián)盟鏈技術(shù)應(yīng)用于電工裝備供應(yīng)鏈企業(yè)數(shù)據(jù)共享，在滿足業(yè)務(wù)性能需求的前提下，實現(xiàn)電工裝備供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)保真。

3基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理功能域劃分

參考?xì)W洲智能電網(wǎng)架構(gòu)的模型框架，本文設(shè)計了基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理業(yè)務(wù)架構(gòu)，如圖1所示，該模型分為應(yīng)用域、運行域和信息域，共同實現(xiàn)電工裝備的供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)保真［4］。

應(yīng)用域：主要包含智能供應(yīng)鏈管理業(yè)務(wù)/應(yīng)用平臺，如智能供應(yīng)鏈管理APP，智能合約及其腳本代碼與算法機(jī)制。智能供應(yīng)鏈管理APP軟件用于發(fā)布電工裝備供應(yīng)商的裝備供應(yīng)鏈管理具體情況，實現(xiàn)電網(wǎng)與供應(yīng)商信息的可查詢和可視化。智能合約則賦予供應(yīng)鏈管理賬本可編程特性，規(guī)定信任積分的獎懲方式與獎懲規(guī)則，滿足預(yù)設(shè)條件時智能合約自動激活并執(zhí)行信任積分獎懲規(guī)則。

運行域：聯(lián)盟鏈的運行機(jī)制和算法，包括共識機(jī)制、共識算法與信任積分機(jī)制和發(fā)行準(zhǔn)則。其中，共識機(jī)制旨在確保供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)在各分散節(jié)點處有效性，信任積分機(jī)制則主要用于激勵電工裝備供應(yīng)商提高裝備質(zhì)量、按期交貨并積極參與聯(lián)盟鏈安全驗證等。

信息域：聯(lián)盟鏈核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與底層技術(shù)框架，具體涉及區(qū)塊間的鏈?zhǔn)芥溄印⑷轿坏墓?yīng)鏈管理數(shù)據(jù)記錄、采用非對稱加密的公私鑰體系、確保數(shù)據(jù)完整性的Merkle樹結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化安全的時間戳及哈希算法等關(guān)鍵技術(shù)組件。其中鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、哈希算法等實現(xiàn)供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)的可追溯與不可篡改，而P2P技術(shù)則為供應(yīng)商與供應(yīng)商、供應(yīng)商與電網(wǎng)之間的連接與通信提供技術(shù)支撐。

4基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理機(jī)制

以電網(wǎng)作為聯(lián)盟鏈主節(jié)點的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理業(yè)務(wù)設(shè)計了信任積分機(jī)制與智能合約，其中信任積分作為電網(wǎng)選擇電工裝備供應(yīng)商的依據(jù)，而智能合約實現(xiàn)了獎懲條約的自動執(zhí)行［5］。

4.1電工裝備供應(yīng)鏈智能管理聯(lián)盟鏈建立

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

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

（2）電工裝備供應(yīng)商向主節(jié)點發(fā)出加入申請，并附上其公鑰地址與經(jīng)過驗證的身份認(rèn)證信息。

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

（4）新節(jié)點通過自己的私鑰加密申請信息，并進(jìn)行廣播，通知到所有節(jié)點。

（5）聯(lián)盟鏈中非主節(jié)點利用新成員的公鑰成功解密并確認(rèn)申請后，將逐一反饋確認(rèn)信息。當(dāng)所有非主節(jié)點均已完成回復(fù)，新節(jié)點則被視為有效加入聯(lián)盟鏈，標(biāo)志著其正式成為聯(lián)盟鏈生態(tài)的組成部分。

4.2電工裝備供應(yīng)鏈管理計劃下達(dá)

智能供應(yīng)鏈管理中，電網(wǎng)與電工裝備供應(yīng)商通過聯(lián)盟鏈P2P網(wǎng)絡(luò)簽訂電子合同。首先，由主節(jié)點利用具體電工裝備供應(yīng)商節(jié)點的公鑰加密已簽字的電子合同且定向廣播；其次，相應(yīng)節(jié)點收到合同后利用私鑰解密，確認(rèn)無誤再進(jìn)行電子簽名并通過聯(lián)盟鏈傳回主節(jié)點；最后，主節(jié)點收到雙方簽字完畢合同，對相應(yīng)節(jié)點進(jìn)行回復(fù)，相應(yīng)節(jié)點收到回復(fù)則電子合同成功生效。

電子合同生效后，主節(jié)點將供應(yīng)鏈管理計劃通過廣播下達(dá)到對應(yīng)的電工裝備供應(yīng)商節(jié)點，使供應(yīng)商明確本身對電工裝備質(zhì)量與制造進(jìn)度的責(zé)任，供應(yīng)鏈管理計劃主要包括：各品類電工裝備質(zhì)量參數(shù)、電工裝備制造過程進(jìn)度表等。

4.3涉及隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)上鏈

區(qū)塊鏈賬本具有分布式、公開、透明的特點，易造成電網(wǎng)或供應(yīng)商敏感數(shù)據(jù)外泄，因此隱私保護(hù)成為區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用研究的關(guān)鍵。目前數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的主流方案分為鏈外存儲、部分明文、加密保護(hù)等［6］。其中，鏈外存儲將可公開數(shù)據(jù)或敏感數(shù)據(jù)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(hù)了數(shù)據(jù)隱私，但是需要耗費額外資源進(jìn)行安全維護(hù)。部分明文則將敏感數(shù)據(jù)和非敏感數(shù)據(jù)分組哈希，再分層構(gòu)建Merkel樹，使去掉敏感數(shù)據(jù)后的Merkel樹仍然具有樹狀結(jié)構(gòu)和針對非敏感字段的驗證價值，但是該方案不能應(yīng)用于需保存全部數(shù)據(jù)的場景。由于電網(wǎng)針對電工裝備供應(yīng)商的供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)較為敏感，因此本文設(shè)計采用基于非對稱加密算法的隱私數(shù)據(jù)保護(hù)方案。按照統(tǒng)一接入標(biāo)準(zhǔn)，各供應(yīng)商幾大品類（二次設(shè)備、抽水蓄能、線纜、鐵塔、開關(guān)、線圈）的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與聯(lián)盟鏈直接連接，定期向聯(lián)盟鏈主節(jié)點發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)，主節(jié)點利用其公鑰加密數(shù)據(jù)后向聯(lián)盟鏈全網(wǎng)進(jìn)行廣播，如圖2所示。

4.4基于共識機(jī)制的智能供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)存儲

共識機(jī)制可以防止區(qū)塊分叉，是聯(lián)盟鏈決策規(guī)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(quán)益證明機(jī)制（DelegatedProofofStake，DPoS）與權(quán)益證明機(jī)制（ProofofStake，PoS）。

基于PoW的聯(lián)盟鏈中節(jié)點通過解決SHA256難題競爭記賬權(quán)，要求節(jié)點具有良好的計算能力，會導(dǎo)致大量能源和硬件資源浪費，且存在業(yè)務(wù)延遲時間長問題，不適用于商業(yè)應(yīng)用；基于PoS的聯(lián)盟鏈各節(jié)點影響力與權(quán)益有關(guān)，算法根據(jù)節(jié)點的權(quán)益按比例提高其競爭到記賬權(quán)的可能，因此縮短區(qū)塊生成用時，雖然PoS可降低PoW能耗，但可能進(jìn)一步導(dǎo)致中心化結(jié)果；基于PBFT的聯(lián)盟鏈不僅提高系統(tǒng)容錯率至33%左右，還解決了系統(tǒng)難以達(dá)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(tǒng)就會停止服務(wù)；DPoS是基于PoS與PoW改進(jìn)的共識機(jī)制，解決了PoW能耗問題且通過選舉代表節(jié)點方式實現(xiàn)了去中心化，因此本文采用DPoS作為智能供應(yīng)鏈管理的共識機(jī)制。DPoS的本質(zhì)是所有電工裝備供應(yīng)商節(jié)點通過投票（選舉時每個節(jié)點僅能投票給其他節(jié)點）共同選出代表節(jié)點。當(dāng)供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)達(dá)到一定的數(shù)量，代表節(jié)點將其打包到一個新的區(qū)塊中，新區(qū)塊記賬完畢進(jìn)行全網(wǎng)廣播，各節(jié)點識別認(rèn)可后更新并存儲在自己的聯(lián)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(jī)制通過預(yù)設(shè)合約規(guī)則，記錄各供應(yīng)商在生產(chǎn)、制造、維護(hù)等環(huán)節(jié)的質(zhì)量問題和進(jìn)度問題或其他違約行為，最終反映于各供應(yīng)商的信任積分，輔助電網(wǎng)企業(yè)形成產(chǎn)品優(yōu)選決策。其中，本文設(shè)立的信任積分機(jī)制包括定期更新積分與隨機(jī)性突發(fā)更新積分雙重更新機(jī)制。定期更新是指每隔一段時間，系統(tǒng)將會統(tǒng)計電工裝備供應(yīng)商是否存在裝備壞點和項目進(jìn)度延遲，如果存在，智能合約被激活并執(zhí)行扣除相應(yīng)節(jié)點信任積分條約。隨機(jī)性突發(fā)更新機(jī)制是指針對電網(wǎng)突發(fā)性查詢電工裝備供應(yīng)商信任積分要求，智能合約同樣被激活，對出現(xiàn)裝備壞點和項目進(jìn)度延遲的相應(yīng)供應(yīng)商節(jié)點執(zhí)行扣除信任積分條約。

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

基于上述機(jī)制，電工裝備智慧物聯(lián)平臺通過統(tǒng)計分析供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)，在智能供應(yīng)鏈管理APP實時發(fā)布裝備壞點與進(jìn)度警告，指導(dǎo)各電工裝備供應(yīng)商及時處理出現(xiàn)的質(zhì)量與進(jìn)度問題，同時也為電網(wǎng)企業(yè)選擇更優(yōu)秀的電工裝備供應(yīng)商提供建議。

5基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理應(yīng)用挑戰(zhàn)分析

引入聯(lián)盟鏈能夠?qū)崿F(xiàn)供應(yīng)鏈智能管理數(shù)據(jù)的可追溯與不可篡改，促進(jìn)電工裝備供應(yīng)商相互監(jiān)督進(jìn)而提高電網(wǎng)與電工裝備供應(yīng)商的互相信任，但其具體應(yīng)用落地實踐仍存在以下挑戰(zhàn)亟待突破。

5.1數(shù)據(jù)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(biāo)不斷細(xì)化，可以預(yù)見供應(yīng)鏈智能管理數(shù)據(jù)將呈指數(shù)級增長，區(qū)塊數(shù)量快速膨脹，極易導(dǎo)致聯(lián)盟鏈面臨存儲瓶頸。同時，供應(yīng)鏈智能管理由電網(wǎng)與電工裝備供應(yīng)商共同參與，所有節(jié)點必須不斷存儲新的管理數(shù)據(jù)，將會造成存儲資源的大量浪費。另一方面，聯(lián)盟鏈的每一次更新都需要把大量的數(shù)據(jù)通過廣播的形式傳播至每一個節(jié)點，但是除了聯(lián)盟鏈主節(jié)點以外的節(jié)點沒有權(quán)限對收到的管理數(shù)據(jù)進(jìn)行解密和分析，也就導(dǎo)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(shù)據(jù)存儲和傳輸方案，減少資源浪費問題。

5.2安全性問題

聯(lián)盟鏈只允許預(yù)選節(jié)點參與系統(tǒng)的決策，呈現(xiàn)弱中心化特點。而聯(lián)盟鏈中節(jié)點數(shù)有限，理論上只要一半及其以上的電工裝備供應(yīng)商節(jié)點聯(lián)合起來或者集體被攻擊，供應(yīng)鏈智能管理數(shù)據(jù)被篡改情況就可能發(fā)生，因此數(shù)據(jù)的真實性需要進(jìn)一步加強(qiáng)保障。針對聯(lián)盟鏈中預(yù)選節(jié)點可能出現(xiàn)的違規(guī)操作，解決措施如下：（1）主節(jié)點同意接收的電工裝備供應(yīng)商須足夠多，使得預(yù)選節(jié)點較多，一半及其以上預(yù)選節(jié)點聯(lián)合情況幾乎不可能發(fā)生或黑客成功攻擊一半及其以上的預(yù)選節(jié)點概率極低。（2）相關(guān)部門應(yīng)深入研究現(xiàn)有法律與監(jiān)管空白，增加基于聯(lián)盟鏈的業(yè)務(wù)法律條款，推進(jìn)聯(lián)盟鏈標(biāo)準(zhǔn)體系的建立。

結(jié)語

當(dāng)前我國正處于由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變中，電工裝備供應(yīng)商處于數(shù)字化、智能化升級階段，但是目前電網(wǎng)與供應(yīng)商之間尚未建立成熟的數(shù)據(jù)交互渠道，供應(yīng)商相關(guān)數(shù)據(jù)的可信度有待提高。國家電網(wǎng)通過電工裝備智慧物聯(lián)平臺實現(xiàn)電工裝備供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)開展，加強(qiáng)了電網(wǎng)與電工裝備供應(yīng)商的互聯(lián)互通與信息共享。

本文提出的基于聯(lián)盟鏈的電工裝備供應(yīng)鏈智能管理機(jī)制，通過聯(lián)盟鏈技術(shù)保證了供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)的不可篡改與可追溯，為電工裝備供應(yīng)鏈智能管理業(yè)務(wù)優(yōu)化提供技術(shù)支撐。未來，隨著5G技術(shù)的成熟與應(yīng)用普及，如何將聯(lián)盟鏈與5G融合助力智能供應(yīng)鏈管理的發(fā)展有望成為新的研究熱點，值得我們下一步進(jìn)行研究與探討。

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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(lián)網(wǎng)。