基于区块链的电力物资供应链数据协同共享管理

程文美 夏肇元 李 荣 刘 菲

（南方电网物资有限公司，广东 广州 510000）

1 电气设备供应链数据协同管理 研究现状

随着电气设备的日益精密化、复杂化、智能化，其生产效率和速度的要求不断提高，电气设备的质量把控和管理效率问题一直是电气设备行业发展的痛点。而区块链的发展有望解决这些问题，利用区块链的链上/链下数据协同技术，能够实现数据“链下存储，链上验证”，通过这种方式对电力物资供应链中的电气设备的数据协同产生正相关效益。文献[1]通过构建具有链上链下协同计算的共享链，实现了加密与区块链系统的有效融合。文献[2]提出一种数据完整性增强机制，将用户的数据完整性证据存放在区块链中，完整数据上云存储。文献[3]提出一种面向区块链的链下数据库的可验证查询模式，实现链下查验，链上存证。

而现有的针对电气设备的供应链数据协同管理的研究，都是供应链下游探讨电气设备的全生命周期管理，例如在设备维护检修、设备管理、寿命预判以及成本上。而我国企业的电气设备全生命周期管理已经不再仅局限于使用和维修，而是围绕整个供应链上下游经济效益，从电气设备生产的各个环节着手，利用数字化协同共享来提升数据管理的信息化水平，以降低设备运营成本，提高投资效益。

2 电气设备供应链中存在的问题

电气设备供应链涵盖了生产、销售、履约、消费等多个环节，涉及物料较多且工序复杂，如果质量安全问题频繁出现，又难以花大量的人力物力成本去追溯其原因，就会给电气设备供应链下游消费者带来不好的体验。且在电气设备出现质量问题需要追责时，企业为了自身利益可能会私自篡改数据，导致产品质量问题无法真正追溯到源头。另外数据集中于统一的数据库存储，一旦发生数据库损坏等情况，则关于电气设备的产品数据记录将会被破坏，此时再想追溯设备质量问题源头就更难了[4]。

在电气设备的各环节中，产品的生产环境、流通环境无法追溯，无法保证产品的安全性和真实性，产品质量的可信度不高[5]；电气设备在整个供应链流动中会产生大量信息且这些数据需要录入传统的管理系统中，这样可以让消费者了解到所有参与方的信息，以此来增加更多的信任度，协作难度大；且供应链各方参与各自拥有自己的信息管理系统，而这些信息系统之间很难交互，导致信息核对烦琐，数据交互不均衡，最后造成线下需要太多的核对及重复检查才能弥补多个系统交互的问题。另外，由于支付和账期问题来造成的重复审计成本也特别高。

3 区块链技术与电气设备供应链数据协同共享分析

区块链技术[6]被认为是互联网之后，又一个具备颠覆性的核心技术。其源于比特币，精巧结合多种普通的技术形成一个非常完整的技术栈。

区块链的数据是存储在区块中的，每个区块中的区块头存储了该区块数据的哈希值和上一个区块数据的哈希值，这就保证了电气设备数据上链后无法被篡改，一旦修改了其中一组数据，势必会导致该数据所在区块的哈希值发生变化。此外利用非对称密码算法实现数据的安全和数据权属者的隐私，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问数据。电气设备生产、销售、品控等数据信息存储传递过程中，各个节点利用非对称加解密机制实现数据协同共享过程中敏感数据保护[7]。

区块链的本质是不可篡改的分布式账本，是一个可以在多个站点、不同地理位置或者多个机构组成的网络里，实现网络成员之间共享、复制和同步的数据库。也就是说，分布式账本由分布在不同地方的多个节点共同完成，并且每个节点都记录了完整的账目，因此它们都可以参与监督交易的合法性。区块中的数据存储等均为公开透明，因此，电力设备各方主体作为参与网络的各个节点，可以通过区块链上相关存储数据了解到电气设备产品各个环节的相关信息。

4 电气设备供应链数字化协同共享管理系统设计

该课题针对供应链中电气设备数字化协同共享进行研究，设计了基于区块链的电气设备供应链数字化协同共享管理系统，实现对电气设备产品的生产流程、销售链条及质量信息的查询管控、存证溯源安全化、高效化、有序化。

基于区块链的电气设备供应链协同共享管理业务流程图如图1所示，电气设备供应链大致分为3个流程：生产、销售、消费。整个业务流程包括数据产出（采集）、数据上链、溯源查询以及监管。

图1 基于区块链的电气设备供应链协同共享管理流程图

首先是电气设备数据产出，属于链下数据。将这些流程中产生的数据存入各自流程中接入企业的分布式存储数据库中，以生产环节为例，生产企业中有生产部、仓储部、监管部等，各部门具有自己局部的数据库，位于不同部门的计算机通过网络互相连接，共同组成一个完整的、全局的逻辑上集中、物理上分布的大型数据库。电气设备生产数据包括物料数据、生产状态和参数数据、设备信息数据（工序、操作员、工时、所用物料数据、厂商信息等）、试验运行数据、出厂数据（日期、去向等）、返厂检修数据等。电气设备销售数据包括入库数、库存数据、价格信息、商家信息、销售去向等。电气设备消费数据包括消费主体信息（电网公司、个体、小型企业等）、价格数据、使用情况、评价数据等。

然后是电气设备数据上链，将数据变成链上数据。生产流程中，每个接入企业或个体应按照系统中的上链数据标准上传数据，以方便数据溯源。例如生产流程中，生产商节点应上链的数据包括电气设备生产商名称、生产商地址、标识信息、基础数据、出厂等。销售商家包括经销商和零售商，经销商节点应上链的数据包括电气设备经销商名称、经销去向、标识信息、进出货时间等；零售商节点应上链的数据包括电气设备零售商名称、零售去向、标识信息、进出货时间等。消费者包括电网公司、汽车公司、个体等，消费方节点应上链的数据包括主体信息、消费数据、使用情况以及评价等。智能合约实现合同签订履约，利用代码实现合同执行内容、记录履约数据，并写入区块链，保证了合同数据不可篡改，这其实也是合同数据上链的过程，上链信息应包括合同双方信息、发起及签订日期、期限、地点、方式、数量与质量、价格、违约及效力等内容。

最后是数据溯源查询与监管，实现链下/链上数据协同。各节点可以利用公私钥自由查询各自上传的数据资料，如果参与方想要多次查询多种电气设备的其他参与方上链的信息，就要积极上传对应的有效数据，并在需要查询时进行申请，由监管方节点负责记录，并赋予查询方查询权限。参与主体输入电气设备标识编号进行查询，发起查询的同时，监管方会根据该参与方的上链记录与查询历史记录给予权限，若无权限，则查询界面显示无有效权限，若有权限则反馈电气设备溯源信息。主体查询出来的结果与实际不符或有疑问，可以将问题反馈至监管方，监管方核实后返回处理结果。此外，各商家存储数据的同时也会将数据及数据哈希值发送给监管方，以便监管方随时查询、抽检和验证数据。

5 实验

5.1 实验环境

该实验采用的计算机配置为Intel（R）Core（TM）i5-8400T CPU ＠ 1.70GHz 1.70 GHz，RAM为16.0 GB。该文采用fabric2.0网络中的测试网络fabric-sample实现论文的实验的仿真，其中fabric版本为1.4.2，Golang语言版本为1.13.2，ubuntu版本为18.0，docker版本为20.10.8。

5.2 实验结果

实验主要针对电气设备供应链数据上链共享和响应时间进行，通过验证不同上链数据条目和上链响应时间评估该数据协同共享系统的高效性和稳定性。以下展示的是数据上链的部分代码，以电气设备生产数据为例，上链信息包括生产企业名称、地址、批次、出厂日期以及授权经销商名称，数据可定义、可设置，也可扩展至更多的数据。实验结果如图2所示，由实验结果可知，随着上链数据的不断增加，上链响应时间呈线性增加，具有较强的稳定性。下面为数据上链的部分代码。

图2 不同电气设备信息上链条目对应的上链时间

6 总结

电气设备在生产、生活中应用范围大，从生产到维护，再到回收利用，生命周期很长且生产中涉及的物料多且复杂，为了更好地实现电气设备供应链信息透明可追溯，该方案设计了基于区块链的电气设备供应链数字化协同共享管理，将电气设备从生产到消费者使用过程的关键数据链上保存，利用监管方节点处理各节点上链以及溯源查询中的问题，该方案通过设计电气设备标识ID、数据上链时的隐私保护、合作时的智能合约合同签订等，实现了电气设备供应链数字化协同共享管理的安全化、高效化、有序化。