基于联盟链的电工装备供应链智能管理研究

摘要：电工装备供应链智能管理是电工装备智慧物联平台的关键业务，通过信息化技术优化供应链管理策略并实现远程智能监控，以提升供应链管理效率。然而，智能化管理过程数据真实性和可靠性难以保障，影响供应链管理优化结果。因此，本文构建了基于联盟链的电工装备供应链智能管理模式，分析了联盟链技术应用的必要性和可行性，提出了基于联盟链技术的电工装备供应链智能管理模式，梳理了联盟链技术的应用难点，为电工装备智慧物联平台的进一步优化提供理论支持。

关键词：电工装备智慧物联；供应链管理；联盟链；数据保真

1概述

电工装备供应链智能管理，作为确保电工装备质量的支柱措施，深刻影响着电工装备智慧物联平台的发展进程与推广策略。然而，现有的供应链管理模式未能充分考虑供应商的多样性、生产环境的独特性、设计与工艺的差异化以及管理水平的个性化差异，导致针对性和效率受限［1］。针对传统供应链管理效率低的问题，部分学者提出电工装备供应链在线管理概念，利用物联网技术大幅减少了管理中人力与资金的投入。实践表明，在线管理确实明显提升了工作效率，但是管理过程并未实现全自动化和智能化，管理数据篡改情况难以避免。因此，本文将联盟链技术引入智能管理，设计了基于联盟链的电工装备供应链智能管理业务模式，保障管理数据的安全共享，旨在赋能电网企业实现对产品出厂质量的严密把控，确保产品卓越。

2联盟链在电工装备供应链智能管理的必要性与可行性分析

智能管理是电工装备智慧物联在设备管理验收领域的一项革新实践，基于生产企业的智能制造设备，深度整合并运用新一代信息处理与集成技术，从而实现了电工装备管理全生命周期管理［2］。其中，生产试验数据是实现智能供应链管理的基础和前提，然而目前尚未提出有效的策略以保障数据的真实性和可靠性，防止恶意篡改［3］。同时，区块链技术依托其去中心化与分布式设计的独特优势，已成为确保数据不可篡改和可追溯性的核心技术。区块链即为按照时间序列封装数据为区块，并通过链式结构将这些区块串联起来的数据管理架构。

依据不同的应用场景及权限访问需求，区块链被细分为公共链、联盟链及私有链三大类别，其中联盟链由预选节点集体控制，即只允许预选节点参与区块的生成、验证与访问，相比于公有链运行效率有所提升。私有链记账权主要由中心机构负责，运行效率较高。考虑其应用场景和运行效率，本文将联盟链技术应用于电工装备供应链企业数据共享，在满足业务性能需求的前提下，实现电工装备供应链管理数据保真。

3基于联盟链的电工装备供应链智能管理功能域划分

参考欧洲智能电网架构的模型框架，本文设计了基于联盟链的电工装备供应链智能管理业务架构，如图1所示，该模型分为应用域、运行域和信息域，共同实现电工装备的供应链管理数据保真［4］。

应用域：主要包含智能供应链管理业务/应用平台，如智能供应链管理APP，智能合约及其脚本代码与算法机制。智能供应链管理APP软件用于发布电工装备供应商的装备供应链管理具体情况，实现电网与供应商信息的可查询和可视化。智能合约则赋予供应链管理账本可编程特性，规定信任积分的奖惩方式与奖惩规则，满足预设条件时智能合约自动激活并执行信任积分奖惩规则。

运行域：联盟链的运行机制和算法，包括共识机制、共识算法与信任积分机制和发行准则。其中，共识机制旨在确保供应链管理数据在各分散节点处有效性，信任积分机制则主要用于激励电工装备供应商提高装备质量、按期交货并积极参与联盟链安全验证等。

信息域：联盟链核心数据结构与底层技术框架，具体涉及区块间的链式链接、全方位的供应链管理数据记录、采用非对称加密的公私钥体系、确保数据完整性的Merkle树结构、强化安全的时间戳及哈希算法等关键技术组件。其中链式结构、哈希算法等实现供应链管理数据的可追溯与不可篡改，而P2P技术则为供应商与供应商、供应商与电网之间的连接与通信提供技术支撑。

4基于联盟链的电工装备供应链智能管理机制

以电网作为联盟链主节点的电工装备供应链智能管理业务设计了信任积分机制与智能合约，其中信任积分作为电网选择电工装备供应商的依据，而智能合约实现了奖惩条约的自动执行［5］。

4.1电工装备供应链智能管理联盟链建立

本文采用公开密钥密码体制解决智能供应链管理中电工装备供应商加入联盟链的身份认证问题。电工装备供应商申请加入联盟链成为新节点的具体步骤如下：

（1）某电工装备供应商发送意图信息至链上的任一节点，收到信息节点向其反馈联盟链中主节点的地址。

（2）电工装备供应商向主节点发出加入申请，并附上其公钥地址与经过验证的身份认证信息。

（3）主节点核实电工装备供应商身份信息后，其公钥信息将添加至联盟链的顶端注册表中，主节点采用自身的私钥加密公钥，并将加密消息广播至全联盟链网络，其余节点利用主节点公钥进行解密操作。

（4）新节点通过自己的私钥加密申请信息，并进行广播，通知到所有节点。

（5）联盟链中非主节点利用新成员的公钥成功解密并确认申请后，将逐一反馈确认信息。当所有非主节点均已完成回复，新节点则被视为有效加入联盟链，标志着其正式成为联盟链生态的组成部分。

4.2电工装备供应链管理计划下达

智能供应链管理中，电网与电工装备供应商通过联盟链P2P网络签订电子合同。首先，由主节点利用具体电工装备供应商节点的公钥加密已签字的电子合同且定向广播；其次，相应节点收到合同后利用私钥解密，确认无误再进行电子签名并通过联盟链传回主节点；最后，主节点收到双方签字完毕合同，对相应节点进行回复，相应节点收到回复则电子合同成功生效。

电子合同生效后，主节点将供应链管理计划通过广播下达到对应的电工装备供应商节点，使供应商明确本身对电工装备质量与制造进度的责任，供应链管理计划主要包括：各品类电工装备质量参数、电工装备制造过程进度表等。

4.3涉及隐私保护的数据上链

区块链账本具有分布式、公开、透明的特点，易造成电网或供应商敏感数据外泄，因此隐私保护成为区块链技术应用研究的关键。目前数据隐私保护的主流方案分为链外存储、部分明文、加密保护等［6］。其中，链外存储将可公开数据或敏感数据摘要信息记录在分布式账本上，而敏感原文记录于链外，一定程度上保护了数据隐私，但是需要耗费额外资源进行安全维护。部分明文则将敏感数据和非敏感数据分组哈希，再分层构建Merkel树，使去掉敏感数据后的Merkel树仍然具有树状结构和针对非敏感字段的验证价值，但是该方案不能应用于需保存全部数据的场景。由于电网针对电工装备供应商的供应链管理数据较为敏感，因此本文设计采用基于非对称加密算法的隐私数据保护方案。按照统一接入标准，各供应商几大品类（二次设备、抽水蓄能、线缆、铁塔、开关、线圈）的数据采集系统与联盟链直接连接，定期向联盟链主节点发送采集到的数据，主节点利用其公钥加密数据后向联盟链全网进行广播，如图2所示。

4.4基于共识机制的智能供应链管理数据存储

共识机制可以防止区块分叉，是联盟链决策规则的核心，目前主要包括PoW、实用拜占庭容错算法（PracticalByzantineFaultTolerance，PBFT）、委任权益证明机制（DelegatedProofofStake，DPoS）与权益证明机制（ProofofStake，PoS）。

基于PoW的联盟链中节点通过解决SHA256难题竞争记账权，要求节点具有良好的计算能力，会导致大量能源和硬件资源浪费，且存在业务延迟时间长问题，不适用于商业应用；基于PoS的联盟链各节点影响力与权益有关，算法根据节点的权益按比例提高其竞争到记账权的可能，因此缩短区块生成用时，虽然PoS可降低PoW能耗，但可能进一步导致中心化结果；基于PBFT的联盟链不仅提高系统容错率至33%左右，还解决了系统难以达成共识问题，但该过程涉及多次往返投票，流程步骤冗余，且1/3以上的记账人停止工作，系统就会停止服务；DPoS是基于PoS与PoW改进的共识机制，解决了PoW能耗问题且通过选举代表节点方式实现了去中心化，因此本文采用DPoS作为智能供应链管理的共识机制。DPoS的本质是所有电工装备供应商节点通过投票（选举时每个节点仅能投票给其他节点）共同选出代表节点。当供应链管理数据达到一定的数量，代表节点将其打包到一个新的区块中，新区块记账完毕进行全网广播，各节点识别认可后更新并存储在自己的联盟链账本。

4.5基于智能合约的信任积分更新

基于智能合约的信任积分机制通过预设合约规则，记录各供应商在生产、制造、维护等环节的质量问题和进度问题或其他违约行为，最终反映于各供应商的信任积分，辅助电网企业形成产品优选决策。其中，本文设立的信任积分机制包括定期更新积分与随机性突发更新积分双重更新机制。定期更新是指每隔一段时间，系统将会统计电工装备供应商是否存在装备坏点和项目进度延迟，如果存在，智能合约被激活并执行扣除相应节点信任积分条约。随机性突发更新机制是指针对电网突发性查询电工装备供应商信任积分要求，智能合约同样被激活，对出现装备坏点和项目进度延迟的相应供应商节点执行扣除信任积分条约。

为了激励节点竞选记账，代表节点正确记账时激活智能合约并执行奖励信任积分条约，而对于不能正确记账的节点，相应供应商禁止再次竞选代表节点。

基于上述机制，电工装备智慧物联平台通过统计分析供应链管理数据，在智能供应链管理APP实时发布装备坏点与进度警告，指导各电工装备供应商及时处理出现的质量与进度问题，同时也为电网企业选择更优秀的电工装备供应商提供建议。

5基于联盟链的电工装备供应链智能管理应用挑战分析

引入联盟链能够实现供应链智能管理数据的可追溯与不可篡改，促进电工装备供应商相互监督进而提高电网与电工装备供应商的互相信任，但其具体应用落地实践仍存在以下挑战亟待突破。

5.1数据存储和通信资源的浪费

随着未来电工装备逐年增加且装备各项指标不断细化，可以预见供应链智能管理数据将呈指数级增长，区块数量快速膨胀，极易导致联盟链面临存储瓶颈。同时，供应链智能管理由电网与电工装备供应商共同参与，所有节点必须不断存储新的管理数据，将会造成存储资源的大量浪费。另一方面，联盟链的每一次更新都需要把大量的数据通过广播的形式传播至每一个节点，但是除了联盟链主节点以外的节点没有权限对收到的管理数据进行解密和分析，也就导致这一过程实际上占用了大量的通信资源，而传递的有效信息却十分有限。因此，未来亟须突破合理高效的数据存储和传输方案，减少资源浪费问题。

5.2安全性问题

联盟链只允许预选节点参与系统的决策，呈现弱中心化特点。而联盟链中节点数有限，理论上只要一半及其以上的电工装备供应商节点联合起来或者集体被攻击，供应链智能管理数据被篡改情况就可能发生，因此数据的真实性需要进一步加强保障。针对联盟链中预选节点可能出现的违规操作，解决措施如下：（1）主节点同意接收的电工装备供应商须足够多，使得预选节点较多，一半及其以上预选节点联合情况几乎不可能发生或黑客成功攻击一半及其以上的预选节点概率极低。（2）相关部门应深入研究现有法律与监管空白，增加基于联盟链的业务法律条款，推进联盟链标准体系的建立。

结语

当前我国正处于由制造大国向制造强国的转变中，电工装备供应商处于数字化、智能化升级阶段，但是目前电网与供应商之间尚未建立成熟的数据交互渠道，供应商相关数据的可信度有待提高。国家电网通过电工装备智慧物联平台实现电工装备供应链业务开展，加强了电网与电工装备供应商的互联互通与信息共享。

本文提出的基于联盟链的电工装备供应链智能管理机制，通过联盟链技术保证了供应链管理数据的不可篡改与可追溯，为电工装备供应链智能管理业务优化提供技术支撑。未来，随着5G技术的成熟与应用普及，如何将联盟链与5G融合助力智能供应链管理的发展有望成为新的研究热点，值得我们下一步进行研究与探讨。

参考文献：

［1］熊汉武，樊炜，曾思成.电工装备智慧物联平台赋能“数字新基建”［J］.华北电业，2020（08）：6871.

［2］丁倩兰，张水旺，梅瑜，等.数据驱动的智慧供应链生态体系构建［J］.商业经济研究，2020（18）：3841.

［3］石瑞杰，李闯，张宾，等.基于智慧供应链的电工装备智能制造应用研究［J］.物联网技术，2020，10（06）：9497.

［4］贺超，刘一锋.融合区块链的新型供应链模式研究［J］.管理现代化，2020，40（01）：8487.

［5］张晓芹.基于区块链的劣后供应商管理模式［J］.中国流通经济，2020，34（09）：2130.

［6］张志威，王国仁，徐建良，等.区块链的数据管理技术综述［J］.软件学报，2020，31（09）：29032925.

作者简介：武文起（2005—），男，汉族，河北石家庄人，本科在读，研究方向：能源互联网。