一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法技术

本发明专利技术涉及一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法，属于区块链应用技术领域。本发明专利技术在数字供应链孪生中集成区块链和人工智能技术，保证了舰船供应链中的数据安全共享和可靠溯源，同时能够通过挖掘供应链数据中蕴含的信息来优化供应链决策，推动了舰船供应链生态的智能化发展。采用基于强弱共识模式的交易处理方式，根据交易的智能合约调用执行顺序，将供应链从上游到下游的交易过程抽象为有向无环图，具有相同有向无环图的交易被划分为同一类交易。不同类型的交易执行所需要的能耗和时间有所差异，提高了区块链共识过程性能。本方法实现了舰船数据安全共享和可信可靠溯源。实现了舰船数据安全共享和可信可靠溯源。实现了舰船数据安全共享和可信可靠溯源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法


[0001]本专利技术涉及一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法，属于区块链应用


技术介绍

[0002]舰船产品作为一种典型的复杂工业产品，其制造过程涉及到成百上千个加工环节和大量参与单位，具有建造周期长、协作方多等特点。数量庞大的参与方，给供应链中的舰船全寿期各个环节产生数据的追踪和管理带来了困难。
[0003]舰船制造供应链管理系统，注重保障供应链上各环节的协作，强调信息共享。通过信息共享，改进与协调各环节的业务运作流程，获得供应链整个流程的“同步化”运作。但是，由于舰船供应链的整个过程并不公开，各个参与单位并非完全信任，导致目前舰船供应链存在数据溯源困难、取证时间长、监管困难等问题。因此，针对舰船供应链中数据管理方面存在的问题，需要构建起安全、智能的供应链信息管理方案。
[0004]数字孪生技术，是综合利用感知、计算、建模、仿真等技术，在虚拟空间中对物理空间实体进行映射。物理孪生体表示供应链在物理空间中的实体，其产生的数据实时传输给数字孪生体。数字孪生体反应了物理孪生体的实时状态。在数字孪生体上预演的结果可以用来指导物理孪生体的行为。通过搭建舰船供应链的数字孪生系统，能够实现从设计、生产、仓储、交易、物流的全过程数字化，有助于供应链更好地监测和管理。
[0005]区块链技术为基于数字孪生的舰船供应链提供了一种新的解决方向。区块链是一个运行在对等网络上的开放式分布式账本，无需中间人就可以有效地管理多个实体之间的交易，并且可验证，可追溯，信息不可篡改。区块链以其去中心化，数据防篡改，可追溯等特性被应用到众多行业中。将区块链应用到供应链体系中，数据存储后不可更改，并且可以跨流程进行快速跟踪，快速识别，精准追溯舰船产品的流通信息，增加整个舰船供应环节的透明性，保证数据真实可靠。将供应商、生产商、分销商、零售商及监管机构等加入区块链网络中，无需第三方机构即可构建起整个舰船供应链的数据信任体系。
[0006]此外，随着人工智能技术的迅速发展，其在供应链领域的应用也受到广泛关注。由于供应链在各个环节会产生大量数据。因此，通过人工智能技术，能够充分挖掘供应链数据中蕴含的信息来改善供应链中的薄弱环节，从而优化供应链决策，例如辅助生产及库存决策、优化物流管理等。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决基于数字孪生的舰船供应链中面临的信息数据管理难度大、数据安全可靠溯源难等技术问题，创造性地提出一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案。
[0009]首先，对本专利技术涉及的相关概念和内容进行说明。
[0010]供应链(Supply Chain，SC)：是指在产品的生产和流通过程，将产品或服务提供给最终用户所涉及的上下游企业之间所形成的链式结构。在整个供应链流程中，参与角色通常包括原材料供应商、制造商、仓储商、物流商、分销商、零售商以及终端用户。
[0011]数字孪生(Digital Twin，DT)：是真实的物理世界实体或系统的数字表示。数字孪生综合利用感知、计算、建模、仿真等技术，在虚拟空间中对物理空间实体进行映射。物理孪生体表示供应链在物理空间中的实体，其产生的数据实时传输给数字孪生体。数字孪生体反应了物理孪生体的实时状态。在数字孪生体上预演的结果可以用来指导物理孪生体的行为。
[0012]数字供应链孪生：供应链中的数字孪生被称为数字供应链孪生(Digital Supply Chain Twin，DSCT)。数字供应链孪生是物理供应链的数字表示，包含供应链及其运行环境中的所有相关数据。数字孪生体表示DSCT中的数字化模型，物理孪生体表示DSCT中的物理实体部分，二者之间存在双向的数据交换来维持孪生关系。
[0013]区块链：是一个运行在对等网络上的开放式分布式账本，无需中间人就可以在多个独立的个体或系统间建立信任。区块链中的数据以区块的形式顺序连接成链式结构，通过密码学方式维护数据的安全性，可验证性和不可篡改性。
[0014]共识机制：是区块链系统中用来保持数据一致性的协议或算法，也是区块链系统中无需中心化机构即可建立信任的关键。通过特定的区块链节点对交易进行投票，在一定时间内完成对交易的验证和确认。若利益不相关的各方节点对交易达成共识，则向整个区块链账本中添加该交易，从而保证账本数据一致。
[0015]智能合约：是一段在满足条件时自动执行的区块链上的代码。合约执行过程无需第三方参与，具有透明性和不可篡改性。
[0016]一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：数据收集。
[0018]首先，数字供应链孪生中的物理孪生体收集舰船供应链中产生的数据(例如，可以通过边缘传感器等收集)。
[0019]舰船供应链的数字孪生体通过实时更新收集到的数据来对应物理供应链的状态变化。
[0020]其中，收集的数据按照密级进行加密处理，非涉密数据则无需加密。
[0021]步骤2：生成交易。
[0022]在数字供应链孪生中，使用区块链作为数字孪生体的存储层。具体地，将舰船设计单位、原材料供应单位、制造单位、质量管理单位、仓储单位、物流单位、销售单位、维修单位及终端用户，分别作为不同的组织或个体参与到区块链系统中。
[0023]基于智能合约，收集供应链中各参与方在区块链系统上的数据交换、流转、使用过程中产生的日志数据，以及附加数据流转事件中的使用者、使用对象、使用方式、使用时间信息，将其作为溯源关键数据，并以不可篡改的方式记录在区块链账本上。从而实现不可篡改、不可抵赖的舰船供应链溯源关键数据的生成和存储机制。
[0024]区块链的节点，按功能职责划分，包括客户端节点、记账节点和对等节点。其中，客户端节点生成交易后向区块链网络发送交易申请；记账节点用来支持共识流程，对交易进行排序来实现交易顺序的全局一致性，并将交易打包成区块；对等节点负责接收来自共识
节点的区块，将合法的区块加入本地，从而存储和维护区块链账本。
[0025]具体地，生成交易的过程，包括以下步骤：
[0026]步骤2.1：供应链参与者以客户端节点的身份，将各自环节的数据生成交易，并签名发送到区块链网络中。
[0027]步骤2.2：根据交易的智能合约调用执行顺序，将交易抽象为有向无环图，将具有相同有向无环图的交易划分为同一类交易。
[0028]步骤3：交易共识。
[0029]从区块链的记账节点中选出共识节点对交易投票，完成对交易的验证和确认。
[0030]本专利技术优化了拜占庭容错共识算法，将共识分为强共识和弱共识两种模式。不同类型的交易执行所需要的能耗和时间有所差异，需为不同类型的交易分配恰当的共识模式来提升系统性能。因此，共识算法的优化目标是在有限的能源消耗下尽可能减少共识时间消耗。
[0031]具体地，交易共识包括以下步骤：
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：数据收集；首先，数字供应链孪生中的物理孪生体收集舰船供应链中产生的数据；舰船供应链的数字孪生体通过实时更新收集到的数据来对应物理供应链的状态变化；其中，收集的数据按照密级进行加密处理，非涉密数据则无需加密；步骤2：生成交易；在数字供应链孪生中，使用区块链作为数字孪生体的存储层；基于智能合约，收集供应链中各参与方在区块链系统上的数据交换、流转、使用过程中产生的日志数据，以及附加数据流转事件中的使用者、使用对象、使用方式、使用时间信息，将其作为溯源关键数据，并以不可篡改的方式记录在区块链账本上；区块链的节点，按功能职责划分，包括客户端节点、记账节点和对等节点，其中，客户端节点生成交易后向区块链网络发送交易申请；记账节点用来支持共识流程，对交易进行排序来实现交易顺序的全局一致性，并将交易打包成区块；对等节点负责接收来自共识节点的区块，将合法的区块加入本地，从而存储和维护区块链账本；供应链参与者以客户端节点的身份，将各自环节的数据生成交易，并签名发送到区块链网络中；根据交易的智能合约调用执行顺序，将交易抽象为有向无环图，将具有相同有向无环图的交易划分为同一类交易；步骤3：交易共识；从区块链的记账节点中选出共识节点对交易投票，完成对交易的验证和确认，包括以下步骤：步骤3.1：为每种类型的交易分配共识模式和共识计算节点，共识分为强共识和弱共识两种模式；步骤3.2：在记账节点中，选择3f+1个节点作为共识节点参与交易的共识过程，f为最大容忍的恶意节点数，从中选择一个主共识节点，负责生成和广播区块；在强共识模式下，共识节点数量超过记账节点的1/2；在弱共识模式下，共识节点数量不超过记账节点的1/2；步骤3.3：主共识节点为交易分配一个序列号；共识节点广播一个预准备验证消息PrePre，每个共识节点验证该PrePre消息，然后向其他所有共识节点广播一个准备消息Pre；当一个共识节点在收到PrePre消息后又收到了2f个Pre消息时，该共识节点向其他共识节点广播提交消息Comm；当一个共识节点收到2f+1条提交消息Comm时，认为区块链系统对该交易达成了共识；步骤3.4：共识节点执行达成共识的交易，并将交易的执行结果发送给主共识节点；当主共识节点收到超过f+1条对同一序列号的交易的相同执行结果时，认为该交易合法；步骤3.5：当接收到指定数量的交易或当前块时间结束，出现上述任何一种情况时，主共识节点将当前块时间内收到的合法交易进行排序，将排序后的交易打包进一个区块，并向区块链中所有的对等节点广播该区块；
步骤3.6：对等节点收到区块后进行验证，验证后的合法区块添加到各自的区块链账本中；由此保证账本数据一致；步骤4：数据溯源，包括密文数据和明文数据；针对链上密文数据，采用基于文本的密文检索机制，包括以下步骤：步骤4.1：数据持有者对其持有的文档集合生成安全的索引，并与加密的文档集一起存储到区块链账本中；步骤4.2：查询者作为溯源数据的请求访问主体完成身份认证，从而避免溯源数据在使用过程中的非法访问和泄露等问题；步骤4.3：查询者将查询短语发送给数据持有者，数据持有者基于该查询短语生成对于的查询陷门，然后将查询陷门发送给查询者；步骤4.4：查询者利用获得的查询陷门，从区块链账本中筛选出包含指定数据的区块链事务信息；查询者在数据持有者的帮助下，解密从区块链账本中获得的数据资料，得到对应得明文查询结果；针对链上明文数据，采用外联数据库法和内置索引法来构建舰船供应链查询层，首先，采用外联数据库法，授权用户通过数据监听将当前的区块链数据读取到本机构可信数据库中进行查询分析；之后，采用内置索引法，将查询层建立在区块链系统内部，通过在区块链账本中设置主键索引和辅助索引；根据实际需求将查询字段设置辅助索引指向主键，然后根据主键索引找到相关溯源数据的存储位置，分两阶段完成溯源数据查询。2.如权利要求1所述的一种基于区块链的舰船数据可信溯源方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖珂珂，张悦，祝烈煌，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：