CN108921329B - 一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法 - Google Patents

一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法，用于解决传统食品交易中因信息不对称造成的交易配置错位以及交易记录易被恶意篡改等问题。包括：依据供需双方的信息集合，由联盟区块链中调度节点运行交易优化匹配算法，为交易双方选出优化的交易组合方案，利用在线双向拍卖机制消除不同买家对于相同的卖家组合存在的竞争关系，提升交易效率并确保公平性；对于实际达成的交易意向，通过智能合约使交易双方实现自动交易，交易完成后智能合约和交易信息被交易双方加密后上传给调度节点审计，采用改进PBFT共识算法，通过对比实际交易信息与调度节点内置缓存表中的交易组合方案避免了交易信息的不一致，保障了记录到区块链中的交易信息的有效性。

Description

一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法
技术领域
本发明涉及食品市场自动交易领域，具体涉及一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法。
背景技术
传统食品交易市场中由于产业链条过长，交易成本过高造成交易效率低下的问题一直困扰着人们。随着互联网技术的发展，将自动交易思想引入食品交易领域可以缩短交易链条，降低交易成本以及减少交易时间，大大提高了交易的效率。但是食品自动交易机制的实现存在着诸多障碍，如复杂食品供应链上多元利益主体之间信息的不对称，使得食品交易组合方案能否实现资源的优化配置，同时交易平台能否保证交易信息的真实可靠性等问题。区块链技术正是一种去中心化、去信任化、不可篡改的公开账本技术，在食品自动交易领域引入区块链技术，通过智能合约可实现供需双方的自动交易，同时交易记录的不可篡改性，可塑造交易主体间非人格化的信任关系，保证了双方的交易安全，因此在食品交易领域中引入区块链技术具有重要的现实应用价值。
发明内容
本发明技术解决问题：克服传统食品交易市场中自动交易技术因交易多方信息不对称造成的交易配置错位以及交易记录易被恶意篡改等问题，本发明提供一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法，能够基于供需信息计算出优化的交易组合方案来实现资源的合理配置；在区块链平台中利用智能合约技术实现买卖双方的自动交易，并保证交易记录的可信任问题。
本发明技术解决方案：依据供需双方的信息集合，由联盟区块链中调度节点运行交易优化匹配算法，为交易双方选出优化的交易组合方案，并且利用在线双向拍卖机制实现买卖双方的价格博弈，保障了双方的权益以及确保了交易的公平性；对于实际达成的交易意向，通过智能合约使交易双方实现自动交易，交易完成后智能合约和交易信息被交易双方加密后上传给调度节点审计，采用改进PBFT共识算法，通过对比实际交易信息与调度节点内置缓存表中的交易组合方案避免了交易信息的不一致，保障了记录到区块链中的交易信息的有效性。
本发明提供的基于区块链技术的食品交易优化匹配方法，包括以下步骤：
步骤(1)交易发起方用户节点向联盟链中距离最近的调度节点发送其供求信息，交易发起方用户节点为买方或卖方用户节点，根据其供求信息确定其作为买方或卖方；调度节点收到供求信息后记录到内置缓存表中，同时供求信息被上传至中心交易池中；中心交易池按照食品的类型、数量、供需双方的地址属性对交易信息进行分组；
步骤(2)调度节点集群(调度节点1～N)依据中心交易池中的供求信息运行交易优化匹配算法，为发起交易的用户节点选出最佳交易组合；调度节点将最佳交易组合方案记录在内置缓存表中，同时将最佳交易组合方案发送给与之通信的交易发起方用户节点；最佳交易组合方案中的买方与卖方用户节点收到信息后，利用在线双向拍卖机制进行交易价格博弈；
步骤(3)买卖双方确定交易价格后，系统自动生成智能合约，智能合约由双方签名后加密上传给距离最近的调度节点；调度节点将交易信息和内置缓存表中的记录进行对比，如果一致，则签名并盖上时间戳；然后调度节点将签名的合约广播给其他调度节点；其他调度节点也执行上述过程来审计交易信息；根据改进的PBFT共识规则，当某一合约的签名认证数量超过全网调度节点总数一半以上时，便认为共识达成一致；
步骤(4)调度节点将共识达成一致后的交易信息记录在区块链中，该记录可全公开，可供交易双方以及授权的用户查看。
进一步的，上述基于区块链技术的食品交易优化匹配方法中，所述步骤(2)中，在假定运费等费用均是由买家承担的前提下，买家运输过程中的损失价值量由运输成本和运输时间造成的食品损耗价值组成：
Figure GDA0003173000830000031
其中cij为运往各地的单位运费，xij为运往各地的食品数量，i,j代表食品的产地标号和销往地标号，m,k代表食品的产地和销往地总数，λ代表单位运量的损失价值，w表示运输总量。
选择最佳交易组合的方式如下：在步骤(2)中，假设买家的需求总量为w，运行算法选择最佳交易组合时需要两个参数：运输过程中买家的价值损失量v以及当前食品的需求量n，即当前组合方案中买家的剩余需求量n[i]，；最佳交易组合的判定原则为组合方案中卖家食品供应量之和能够最大满足买家需求总量w，同时买家的价值损失量∑v最小，其计算公式为：
Figure GDA0003173000830000032
其中二维数组f[i][n]表示组合方案中第i个供应商的食品供给量为n。
进一步的，上述基于区块链技术的食品交易优化匹配方法中，在步骤(2)中，买卖双方采用在线双向拍卖机制，由调度节点发起拍卖，相关用户节点根据意愿选择是否参与，经过几轮报价之后确定最后的交易价格与交易双方，由于竞拍的过程本质上是商家之间的博弈过程，且属于不完全信息博弈，使得竞拍效率最大的公式如下：
Figure GDA0003173000830000033
Figure GDA0003173000830000034
其中ai表示第i个买方的报价，vi代表第i个买方的估价，Vmin代表市场公布的最低报价，Vmax为市场公布的最高报价，bj表示第j个卖方的报价，mj表示第j个卖方的成本；此时，交易发起方用户节点最后的交易组合是通过竞拍之后得到的交易对象组合。
进一步的，上述基于区块链技术的食品交易优化匹配方法中，在执行步骤(3)之前还包括：针对最佳交易组合方案，对买卖双方交易价格是否达成一致进行判断：若买卖双方通过在线双向拍卖机制确定交易价格，则系统自动生成一份智能合约，按照步骤(3)进行合约的执行；若买卖双方就交易价格没有达成一致，则该最优交易组合方案失效并通知调度节点，调度节点更新内置缓存表中的供需信息状态，并重复步骤(2)的操作，直到满足交易发起方用户节点要求为止。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)相比现有技术，本发明根据影响食品价值的因素给出了运输过程中买家损失价值量的计算公式，提取了两个主要的影响因子。本发明根据动态规划算法为用户找到全局最优的交易组合方案，实现了全市场范围内的资源优化配置；
(2)相比现有技术，本发明利用在线双向拍卖机制实现交易双方的价格博弈，保证交易双方的利益公平性与利益均衡化；
(3)相比现有技术，本发明改进了PBFT共识机制，提升了系统业务的处理效率，同时利用智能合约与区块链平台特性保证了交易效率，提高了交易安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明模型的交易过程图；
图2为本发明中改进后的PBFT共识流程图；
图3为本发明中智能合约的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行描述，其中附图1描述了基于区块链网络和自动交易机制的食品自动交易方法的处理过程。
如图1所示，本发明提供的基于区块链技术的食品交易优化匹配方法，具体的实现步骤：
步骤(1)交易发起方用户节点1向联盟链中距离最近的调度节点i发送其需求信息，交易发起方用户节点2也向联盟链中距离最近的调度节点i发送供应信息；调度节点i收到供求信息后记录到内置缓存表中，同时供求信息被更新至中心交易池中；中心交易池按照食品的类型、数量、供需双方的地址属性对交易信息进行分组；
步骤(2)联盟链中调度节点集群(调度节点1～N)依据中心交易池中的供求信息运行交易优化匹配算法，为发起交易的用户节点选出最佳交易组合；调度节点将最佳交易组合方案记录在内置缓存表中，同时将最佳交易组合方案发送给与之通信的交易发起方用户节点；最佳交易组合方案中的买方与卖方用户节点收到信息后，利用在线双向拍卖机制进行交易价格博弈。该步骤详细过程如下：
1.调度节点集群(调度节点1～N)设置统一作业时间t，在t时刻调度节点集群与中心交易池进行供求信息同步操作，各调度节点更新缓存表内容，在假定运输费用均是由买家承担的前提下，买家运输过程中的损失价值量由运输成本和运输时间造成的食品损耗价值组成：
Figure GDA0003173000830000051
其中cij为运往各地的单位运费，xij为运往各地的食品数量，i,j代表食品的产地标号和销往地标号，m,k代表食品的产地和销往地总数，λ代表单位运量的损失价值，w表示运输总量。
2.依据供求信息运行优化匹配算法为网络中的用户节点选出最佳的交易组合方案，假设买家的需求总量为w，运行算法选择最佳交易组合时需要两个参数：运输过程中买家的价值损失量v以及当前食品的需求量n(即当前组合方案中买家的剩余需求量)；最佳交易组合的判定原则为组合方案中卖家食品供应量之和能够最大满足买家需求量w，同时买家的价值损失量∑v最小，其计算过程为：
定义一个二维数组f[i][n]，表示在前i批食品中选出若干批，并对这几批食品的供给量进行加和后能够极大满足买家需求量n，此时买家可以取得的最小的价值损失量。假设前i-1件食品已经全部被选择，此时，剩余的需求量为n，此时的价值为f[i-1,n]。有下面三种情况：
(1).当i＝0或n＝0时，f[i][n]等于0。表示只要i或n有一个取0，无论另一个的取值为多少，f[i][n]的结果最后为0；
(2).当第i件食品的供给量大于当前的需求量n，价值量还是f[i-1,n]；
(3).当满足第i件食品的编号大于0且供给量小于当前的需求量时，对于第i件食品将有两种选择：放入数组和不放入数组。如果选择不放入，此时的价值仍是f[i-1,n]，若是选择放入，此时的价值变为f[i-1][n-n[i]]+v[i]。两者进行比较后选出值最大，即损失价值量最小的。以此来判定第i件物品是否放入。该算法满足如下公式：
Figure GDA0003173000830000061
3.调度节点将计算得到的最佳交易组合方案发送至距离最近的交易发起方用户节点，同时组合方案记录在调度节点的内置缓存表中；交易组合方案中的买方与卖方用户节点收到信息后，利用在线双向拍卖机制进行交易价格博弈；由调度节点发起拍卖，相关的用户节点根据意愿选择是否参与，经过几轮报价之后确定最后的交易双方，由于竞拍的过程本质上是商家之间的博弈过程，且属于不完全信息博弈，使得竞拍效率最大的公式如下：
Figure GDA0003173000830000071
Figure GDA0003173000830000072
其中ai表示第i个买方的报价，vi代表食品对第i个买方的估价，Vmin代表市场公布的最低报价，Vmax为最高报价，bj表示第j个卖方的报价，mj表示第j个卖方的成本。
步骤(3)买卖双方确定交易价格后，系统自动生成一份智能合约，智能合约格式如图2所示。智能合约由双方签名后触发交易，然后合约经过加密后上传给距离最近的调度节点；调度节点将交易信息和内置缓存表中的记录进行对比，如果一致，则签名并盖上时间戳,然后调度节点将交易信息广播给其他调度节点。其他调度节点也执行上述过程来审计交易信息，根据改进的PBFT共识规则，当最后的结果是签名的节点数量超过节点总数的一半以上时(例如51％)，便默认为达成共识，共识流程如图3所示；若买卖双方就交易价格没有达成一致，则该交易组合方案失效并通知调度节点，调度节点更新内置缓存表中的供需信息状态，并重复步骤(2)的操作，直到满足交易发起方用户节点要求为止。
步骤(4)共识达成后，调度节点将共识达成一致后的交易信息记录在区块链中，该记录可全公开，可以交易双方以及授权的用户查看。这笔交易会记录在区块中，然后区块会被记录到区块链中。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种基于区块链技术的食品交易优化匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)交易发起方用户节点向区块链中距离最近的调度节点发送其供求信息，交易发起方用户节点为买方或卖方用户节点，根据其供求信息确定其作为买方或卖方；调度节点收到供求信息后记录到内置缓存表中，同时供求信息被上传至中心交易池中；中心交易池按照食品的类型、数量、供需双方的地址属性对交易信息进行分组；
步骤(2)调度节点集群中的调度节点1～N依据中心交易池中的供求信息运行交易优化匹配算法，为交易发起方用户节点选出最佳交易组合；调度节点将最佳交易组合方案记录在内置缓存表中，同时将最佳交易组合方案发送给与之通信的交易发起方用户节点；最佳交易组合方案中的买方与卖方用户节点收到信息后，利用在线双向拍卖机制进行交易价格博弈；
步骤(3)买卖双方确定交易价格后，系统自动生成智能合约，智能合约由双方签名后加密上传给距离最近的调度节点；调度节点将交易信息和内置缓存表中的记录进行对比，如果一致，则签名并盖上时间戳；然后调度节点将签名的合约广播给其他调度节点；其他调度节点也将交易信息和内置缓存表中的记录进行对比来审计交易信息；根据改进的PBFT共识规则，当某一合约的签名认证数量超过全网调度节点总数一半以上时，便认为共识达成一致；
步骤(4)调度节点将共识达成一致后的交易信息记录在区块链中，该记录可全公开，可供交易双方以及授权的用户查看；
所述步骤(2)中，在假定运费等费用均是由买家承担的前提下，买家运输过程中的损失价值量v由运输成本和运输时间造成的食品损耗价值组成：
Figure FDA0003184067160000021
其中cij为运往各地的单位运费，xij为运往各地的食品数量，i,j代表食品的产地标号和销往地标号，m,k代表食品的产地和销往地总数，λ代表单位运量的损失价值，w表示运输总量；
选择最佳交易组合的方式如下：在步骤(2)中，假设买家的需求总量为w，运行算法选择最佳交易组合时需要两个参数：运输过程中买家的价值损失量v以及当前食品的需求量n，即当前组合方案中买家的剩余需求量n[i]；最佳交易组合的判定原则为组合方案中卖家食品供应量之和能够最大满足买家需求总量w，同时买家的价值损失量Σv最小，其计算公式为：
Figure FDA0003184067160000022
其中二维数组f[i][n]表示在前i批食品中选出若干批，并对这几批食品的供给量进行加和后能够满足买家需求量n，此时买家取得的最小的价值损失量，假设前i-1批食品全部被选择，此时剩余的需求量为n，此时的价值损失量为f[i-1,n]，f[i-1][n-n[i]]+v[i]表示选定第i批食品后的价值损失量，n[i]表示当前组合方案中买家的剩余需求量；
在步骤(2)中，买卖双方采用在线双向拍卖机制，即由调度节点发起拍卖，相关用户节点根据意愿选择是否参与，经过几轮报价之后确定最后的交易价格与交易对象，由于竞拍的过程本质上是商家之间的博弈过程，且属于不完全信息博弈，使得竞拍效率最大的公式如下：
Figure FDA0003184067160000023
Figure FDA0003184067160000024
其中ai表示第i个买方的报价，vi代表第i个买方的估价，Vmin代表市场公布的最低报价，Vmax为市场公布的最高报价，bj表示第j个卖方的报价，mj表示第j个卖方的成本；此时，交易发起方用户节点最后的交易组合是通过竞拍之后得到的交易对象组合。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的食品交易优化匹配方法，其特征在于：在执行步骤(3)之前还包括：针对最佳交易组合方案，对买卖双方交易价格是否达成一致进行判断：若买卖双方通过在线双向拍卖机制确定交易价格，则系统自动生成一份智能合约，按照步骤(3)进行合约的执行；若买卖双方就交易价格没有达成一致，则该最佳交易组合方案失效并通知调度节点，调度节点更新内置缓存表中的供求信息状态，并重复步骤(2)的操作，直到满足交易发起方用户节点要求为止。
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