CN113031968B - 编排图驱动的区块链流程执行系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编排图驱动的区块链流程执行系统及其使用方法。该系统提出了存储流程模型数据和流程实例数据的通用智能合约，通过复用链上编排模型数据的方式发布模型的版本数据，同时引入投票机制来去除传统版本控制方法中的中央控制者，最后根据版本数据引用的模型数据来创建编排实例，按照编排实例绑定的模型数据中的消息交互顺序来推进业务流程的执行。使用本方法可以解决跨组织业务流程的信任缺失问题，并且基于数据复用和投票机制的版本控制方法有着降低区块链gas消耗和不需要中央管理者参与的优点。

Description

编排图驱动的区块链流程执行系统及其使用方法

技术领域

本发明属于业务流程管理技术领域，尤其涉及编排图驱动的跨组织业务流程系统和模型的去中心化版本控制方法。

背景技术

业务流程管理技术与业务流程的设计、执行、监视和改进有关。业务流程中涉及了大量相互关联的活动、事件和决策，相应的业务流程管理系统为企业提供了设计、记录和执行其业务流程的功能。然而随着业务变得越来越复杂，更多的业务流程可能涉及到多个来自于不同组织的参与方，这使得从全局的角度来管理整个业务流程的难度不断增加，而在跨组织流程执行过程中组织之间产生的冲突也因为各个参与者只信任自身的业务流程执行数据而变得难以解决。

现有的业务流程系统主要使用业务流程模型驱动方法。表示业务流程模型的BPMN2.0规范包括流程图、协作图和编排图，其中流程图与协作图已经在许多业务流程管理系统中被使用，而编排图由于缺少中央控制器与中央编排数据支持等局限性还没有在业界得到广泛的应用，目前只作为一种概念模型来描述不同组织参与者在业务流程执行过程中的预期行为。然而，编排图对于跨组织的业务流程模型中的交互信息的描述，以及组织视角的流程执行存在着重大的意义。

传统的跨组织业务流程往往需要一个受到各方信任的中央管理者来进行业务流程的协调执行，在不同组织之间的消息交互场景中，流程集成一般是在中央管理者的帮助下进行的。中央管理者在业务流程执行的过程中负责协调流程的执行，对于流程执行过程中产生的纠纷进行仲裁，往往由可信任第三方来担任，而相关组织可能需要为此付出额外的费用来保证业务流程的可靠执行。特别地，对于跨越组织的全局业务流程模型的版本管理更受限于此，即参与者可能通过修改业务流程模型来使自己获利，因此对于模型的版本管理需要受信任的中央管理者来进行管理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了编排图驱动的区块链流程执行系统及其使用方法，该系统可以支持基于编排图的业务流程模型的区块链上执行过程，并且通过基于投票机制的版本管理方法，解决传统业务流程系统中编排图版本管理方法需要中央管理者的问题，。

编排图驱动的区块链流程执行系统包括链上部分和链下部分。其中链上部分包括投票合约、访问控制合约以及编排合约；链下部分包括编排图建模器、翻译器、部署器、事件监听器以及前端操作界面。

投票合约基于投票机制，用于管理编排合约中编排模型的版本发布提案，版本发布提案中包括版本id、对应的编排合约地址、在编排合约中的版本id、提案状态、参与者投票状态、提案通过所需票数、收到的通过票数和收到的反对票数。

访问控制合约用于控制编排合约的访问控制权限，包括业务流程合约、参与者和角色三种类型的数据。其中业务流程合约数据包括编排合约名称、角色id数组、参与者地址数组；参与者数据包括自增主键、参与者备注、参与者公钥、参与者投票权重；角色数据包括自增主键、角色描述、参与者角色映射。

编排合约中注册了投票合约与访问控制合约的合约地址，还存储了编排模型的模型数据、版本数据和编排实例数据；其中编排模型的模型数据由BPMN2.0编排模型文件中解析得到，包括通过区块链交易的方式存储的元素和消息两类数据，元素数据中存储了元素执行的顺序关系，包括开始事件、结束事件、编排任务、互斥网关与并行网关；消息数据用于标识编排模型执行过程中不同组织的交互信息，包括请求消息和回复消息。版本数据能够通过复用未被更改的元素数据来降低区块链gas消耗，包括版本id、元素版本数组、消息版本数组、开始事件和版本状态。编排实例数据包括编排实例在执行过程中涉及的元素状态与消息的具体内容。

链下部分的编排图建模器用于创建编排模型，翻译器用于解析编排模型，部署器用于部署链上的投票合约、访问控制合约以及编排合约，事件监听器用于监听链上编排合约中的编排实例执行操作和投票合约中的版本发布提案操作，前端操作界面用于进行链上数据查看与操作。

编排图驱动的区块链流程执行系统的使用方法具体包括以下步骤：

步骤一、使用部署器在区块链平台上部署一个投票合约与一个访问控制合约，记录两个合约的地址。然后部署一个编排合约用于存放编排模型，并将部署的投票合约与访问控制合约的地址也存储在编排合约中。

步骤二、利用编排图建模工具构建跨组织业务流程的编排模型，使用翻译器解析编排图模型文件，将编排模型中包含的元素和消息两类数据存储于步骤一部署的编排合约中，然后在编排合约中发布编排模型的版本数据。

步骤三、步骤二发布编排模型的版本数据后，通过编排合约在投票合约中发起相应的版本发布提案，并且触发区块链事件，链下监听器对该事件进行监听并且通知访问控制合约中的流程参与者，参与者对提案进行投票，投票合约根据参与者的投票权重记录提案的票数，当提案通过票数达到提案需求通过票数时将修改编排合约中版本数据的状态，该版本数据所引用的编排模型将作为正式运行的编排模型用以创建编排实例。

作为优选，投票合约中包括授权机制，参与者能够将自己的投票权授权给同一个编排合约的参与者。

步骤四、当编排合约中存在已经通过版本发布提案的版本数据时，编排合约将创建编排实例，初始化编排实例的元素状态，并且自动触发开始事件的状态转化函数，启用下一元素。

步骤五、在步骤四创建的编排实例中增加活动消息，消息的接收者收到消息后根据消息的实际内容选择接收或者拒绝；当活动所需的所有消息都处于已接受的状态时自动触发该活动的状态转换函数，按照编排模型中元素数据的先后顺序关系执行，当遇到决策网关时，按照网关元素内部绑定的决策条件以及在该网关之前传入的消息中含有的影响决策的变量值来决定下一个启用的元素，直至启用结束事件时实例执行完成。

本发明具有以下有益效果：

通过解析编排图流程模型并将模型导入至编排合约的模型数据中，每个编排合约存储对应编排模型的模型数据、版本数据和编排实例数据，流程参与者通过修改链上模型数据、添加新的版本数据的方式来对于当前的链上模型进行版本迭代更新，这种版本控制的方法不需要可信的第三方来进行担保或者操作，而是以投票决策的方式来进行，与传统的跨组织业务流程执行系统相比，引入区块链的智能合约来解决跨组织业务流程执行系统中需要中央管理者的问题，并且将编排模型用于区块链业务流程执行系统中。

附图说明

图1为编排图驱动的区块链流程执行系统结构图；

图2为实施例中编排合约结构图；

图3为编排图驱动的区块链流程执行系统使用流程图；

图4为实施例中版本数据示例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的解释说明；

如图1所示，编排图驱动的区块链流程执行系统包括链上部分和链下部分。其中链上部分包括三个通用的智能合约，分别为投票合约、访问控制合约以及编排合约，其中访问控制合约与投票合约为单例合约，与编排合约在数量上存在1:1:n的关系；链下部分包括编排图建模器、翻译器、部署器、事件监听器以及前端操作界面。

投票合约基于投票机制，用于管理编排合约中编排模型的版本发布提案，版本发布提案为一个通用的结构体，包括标识提案的标识id、提案对应的编排合约地址address、在编排合约中标识版本id的versionId、提案状态status，包括发起、通过和拒绝三种、参与者投票状态voteMap、提案通过所需票数voteCount、收到的通过票数voteNow和收到的反对票数rejectNow。提案的投票权自动分配给访问控制合约中对应合约地址的编排合约中所有流程参与者。

访问控制合约用于控制编排合约的访问控制权限，包括三个通用数据结构体BpmContract、Participant和Role，分别业务流程合约、参与者和角色三种类型的数据。其中业务流程合约数据包括编排合约名称name、角色id数组roleIds、参与者地址数组participantAddrs；参与者数据包括自增主键id、参与者备注des、参与者公钥publicKey、参与者投票权重weight；角色数据包括自增主键id、角色描述des、参与者角色映射participantJudge。与相应编排合约相关的数据由编排合约的创建者导入，其数据的可靠性由区块链上不可更改的交易内容来保证。

编排合约是跨组织业务流程执行的核心智能合约；如图2所示，编排合约中注册了投票合约与访问控制合约的合约地址，为了降低区块链gas消耗，还存储了编排模型的模型数据、版本数据和编排实例数据，其中编排模型的模型数据由BPMN2.0编排模型文件中解析得到，包括通过区块链交易的方式存储的元素和消息两类数据，元素数据中存储了元素执行的顺序关系，包括开始事件、结束事件、编排任务、互斥网关与并行网关；消息数据用于标识编排模型执行过程中不同组织的交互信息，包括请求消息和回复消息。版本数据包括版本id、元素版本数组、消息版本数组、开始事件和版本状态。编排实例数据包括编排实例在执行过程中涉及的元素状态与消息的具体内容。

链下部分的编排图建模器用于创建编排模型，翻译器用于解析编排模型，部署器用于部署链上的投票合约、访问控制合约以及编排合约，事件监听器用于监听链上编排合约中的编排实例执行过程和投票合约中的版本发布提案，前端操作界面进行链上数据查看与操作。

如图3所示，编排图驱动的区块链流程执行系统的使用方法具体包括以下步骤：

步骤一、项目发起者使用部署器在区块链平台上部署一个投票合约与一个访问控制合约，并记录两个合约的地址。然后部署一个编排合约用于存放编排模型，并将部署的投票合约与访问控制合约的地址也存储在编排合约中。项目发起者在访问控制合约中注册一个业务流程合约的结构体，然后将该流程中的所有参与者及其角色注册到该结构体中。编排流程发起者由业务流程中的任何参与者担任，不再需要额外的可信的第三方来担任，相关数据的可靠性由区块链中不可更改的交易内容来进行保证。投票合约与访问控制合约的部署成本由项目发起者负担，编排合约的部署成本由项目发起者负担或流程参与者协商负担。

步骤二、采用模型驱动方法，使用BPMN2.0规范中的编排图来描述跨组织的业务流程执行过程，编排活动的状态变更由消息的发送和接收来推动，利用编排图建模工具构建跨组织业务流程的编排模型，使用链下翻译器解析编排图模型文件，将编排模型中包含元素和消息两类数据通过调用编排合约中的链上函数方式存储于编排合约中，完成编排模型的模型数据导入后，然后在编排合约中发布编排模型的版本数据。后续可以在每个元素和消息上追加新的模型数据。

步骤三、传统的区块链上版本控制方法为每个编排模型版本创建一个编排合约，但在编排模型的演化过程中，业务流程的变化是缓慢的，每个版本的编排模型可能只有几个活动的变化，在区块链同一编排合约内复用模型数据能够减少冗余数据，降低链上数据存储的gas消耗，同时将不同的版本数据存储于同一编排合约有助于分析流程模型的演化过程，每个流程参与者对于模型数据的修改操作都能够在区块链的交易中追溯。如图4所示，版本1编排图为首次发布的版本数据，然而随着时间的变化，编排业务流程模型需要新增一个带有发送消息4和回复消息5的任务C，在模型数据中由于任务B和结束事件的执行顺序关系发生了改变，所以新的版本数据中需要模型数据中的任务B和结束事件发布新的版本，同时增加任务C和属于任务C的消息4、消息5相关的模型数据。而开始事件、任务A、消息1、消息2和消息3在两个版本数据内引用的模型数据中没有发生改变，因此能够作为两个版本的公共数据来使用。由此可见，通过不同版本数据复用相同模型数据的方法，能够有效降低合约存储模型数据的gas消耗。步骤二发布编排模型的版本数据后，通过编排合约在投票合约中发起相应的版本发布提案，并且触发区块链事件，链下监听器对该事件进行监听并且通知访问控制合约中的流程参与者，参与者对提案进行投票，投票合约根据参与者的投票权重记录提案的票数，编排合约根据票数修改对应版本编排模型的状态，状态为投票通过的版本发布提案将作为正式运行的编排模型用以创建编排实例。投票合约中还包括授权机制，参与者能够将自己的投票权授权给同一个编排合约的参与者。

步骤四、当编排合约中存在已经通过版本发布提案的版本数据时，编排合约将创建编排实例，初始化编排实例的元素状态，并且自动触发开始事件的状态转化函数，启用下一元素。

步骤五、在步骤四创建的编排实例中增加活动消息，消息的接收者收到消息后根据消息的实际内容选择接收或者拒绝；当活动所需的所有消息都处于已接受的状态时自动触发该活动的状态转换函数，按照编排模型中元素数据的先后顺序执行与触发事件，当遇到决策网关时，按照网关元素内部绑定的决策条件以及在该网关之前传入的消息中含有的影响决策的变量值来决定下一个启用的元素，直至触发结束事件。

对于编排图驱动的业务流程执行系统，重点在编排的交互消息上，对于交互的消息按照编排实例中引用的消息的模型数据结构来进行发送，在模型数据中绑定的是消息的id、需求数组、发送者角色、接收者角色等相关数据，对于实例中的消息数据，消息结构体包含消息的id、消息的版本号、消息的实际内容、消息的状态、消息发送者与接收者、消息的传入参数内容等数据，由于需求数组中的变量名对应的实际值在运行过程中会影响到编排模型的网关决策结果，往往需要被所有的流程参与者感知，因此相关变量实际值需要在编排实例全局变量中存储，而决策条件被绑定到模型数据中的元素内，在流程执行到网关元素时会根据流程实例中相应的变量值和网关元素内绑定的决策条件来启用符合条件的元素。

对于组织之间交互消息的内容，将其分为需要被流程参与者感知的必要数据和能够使用非对称加密算法进行加密的消息数据。对于前者，相应的变量名称加入到模型数据中消息的需求数组中，在编排实例中发送相应消息时需要带有需求数组中变量的实际值；对于消息数据，在编排实例的消息中统一使用通用的string字段来进行存储，消息发送者根据个人和流程的需要选择公开或者加密消息数据。流程参与者在注册到访问控制合约中的参与者身份时公开自己的公钥，在编排实例中发送消息时，发送方根据接收方公布的公钥对该消息数据进行加密，接收方使用私钥对消息数据进行解密，然后根据消息数据的实际内容选择接受或者拒绝该消息，当活动中的所有消息都处于已接受状态时会自动触发活动状态转换函数，将消息所属的任务状态转换为已完成状态并且启动后继任务，直至触发结束事件。

Claims (3)

1.编排图驱动的区块链流程执行系统，其特征在于：该系统包括链上部分和链下部分；其中链上部分包括投票合约、访问控制合约以及编排合约；链下部分包括编排图建模器、翻译器、部署器、事件监听器以及前端操作界面；

投票合约基于投票机制，用于管理编排合约中编排模型的版本发布提案，版本发布提案中包括版本id、对应的编排合约地址、在编排合约中的版本id、提案状态、参与者投票状态、提案通过所需票数、收到的通过票数和收到的反对票数；

访问控制合约用于控制编排合约的访问控制权限，包括业务流程合约、参与者和角色三种类型的数据；其中业务流程合约数据包括编排合约名称、角色id数组、参与者地址数组；参与者数据包括自增主键、参与者备注、参与者公钥、参与者投票权重；角色数据包括自增主键、角色描述、参与者角色映射；

编排合约中注册了投票合约与访问控制合约的合约地址，还存储了编排模型的模型数据、版本数据和编排实例数据；其中编排模型的模型数据由BPMN2.0编排模型文件中解析得到，包括通过区块链交易的方式存储的元素和消息两类数据，元素数据中存储了元素执行的顺序关系，包括开始事件、结束事件、编排任务、互斥网关与并行网关；消息数据用于标识编排模型执行过程中不同组织的交互信息，包括请求消息和回复消息；版本数据通过复用未被更改的元素数据降低区块链的gas消耗，包括版本id、元素版本数组、消息版本数组、开始事件和版本状态；编排实例数据包括编排实例在执行过程中涉及的元素状态与消息的具体内容；

链下部分的编排图建模器用于创建编排模型，翻译器用于解析编排模型，部署器用于部署链上的投票合约、访问控制合约以及编排合约，事件监听器用于监听链上编排合约中的编排实例执行操作和投票合约中的版本发布提案操作，前端操作界面用于进行链上数据查看与操作。

2.如权利要求1所述编排图驱动的区块链流程执行系统的使用方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

步骤一、使用部署器在区块链平台上部署一个投票合约与一个访问控制合约，记录两个合约的地址；然后部署一个编排合约用于存放编排模型，并将部署的投票合约与访问控制合约的地址也存储在编排合约中；

步骤二、利用编排图建模工具构建跨组织业务流程的编排模型，使用翻译器解析编排图模型文件，将编排模型中包含的元素和消息两类数据存储于步骤一部署的编排合约中，然后在编排合约中发布编排模型的版本数据；

步骤三、步骤二发布编排模型的版本数据后，通过编排合约在投票合约中发起相应的版本发布提案，并且触发区块链事件，链下监听器对该事件进行监听并且通知访问控制合约中的流程参与者，参与者对提案进行投票，投票合约根据参与者的投票权重记录提案的票数，当提案通过票数达到提案需求通过票数时将修改编排合约中版本数据的状态，该版本数据所引用的编排模型将作为正式运行的编排模型用以创建编排实例；

步骤四、当编排合约中存在已经通过版本发布提案的版本数据时，编排合约将创建编排实例，初始化编排实例的元素状态，并且自动触发开始事件的状态转化函数，启用下一元素；

步骤五、在步骤四创建的编排实例中增加活动消息，消息的接收者收到消息后根据消息的实际内容选择接收或者拒绝；当活动所需的所有消息都处于已接受的状态时自动触发该活动的状态转换函数，按照编排模型中元素数据的先后顺序关系执行，当遇到决策网关时，按照网关元素内部绑定的决策条件以及在该网关之前传入的消息中含有的影响决策的变量值来决定下一个启用的元素，直至启用结束事件时实例执行完成。

3.如权利要求2所述编排图驱动的区块链流程执行系统的使用方法，其特征在于：投票合约中包括授权机制，在投票阶段参与者能够将自己的投票权授权给同一个编排合约的参与者。

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