CN114693298B - 一种基于区块链的供应链纳什均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的供应链纳什均衡方法，该方法提出了一个基于区块链的框架来确保供应链上的透明度和安全性，同时“激励”供应链环境中的交易方行为，而且设计了一个全新的基于区块链的竞标系统，利用区块链功能来规范供应链上的所有行为。为了更好地理解网络上各方的行为以及他们行为的后果，引入了博弈论模型，以表明使用区块链网络可以更好地实现供应链均衡，并在区块链监控的供应链上为所有各方建立纳什均衡，即任何一方都不能获得比另一方更高的回报，即使他们采取了不同的策略。本发明在供应链上严格执行规章制度，从而促进多方的信任，也保障数据的安全。

Description

一种基于区块链的供应链纳什均衡方法

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于区块链的供应链纳什均衡方法。

背景技术

供应链生态系统由多个参与者共同组成，以确保从生态系统的一个点到另一个点的商品和服务的安全交付。这些各方由组织和个人组成，在供应链上扮演不同的角色。这些个人，包括供应商、零售商和送货服务商等，独立行动，有明确的目标，通过销售、组装、仓储、运输和制造这些货物和服务来确保货物和服务的安全交付。供应链参与者开展的活动旨在从服务交付中获得最大利润，为了实现这一目标，参与者优化工作流程以降低交易成本，从而参与一场竞争博弈，以降低生态系统中每笔交易的成本并最大化利润。

零售商通过要求高数量的产品来运营，这会降低每个订单的送货成本。供应商向零售商收取每单位购买产品的金额，但向零售商支付每单位未售出库存的部分成本。供应商提出与零售商分担一些风险，以换取在供应链子流程中的交易中获得高额利润。总括而言，供应商可向零售商回购未售出的产品，以确保货品的价值按市价保值，从而减低零售商所招致的风险。这种合作博弈由合同机制管理的，而合同机制用来确保参与方之间的公平。

由第三方运营的合同机制提供了一种确保各方之间协调的手段。然而，由于缺乏自我强制的信任，基于第三方的合同机制使得交易方之间难以建立关系。在许多情况下，参与者不得不妥协于既定的竞标协议，以确保和维护双方合同的可信度，这让交易参与者感到不满。

而合同机制很容易受到损害。比如，不可能防止恶意攻击者篡改合同信息，从而影响多个参与者之间分配谈判；谈判过程缺乏透明度和信任，限制了交易方之间的合作。缺乏信任会在不经意间促使交易各方采取策略，在谈判过程中增加各自的收益，同时将各自的损失降至最低。在不透明的协调机制下，交易各方自私自利，扰乱了整个供应链生态系统中各方利益的平等分配。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于区块链的供应链纳什均衡方法，该方法提出了一个基于区块链的框架来确保供应链上的透明度和安全性，同时“激励”供应链环境中的交易方行为，而且设计了一个全新的基于区块链的竞标系统，利用区块链功能来规范供应链上的所有行为。为了更好地理解网络上各方的行为以及他们行为的后果，引入了博弈论模型，以表明使用区块链网络可以更好地实现供应链均衡，并在区块链监控的供应链上为所有各方建立纳什均衡，即任何一方都不能获得比另一方更高的回报，即使他们采取了不同的策略。

供应链上的零售商R和供应商S分别代表一组零售商和一组供应商，且零售商R和供应商S的个数不需要相等，本发明的具体步骤如下：

步骤1)谈判协商：一组零售商R中的任意第i(i＝1，2，…)个零售商R_i向供应链上的一组供应商S发出请求，请求购买一种特定类型的商品G。一组供应商S中的每个供应商S_j(j＝1，2，…)选取是否参与投标，定义参与投标为动作a₁，不参与投标为动作a₂，每个供应商选取的动作集合为动作A。如果一组供应商S中有两家或者两家以上的供应商同意，竞标过程就会启动。

对于从一组动作集合A中采取的任何动作a₁或a₂。所有参与竞标的零售商和供应商都使用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)获得唯一的投标ID(即bid_ID注册投标)、公钥PK和私钥SK。将所有参与竞标的零售商和供应商的区块链地址，以及公钥PK、投标人姓名BN、投标ID、参与者角色PR，一起输入并存储到区块链中。我们将任意第i个零售商R_i和任意第j个供应商S_j之间所有交互与唯一的投标ID，即bid_ID(注册投标)相关联。可能需要的其他相关信息(如后续动态计算的最优数量Q_s、Q_r和OQ等)也被存储到任何适合的对等(P2P)网络中(对等网络，即对等计算机网络，是一种在对等者之间分配任务和工作负载的分布式应用架构，是对等计算模型在应用层形成的一种组网或网络形式)。在所有参与竞标的零售商和供应商谈判协商并启动竞标过程后，区块链上运行智能合约，将步骤1中的各个参数按照博弈论的规则进行动态计算。

步骤2)选择智能合约GT(Game Theory，博弈论)，以确保区块链上各方之间的协调，供应链上多方谈判，即供应商和零售商在区块链上的节点通过智能合约GT进行谈判协商。

步骤3)开始竞标。设置竞标时段t为

其中，T为最大竞标限制时间，m为竞标次数，在第一竞标时段设置k＝0。

在确认任意第i个零售商R_i和一组供应商S中的每个供应商S_j(j＝1，2，…)谈判协商后，区块链上的节点进入竞标出价。根据所提供的信息，计算所需指标。当供应商的最优数量等于零售商的最优数量时，供应链上建立了纳什均衡，具体过程如下：

步骤3.1)将所需指标存入区块链。进入竞标出价时段，设竞标所耗费的时间为t，初始化t＝0，t随时间增加。对于竞标ID为bid_ID的某个竞标人BN来说，将商品G的相关信息如零售价格SP、供应商数量SQ、零售商数量RQ、零售商每单位成本RPC、供应商地址SA、供应商每单位成本SPC、零售商订单规模ROS和供应商订单规模SOS等输入并存储到区块链网络中。

步骤3.2)计算供应商的最优数量。结合区块链地址中的参与者角色PR，当参与者角色PR是供应商S_j(j＝1，2，…)时，则对于竞标ID为bid_ID中分配用于按供货数量收付款的每个SA，智能合约计算每个参与的供应商S_j(j＝1，2，…)的商品供应最优数量Q_s(s＝1,2,…)，即

其中，SOS为供应商订单规模，SQ为供应商数量，SPC为供应商每单位成本。根据每个参与的供应商S_j(j＝1，2，…)的商品供应最优数量Q_s(s＝1,2,…)，零售商R_i决定购买策略，即购买每个供应商的最优数量SOQ为：Q₁,Q₂…,Q_n，其中，n为参与竞标出价的供应商数量。

步骤3.3)计算零售商的最优数量。结合区块链地址中的参与者角色PR，当参与者角色PR是零售商，则根据R_i提出的一组商品供应最优数量Q₁,…,Q_n，智能合约计算每个零售商的商品购买最优数量Q_r，即

其中ROS为零售商订单规模，RQ为零售商数量，RPC为零售商每单位成本，v为变化系数(0≤v≤1)。在零售商R_i提出的Q_r中，一组供应商S中的各个供应商分别决定自己的供应策略，即供应给零售商的商品最优数量ROQ：q₁,…,q_m，其中m为零售商数量。

步骤3.4)计算供应链的最优数量。在智能合约GT上结合供应商供应给各个零售商的最优数量ROQ，计算出供应链的商品动态存储最优数量

步骤4)依次设置k＝1，2，…，一直重复执行步骤3，并在整个重复执行的动态过程中判断是否达到纳什均衡，即如果SOQ＝ROQ＝OQ，则表明此时达到了纳什均衡，跳出步骤3的循环。此时满足等式的Q_i′和q_j′即为纳什均衡点，其中1≤i′≤n,1≤j′≤m。

步骤5)判断t是否超时。若t≤T，表明未超时则竞标出价成功并结束此轮竞标出价时段，否则竞标出价失败。

本发明使用博弈论在区块链监控的供应链上为所有各方建立供应链均衡的新设计方法。通过本方法所设计的竞标系统，并利用区块链功能来规范供应链上的所有行为，为供应链上的多方提供交易透明度。这一竞标制度规定了各方之间的谈判方式。例如，该方案允许零售商公开地从各个方面外包资源，并使供应商能够从请求列表中预测最佳数量。区块链为供应链各方之间建立起重要的关系，并在供应链上严格执行规章制度，从而促进多方的信任，也保障数据的安全。

附图说明

图1为本发明零售商和供应商交互以达到均衡的流程图；

图2为本发明区块链网络上零售商和供应商之间的互动竞价模型示意图；

图3为本发明供应链网络上基于区块链的物联网设备之间的交互示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

本实施例提供一种基于区块链的供应链纳什均衡方法，所述供应链中的零售商R和供应商S分别代表一组零售商和一组供应商，且零售商R和供应商S的个数不需要相等，该方法包括如下步骤：

步骤1)谈判协商。

一组零售商R中的任意第i(i＝1，2，…)个零售商R_i向供应链上的一组供应商S发出请求，请求购买一种特定类型的商品G。一组供应商S中的每个供应商S_j(j＝1，2，…)选取是否参与投标，参与投标为动作a₁，不参与投标为动作a₂，每个供应商选取的动作集合为动作A。如果一组供应商S中有两家或者两家以上的供应商同意，竞标过程就会启动。

对于从一组动作集合A中采取的任何动作a₁或a₂。所有参与竞标的零售商和供应商都使用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)获得唯一的投标ID(即bid_ID注册投标)、公钥PK和私钥SK。将所有参与竞标的零售商和供应商的区块链地址，以及公钥PK、投标人姓名BN、投标ID、参与者角色PR，一起输入并存储到区块链中。我们将任意第i个零售商R_i和任意第j个供应商S_j之间所有交互与唯一的投标ID，即bid_ID(注册投标)相关联。可能需要的其他相关信息(如后续动态计算的最优数量Q_s、Q_r和OQ等)也被存储到任何适合的对等(P2P)网络中。在所有参与竞标的零售商和供应商谈判协商并启动竞标过程后，区块链上运行智能合约，将步骤1)中的各个参数按照博弈论的规则进行动态计算。

步骤2)选择智能合约GT。

本发明选择并使用了一种名为博弈论(GT)的智能合约(合约具体实现如步骤3-步骤5)，以确保区块链上各方之间的协调，区块链网络上零售商和供应商之间的互动竞价模型见图2，供应链上多方谈判，即供应商和零售商在区块链上的节点通过智能合约GT进行谈判协商。

步骤3)开始竞标。设置竞标时段t为

其中，T为最大竞标限制时间，m为竞标次数，在第一竞标时段设置k＝0。

在确认任意第i个零售商R_i和一组供应商S中的每个供应商S_j(j＝1，2，…)谈判协商后，区块链上的节点进入竞标出价。根据所提供的信息，计算所需指标。当供应商的最优数量等于零售商的最优数量时，供应链上建立了纳什均衡，如图1所示，具体过程如下：

步骤3.1)将所需指标存入区块链。进入竞标出价时段,设竞标所耗费的时间为t，初始化t＝0，t随时间增加。对于竞标ID为bid_ID的某个竞标人BN来说，将商品G的相关信息如零售价格SP、供应商数量SQ、零售商数量RQ、零售商每单位成本RPC、供应商地址SA、供应商每单位成本SPC、零售商订单规模ROS和供应商订单规模SOS等输入并存储到区块链网络中。

步骤3.2)计算供应商的最优数量。

结合区块链地址中的参与者角色PR，当参与者角色PR是供应商S_j(j＝1，2，…)时，则对于竞标ID为bid_ID中分配用于按供货数量收付款的每个SA，智能合约计算每个参与的供应商S_j(j＝1，2，…)的商品供应最优数量Q_s(s＝1,2,…)，即

其中，SOS为供应商订单规模，SQ为供应商数量，SPC为供应商每单位成本。根据每个参与的供应商S_j(j＝1，2，…)的商品供应最优数量Q_s(s＝1,2,…)，零售商R_i决定购买策略，即购买每个供应商的最优数量SOQ为：Q₁,Q₂…,Q_n，其中，n为参与竞标出价的供应商数量。

步骤3.3)计算零售商的最优数量。

结合区块链地址中的参与者角色PR，当参与者角色PR是零售商，则根据R_i提出的一组商品供应最优数量Q₁,…,Q_n，智能合约计算每个零售商的商品购买最优数量Q_r，即

其中ROS为零售商订单规模，RQ为零售商数量，RPC为零售商每单位成本，v为变化系数(0≤v≤1)。在零售商R_i提出的Q_r中，一组供应商S中的各个供应商分别决定自己的供应策略，即供应给零售商的商品最优数量ROQ：q₁,…,q_m，其中m为零售商数量。

步骤3.4)计算供应链的最优数量。在智能合约GT上结合供应商供应给各个零售商的最优数量ROQ，计算出供应链的商品动态存储最优数量

步骤4)一直重复执行步骤3)，依次设置k＝1，2，…，并在整个重复执行的动态过程中判断是否达到纳什均衡，即如果SOQ＝ROQ＝OQ，则表明此时达到了纳什均衡，跳出步骤3)的循环。此时满足等式的Q_i′和q_j′即为纳什均衡点，其中1≤i′≤n，1≤j′≤m。

步骤5)判断t是否超时。若t≤T，表明未超时则竞标出价成功并结束此轮竞标出价时段，否则竞标出价失败。其中，供应链网络上设备间的交互如图3所示，零售商之间和供应商之间都是P2P连接，他们通过向区块链发出请求，将信息存入区块链上，并在智能合约CT上进行纳什均衡分析和超时检测。

以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于区块链的供应链纳什均衡方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1)谈判协商：一组零售商R中的任意第i个零售商R_i向供应链上的一组供应商S发出请求，请求购买一种特定类型的商品G；一组供应商S中的每个供应商S_j选取是否参与投标，定义参与投标为动作a₁，不参与投标为动作a₂，每个供应商选取的动作集合为动作A，如果一组供应商S中有两家或者两家以上的供应商同意，竞标过程就会启动，其中，i＝1，2，…；j＝1，2，…，供应链上零售商之间和供应商之间都是P2P连接；

对于从一组动作集合A中采取的任何动作a₁或a₂，所有参与竞标的零售商和供应商都使用椭圆曲线数字签名算法获得唯一的投标ID、公钥PK和私钥SK，将所有参与竞标的零售商和供应商的区块链地址，以及公钥PK、投标人姓名BN、投标ID、参与者角色PR，一起输入并存储到区块链中；将任意第i个零售商R_i和任意第j个供应商S_j之间所有交互与唯一的投标ID相关联，需要的其他相关信息也被存储到任何适合的对等网络中，其中，唯一的投标ID即bid_ID注册投标；需要的其他相关信息包括用于后续动态计算的几种最优数量Q_s、Q_r和OQ；

步骤2)选择一种名为博弈论的智能合约，即智能合约GT，以确保区块链上各方之间的协调，供应链上多方谈判，即供应商和零售商在区块链上的节点通过智能合约GT进行谈判协商；

步骤3)开始竞标：设置竞标时段t为

其中，T为最大竞标限制时间，m为竞标次数，在第一竞标时段设置k＝0；

在确认任意第i个零售商R_i和一组供应商S中的每个供应商S_j谈判协商后，区块链上的节点进入竞标出价，根据所提供的信息，计算所需指标，当供应商的最优数量等于零售商的最优数量时，供应链上建立了纳什均衡，具体过程如下：

步骤3.1)将所需指标存入区块链，进入竞标出价时段，设竞标所耗费的时间为t，初始化t＝0，t随时间增加，对于竞标ID为bid_ID的某个竞标人BN来说，将商品G的相关信息包括零售价格SP、供应商数量SQ、零售商数量RQ、零售商每单位成本RPC、供应商地址SA、供应商每单位成本SPC、零售商订单规模ROS和供应商订单规模SOS输入并存储到区块链网络中；

步骤3.2)计算供应商的最优数量：结合区块链地址中的参与者角色PR，当参与者角色PR是供应商S_j时，则对于竞标ID为bid_ID中分配用于按供货数量收付款的每个SA，智能合约计算每个参与的供应商S_j的商品供应最优数量Q_s，即

根据每个参与的供应商S_j的商品供应最优数量Q_s，零售商R_i决定购买策略，即购买每个供应商的最优数量SOQ为：Q₁,Q₂…,Q_n，其中，n为参与竞标出价的供应商数量；

步骤3.3)计算零售商的最优数量：结合区块链地址中的参与者角色PR，当参与者角色PR是零售商，则根据R_i提出的一组商品供应最优数量Q₁,…,Q_n，智能合约计算每个零售商的商品购买最优数量Q_r，即

其中v为变化系数且0≤v≤1，在零售商R_i提出的Q_r中，一组供应商S中的各个供应商分别决定自己的供应策略，即供应给零售商的商品最优数量ROQ：q₁,…,q_m，其中m为零售商数量；

步骤3.4)计算供应链的最优数量：在智能合约GT上结合供应商供应给各个零售商的最优数量ROQ，计算出供应链的商品动态存储最优数量

步骤4)依次设置k＝1，2，…，一直重复执行步骤3)，并在整个重复执行的动态过程中判断是否达到纳什均衡，如果达到了纳什均衡，即当SOQ＝ROQ＝OQ时，跳出步骤3)的循环，此时满足等式的Q_i′和q_j′即为纳什均衡点，其中1≤i′≤n,1≤j′≤m；

步骤5)判断t是否超时，若t≤T，表明未超时则竞标出价成功并结束此轮竞标出价时段，否则竞标出价失败。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的供应链纳什均衡方法，其特征在于，所述零售商和供应商的个数不需要相等。

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