CN115526553A - 一种基于区块链的分布式共享仓储系统及实现方法 - Google Patents

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CN115526553A CN202110051478.7A CN202110051478A CN115526553A CN 115526553 A CN115526553 A CN 115526553A CN 202110051478 A CN202110051478 A CN 202110051478A CN 115526553 A CN115526553 A CN 115526553A
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Abstract

本发明属于区块链技术领域，公开了一种基于区块链的分布式共享仓储系统及实现方法，基于区块链的分布式共享仓储系统，包括区块链层和服务层；区块链层，使用智能合约定义各种仓储相关服务的业务模型；通过智能合约以透明并且可信任的方式运行；智能合约的仓库预约和仓储服务交易记录均被收集并打包进区块链网络中的数据区块中；通过基于信用证明的共识协议PoC进行数据区块的生成和区块链账本的管理；服务层，用于通过分布式应用程序(DApps)提供服务接口。本发明解决了城乡仓储难问题。通过搭建原型系统对本发明进行了验证，结果显示本发明所提出的新方案可以有效实现仓储资源共享及服务。

Description

一种基于区块链的分布式共享仓储系统及实现方法
技术领域
本发明属于区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链的分布式共享仓储系统及实现方法。
背景技术
现有技术现状：
在日常经济活动中，货物仓储不方便已成为城乡过程中的共性问题；另一方面，众多闲置仓库找不到仓储客户，至今，尚未见相关平台开发出共享仓储系统。因此，相比建设更多的仓库，如何利用现有分散的闲置或半闲置的仓储资源，使之实现共享仓储是十分重要的。
现有技术存在的问题是：
没有有效的技术手段实现仓储资源的实时状态信息的共享；
没有平台可以实现分散的闲置或半闲置仓储资源的广泛共享；
仓储相关业务原始初级，不能满足信息化、多样化的发展需求。
解决上述技术问题的难度和意义：
基于传统的中心化商业模式进行仓储业务的管理和升级，一方面，会增加大量成本，包括基础设施建设成本和运营成本，从而会提升用户使用成本，使得中心化商业模式难以推广。基于分布式的解决方案，会引入信用问题，尤其是分散的闲置或半闲置仓储资源共享时，无法在没有信任基础的条件下建立双方信任关系，也使得方案难以实现应用。
本发明采用区块链技术，基于已有基础设施构建共享仓储网络，通过智能合约技术实现仓储业务的灵活定制，通过共识机制建立无须第三方的信任关系，对于推进城乡仓储难问题的解决具有重要意义和价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的分布式共享仓储系统及实现方法，
本发明是这样实现的，一种基于区块链的分布式共享仓储系统，包括区块链层和服务层；
所述区块链层，使用智能合约定义各种仓储相关服务的业务模型；通过智能合约以透明并且可信任的方式运行；智能合约的仓库预约和仓储服务交易记录均被收集并打包进区块链网络中的数据区块中；通过基于信用证明的共识协议PoC进行数据区块的生成和区块链账本的管理；
服务层，用于通过分布式应用程序DApps提供服务接口。
所述区块链层，具体包括内置的智能合约和信用证明共识协议的程序；
所述智能合约，用于定于仓储相关服务，通过区块链系统自动执行，具有执行过程程序化、透明化的特点，具有安全可靠的特性。本发明中合约包括：仓储资源发布合约(WarehousePublish)，用于仓储授权用户发布新的仓储资源或者更新属于所述授权用户的仓库状态；仓储预订合约(WarehouseOrder)，用于为货主预订或者取消仓储位置；仓储服务合约(WarehouseService)，用于处理货主和仓储授权用户之间的仓储服务；
所述信用证明共识协议(PoC)，用于实现分布式系统下区块生成控制与区块数据的验证，保障分布式账本的一致性，并且保证了账本的防篡改和防破坏性；本发明中信用证明共识协议包括信用评估子系统和动态授权组管理机制；
所述信用评估子系统，用于实现系统中用户的信誉评估；在信用子系统中，采用信用评分机制，获取交易得分和区块认证得分，作为交易发起者的普通用户在交易成功完成之后获得一定的信用分数；区块生成的授权者在成功生成一个区块后，获得一个恒定的信用分数；只有当用户的信誉值高于设定门限，才有资格申请成为区块生成的授权者；
所述动态授权组管理机制，用于实现授权组成员动态组成管理；动态授权组管理通过成员投票机制允许添加新成员或剔除现有成员；所述服务层，具体包括仓储服务DApp、边缘云服务器DApp以及仓储管理DApp；
所述仓储服务DApp为货主提供仓储服务的移动终端软件；
所述边缘云服务器DApp为移动终端提供区块链系统接入的服务软件；
所述仓储管理DApp为仓库的所有者提供仓储资源管理的服务软件。
本发明的另一目的在于提供一种基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法包括共识过程，所述共识过程具体包括：
发起交易：用户根据所需服务调用相关智能合约，在填写完智能合约所要求的参数后，将服务请求封装成一个交易，用户对该交易进行数字签名后将交易发送到区块链网络；
交易验证：区块链网络上的其他任何用户，在收到交易后对交易进行验证，包括检查交易提出者的签名和账户余额、智能合约的规范性、交易费用；如果交易通过验证，用户将该交易传播给它的相邻节点；否则，交易将被丢弃；
区块生成：授权用户组中的所有授权者负责收集并验证区块链网络中广播的交易；轮值授权者将通过验证的多个交易打包成一个数据区块；并且将授权用户组的信息更新和授权用户的信用评分也记录到区块中；轮值授权者新区块进行数字签名并广播到区块链网络；
区块验证：任何接收到新区块的用户对其进行验证，包括所涉及交易的有效性、授权用户组的更新信息、授权用户的信用评分以及授权用户的合法性；如果用户成功地验证区块，将该区块连接到区块链账本并存储在本地，否则丢弃该区块；当大多数的网络节点成功地验证区块之后，即认为完成了交易共识证明和新区块生成。
进一步，所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法进一步包括智能合约，所述智能合约具体包括：
仓储资源发布合约(WarehousePublish)，用于仓储授权用户发布新的仓储资源或者更新属于所述授权用户的仓库状态；WarehousePublish合约分别进行仓储创建和仓储状态更新。在WarehouseCreate函数中，允许一个授权用户创建一个新的仓库，并自动地指定授权用户为该仓库的所有者；在WarehouseUpdate函数中，通过require函数成功检查仓储授权用户的ID后，允许授权用户更新指定仓库的状态；
仓储预订合约(WarehouseOrder)：用于为货主预订或者取消仓储位置；货主调用WarehouseOrder合约；在WarehousePosOrder函数中，检查货主的ID并验证目标仓储的可预订状态后，货主在制定的时间预订仓储位置，并更新预订状态。WarehousePosOrderCancel函数用于取消仓储订单，检查货主的ID后可取消之前预定的仓储订单；在通过区块链网络达成货主提出的仓储订单交易的共识后，目标仓库管理用户将承认仓储预订或取消预订服务；
仓储服务合约(WarehouseService)：用于处理货主和仓储授权用户之间的仓储服务；WarehouseService合约包括goodsEnter和goodsExit；如果货物进入检测设备检测到准备进入仓库的货物，仓库管理用户将首先调用WarehouseService合约；goodsEnter函数负责检查货主的余额，要求用户账户中有余额；然后，如果发现货物有预订订单，允许进入仓库并且相应的属性将会被更新；如果没有预订记录但是仓库有空位，货物也被允许进入仓储；否则，将返回一条消息仓库已满；当货物退出检测实体检测到货物准备离开仓库，授权用户将再次调用WarehouseService合约并运行goodsExit函数；在验证授权用户在goodsAttribute结构记录中有正确的WarehouseID后，仓储服务费将会自动地结算；然后，货物属性被更新，并且在这次服务交易中货主和仓储授权用户信用分数将被公布。
进一步，所述的基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法进一步包括：在仓储链的区块链层建立基于以太网的私有链。
通过以太网建立共享仓储系统的区块链层，包括全功能节点和轻量级节点，所有具备接入互联网条件的节点，在以太网协议的支持下，自动组成共享仓储网络，支持交易信息和数据区块的广播，实现区块链账本同步。
所述全功能节点，具备区块链节点所有功能，包括接收和验证交易信息、接受和验证区块、存储账本、申请成为授权者，全功能节点可由仓库管理终端承载，也可以由独立设置的边缘云节点承载；
所述轻量级节点，具备发送交易和查询交易结果功能的区块链轻量级节点，货主的移动终端一般承载轻量级节点。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法的基于区块链的分布式共享仓储计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端至少搭载实现所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法的服务器。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述实现所基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现所基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法互联网仓储信息共享平台。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明节省区块链基础设施建设成本：现有的设备，包括联网货物，仓储管理实体，移动智能手机等便可以直接作为区块链中的点对点网络基础设施。
不需要再支付传统的中介机构或第三信托方额外的服务费用：所有的服务交易将通过分布式网络自动的广播，通过共识协议达成全网共识。
通过智能合约，可以灵活定制停业相关服务；智能合约的自动执行保证服务的可信赖性、透明性和公平性；区块链上的共识机制保证维护了系统的安全性和可靠性。
可以广泛促进私有仓储资源的共享，以解决城乡仓储难问题。
本发明区块链的特点是通过建立一个基于密码学的信用背书来代替传统的基于第三方的信用背书，这激发了各行各业的广泛兴趣。本发明涉及到仓储行业。仓储难已经成为解决城乡生产生活问题的瓶颈。事实上，仓储资源未必短缺，而是现有的资源没有得到有效的利用。一方面，没有有效的方法可以获得可用仓储位的实时信息。另一方面，没有平台可以解决大量私用户仓储资源的共享问题。
本发明设计了一个基于区块链的仓储网络(仓储链)，旨在提供一个可信地仓储资源共享平台，且平台建设几乎不需要额外成本。在仓储链中，提出了一个新的共识协议-信用证明(PoC),该协议向区块链引入了一个信用子系统和一个基于授权组的区块认证机制。与工作量证明(PoW)相比，PoC避免了传统工作量证明(PoW)共识协议解决哈希问题的算力消耗。与权益证明(PoS)相比，PoC通过设计信用评价和动态授权组，具有安全性和鲁棒性的优势。然后，通过智能合约定义与承载各种仓储相关服务。区块链上智能合约的自动执行为所有的参与者提供了透明的服务，并且保证了他们各自的权益。最后，通过以太网技术建立了仓储链的原型系统，在仓储链上进行了大量的实验，结果表明所提出的仓储链具有良好的服务性能以及商业价值。
本发明的优势有：
第一，现有的设备，包括联网货物，仓储管理实体，移动智能手机等等，本发明就可以作为区块链中的点对点网络基础设施。因此，可以节省下区块链基础设施建设的成本。第二，区块链是由所有的参与者承担和维护的。一个用户也是区块链服务网络的贡献者。所有的服务交易将通过分布式网络自动的广播，并在共识协议下进行。因此，不需要再支付传统的中介机构或第三信托方额外的服务费用。第三，区块链对任何用户都开放。私有仓储资源，例如私人仓库和闲置的正式仓库，可以方便、灵活地加入区块链来共享服务并获得一定的回报。区块链建立的基于密码学的信任机制保证了系统的安全性和可靠性。这将大大地有助于缓解仓储难的问题。第四，各种仓储相关的服务可以通过智能合约来定义和执行。智能合约保证服务的可信赖性、透明性和公平性。这将有效地减少在传统方式中存在的争议。本发明提出了一种新的仓储资源共享系统，该系统具有高度的安全性和鲁棒性，旨在实现仓储资源的广泛共享和便捷服务，解决城乡仓储难问题。通过搭建原型系统对本发明进行了验证，结果显示本发明所提出的新方案可以有效实现仓储资源共享及服务。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于区块链的仓储网络图。
图2是本发明实施例提供的仓储链的系统架构图。
图3是本发明实施例提供的共识流程示意图。
图4是本发明实施例提供的具有不同交易发送周期的性能图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
没有有效的技术手段实现仓储资源的实时状态信息的共享；
没有平台可以实现私有仓储资源的广泛共享；
仓储相关业务原始初级，不能满足信息化、多样化的发展需求。
为解决现有技术存在的问题，下面结合具体方案对本发明的应用原理作详细描述。
本发明区块链的特点是通过建立一个基于密码学的信用背书来代替传统的基于第三方的信用背书，这激发了各行各业的广泛兴趣。在本发明个中，便涉及到仓储行业。仓储难已经成为解决城乡生产生活问题的瓶颈。事实上，仓储资源未必短缺，而是现有的资源没有得到有效的利用。一方面，没有有效的方法可以及时的获得可用仓储位的信息。另一方面，没有平台可以解决大量的私有仓储资源的共享问题。
本发明包括区块链层和服务层；区块链层，使用智能合约定义各种仓储相关服务的业务模型；通过智能合约以透明并且可信任的方式运行；智能合约的仓库预约和仓储服务交易记录均被收集并打包进区块链网络中的数据区块中；通过基于信用证明的共识协议(PoC)进行数据区块的生成和区块链账本的管理；服务层，用于通过分布式应用程序(DApps)提供服务接口。
本发明提出了一种新的仓储资源共享系统，该系统具有高度的安全性和鲁棒性，旨在实现仓储资源的广泛共享和便捷服务，解决城乡仓储难问题。通过搭建原型系统对本发明进行了验证，结果显示本发明所提出的新方案可以有效实现仓储资源共享及服务。
在本发明实施例中，本发明提供一种基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法包括共识过程，所述共识过程具体包括：
发起交易：用户根据所需服务调用相关智能合约，在填写完智能合约所要求的参数后，将服务请求封装成一个交易，用户对该交易进行数字签名后将交易发送到区块链网络；
交易验证：区块链网络上的其他任何用户，在收到交易后对交易进行验证，包括检查交易提出者的签名和账户余额、智能合约的规范性、交易费用；如果交易通过验证，用户将该交易传播给它的相邻节点；否则，交易将被丢弃；
区块生成：授权用户组中的所有授权者负责收集并验证区块链网络中广播的交易；轮值授权者将通过验证的多个交易打包成一个数据区块；并且将授权用户组的信息更新和授权用户的信用评分也记录到区块中；轮值授权者新区块进行数字签名并广播到区块链网络；
区块验证：任何接收到新区块的用户对其进行验证，包括所涉及交易的有效性、授权用户组的更新信息、授权用户的信用评分以及授权用户的合法性；如果用户成功地验证区块，将该区块连接到区块链账本并存储在本地，否则丢弃该区块；当大多数的网络节点成功地验证区块之后，即认为完成了交易共识证明和新区块生成。
在本发明实施例中，所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法进一步包括智能合约，所述智能合约具体包括：
仓储资源发布合约(WarehousePublish)，用于仓储授权用户发布新的仓储资源或者更新属于所述授权用户的仓库状态；WarehousePublish合约分别进行仓储创建和仓储状态更新。在WarehouseCreate函数中，允许一个授权用户创建一个新的仓库，并自动地指定授权用户为该仓库的所有者；在WarehouseUpdate函数中，通过require函数成功检查仓储授权用户的ID后，允许授权用户更新指定仓库的状态；
仓储预订合约(WarehouseOrder)：用于为货主预订或者取消仓储位置；货主调用WarehouseOrder合约；在WarehousePosOrder函数中，检查货主的ID并验证目标仓储的可预订状态之后，货主在制定的时间预订仓储位置，并更新预订状态。WarehousePosOrderCancel函数用于取消仓储订单，检查货主的ID后可取消之前预定的仓储订单；在通过区块链网络达成货主提出的仓储订单交易的共识后，目标仓库管理用户将承认仓储预订或取消预订服务；
仓储服务合约(WarehouseService)：用于处理货主和仓储授权用户之间的仓储服务；WarehouseService合约包括goodsEnter和goodsExit；如果货物进入检测设备检测到准备进入仓库的货物，仓库管理用户将首先调用WarehouseService合约；goodsEnter函数负责检查货主的余额，要求用户账户中有余额；然后，如果发现货物有预订订单，允许进入仓库并且相应的属性将会被更新；如果没有预订记录但是仓库有空位，货物也被允许进入仓储；否则，将返回一条消息仓库已满；当货物退出检测实体检测到货物准备离开仓库，授权用户将再次调用WarehouseService合约并运行goodsExit函数；在验证授权用户在goodsAttribute结构记录中有正确的WarehouseID后，仓储服务费将会自动地结算；然后，货物属性被更新，并且在这次服务交易中货主和仓储授权用户信用分数将被公布。
在本发明实施例中，所述的基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法进一步包括：
在仓储链的区块链层建立基于以太网的私有链。
通过以太网建立共享仓储系统的区块链层，包括全功能节点和轻量级节点，所有具备接入互联网条件的节点，在以太网协议的支持下，自动组成共享仓储网络，支持交易信息和数据区块的广播，实现区块链账本同步。
所述全功能节点，具备区块链节点所有功能，包括接收和验证交易信息、接受和验证区块、存储账本、申请成为授权者，全功能节点可由仓库管理终端承载，也可以由独立设置的边缘云节点承载；
所述轻量级节点，具备发送交易和查询交易结果功能的区块链轻量级节点，货主的移动终端一般承载轻量级节点。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
1、在本发明实施例中，仓储链的动机与目标：
仓储资源共享：该新型的共享仓储网络致力于解决城乡仓储难的问题。如图1所示，一方面，对现有的仓储资源完成共享机制建设，从而提高现有公共仓储资源的利用率。另一方面，可以利用更多的资源，例如私有仓库和专业仓库，加入共享市场，这将大大改善仓储环境，并为仓储资源共享者带来一定的回报。因此，共享仓储网络是一个开放的平台，公共仓库、私用户仓库或专业仓库可以通过自定义的服务发布他们的共享仓储资源，货主可以方便地搜索并及时地使用想要的服务。以下对策有利于仓储专用网络的建设：
在本发明实施例中，无中心服务器：第一，该共享仓储网络旨在提高仓储资源共享。任何来自中心服务器的服务费用都不受货主和仓储资源共享者的欢迎。第二，类似于大多数的集中式系统，单点故障问题将对仓储网络的运行构成威胁。第三，中心服务器自然知道司机的隐私和仓储资源共享者的个体商业数据。因此，对仓储资源共享的中心化实现在未来不是一种可持续发展的方式。
在本发明实施例中，无第三信托方：为了维持网络运营商和用户之间的信任关系，传统上会引入第三信托方，例如认证机构(CA)。第三信托方是一个通常来自强大的经济实体或政体的基于信任背书的基础设施。服务用户必须为信任背书支付昂贵的费用。此外，所有的私钥和公钥都由信任中心存储和掌握。它仍然面临着单点威胁。因此，迫切需要一种新的信任关系来取代第三信托方。
无额外费用：第一，该新型智能仓储网络应该便于货主进行安装。由于货主通常使用移动终端，因此额外的硬件或者高计算能耗的软件是不能接受的。第二，如果为仓储资源共享者带来大的日常管理费用，也是不受欢迎的。因此，在现有的仓储行业的硬件设施基础上，构建仓储网络和开发相关的软件是比较好的。
2、在本发明实施例中，仓储链的体系架构：
本发明建立一个基于区块链的共享仓储网络，简称仓储链,如图1所示，仓储链为货主和仓储资源共享者提供服务。来自货主和仓储资源共享者的计算和通信实体(例如GPS信息系统、移动手机和仓储管理计算机)作为硬件组成部分，构成了仓储链的硬件基础设施。他们是分布式存在的，并且可以通过互联网以点对点的方式相互连接。
特别地，将现有的硬件实体分为三个角色来承载仓储链，即轻节点、全功能节点、边缘云服务器节点。考虑到来自货主的移动终端资源有限，它们通常是轻节点。仓储管理计算机通常扮演全功能节点的角色，它们拥有强大的计算和存储资源，并且通常可以连续工作。引入边缘云服务器为轻节点提供入口和服务接口。这个角色既可以独立地部署，也可以由强大的仓储管理计算机承担。当然，作为一个开放的网络，区块链上的角色不是严格地指定的，每个用户都可以自由地加入或者退出网络。
如图2所示，从逻辑上将仓储链的软件设计分为两层，即区块链层和服务层。这两层的设计和实现是本发明主要关注的问题。对于区块链层，可以灵活地使用智能合约来定义各种仓储相关服务的业务模型。通过智能合约，服务可以以一种透明并且可信任的方式运行。所有的服务交易记录都被收集并打包进区块链网络中的数据块中，以分布式的方式存储为一个账本。然后，区块链层的共识协议保护分布式账本的一致性，并且保证了账本的防篡改和防破坏性。
在应用层上，可以开发分布式应用程序(DApps)来提供服务接口。如前所述，在仓储链上有两种用户，仓储资源共享用户和货主。如图2所示，仓储服务DApps是为货主提供仓储服务查询而开发的。边缘云服务器的DApp为轻节点提供区块链相关服务。仓储管理DApp是仓储资源的发布、更新、仓储服务处理等等而开发的。
下面结合仓储链的共识协议和智能合约的具体分析对本发明的应用作进一步描述。
在本发明实施中，PoC：信用证明：
在本发明中，提出了一个新型的名为信任证明(PoC)的共识协议。图3从在区块链中交易流程的角度给出了一个PoC共识流程示意图。只有信用比一个阈值高的用户才可以申请加入区块授权组，对区块生成进行收费，从而确保区块授权用户，即区块生产者是可信的。
在本发明中，PoC建立了一个信用子系统来评估用户的信用，以尽可能避免不诚实的用户或者不诚实的交易。采用信用评分机制，作为交易发起者的用户在交易成功完成之后可以获得一定的信用分数；作为授权用户的用户在成功生成一个区块后，也可以获得固定的信用分数作为回报。
在本发明中，PoC还建立了一个动态授权组机制，以确保区块生产者的选举是可靠的。在这种动态机制下，超过信用门限的普通用户可以申请成为区块授权者；区块授权组可以通过投票决定剔除指定的区块授权者；每个授权用户的最大连续工作周期受到了限制。
下面结合仓储链上的基本智能合约对本发明的应用作进一步描述。
仓储资源发布合约(WarehousePublish)，用于仓储授权用户发布新的仓储资源或者更新属于所述授权用户的仓库状态；WarehousePublish合约分别进行仓储创建和仓储状态更新。在WarehouseCreate函数中，允许一个授权用户创建一个新的仓库，并自动地指定授权用户为该仓库的所有者；在WarehouseUpdate函数中，通过require函数成功检查仓储授权用户的ID后，允许授权用户更新指定仓库的状态；
仓储预订合约(WarehouseOrder)：用于为货主预订或者取消仓储位置；货主调用WarehouseOrder合约；在WarehousePosOrder函数中，检查货主的ID并验证目标仓储的可预订状态之后，货主在制定的时间预订仓储位置，并更新预订状态。WarehousePosOrderCancel函数用于取消仓储订单，检查货主的ID后可取消之前预定的仓储订单；在通过区块链网络达成货主提出的仓储订单交易的共识后，目标仓库管理用户将承认仓储预订或取消预订服务；
仓储服务合约(WarehouseService)：用于处理货主和仓储授权用户之间的仓储服务；WarehouseService合约包括goodsEnter和goodsExit；如果货物进入检测设备检测到准备进入仓库的货物，仓库管理用户将首先调用WarehouseService合约；goodsEnter函数负责检查货主的余额，要求用户账户中有余额；然后，如果发现货物有预订订单，允许进入仓库并且相应的属性将会被更新；如果没有预订记录但是仓库有空位，货物也被允许进入仓储；否则，将返回一条消息仓库已满；当货物退出检测实体检测到货物准备离开仓库，授权用户将再次调用WarehouseService合约并运行goodsExit函数；在验证授权用户在goodsAttribute结构记录中有正确的WarehouseID后，仓储服务费将会自动地结算；然后，货物属性被更新，并且在这次服务交易中货主和仓储授权用户信用分数将被公布。
下面结合仓储链原型及实现对本发明的应用作进一步描述。
1)仓储链原型的描述
仓储链的原型建立在各种硬件组件的基础上，如表1所示。
表1仓储链原型的硬件组件
名字 规格 数量
PC机 英特尔Core i7-6700，8核；8GB 4
云服务器 英特尔Xeon 8168，4核；4GB 1
仓库门闸 HICVISION DS-TCG225 1
嵌入式控制器 英特尔i5-4200U，8GB 1
移动终端 基于iOS或者安卓的智能手机 不限
为了保证仓储链的稳定性，有10个全功能区块链节点连续工作。由4台PC机运行，并在每台PC上运行两个区块链节点，一台云服务器，以及一个带有嵌入式控制器的仓库门闸。
仓储链的软件组件，在仓储链的区块链层建立了一个基于以太网的私有链。新提出的PoC共识协议，包含信用子系统和授权用户机构，被用来代替原来的PoW共识协议。在服务层，开发了Dapps(去中心化应用程序)，包括仓储管理，仓储服务和边缘云服务器。
仓储链原型在2019年8月16日开始运行，已经正常运行3个月。从图4所示的仓储链资源管理器照片上看，截止到2019年11月16日，已经生成过了大约1，600，000区块。接下来，将从功能测试和性能边界测试两个方面对运行结果进行分析。
2)功能测试
为了方便用户使用，为货物和仓储授权用户开发了DApps。DApps是基于微信小程序开发的。在这个原型中使用了四个仓库，名字从JSCC001到JSCC004。本发明使用开发的DApps为货主和仓储授权用户进行了仓储链的功能测试。表2中列出的所有服务都通过了本工作中的功能测试，这便验证了仓储链的可用性。
表2功能测试服务
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3)性能边界和测试结果
表3给出了测试结果，独立测试四个单独的服务(前四个项目)。并进行了集成不同服务的综合测试。考虑到测试强度，选择8个基点同时发送周期为180ms的交易。从表3的结果可以看出，由于交易数据的大小和计算步骤的不同，不同服务的性能表现略有不同。这种简单的服务，例如钱包操作和货物管理，每个区块平均交易量和平均证明延迟都得到了更好的服务性能。相对而言，仓储订单服务和仓储服务的服务性能略低。在这种测试配置下，成功率几乎100％，测试过程中没有发生故障。
表3仓储链的性能测试结果
测试服务 每个区块上的平均交易 平均证明延迟（s） 成功率
钱包操作 243 13 99.99%
货物管理 240 13 99.99%
仓储预定服务 220 18 99.99%
仓储服务 215 18 99.99%
综合服务 220 15 99.99%
进一步，将节点发送交易周期设置为200ms-500ms，步进50ms，进行区块平均交易量和交易共识时延的测试。从图4可以看出，在200ms-500ms交易周期范围，系统可以实现全部交易的处理。当周期较长(即交易频率较低)，共识延时十分短暂，在5秒之内。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于区块链的分布式共享仓储系统，其特征在于，所述基于区块链的分布式共享仓储系统包括区块链层和服务层；所述区块链层，使用智能合约定义各种仓储相关服务的业务模型；通过智能合约以透明并且可信任的方式运行；智能合约的仓库预约和仓储服务交易记录均被收集并打包进区块链网络中的数据区块中；通过基于信用证明的共识协议PoC进行数据区块的生成和区块链账本的管理；服务层，用于通过分布式应用程序DApps提供服务接口。
2.如权利要求1所述的基于区块链的分布式系共享仓储统，其特征在于，所述区块链层内置有智能合约和信用证明共识协议的程序；所述智能合约，用于仓储相关服务，通过区块链系统自动执行仓储资源发布合约、仓储预订合约、仓储服务合约；所述仓储资源发布合约WarehousePublish，用于仓储授权用户发布新的仓储资源或者更新属于所述授权用户的仓库状态；所述仓储预订合约WarehouseOrder，用于为仓库货主预订或者取消仓储位置；所述仓储服务合约WarehouseService，用于处理货主和仓储授权用户之间的仓储服务；所述信用证明共识协议PoC，用于实现分布式系统下区块生成控制与区块数据的验证；所述信用证明共识协议包括信用评估子系统和动态授权组管理机制；所述信用评估子系统，用于实现系统中用户的信誉评估；在信用子系统中，采用信用评分机制，获取交易得分和区块认证得分，作为交易发起者的普通用户在交易成功完成之后获得一定的信用分数；区块生成的授权者在成功生成一个区块后，获得一个恒定的信用分数；当用户的信誉值高于设定门限，成为区块生成的授权者；所述动态授权组管理机制，用于实现授权组成员动态组成管理；动态授权组管理通过成员投票机制允许添加新成员或剔除现有成员；所述服务层包括仓储服务DApp、边缘云服务器DApp以及仓储管理DApp；所述仓储服务DApp为货主提供仓储服务的移动终端软件；所述边缘云服务器DApp为移动终端提供区块链系统接入的服务软件；所述仓储管理DApp为仓库业主提供仓储资源管理的服务软件。
3.一种如权利要求1所述基于区块链的分布式共享仓储仓储的实现方法，其特征在于，所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法包括共识过程，所述共识过程包括：
发起交易：用户根据所需服务调用相关智能合约，在填写完智能合约所要求的参数后，将服务请求封装成一个交易，用户对该交易进行数字签名后将交易发送到区块链网络；
交易验证：区块链网络上的其他任何用户，在收到交易后对交易进行验证，包括检查交易提出者的签名和账户余额、智能合约的规范性、交易费用；如果交易通过验证，用户将该交易传播给它的相邻节点；否则，交易将被丢弃；区块生成：授权用户组中的所有授权者负责收集并验证区块链网络中广播的交易；轮值授权者将通过验证的多个交易打包成一个数据区块；并且将授权用户组的信息更新和授权用户的信用评分也记录到区块中；轮值授权者新区块进行数字签名并广播到区块链网络；区块验证：任何接收到新区块的用户对其进行验证，包括所涉及交易的有效性、授权用户组的更新信息、授权用户的信用评分以及授权用户的合法性；如果用户成功地验证区块，将该区块连接到区块链账本并存储在本地，否则丢弃该区块；当大多数的网络节点成功地验证区块之后，即认为完成了交易共识证明和新区块生成。
4.如权利要求3所述的基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法，其特征在于，所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法进一步包括智能合约，所述智能合约包括：
仓储资源发布合约WarehousePublish为仓储授权用户发布新的仓储资源或者更新属于所述授权用户的仓库状态；仓储预订合约WarehouseOrder为货主预订或者取消仓储位置；在WarehousePosOrder函数中，检查货主的ID并验证目标仓储的可预订状态之后，货主在制定的时间预订仓储位置，并更新预订状态；WarehousePosOrderCancel函数取消仓储订单，检查货主的ID后可取消之前预定的仓储订单；在通过区块链网络达成货主提出的仓储订单交易的共识后，目标仓库管理用户承认仓储预订或取消预订服务；仓储服务合约WarehouseService为处理货主和仓储授权用户之间的仓储服务；如果货物进入检测设备检测到准备进入仓库的货物，仓库管理用户将调用WarehouseService合约；goodsEnter函数负责检查货主的余额，要求用户账户中有余额；如果发现货物有预订订单，允许进入仓库并且相应的属性被更新；如果没有预订记录但是仓库有空位，货物也被允许进入；否则，将返回一条消息仓库已满；当货物取走检测实体检测到货物准备离开仓储，授权用户将再次调用WarehouseService合约并运行goodsExit函数；在验证授权用户在goodsAttribute结构记录中有正确的WarehouseID后，仓储服务费将会自动地结算；然后，货物属性被更新，并且在这次服务交易中货主和仓储授权用户信用分数将被公布。
5.如权利要求3所述的基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法，其特征在于，所述的基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法进一步包括：通过以太网建立共享仓储系统的区块链层，包括全功能节点和轻量级节点，所有具备接入互联网条件的节点，在以太网协议的支持下，自动组成共享仓储网络，支持交易信息和数据区块的广播，实现区块链账本同步；所述全功能节点，具备区块链节点所有功能，包括接收和验证交易信息、接受和验证区块、存储账本、申请成为授权者，全功能节点由仓库管理终端承载或由独立设置的边缘云节点承载；所述轻量级节点承载在货主的移动终端，发送交易和查询交易结果。
6.一种实现权利要求3-5～任意一项所述基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法的基于区块链的分布式共享仓储计算机程序。
7.一种终端，其特征在于，所述终端至少搭载实现权利要求3～5任意一项所基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法的服务器。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述实现权利要求3～5任意一项所基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法。
9.一种实现权利要求3～5任意一项所基于区块链的分布式共享仓储系统的实现方法互联网仓储信息共享平台。
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CN117560137A (zh) * 2024-01-11 2024-02-13 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种区块链服务装置和区块链服务系统及通信方法

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