CN115759955A

CN115759955A - 一种基于区块链的业务流程执行引擎

Info

Publication number: CN115759955A
Application number: CN202211285213.4A
Authority: CN
Inventors: 周赵斌; 华梦青; 陈志德; 许力
Original assignee: Fujian Normal University
Current assignee: Fujian Normal University
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2042-10-20
Also published as: CN115759955B

Abstract

本发明涉及一种基于区块链的业务流程执行引擎。执行步骤：S1、构造BPMN业务流程模型（包含子流程的构造）；S2、将BPMN转化为Petri网，并简化网络再转化为智能合约代码；S3、各协作方之间的交接通过从一条通道到另一条通道的序列流来表示；S4、支持组织用户帐户和角色的链上管理，以及带有访问控制的智能合同的自动生成；S5、流程实例的完整状态记录在区块链上，检索给定流程实例与其相关子流程实例之间的链接所需的所有元数据也记录在区块链上。应用本技术方案可以实现在区块链平台下监视流程实例的状态并执行其中的任务。

Description

一种基于区块链的业务流程执行引擎

技术领域

本发明涉及到业务流程管理技术与智能合约solidity技术，具体涉及一种基于区块链的业务流程执行引擎，适用于在区块链平台下监视流程实例的状态并执行其中的任务。

背景技术

随着互联网的高速发展，企业之间的合作也越来越紧密，如何实现互不信任的各方之间的协作业务流程的执行成为了一个亟待解决的问题。本发明将区块链平台的优势和业务流程管理系统的优势结合起来，通过将BPMN转化为智能合约实现了互不信任的企业之间执行协作业务流程。区块链平台，如以太坊，允许一组参与者在不依赖中央机构的情况下维护交易账本，并部署称为智能合约的脚本，这些脚本在发生某些交易时执行。这些功能可用作在相互不信任的各方之间实现相关管理工作。利用区块链平台的这一特性，专利[1]提出了基于区块链智能合约技术的SLA服务管理方法，首先SLA编写为电子化的机器语言,参与者分别用各自的私密账户签名；签名后的智能合约传入区块链网络中,并在区块链全网中扩散；接着验证节点会将收到的合约先保存到内存中,等待触发对该份合约的共识和处理；等共识时间到了,验证节点会把最近一段时间内保存的所有合约打包成一个合约集合；待其他验证节点收到后,与自己保存的合约集合对比校验；最后通过多轮的发送和比较,所有验证节点最终在规定的时间内对最新的合约集合达成一致。专利[2]利用区块链实现了政务数据治理方法及平台，可以实现跨链共享的联盟链成员之间创建数据通道,并在所述联盟链成员之间实现跨链共享。专利[3]提出了一种基于智能合约的云链数据交换系统，设计了前置机节点模块、区块链模块、合约模块、访问控制模块，云存储模块实现了云链的数据交换功能。

协作业务流程的发展，为不同企业之间更安全和高效的合作提供了可能。专利[4]提出了基于区块链的协作流程执行系统及其数据访问控制方法，该系统包含前端系统、后端系统、星际文件系统以及以太坊区块链四个部分，通过智能合约实现数据的存储和流程实例的执行。专利[5]公开了一种实现多业务流程协作的方法,创建全局BPMN模型,并对所述全局BPMN模型中的任务节点进行角色标注；根据所标注的角色将所述全局BPMN模型分解为单角色的本地BPMN模型并对每个单角色的本地BPMN模型进行协作信息标注；将所述本地BPMN模型转换为可执行的本地BPEL流程；部署并执行所述本地BPEL流程。

传统的方法无法将流程实例的状态保存在区块链上，并且不支持子流程、多实例活动和事件处理程序，同时使用区块链平台提供的低级原语实现业务流程是繁琐且容易出错的。相反，已建立的业务流程管理系统，例如基于标准业务流程模型和符号（BPMN）的系统，为快速开发面向流程的应用程序提供了方便的抽象，通过将BPMN转化为智能合约并部署在区块链平台上可以很好的实现协作业务流程的执行。

参考文献：

[1] 梁玉刚,曾卫平,常鹏飞. 一种基于区块链智能合约技术的SLA服务管理方法[P]. 上海市：CN114390061A,2022-04-22.

[2] 彭新永. 一种基于区块链的政务数据治理平台[P]. 广西壮族自治区：CN114553882A,2022-05-27.

[3] 荣辉桂,魏洁杨,火生旭,常炳国,杨贯中. 基于智能合约的云链数据交换系统、方法及相关设备[P]. 湖南省：CN115065695A,2022-09-16.

[4] 吕跃华,杨朔,金山,沈凯,裘诚,杨威,俞东进,韦懿杰,孙笑笑. 基于区块链的协作流程执行系统及其数据访问控制方法[P]. 浙江省：CN114239035A,2022-03-25.

[5] 吴步丹,林荣恒,韦露娜,陈俊亮. 一种实现多业务流程协作的方法及系统[P]. 北京市：CN104133722B,2021-01-22.。

发明内容

本发明的目的在于克服上述方案存在的不足，提供一种基于区块链的业务流程执行引擎，即BBM；与任何BPMN执行引擎一样，BBM支持创建流程模型实例，并允许用户监视流程实例的状态并执行其中的任务。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于区块链的业务流程执行引擎，包括Web模块、链下运行时模块、链上运行时模块、流程存储库模块、以太坊日志模块几个部分，其中，

Web模块：包括建模面板、配置面板和执行面板；

链下运行时模块：包括BPMN编译器，将BPMN编译成solidity智能合约；部署中介器、执行监控器、事件监控器，实时的监控流程实例；

链上运行时模块：包括运行时注册表、合同工厂、工作列表处理程序、服务桥、工作流处理程序；链上运行时模块根据输入BPMN生成的一组智能合约组成，用于处理流程模型的控制流；

流程存储库模块：存储并提供对编译工件的访问，包括BPMN流程模型、由BPMN流程模型生成的Solidity代码，以及将Solidity代码与BPMN流程模型上的元素映射的元数据；

以太坊日志模块：提供链下和链上组件之间的交互机制。

在本发明一实施例中，该业务流程执行引擎执行如下：

S1、将BPMN流程模型转化为Petri网；

S2、简化Petri网络再将该网络转化为一组智能合约代码；

S3、BPMN流程模型还需要被编译附加元数据，称为编译字典，编译字典是一种数据结构，其中包含用于将BPMN流程模型中的元素与生成的代码映射的信息；

S4、将步骤S2中生成的一组智能合同和一组现有合同放在一起，这些Solidity智能合约被传递给Solidity编译器，该Solidity编译器生成EVM字节码，以及将智能合约部署到以太坊的ABI定义；业务流程执行引擎BBM的链下运行时或任何其他第三方应用程序使用ABI定义与部署的合同进行交互。

在本发明一实施例中，支持角色的动态绑定和访问控制，支持组织用户帐户和角色的链上管理，以及带有访问控制的智能合同的自动生成。

在本发明一实施例中，提供链下和链上组件之间的交互机制，流程存储库存储并提供对编译工件的访问，以太坊日志存储流程执行产生的日志数据。

在本发明一实施例中，将时间约束包含在智能合约中，减少对时间约束的违反，最大程度地减少昂贵的执行时间，从而避免财务损失，扩展业务流程执行引擎BBM工具，能够将业务流程模型的大量时间约束自动转换为智能合约代码。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明一种基于区块链的业务流程执行引擎，包括：

支持流程模型实例的创建：允许用户监视流程实例的状态并执行其中的任务；另外，现有的方法集中在BPMN的一个高度受限的子集上，包括任务、事件、XOR和网关。特别是，这些方法不支持分层流程模型的执行(即与子流程链接的流程)。BBM编译器支持大量的BPMN构造，包括子流程，多实例活动和事件处理程序。

提供其运行时颁布的全部可追溯性：我们的方法仅从在链中写入的事务中检索到跟踪进程实例执行的信息。为此，哈希代码基于生成过程的智能合约编码来逆转。将事务的合同地址与工作列表服务中心的哈希代码进行比较，以识别流程实例，并将事务数据的函数标识符与函数签名的哈希代码进行匹配，以检索活动。

基于区块链的流程执行过程中的动态角色绑定：将参与者动态绑定到协作过程中的角色，以及一种相关的绑定策略规范语言。所提议的语言具有Petri网络语义，因此可以进行策略一致性验证。可以将策略规范编译为智能合约进行执行。

将时间约束包含在智能合约中：这可以减少对时间约束的违反，最大程度地减少昂贵的执行时间，从而避免财务损失，能够将业务流程模型的大量时间约束自动转换为智能合约代码。

总的来说，我们通过在区块链平台实现业务流程管理系统中的BPMN执行引擎BBM，达到如下目的：

1、编译器支持大量BPMN构造：支持BPMN子流程的构造，协作流程管理的建模语言使用BPMN，可以将BPMN模型转化为Petri网，简化网络再转化为solidity代码。

2、支持角色的动态绑定和访问控制：支持组织用户帐户和角色的链上管理，以及带有访问控制的智能合同的自动生成。

3、支持数据的存储与访问：BPMN模型数据不在区块链上；消息、数据、日志、执行逻辑以及用户注册存储在区块链上。

4、支持时间约束：将时间约束包含在智能合约中，这可以减少对时间约束的违反，最大程度地减少昂贵的执行时间，从而避免财务损失，扩展了BBM工具，能够将业务流程模型的大量时间约束自动转换为智能合约代码。

将本发明的方案BBM与专利[4][5]的方案做了比较。针对于前面提到的几个问题，本发明的方法在如下几个方面具有更好地效果（如表1所示）。

表 1 方案对比

方案	支持BPMN子流程	访问控制	基于角色	角色的动态绑定	时间约束
						专利[4]	×	√	×	×	×
专利[5]	×	×	√	×	×
						BBM	√	√	√	√	√

首先，在流程建模的支持方面，传统的区块链上的执行引擎，只能支持五种基本的控制流模式，不能支持BPMN的所有元素，但是本发明的方案的编译器支持大量的BPMN构造，包括子流程，多实例活动和事件处理程序。

在数据的访问控制方面，本发明的方案实现了基于角色的访问控制，支持组织用户帐户和角色的链上管理，以及带有访问控制的智能合同的自动生成，同时支持角色的动态绑定。

在时间约束方面，本发明的方案将时间约束包含在智能合约中，这可以减少对时间约束的违反，最大程度地减少昂贵的执行时间，从而避免财务损失。

附图说明

图1为本发明一种基于区块链的业务流程执行引擎，即基于区块链实现业务流程管理系统中的BPMN执行引擎BBM整体架构图。

图2为BBM的编译流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明公开了一种基于区块链的业务流程执行引擎BPMN，系统的简要结构如图1所示：

底部的层称为“链上运行和存储”层。具体而言，“链上运行时”是指一组智能合约，其中包括内务管理支持代码，例如流程实例化，以及流程特定代码，例如控制流、流程数据等。另一方面，“存储”是指用于外部化流程数据的“以太坊事件日志”和“流程存储库”，它保留了编译工件等。在中间，“链下运行时”层是指在“链上运行时”的智能合约上实现面向流程的抽象的组件。此外，“链下运行时”层包括一组工具，用于跟踪业务流程的整个生命周期。这些工具包括编译器（如BPMN到 solidity的转换）、部署中介、执行中介和事件监控器。最后，最顶层包括一组组件，用于编辑可执行流程模型、打包流程配置（例如，使用实现不同资源管理方案的组件调整控制流代码等），以及监控流程实例的执行。

“流程存储库”（图1左侧底部）存储并提供对编译工件的访问，包括BPMN流程模型、由此生成的Solidity代码，以及将Solidity码与BPMN模型上的元素映射的元数据。此元数据用于部署Solidity代码，还用于将正在运行的流程实例的状态映射到相应的BPMN模型。流程存储库是在IPFS（InterPlanetary File System）之上实现的。流程存储库中的编译工件可以作为智能合约内的字节流直接存储在区块链上。然而，这种替代方法需要较高的存储成本，因为创建智能合约的成本取决于合约中保存的数据量。IPFS提供了另一种分散的方法，以较低的成本存储编译工件，同时生成一个不可变且唯一的加密哈希密钥，用于唯一地标识每个编译工件，并用于引用它们。

“以太坊日志”（图1右侧）提供了链下和链上组件之间的交互机制。例如，当在区块链中挖掘一个事务时，可以发出一个事件，然后将其写入日志，以通知外部组件发生了一些更新，例如，宣布某个任务已启用，流程参与者已加入。

链上运行时组件的具体流程如下：

首先，“工作流处理程序”由BBM根据输入BPMN模型生成的一组智能合约组成，用于处理流程模型的控制流。

接下来的两个组件“工作列表处理程序”和“服务桥”由智能合约组成，它们支持与外部应用程序的交互，并验证签入到流程实例中的任何数据，从而按照BPMN模型中用户任务和服务任务的指定，管理与外部应用程序和用户的交互。

工作列表处理程序负责管理用户任务（即BPMN中最终用户执行的任务），而“服务桥”处理BPMN的服务任务，即与作为服务公开的外部应用程序的编程交互。“工作列表处理程序”和“服务桥”的实现方式类似：它们由一个智能合约组成，充当转发请求（通过实体事件）和接收相应响应（通过合约函数调用）的中介。

BBM提供了简单通用的工作列表处理程序实现，它可以跟踪启用、启动或完成的工作项。另一方面，在其当前实施中，“服务桥”必须与BPMN流程模型一起提供，因为BBM无法生成它们，因为这些合同的详细信息取决于进行桥接的服务。下面分别介绍各个组件的具体构成和功能。

链下运行时组件：

BBM的“链下运行时”组件提供了一个面向服务的层，允许外部应用程序与链上组件和存储库交互。链外运行时组件使外部应用程序能够将流程模型编译为Solidity智能合约，部署所述智能合约，查询流程实例的状态，以及注册与活动流程实例关联的任务的执行。因此，“链下运行时”由三个主要模块组成：BPMN编译器、部署中介和执行监控器。后一个组件依赖于第四个组件，即事件监视器，它从以太坊日志生成相关的执行事件。编译器的具体流程如下：

第一个离链组件负责将BPMN流程模型编译为智能合约。此编译分两步完成（参见图2）。首先，BPMN流程模型被编译成一组Solidity智能合约和附加元数据（称为编译字典），稍后用于监控目的。编译字典是一种数据结构，其中包含用于将BPMN模型中的元素与生成的代码映射的信息。此信息包括与任何活动关联的合同方法的名称、分配给每个元素的唯一整数索引以及依赖于执行期间要遵循的行为的类型。

在编译过程的第二步中，BBM将第一步中生成的一组智能合同和一组现有合同放在一起，这些Solidity智能合约被传递给Solidity编译器，该编译器生成EVM字节码，以及用于将智能合约部署到以太坊的ABI定义。BBM的链下运行时或任何其他第三方应用程序使用ABI定义与部署的合同进行交互。编译过程中涉及的工件，即输入BPMN模型、实体合约、编译字典、EVM字节码和ABI定义存储在“流程存储库”中。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于区块链的业务流程执行引擎，其特征在于，包括Web模块、链下运行时模块、链上运行时模块、流程存储库模块、以太坊日志模块几个部分，其中，

Web模块：包括建模面板、配置面板和执行面板；

以太坊日志模块：提供链下和链上组件之间的交互机制。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的业务流程执行引擎，其特征在于，该业务流程执行引擎执行如下：

S1、将BPMN流程模型转化为Petri网；

S2、简化Petri网络再将该网络转化为一组智能合约代码；

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的业务流程执行引擎，其特征在于，支持角色的动态绑定和访问控制，支持组织用户帐户和角色的链上管理，以及带有访问控制的智能合同的自动生成。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的业务流程执行引擎，其特征在于，提供链下和链上组件之间的交互机制，流程存储库存储并提供对编译工件的访问，以太坊日志存储流程执行产生的日志数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的业务流程执行引擎，其特征在于，将时间约束包含在智能合约中，减少对时间约束的违反，最大程度地减少昂贵的执行时间，从而避免财务损失，扩展业务流程执行引擎BBM工具，能够将业务流程模型的大量时间约束自动转换为智能合约代码。