计算机工程年月日块链技术的推广与应用提供一种新的思路研究现状现阶段供应链管控及其信息化是学术界和工业界共同的研究热点如文献论述了目前供应链管控的关键因素常用策略和设计方向文献总结分析了供应链管控中各类建模方法的特点和优劣文献提出了评判供应链性能的几个关键指标和测量

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霜沛金
5 years ago
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1 第卷第期计算机工程年月! 体系结构与软件技术文章编号文献标志码中图分类号基于比特币技术的供应链管控与溯源方案陆尧文捷复旦大学计算机科学与技术学院复旦 # 众安区块链与信息安全联合实验室上海摘要供应链管控系统多数采用中心化设计系统负载上限受制于中心服务器性能导致整条供应链无法正常流动为此提出一种结合区块链比特币协议确定性分层钱包与多重签名技术的方案以满足供应链中产品编码权限管理物权转移产品溯源和防伪验证等需求将供应链内部实体分为人物实体产品实体和权限实体利用分层钱包技术进行实体密钥的分配给出基于分层钱包技术的树形结构编码体系并设计基于区块链交易的去中心化权限管控物权转移信息记录与验证机制分析结果表明该方案具有区块链去中心化交易可回溯和不可篡改等特性可解决现有技术中的常见的问题相比传统供应链管控方案有较大的优势关键词供应链管控区块链比特币分层钱包多重签名产品溯源中文引用格式陆尧文捷基于比特币技术的供应链管控与溯源方案计算机工程英文引用格式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概述供应链的通用定义为在产品生产和流通过程中一个由供应商制造商分销商零售商和最终消费者等组成的自上而下的连接网络供应链管控是现代企业市场竞争力的重要组成部分由于供应链在流动中涉及到大量的数据处理和交互将互联网技术引入供应链管控实现供应链全程信息化已成为一种趋势利用管理学金融学统计学和计算机科学等各学科的最新成果提升供应链的效率和安全性是当今业界研究的热点之一本文总结供应链管控中的几个关键因素基于相关领域现有的研究与应用结合区块链分层钱包和多重签名技术提出一种新型的供应链管控与溯源方案该方案利用比特币及区块链技术在去中心化可溯源防篡改信息安全等方面的优势可为区基金项目国家自然科学基金年上海市领军人才计划项目年上海市优秀学术带头人人才计划项目 ) 上海市基础研究科技创新行动计划项目作者简介陆尧男硕士研究生主研方向为信息安全区块链文捷工程师收稿日期 # 修回日期 ##.,$,

2 计算机工程年月日块链技术的推广与应用提供一种新的思路研究现状现阶段供应链管控及其信息化是学术界和工业界共同的研究热点如文献论述了目前供应链管控的关键因素常用策略和设计方向文献总结分析了供应链管控中各类建模方法的特点和优劣文献提出了评判供应链性能的几个关键指标和测量框架文献提出一种基于 &5 模型的信息化供应链管控方案使计算机可以辅助和监控供应链的流动文献设计实现了一个基于 5' 与物联网技术的供应链信息交互模型提升了供应链在信息获取数据流通和整体监控上的效率在工业界中沃尔玛利用条形码技术和射频数据通信 5' 技术构建了一条低成本高效率的补货系统大幅提升了毛利率京东在年完成了全供应链的电子化改造数据显示仅在仓储交接阶段每年就为其节省了约一亿元开销现有的信息化供应链管控研究成果与应用方案主要存在如下的可改进环节大部分供应链管控系统采用中心化设计系统负载上限严重受制于中心服务器性能一旦企业业务需求快速扩张原有系统极可能不堪重负导致整条供应链无法正常流动并且中心化系统的软硬件升级不仅非常困难而且成本极高以 -" 服务器为例由一套中等配置的小型机升级至大型机解决方案需要上亿元的投入现阶段所有管控系统都使用数据库记录供应链信息在数据库的选择上若使用中心式数据库则会导致中心服务器性能瓶颈和中心服务器强依赖性等问题若使用分布式数据库则会产生系统通信开销大存取结构复杂安全性降低和难于维护等问题管控系统的安全性完全依赖于中心服务器和数据库一旦两者被攻破所有用户信息交易记录和其他关键数据将全部暴露甚至被篡改给供应链的所有参与者带来严重安全威胁在实际商业应用中产品的防伪验证是具有重要需求现有方案大多采用验证码验证平台的形式需要用户连接厂家验证平台后验证防伪信息在该方式中不仅验证码极易被伪造与冒用维护一个庞大的验证平台也需要非常大的开销针对上述问题本文结合区块链分层钱包和多重签名技术设计了一种基于比特币技术的供应链管控方案本文的主要贡献如下将现在仅存于比特币和以太坊系统中的确定性分层钱包技术引入到权限管控领域中在编码上直接表达权限的区分和层级关系这种方案可以推广至物联网编码领域构建一套层级关系明确空间充足的编码体系利用区块链记录系统正常运行所需的信息数据库系统仅作为辅助工具使用方案在运行上采用半中心化的架构系统的所有者拥有较高的控制权区块链在生产环境下中心化与去中心化的优劣之争不断本文方案提供了一种相对平衡的解决方式扩展了区块链交易的应用场景现阶段基于区块链的各类应用大多采用改变区块链交易中记录内容的方式以满足不同的需求本文方案直接使用区块链交易本身来表达信息是一种区块链应用上的创新为区块链技术的推广和应用提出了新的思路充分利用区块链和比特币技术中在去中心化信息可溯源与不可篡改等方面上的特性设计了一套完整的信息化供应链管控方案解决了现有系统存在的一些问题方案背景技术区块链区块链作为比特币的底层技术承载着验证并记录合法比特币交易的功能区块是一个聚合了部分交易信息的容器类数据结构一般由一个包含元数据的区块头和紧随其后的一系列交易组成对每个区块头进行运算后可以得到一个用于标识该区块的哈希值区块链是由区块构成的一种有序链型数据结构链中每个区块都包含前区块的哈希值可以由链上任意区块追溯到第一个区块创始块其结构如图所示图区块链结构

3 第卷第期陆尧文捷基于比特币技术的供应链管控与溯源方案由于区块头包含了父区块的哈希值因此当前区块的哈希值会受到父区块的影响一旦某区块发生改变所有后续区块必须全部重新计算当一个区块拥有了足够多的后续区块后对它的任何改动将消耗难以承受的巨大算力所以一条足够长的区块链可以保证其记录的信息不可更改这是区块链安全性的重要基础非对称加密与比特币密钥非对称加密算法是信息安全领域的数学基础之一在非对称加密算法中密钥由一对数学相关的公钥和私钥组成公钥完全公开可在不安全的条件下传输和储存私钥则必须保密在算法中若公钥为加密密钥则发送方可在任意网络上发送加密信息只有私钥的拥有者可以正确解密即实现了数据的加密传输若公钥为解密密钥则只有通过私钥加密的信息也即数字签名才可以被该公钥正确地解密即实现了数据的来源验证比特币系统使用非对称加密算法来控制比特币的所有权比特币密钥是一对私钥 4 公钥对公钥为解密密钥当一笔新的支付交易进入网络后网络节点会利用支付者的公钥验证交易中数字签名的合法性从而确定交易是否来源与比特币的所有者确定性分层钱包比特币钱包指用于存储密钥的加密存储文件或数据库用户可以在钱包中生成多对密钥钱包总体上分为类非确定性随机钱包和确定性种子钱包非确定性钱包随机生成部分相互无关的私钥由于私钥之间没有关联因此需要备份钱包中所有的密钥一旦某个密钥丢失它控制的所有比特币也会丢失因此非确定性钱包难于管理和备份为了改进上述问题比特币 - 标准中提出了分层确定性钱包 $0$* :$ : 技术分层钱包生成一个! 到! 的随机数作为种子钱包中所有的密钥都衍生自这个种子及其哈希后的链码并且每对密钥同样可以通过哈希获得自己的链码以衍生下一层密钥最终分层钱包的所有密钥构成一个具有层级关系的树状结构分层钱包的优势主要有个只要备份种子就能还原整个密钥树树状结构在应用中可以表达额外的组织含义例如某个分支用作收入另一个用作消费在分层钱包中子公钥可由父公钥直接衍生这就允许在不接触私钥的情况下衍生出一系列合法的公钥多重签名数字签名是非对称密码系统的一个重要的应用用于确认信息来源消息发送方使用哈希函数从信息中提取一段摘要并用私钥加密签名接收方利用公钥解密签名若其与采用相同哈希函数提取的摘要相同则能确认消息来自密钥的所有者在比特币和其他区块链系统中签名算法用于保证交易的合法性区块中每条交易记录都有一个混合了交易信息和接收方密钥的锁定脚本当接收方发起一个新的交易时必须提供上一个交易输出中锁定脚本对应的公钥和数字签名解锁才能被系统接纳并记录到账本区块链中以此为基础整个比特币网络在不需要中心机构的情况下实现了交易的自动验证和比特币所有权的安全转移在实际应用中出于安全和管理等原因一些比特币交易需要经由不同的实体同时许可才能完成比特币协议采用多重签名技术实现该需求多重签名交易的锁定脚本记录了个公钥及其对应签名至少需要提供其中的 4 4 个才可以解锁交易输出从而发起新的交易方案设计方案整体架构与流程本文方案整体架构如图所示图本文方案整体架构一般而言供应链可分为内部与外部两类内部供应链指企业内部产品在生产和流通过程中涉及的采购制造分销仓储等部门构成的供需网络外部供应链指企业外部参与企业相关产品生产与流通的原材料供应商生产厂商储运商零售商和最终消费者组成的供需网络本文方案针对外部和

4 计算机工程年月日内部供应链采用了不同的架构在外部供应链上方案使用去中心化设计上游生产商中游储运与零售商和下游的消费者之间没有逻辑关系密钥相互独立在内部供应链上方案使用验证授权的方式维护一个保存分层密钥的授权服务器内部员工仍保有自己的密钥但进行操作时需要向授权服务器请求自己级别的密钥内部的私钥不对外公开本文方案并不限制底层的区块链平台无论使用以太网 '$! 或其他类似的区块链平台只要提供基本的查询交易和部署链码等功能即可密钥分配在本文方案中每个实体都拥有一对密钥本文将密钥表示为 ( 3 ) 其中为私钥 3 为公钥为密钥的持有实体 3 " 3 表示在分层钱包中父密钥 ( 3 ) 衍生出子密钥 3 或 3 是由父密钥 ( 3 ) 衍生出的子密钥本文方案的密钥分配可分为类人物实体产品实体和权限实体人物实体密钥分配本文方案人物实体例如供应商的物流员工终端消费者等的密钥 ( 3 ) 唯一且相互无关联在采用安全随机源的情况下该条件很容易达到产品实体密钥分配产品实体指供应链源头处的相关实体包含生产商代工厂生产商的所有产品及其对应的物理单品产品实体的密钥在生产阶段采用分层钱包技术分配假设产品生产商为拥有一对主密钥 3 #! 表示是的一个代工厂表示是生产的一款产品 #! 表示为的一件单品该单品由代工厂生产产品实体的密钥分配方式如下 3 " 3 #! 3 " 3 3 " 3 #! 其中 3 可以作为单品的唯一标识该标识空间约为个完全满足生产需要权限实体密钥分配权限实体指在内部供应链中授权服务器内部保存的权限例如公司中董事长总经理或物流员工等职位权限实体的密钥在授权服务器内部采用分层钱包技术分配假设使用内部供应链的机构为 ) 拥有一对主密钥 ))3 权限可以表达为一个树状结构父节点拥有更高的权限对自己的子孙节点持有管控权权限实体的密钥分配方式为 3 "!! 3 #! 其中为高级权限! 为管控的下一级权限表示为! 为避免最高权限数量不唯一主密钥 ))3 不直接代表最高权限而是将 ))3 衍生出的第一代子密钥作为最高权限实体的密钥授权服务器内部的权限实体密钥结构如图所示权限管控图授权服务器 "5 内部密钥结构权限管控分为授权除权和查询权限个部分本文方案将权限管控的相关信息全部以交易的形式置于区块链上交易的形式化表示如下其中 67 表示该交易的输入签名记录了交易来源多个输入说明来源为一个多重签名即该交易由多方确认达成 67 表示该交易的输出解锁条件记录了以该交易为输入创建新交易需要的多重签名授权授权阶段需要授权服务器授权人和被授权人 " 三方参与授予 " 的权限必须低于的权限且为的直接下属表示为 % 授权操作需要个交易来表达流程如下 44$ 向发送授权请求!7 $/* 20!7 44 验证 $ 身份和权限.$7 $, 7%) 44 创建交易发出授权信息 $$*$ $ ) 44 创建交易确认被授权人..1 $ $,.1 ) $$*$ $ )! 7 44 创建交易被授权人接受授权..1! $$*$! 7 7 交易没有输入签名类似与比特币系统中的创币交易由于的私钥仅保存在内部交易和交易需要辅助完成生成 67 ) 个交易

5 第卷第期陆尧文捷基于比特币技术的供应链管控与溯源方案完整地记录了授权人及其权限被授权人 " 被授予的权限和授权时间等信息且授权流程需要双方共同确认使用私钥签名交易完成除权除权阶段需要授权服务器除权人 % 两方参与其中 % 的权限必须高于需要解除的权限且为的直接上属表达为除权操作需要个区块链交易来表达流程如下 44 向发送除权请求!'7 /* 20! '7 44 验证身份和权限. $, 7 44 创建交易发出除权信息确认除权人 $$*$ 7 44 创建交易除权人确认除权..1 $,.1 $$*$ 交易的输入来源于交易的输出 67 " 67 即授权 " 的最后一个交易由于采用了分层钱包技术分配密钥且因此通过的私钥可以生成 67 7 以完成交易交易是一个自我交易该交易用于区分授权交易和除权交易个交易完整地记录了除权人 % 及其权限和除权时间等信息并且除权阶段不需要被除权人的确认权限查询权限查询不需要任何实体参与仅凭区块链上的现有交易即可完成现假设需要查询 " 是否拥有权限流程如下.! 0$ $*! 7 7. $*$ $.! 7 7.$* 若 " 根据上文对授权操作的描述区块链上必然存在交易 67 " 且不存在后续交易若 "' 存在种情况 " 从未被授权链上不存在交易 67 " 67 " 曾被授权链上存在交易 67 " 67 但后被除权则根据除权过程的描述必然存在后续交易 67 % 其中 % 为除权人由于区块链上查询交易的归属仅需公钥当人物和权限实体公布公钥后即可以根据当前链上的交易确定 " 是否拥有权限物权转移本文物权转移泛指供应链上的产品在不同的实体中交接的操作与权限管理类似物权转移的所有相关信息也会以交易的形式记录在区块链上单品从供应链源头代工厂生产至供应链末端消费者的流程可以分为生产和运输个阶段本节描述这个阶段的流程设计生产阶段生产阶段包含了单品由代工厂生产通过质检并确认发货的过程需要个交易来记录流程如下 44 代工厂生产出产品的一件单品并进行质检. */$., 44 6 衍生子密钥 6 分配给,1 $ 6. 6!$, 创建交易记录合格产品的生产信息 $$*$ 44 创建交易记录发货信息..1 $,.1 $$*$ % *,*1 交易是一个无输入的交易表明了该单品的产地代工厂在交易中 67 6 为代工厂发货部门权限的签名 67 ) 为该单品接收方如存储商对接部门权限的签名运输阶段运输阶段包含单品从供应链源头发出经由中间环节运输至供应链末端的各个物权转移操作该阶段实际上是单品在各个机构储运商零售商等的内部供应链中流动并交由下一个机构继续运输的过程现假设物权的当前归属为人物实体 2 #! 其中 2 为拥有的不同权限转移的目标权限为 ( #! 例如现在单品位于一辆多人负责的运输车上下一阶段需要交由质监部门和仓储部门接收并入库根据下文即将描述的物权转移流程当前区块链上存在交易 ( 67 ( 而后具有接收权限的人物实体 " ( 批准接收并将后续的目标权限标记为 #! 转移操作的流程为 44! 向发送物权转移请求! /* 20 $*. $ $ 验证! 身份和权限.! -.$ #! 44 使用 - 将物权转移至! $$*$ - -!! 44! 批准转移将后续转移目标设为..1!.$ #! $$*$!! 在节描述的权限管控流程中交易的输入

6 计算机工程年月日或输出是人物实体权限实体混合签名的形式而在物权转移阶段的相关交易中不存在人物实体和权限实体在某一端混合的情况因此在权限管控和物权转移交易混合记录在一条区块链的情况下不会造成交易表达信息的混淆当物权在外部供应链间转移时交易也采用类似的流程构建例如生产阶段最后的交易为 ) 接收方负责人 ) 和发出方负责人 6 共同确认交接完成后双方构建如下交易即可完成物权转移记录的上链 ) 其中为接收方内部供应链的后续目标权限当物权转移到供应链末端实体时利用自我交易将物权的最终归属改为实体本身即可例如商品交易最终达成时消费者 % 完成如下交易 $*67 % 67 % 67 % 该自我交易的两端都是人物实体因此不会和除权交易中的自我交易混淆产品溯源由于所有物权转移的相关信息都以交易的形式记录在区块链上因此本文方案中的产品溯源可直接以查询区块链交易的方式完成假设当前单品的物权位于可能为人物实体或权限实体根据上文对物权转移的流程定义区块链中必然存在交易其中为后续目标人物实体或权限实体的签名当其为供应链末端时为 67 本身该单品的溯源流程如下 $*$ $* 3 20$** 44 查询前序交易 $* $*%$*$ 3 44 输出溯源信息 3$!61 $* $* 该流程实际上是一个不断查找前序交易的过程这个过程提取所有参与流动的实体签名根据签名获取实体公钥从而定位物权转移参与实体的相关信息交易的时间戳即为物权转移的确认完成时间防伪验证假设需要查询供应链源头为的单品的合法性流程如下 $*$ $* 3 20$** 44 查询前序交易 $* $*%$*$ 3 44 提取代工厂签名获取公钥!61 3$!61 $*.6" 6 *.$* 防伪验证的流程基于本文方案的点特性生产阶段的第一个物权转移记录为交易 & 因此可以确定的供应链源头为并根据 67 获取公钥 3 产品实体采用分层钱包技术分配密钥因此在没有生产商私钥的情况下仍然可以验证 3" 3 是否成立即是否为认可的产地由此判断是否为一件合法的单品防伪验证的流程无需第三方参与只需要生产商公布自己的公钥 3 即可方案分析秘钥分配在现阶段区块链技术已经逐步延伸到各个领域同时分层钱包树形结构密钥表达的组织层级关系已经开始被应用于验证交易以外的用况但在常规的区块链应用中密钥仅作为人物实体的身份标识用于生成标记交易的合法性的签名或数字证书如文献采用分层钱包技术将个人的支付地址演化成一系列树状密钥簇构建了一个抗攻击的匿名交易系统文献利用分层钱包技术的树状结构提出了一种物联网智能家居应用领域上下级设备和应用的标记方式本文方案将供应链中的实体分为人物实体产品实体和权限实体类人物实体的密钥相互独立权限实体和产品实体密钥采用分层钱包技术分配这种密钥分配方式是本文方案后续设计的基础也是一种非对称加密密钥使用的创新产品实体的密钥分配分为个阶段 3 " 3 #! 3 " 3 3 " 3 #! 这个阶段在编码上直接表达了产品实体的个对应关系代工厂隶属与生产商是生产商的一个产品是产品的一个单品由于分层钱包技术在密钥衍生上的唯一性和不可逆性仅有父级密钥可以衍生出合法的子孙密钥用于交易签名这种层级关系具有极高的稳定性和安全性构成了本文方案产品溯源和防伪验证的基础本文方案将单品的公钥 3 作为的唯一编码标识这种利用分层钱包技术的编码方式可以广泛应用于物联网及相关领域在常规的物联网编码体系等中实体的层级关系通过编码

7 第卷第期陆尧文捷基于比特币技术的供应链管控与溯源方案的分段解析确定例如在中位的编码被分为位标头位厂商识别码位对象分类码和位序列号个码段这种分段解析的方式使很大一部分编码空间被用于描述分层信息不同的版本号不同的厂商不同的对象等在本文方案中层级关系直接在编码上表达相对于传统编码体系节约了大量编码空间并且公钥对应的私钥可以用于满足某些需要加密的需求例如本文方案中的防伪验证传统编码体系的另一个局限是需要一个统一的管理机构如!$ 分配码段以保证编码的唯一性这样虽然便于管理但在一定程度上限制了用户的使用在本文方案中所有编码都由随机种子生成用户使用安全的随机生成函数可以获得唯一的主密钥不再需要统一的管理机构本文提出了人物实体与权限实体独立分配密钥的方式该方式是本文方案权限管控的基础在现有使用分层钱包技术的方案中下级实体的密钥直接衍生自其附属的上级实体密钥例如在文献设计的智能家居系统中传感器的密钥直接衍生自其上层智能网关的密钥然而在权限管控领域这种直接衍生的方式存在个明显的缺陷一旦上级人物实体密钥泄露其下属所有实体的密钥将全部暴露对系统安全带来灾难性的后果如果人物实体的权限变动需要重新为人物实体分配相应级别的密钥非常繁琐如何回收带有权限的人物实体密钥在系统中将其标记为无权限或废止比较困难本文方案将权限实体从人物实体中独立出来采用对人物实体加权和除权的方式表达人物的当前权限该方式完全解决了上文描述的个缺陷由于人物实体的密钥相互独立单一人物实体密钥的泄露更换授权和除权完全不影响权限体系的正常运行权限实体的私钥保存在授权服务器内部只公布其公钥保证了方案的整体安全性权限实体的密钥利用分层确定性钱包技术分配利用密钥树的层级关系表达了权限的上下级关系由于衍生函数的单向性因此这种层级关系的安全性和稳定性在密码学上得到了完整地保护权限管控本文方案提出一种基于区块链交易的权限管控方式该方式的权限层级关系采用分层钱包技术确定利用区块链技术保证权限管控体系的去中心化安全性和公开性在现有的信息化系统中权限管控是保证系统安全的重要核心之一但无论是 3 系统内核还是大型的 5 系统其权限管控的相关信息都会被记录到一个经过加密的文件或数据库系统中构成类似与人物 # 权限的键值对这种方式存在以下可改进的地方首先权限信息的不公开会造成独立系统间的交互困难外界对于内部权限的验证需要专门的系统服务来处理例如在供应链中如果双方系统不提供相应的接口生产商和储运商无法确认对方交接人员的权限信息第三方人员也无法确认供应链参与人员实体的权限其次由于采用本地化存储一旦保存权限信息的服务器出现故障依赖于权限体系的所有业务逻辑都无法继续进行并且权限体系的安全性完全依赖于保存权限信息的服务器或数据库系统一旦其被攻破将对系统安全造成严重威胁最后权限管控的流程完全掌控在授权方缺失了被授权方的确认流程部分系统并不记录权限管控的详细信息授权人授权时间和授权人权限会对问题回溯和责任定位造成困难本文方案在将人物实体和权限实体分别分配密钥的基础上利用区块链技术提出了一种可以改进上述问题的权限管控体系通过上文对加权和除权流程的形式化定义可以看到方案中所有权限管控的信息全部以交易的形式记录在区块链上由于区块链是一个去中心化的系统因此网络中任何节点都可以进行权限查询的流程从而验证人物实体的权限信息相对于依赖于中心权限系统的传统系统本文方案仅在进行授权和除权操作时需要授权服务器的辅助权限查询操作不依赖于单一服务器如果节点缓存有链上的相关交易该操作甚至可在无网络环境下进行数字签名算法保证了缓存数据的安全性和可验证性由于在生产环境中相对于权限查询操作加权 4 除权操作仅占很小的一部分因此本文方案降低了单一服务器的运行压力具有很高的应用价值本文方案设计的权限管控体系的安全性不再依赖于某系统或数据库而是由区块链及其底层的数字签名算法保证以一个授权交易 " 为例该交易发起了一个 " 的授权操作由于有且仅有私钥和可以生成签名 67 而保存在安全的授权服务器内部因此本文方案保证了授权操作的安全性除权操作同理现阶段已有一部分成果利用多重签名技术的优势解决多方交易的信任安全等问题但其主要目的在于验证交易的合法性而非保存交易信息提供系统记录的可溯源性本文提出的这种以多重签名作为信息载体的方式为多重签名技术的应用提出了一种新的方向在常规系统中一旦保存权限信息的服务器或数据库被攻破攻击者可以在无记录的情况下增加

8 计算机工程年月日删除和篡改人物实体的权限对整个权限体系造成严重破坏在本文方案中区块链的不可篡改性为权限信息存储提供了安全基础由于链上交易不可篡改不需要主动保护链中的授权和除权交易即使在不安全的网络环境中密码学也保证了权限信息的安全可靠同时由于区块链的可回溯性即使在出现安全问题的情况下也可以迅速进行排查和责任定位防止危害进一步扩大及时恢复权限系统的正常运行在本文方案中在通过创建交易 " 发起授权操作后还需要被授权人通过交易 67 " 67 确认或者说接受该授权这种共同确认的授权方式对被授权人来说既是一种保护不会被强行授权也是一种约束授权确认后不可抵赖这是本文提出的一种新型权限管控模式在进一步加强权限体系安全性的同时也可以避免实际应用中很多权限相关的纠纷考虑到在实际应用中发起除权操作的人物实体不一定是授权阶段的授权人因此授权操作的最后一个交易 67 " 67 的输出为仅需要 67 任何一个权限高于的人物实体 % 都可以通过创建 % 来解除被授权人的权限物权转移供应链中产品在实体间不断转移信息化管控系统需要处理和记录这些转移信息并保证记录的安全性在常规系统中这些信息被记录在一个中心式或分布式数据库内但正如文献指出若采用中心式数据库系统容易产生性能瓶颈且当数据库出现故障时整个系统将无法正常运行若采用分布式数据库则需要面对一些诸如数据冗余一致性和系统可靠性等复杂的问题本文方案利用区块链技术在保证安全性的情况下解决了供应链管控系统中的上述问题本文方案的物权转移信息完全以交易的形式记录在区块链上利用多重签名技术使方案可以用于多方参与的转移过程与权限管控类似物权转移的流程需要交接双方的共同确认才能完成解决了实际应用中因交接信息缺失而引发的纠纷例如在快递行业中经常出现的丢件冒领这种共同确认的特性既保护了交接双方的利益也使交接记录完整地记录下来出现问题时便于准确定位和追责在本文方案中一次交接的过程需要人物实体 #! 权限实体和权限实体 #! 人物实体个交易来记录考虑到实际应用中物权的转移并不总是发生在人物实体间例如仓储部门的负责人在对产品进行清点入库时还无法确定下个阶段负责运输的配送人员因此这种设计可以满足生产环境的实际用况不会影响供应链本身的业务流程在常规的供应链管控系统中物权转移的交接记录在数据库内部是离散的数据行通过修改数据库内容可以对供应链中某一环节的信息进行篡改本文方案利用区块链记录所有物权转移信息因此交接记录具有完全的可回溯性产品在系统内的流动无论是逻辑上还是实际的数据存储都构成一个完整的链条数字签名算法保证了链条的安全性供应链的参与方无需主动保护物权转移信息一旦物权转移操作被双方确认并记录上链后该信息不可被篡改和删除由于区块链系统是一个网络对内部供应链而言相较于中心式数据库它提供了信息的去中心化处理和存储解决了中心化架构中系统整体的性能和运行对于中心服务器的强依赖问题相较于分布式数据库区块链利用共识算法解决了一致性问题利用数字签名算法为数据提供了有效性验证降低了运维成本对外部供应链而言网络架构打破了独立系统间数据交互的壁垒现阶段由于系统间的异构性跨内部供应链的数据交互需要双方提供统一的接口构建贯穿多个孤立系统的高层次供应链管控解决方案存在很大困难本文方案设计了内部供应链间物权转移的相应流程多个内部供应链共享同一个区块链网络利用数字签名算法等技术实现了安全的全网络信息共享相较于常规系统本文方案低成本高效率地解决了供应链管控中由于系统间异构性造成的信息孤岛问题现阶段已经有一些采用区块链存储交易信息的系统出现与本文方案相比这些系统大多利用了一些新的区块链平台记录除交易信息外的冗余数据的特性本文方案将所有物权转移的相关信息都以交易的形式记录下来即使是比较原始的区块链平台也可以完整实现一整套需求同时因为不需要高级功能的支持不同区块链平台之间的转移和升级也变得相对简单代码的基本逻辑不需要经历大的变动需要注意的是区块链作为一个分布式的数据存储网络比较适合记录内容简单且结构单一的数据例如供应链中的物权转移信息并且区块链系统的查询速度相对偏慢因此并不能完全替代分布式数据库产品溯源现有的供应链管控方案由于独立系统的异构性产品的全供应链溯源需要实现一个兼容供应链上所有平行系统间数据交互的高层数据平台这会使平台的构造非常复杂对平台本身的性能要求也

9 第卷第期陆尧文捷基于比特币技术的供应链管控与溯源方案很高需要耗费大量的经济和人力资源如上文所述本文方案产品的流动在区块链上构成了一个完整且保证安全的链条因此可以根据该链条进行产品的溯源根据方案对溯源流程的形式化定义在供应链各参与方公布自己的公钥后任何接入区块链网络的节点都可以对某件产品进行信息回溯由于区块链的不可篡改性从区块链交易链条中提取的回溯信息具有非常高的可信度不存在常规系统中很容易发生的环节出现问题例如信息丢失恶意篡改或被攻击导致整条供应链回溯信息可靠性受到影响本文方案中产品溯源所需信息的处理和存储成本由整个区块链网络共同承担不再需要维护一个复杂度高资源消耗大的高层数据平台也无需担心数据存储的安全性在不安全的网络环境甚至离线的情况下也可以获取到可靠的产品溯源信息相较于其他系统这是本文方案在产品回溯上的另一个优势防伪验证本文方案利用分层钱包技术为产品实体分配密钥不仅构建了一套完整的分层编码体系而且也提供一种高效的防伪验证机制现行的防伪验证方案一般采用验证码验证平台的方式用户将产品标签上的验证码输入厂商维护的网络平台从而获取产品的验证信息这种方案存在如下缺点验证码极易伪造和冒用非法厂商在获取到一个合法的验证码后可大量用于同款产品的仿冒对一个大产量的产品维护一个需要响应大量验证请求的网络平台成本较高一部分生产厂家难以承担网络平台如果运行异常或被攻破将会摧毁整个验证体系甚至影响厂商和其他中间商的商业信誉本文方案单品的密钥衍生自其所属产品产品和代工厂的密钥衍生自其厂商同时通过质检的单品在区块链中存有输入为单品代工厂多重签名的交易因此在供应链的源头处会构成一个厂商 #! 代工厂 #! 产品 #! 单品的树形结构分层钱包技术中密钥衍生的单向性保证了该结构的安全和易于验证非法厂商无法伪造单品的生产信息在供应链中端或末端由于用户可以查询到产品在整条供应链上的转移记录因此不存在类似验证码冒用的问题与产品溯源类似防伪验证信息的处理和存储成本也由区块链网络共同承担并由数字签名算法保证验证过程安全可靠相对与传统的验证体系本文方案无论是对厂商还是对消费者而言在经济性和安全性上都具有较大的优势结束语本文结合区块链比特币相关技术和多重签名技术设计一套供应链管控和溯源方案该方案将供应链内部实体分为人物实体产品实体和权限实体的分类方式将分层钱包技术用于实体密钥的分配并提出一种基于分层钱包技术的树形结构编码体系应用于物联网编码领域通过设计基于区块链交易的去中心化权限管控机制和物权转移信息记录与验证机制为利用区块链交易提供了新的思路本文方案充分利用区块链和比特币技术去中心化信息安全和记录可回溯等特性解决了现有系统中一些常见的问题下一步将根据该方案实现可用的系统框架与原型逐步优化设计细节以解决区块链记录信息速率较低等问题参考文献 "-5% " &&5 " ( 1 0$ $$ $ ***$, *$0 * $$ $. ** "$$ %%51 0$ $$$ 2" -($1 5( 2., $$0*. **$$! *1 0$ $$ * 1** -"&-""$* *1 0$.$ $$ $. &$*, "$$ ( &5 666 $***, *1 0$.$!$*, *1 0$ $*., *,*$ 7 - ( ( 1 0$.$ $***!$*, 5'$,.0* 44,*. "" :$*0 ** 5%&5"** *1 0$ $$ "$* 李志刚创京东刘强东亲述创业之路北京中信出版社 -%7 %%" 6 :%% 1**$$1**$,,* 0,* " 2 4" ($2 %&- $ $*0 *1* -4& ## 0 * 44222,* &5%& % (56 " 6 5&+ *0$! 44,*. $$. 1$01 $, 1 1**-($1 沈厚才陶青陈煜波供应链管理理论与方法中国管理科学下转第页

10 第卷第期丁祥武张东辉 $, 平台的安全加固方案分词因此占用了大量的内存以及等主机资源虽然 5, 任务仍在运行但由于只是做简单的统计工作对内存以及等资源的需求并不是很高由此集群资源开始回收集群健康指数提升在个单位时间之后 5, 子任务执行阶段结束标志 "$5, 作业的完成集群健康指数快速回升通过分析可知该模型在生产环境下能够有效检测集群评价指标的变化并能够正确反映到集群健康走势图中由实验结果可以得出本文提出的健康评价体系能够在指定时间段内准确反映集群的健康走势管理员通过集群健康走势图可对集群的整体情况进行把控大幅提升了工作效率并且为整个 $, 集群的持续健康运行提供了有效保障结束语针对 $, 集群中的安全隐患本文设计了相应的安全加固方案主要包括企业安全系统与 $, 集群集成字段级访问控制以及健康评价体系并通过实验验证该方案的可行性与有效性下一步将对健康评价体系的核心算法进行优化以期更加精确地反映集群的健康状态并结合机器学习为其提供预测能力另外由于版本的迭代 $, 的安全问题会不断发生变化下一步将继续研究 $, 平台中的安全问题并提出相应新的安全加固方案参考文献高煜红云计算数据存储安全的研究杭州浙江工业大学 " :%5 -,$$ $ 0$2$* $, 0.$ 孟小峰慈祥大数据管理概念技术与挑战计算机研究与发展何良均张翼温宗臣等一种多维度的 0$, 权限控制方法和系统赵妍袁野刘冰基于协议与 6!* 认证机制的统一认证信息技术 " 67 $ ** 1,,$$!2 01 $, $ ", 5, -556"55"$1**.2,2* $0$ *%" $,!*-4& 0 *44222*$0$4!$4 % $1**%.%:,2*%0$% *%%"%$,% 6!* 孙珊珊基于 $, 的云计算数据安全性研究武汉武汉理工大学 5%&5 在 ) 上用主 # 副本拓扑配置 6!* 主 # 从 6-4& # 0 * ! 4,2*4 4$!,24$ $$$!4 陆松年薛质蔡亦波与 6!* 系统的集成计算机工程章松刘春波基于的高可用目录服务器的设计与实现软件 ((5" 5" %% $ *,$$$ *.,$*.2$*1** %$*$*.2$ 李昊张敏冯登国等大数据访问控制研究计算机学报吴易雯李莹杰张列宇等基于主客观赋权模糊综合评价法的湖泊水生态系统健康评价湖泊科学冯登国张敏李昊大数据安全与隐私保护计算机学报陈露露郭文普何灏基于 "("' 的异常流量检测方法计算机工程付亚男属性权重未知的多属性决策方法及应用合肥安徽大学 (& 77 '%$. $$$0!$*, 3 % -4& # % 4'%&% 0 编辑司淼淼上接第页 "&5" -&" 5 $ $. $11 44,*.$$:*0 $1 0 1:$*0 ** ) -5 7 & $,1.$2.0.0* 44,*. $$., $, :$*0 ** -&% % ",*$, & * **$$ " &" 51 ",$ (5-6 "% 2. 5 *$0 $. $,$. $.$ *1** $..$ 1** 张泓曹珍富董晓蕾基于承签原语与多重签名的改进虚拟交易系统方案计算机工程 "(& 65% " -& $$!$* $0 $$*.*0,!.,*$*!$3,*.0-,2 编辑索书志

第期曹源等形式化方法在列车运行控制系统中的应用

第期曹源等形式化方法在列车运行控制系统中的应用第卷第期年月交通运输工程学报曹源唐涛徐田华穆建成为了确保列车运行控制系统设计和开发的正确性比较了仿真测试和形式化种能够验证系统设计正确性的方式根据列车运行控制系统对安全的苛求性提出了个与系统安全相关的重要特性即实时性混成性分布并发性反应性并分析了与这些特性相关的具体形式化方法通过对每种形式化方法的数学基础和应用范围的分析和归类给出了各种方法的优势和不足