基于PBFT區(qū)塊鏈技術(shù)的電網(wǎng)企業(yè)倉儲系統(tǒng)

楊春燕，賓冬梅，黎新

工程與應(yīng)用

基于PBFT區(qū)塊鏈技術(shù)的電網(wǎng)企業(yè)倉儲系統(tǒng)

楊春燕，賓冬梅，黎新

（廣西電網(wǎng)有限責任公司電力科學(xué)研究院，廣西 南寧 530012）

提出了一種基于實用拜占庭容錯（PBFT）算法的區(qū)塊鏈技術(shù)，首先對傳統(tǒng)的實用拜占庭容錯算法原理進行了闡述，該傳統(tǒng)算法包含前期、需求、預(yù)準備、準備、確認、答復(fù)6個階段，但傳統(tǒng)算法具有實時性差、缺乏懲罰機制、帶寬高的缺點。針對出現(xiàn)的這些問題，又對傳統(tǒng)算法進行了改進，具體涉及記賬節(jié)點、共識過程以及視圖切換過程。通過測試進一步證明了該改進算法的實用性，并將該算法應(yīng)用于電網(wǎng)企業(yè)中，構(gòu)建的虛擬倉庫實現(xiàn)了聯(lián)儲聯(lián)備，降低了庫存資金的耗費，并且提高了電網(wǎng)企業(yè)庫存管理的效率。

實用拜占庭容錯算法；區(qū)塊鏈技術(shù)；虛擬倉庫

1 引言

區(qū)塊鏈技術(shù)是目前最受矚目的技術(shù)之一，電網(wǎng)、物流等相關(guān)領(lǐng)域都有其身影，隨著其技術(shù)的發(fā)展，人們的社會生活變得更加智能化。目前在我國，越來越重視區(qū)塊鏈技術(shù)，中國科學(xué)院等研究機構(gòu)都在研究提高區(qū)塊鏈技術(shù)的性能，參與到區(qū)塊鏈技術(shù)研究中的科研單位變得越來越多[1-5]。就區(qū)塊鏈的算法來說，實用拜占庭容錯（PBFT）算法具有吞吐量高、交易時延低等特點，是目前公認解決拜占庭問題最優(yōu)秀的算法[6]。PBFT對原先拜占庭容錯算法而言，在口頭協(xié)議和書面協(xié)議的時間復(fù)雜度方面有了極大進步，其復(fù)雜程度也大大降低，因此從理論層面解決拜占庭問題過渡到了實際應(yīng)用的層面。系統(tǒng)做出準確判定的前提是當拜占庭節(jié)點的數(shù)量為時，副本節(jié)點的數(shù)量為3+1。主節(jié)點在一個視圖中是獨一無二的。新的主節(jié)點只能在原主節(jié)點達成共識，系統(tǒng)重新執(zhí)行視圖更換協(xié)議后產(chǎn)生。電網(wǎng)企業(yè)的分散式采購形成了相對封閉的物資儲備信息，使得應(yīng)急情況下物資無法在分子公司間進行高效調(diào)配。本文采用基于PBFT的區(qū)塊鏈技術(shù)的電網(wǎng)智能虛擬倉庫平臺，解決以上問題。

2 實用拜占庭容錯算法

2.1 算法流程

實用拜占庭容錯算法包括前期階段、需求階段、預(yù)準備階段、準備階段、確認階段、答復(fù)階段，算法流程[7-8]如圖1所示。

下面對該6階段分別進行闡述。

（1）前期階段，設(shè)定相關(guān)時間節(jié)點，每通過一個時間節(jié)點時，利用投票法隨機挑選一個副本節(jié)點使其成為主節(jié)點，其余的節(jié)點作為備份節(jié)點使用。

（2）需求階段，相關(guān)服務(wù)的請求命令被傳送給區(qū)塊鏈系統(tǒng)客戶端的主節(jié)點。

圖1 實用拜占庭容錯算法請求命令的傳送流程

（3）預(yù)準備階段，當用戶端的請求命令到達后，主節(jié)點會整編其相應(yīng)的信息，整編完成后，把該請求繼續(xù)傳遞給余下的副本節(jié)點，而得到的預(yù)生成區(qū)塊則當作特殊的共識請求處理。

（4）準備階段，副本節(jié)點得到相關(guān)的命令后，首先分析命令的合法性，分析通過后，就會對其余的節(jié)點傳遞信息。

（5）確認階段，對其余節(jié)點向相關(guān)副本節(jié)點傳遞的信息再進行分析，當接收到的請求命令一致時，再繼續(xù)進行信息傳遞。

（6）答復(fù)階段，當相關(guān)副本節(jié)點收到其余節(jié)點傳遞的肯定命令后，才會對相關(guān)請求命令進行執(zhí)行，此時各個節(jié)點會把相關(guān)數(shù)據(jù)保存到區(qū)塊鏈中，給客戶端發(fā)送分析后的結(jié)果，當大部分的數(shù)據(jù)一致時，最終確認請求正確。

2.2 算法具體實施

同時滿足：

基于拜占庭容錯特性的共識需求，使其得到滿足，則有：

式（4）說明，在PBFT算法網(wǎng)絡(luò)下，當出現(xiàn)個非確認節(jié)點時，此時要確保有3+1個共識節(jié)點系統(tǒng)才能正常運行，所以PBFT算法允許的容錯率是33%，區(qū)塊鏈系統(tǒng)確保正常運行的前提是至少有2+1個無誤的副本節(jié)點。

PBFT算法是目前應(yīng)用于區(qū)塊鏈中比較好的算法[9]，但是該算法存在許多問題，例如：PBFT算法的實時動態(tài)性較差，增減節(jié)點都需要初始化共識網(wǎng)絡(luò)；算法不具備懲罰機制；算法對帶寬要求較高，帶寬會由于節(jié)點數(shù)的增多而出現(xiàn)多項式級別增長的趨勢。

3 拜占庭容錯算法的改進

針對傳統(tǒng)算法的實時性差、缺乏懲罰機制、對帶寬要求過高等問題進行改進，包含記賬節(jié)點的選取、記賬節(jié)點之間的共識過程，以及視圖切換過程。

3.1 記賬節(jié)點的選取

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中制定智能合約，用來對候選節(jié)點進行選舉，并且該智能合約是不可以對其進行修改的，故在該網(wǎng)絡(luò)中，包含的節(jié)點可以參與選舉，進而成為候選節(jié)點，并可以在合約中提前設(shè)置好系統(tǒng)的通過率。為了防止系統(tǒng)中的拜占庭節(jié)點作惡，需要將通過率設(shè)置為大于2/3。

區(qū)塊鏈中的任何節(jié)點都可作為候選節(jié)點，并且在系統(tǒng)中的其他任何節(jié)點都可以投票給候選節(jié)點，投票選出的前個節(jié)點則可作為記賬節(jié)點，記賬節(jié)點的選取過程如圖2所示。這樣與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈相比，其安全性得到了一定提升。

圖2 記賬節(jié)點選取過程

3.2 共識過程

用戶首先要對需要共識的部分進行簽名，并將簽名發(fā)送到區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)中。用戶對共識請求進行廣播，若某個節(jié)點收到該共識請求，則接下來會對請求內(nèi)容進行判斷，只有當內(nèi)容滿足預(yù)先設(shè)定的條件時，才會對該交易進行轉(zhuǎn)播，之后再將該交易放入共識緩存序列。

當進行新一輪的共識時，區(qū)塊鏈系統(tǒng)首先會初始化本輪共識，之后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會在共識流程中體現(xiàn)，并且共識信息的封裝和簽名由PBFT的主節(jié)點來完成，主節(jié)點再將簽名后的消息進行全網(wǎng)廣播，網(wǎng)絡(luò)中的副節(jié)點要對該消息進行判斷，滿足條件的消息才會被副節(jié)點認可。

接下來副節(jié)點會對其進行判斷，如果該消息有效，則此節(jié)點會步入“準備”階段，對消息進行封裝和簽名，并向全網(wǎng)廣播，同樣副節(jié)點要在接收“準備”消息前判斷其有效性，當滿足判斷條件后，副節(jié)點會發(fā)出“確認”消息，接著還要進行下一步的判斷，判斷成功的“確認”消息會被加入“確認”序列，該“確認”消息表示共識網(wǎng)絡(luò)達成一致，至此共識過程完成。

3.3 視圖切換過程

視圖切換是指在規(guī)定的時間段內(nèi)，主節(jié)點在區(qū)塊鏈中沒有響應(yīng)，或在己經(jīng)達成一定協(xié)議后，為了進入下一個共識階段而獲得新區(qū)塊的過程，視圖切換流程如圖3所示。可以將PBFT的視圖切換過程分為5步。

步驟1 大多數(shù)副節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中將共識視為不靈活或結(jié)束狀態(tài)時，會自動進入下一輪的共識過程中；如果是在不靈活狀態(tài)下，則該輪交易會被共識交易集合轉(zhuǎn)移。

步驟2 副節(jié)點創(chuàng)建“視圖改變”消息，會傳播在之前已經(jīng)建立好的共識網(wǎng)絡(luò)中。

步驟3 副本網(wǎng)絡(luò)會接收“視圖改變”，但是在接收前依然要對其進行判斷。

步驟4 當“視圖改變”集合中存在2+1個“視圖改變”消息時，網(wǎng)絡(luò)會創(chuàng)建一個“新視圖”消息。

步驟5 當網(wǎng)絡(luò)中的副節(jié)點接收該“新視圖”消息之后，依然要判斷該消息的有效性。若滿足預(yù)先設(shè)定的條件，則該副節(jié)點進入下一個視圖狀態(tài)，并進入下一輪共識中。

圖3 視圖切換流程

改進后的PBFT算法的創(chuàng)新之處在于與傳統(tǒng)方法進行結(jié)合，在不需要所有節(jié)點都參與的情況下很好地解決了共識網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性和帶寬高的問題；并且由于該投票數(shù)據(jù)無法進行篡改，投票結(jié)果更具可靠性；網(wǎng)絡(luò)中的每個副節(jié)點需要滿足一定的判斷條件并添加了懲罰機制，使得網(wǎng)絡(luò)的安全性有所提高；記賬節(jié)點之間可以輪流分配到區(qū)塊權(quán)力，增加了區(qū)塊鏈的出塊效率；共識網(wǎng)絡(luò)中增加的超時重發(fā)機制可在一定程度上增加消息的到達率，進一步提高了網(wǎng)絡(luò)的共識效率。

各個電網(wǎng)分子公司可以根據(jù)需求提出倉單的申請，但必須在貨主倉儲資產(chǎn)價值內(nèi)。倉庫審核倉單申請所填的倉儲資產(chǎn)情況，如實批準或拒絕該申請；監(jiān)管公司進行商品質(zhì)檢和倉儲資產(chǎn)確認，批準或拒絕該申請；平臺對倉單進行登記，并根據(jù)倉庫和監(jiān)管的審核意見，決定批準或拒絕該申請。倉庫、監(jiān)管、平臺分別審核，只要有一方審核失敗，此次申請就不通過并反饋給貨主，若三方都審核通過，則生成倉單。此外，每次審核后的數(shù)據(jù)都經(jīng)過PBFT算法進行處理，并存入?yún)^(qū)塊中，形成一條完整的區(qū)塊鏈。

4 電網(wǎng)企業(yè)智能虛擬倉庫管理平臺構(gòu)建

電網(wǎng)企業(yè)是資產(chǎn)密集型企業(yè)，分散式采購導(dǎo)致物資儲備在各分子公司，形成了相對封閉的物資儲備信息、地理隔離及系統(tǒng)壁壘，使得應(yīng)急情況下物資無法在分子公司間進行高效調(diào)配，導(dǎo)致物資庫存居高不下、周轉(zhuǎn)緩慢等問題[10-12]出現(xiàn)。

現(xiàn)階段通過基于PBFT算法的區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建物資聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)、搭建平臺、固化智能合約、持續(xù)優(yōu)化并推廣應(yīng)用，實現(xiàn)在省級分子公司范圍內(nèi)對物資進行的統(tǒng)購統(tǒng)配和聯(lián)儲聯(lián)備[13-14]。進一步在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建一種虛擬倉庫平臺，該平臺可以使電網(wǎng)系統(tǒng)中涉及的物資庫存進行實時查詢，再進一步實現(xiàn)共享和多形式的調(diào)撥。該方法能夠在一定程度上提高庫存物資的使用效率，并改善其自身的周轉(zhuǎn)率，在保證網(wǎng)絡(luò)正常運轉(zhuǎn)的前提下，降低了占用庫存物資的資金成本，進而也減少了儲備管理消耗。設(shè)計推進步驟如圖4所示。

系統(tǒng)采用分層和模塊化的技術(shù)體系，包括網(wǎng)絡(luò)通信層、網(wǎng)絡(luò)實體層、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層和智能合約層，公共支撐組件和安全防護組件，RPC API和Java SDK，最上層是區(qū)塊鏈應(yīng)用和區(qū)塊鏈管理[15]。系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

基于PBFT算法的區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)企業(yè)中具有良好的應(yīng)用，通過基于PBFT算法的區(qū)塊鏈技術(shù)建立虛擬倉庫平臺，所有該區(qū)域分子公司的物資需求和庫存信息全部在虛擬庫層面共享，提高了庫存物資的統(tǒng)一管理水平，同時為區(qū)域內(nèi)物資的調(diào)度調(diào)劑提供了可能，減少了庫存資源分布不均、信息不透明導(dǎo)致的過度訂貨和重復(fù)儲備[16-18]。庫存管理模式的改變提高了管理效益。虛擬庫的建立弱化了分子公司的二級庫存管理職能，整合了各分子公司相對獨立的庫存管理孤島。同時，物資庫存信息上鏈也大大提高了各分子公司的信息真實性和信任程度，降低了庫存信息更新滯后以及對供應(yīng)商準時送貨不信任所導(dǎo)致的過度儲備，從而在一定程度上降低了占用庫存資金，并且實現(xiàn)了更好的供應(yīng)鏈協(xié)同合作管理的效果。

圖4 設(shè)計推進步驟

系統(tǒng)基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈平臺進行開發(fā)，通過物資虛擬倉庫管理平臺，建立在公司內(nèi)部實時查詢、統(tǒng)一調(diào)配的共享機制，適用于電網(wǎng)公司全網(wǎng)。對應(yīng)的架構(gòu)及場景示意圖如圖6和圖7所示，系統(tǒng)分別由聯(lián)盟鏈層以及應(yīng)用層兩大部分組成，其中指令的傳遞、應(yīng)用數(shù)據(jù)的存儲、智能化協(xié)議的調(diào)配、基于智能化協(xié)議提供對應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)等由聯(lián)盟鏈層負責。在這個聯(lián)盟鏈中，物資部和物資供應(yīng)商一起構(gòu)建聯(lián)盟，將省區(qū)市物資部和供應(yīng)商之間、不同地市局物資部之間達成的商業(yè)協(xié)議，以智能合約代碼的形式進行定義，將流通環(huán)節(jié)的每一個部分都做好數(shù)據(jù)的登記與共享，其中包括物資的采購、運輸、入庫、出庫、轉(zhuǎn)儲、結(jié)算等。因為區(qū)塊鏈具有信息共享、透明、防篡改、可追溯特性，通過平臺運行，可以達到降低物資采購成本、降低庫存水平、提高物資供應(yīng)效率的目的。

系統(tǒng)應(yīng)用主要包括功能模塊如下。

（1）身份授權(quán)與權(quán)限管理

系統(tǒng)具有密鑰調(diào)配、權(quán)限管理以及身份認證等功能，運行模式與安全受限的聯(lián)盟鏈方式一致，只有經(jīng)過身份授權(quán)與權(quán)限管理驗證的組織才可訪問使用虛擬倉庫管理平臺。

圖5 系統(tǒng)架構(gòu)

圖6 應(yīng)用結(jié)構(gòu)

圖7 場景應(yīng)用示意圖

（2）物資補庫業(yè)務(wù)管理

系統(tǒng)按照采購預(yù)算資金和耗費比例調(diào)配物資的補庫比例，主要是由于系統(tǒng)允許物資補庫業(yè)務(wù)上鏈。當物資數(shù)據(jù)上鏈以后，便可在區(qū)塊鏈環(huán)境下的不同部門之間流轉(zhuǎn)、共享。

（3）物資入庫與出庫

系統(tǒng)支持物資數(shù)據(jù)在區(qū)塊鏈上共享，物資所有權(quán)組織可以對鏈上物資進行入庫和出庫的管理。當物資入庫、出庫時，將相關(guān)信息寫入?yún)^(qū)塊鏈。

（4）庫存物資轉(zhuǎn)儲購銷

系統(tǒng)支持庫存物資信息在不同組織之間進行流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)物資在全系統(tǒng)內(nèi)的共享使用，降低庫存成本。區(qū)塊鏈上的流轉(zhuǎn)支持實時結(jié)算，擁有物資所有權(quán)的組織可以對物資進行出庫使用。

（5）分析看板

系統(tǒng)支持授權(quán)部分組織查詢區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)信息，包括物資采購周期、庫存信息、數(shù)量和狀態(tài)信息，并且可以在區(qū)塊鏈上追溯物資的流轉(zhuǎn)過程。

（6）外部系統(tǒng)接口

系統(tǒng)還支持對物流系統(tǒng)的對接功能，可以在一定范圍內(nèi)查詢到物資流轉(zhuǎn)和承接的信息。系統(tǒng)支持對接資金系統(tǒng)，可以跟蹤查詢統(tǒng)購統(tǒng)配資金流轉(zhuǎn)及狀態(tài)等信息。系統(tǒng)支持對接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)接口，可以實現(xiàn)物資流轉(zhuǎn)信息和狀態(tài)可信接入上鏈，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

表1 區(qū)塊鏈模型產(chǎn)生的平均TPS

（7）消息推送

系統(tǒng)支持物資庫存更新消息推送，如果鏈上庫存金額、狀態(tài)或流轉(zhuǎn)信息進行了更新，可以主動推送消息到相關(guān)組織。支持資金信息更新消息推送，當鏈上資金信息有更新時，可以主動推送消息到相關(guān)組織。

相較于傳統(tǒng)的解決方案，區(qū)塊鏈技術(shù)賦能的虛擬倉庫，可以將分散在電網(wǎng)的各分子公司的庫存信息加密后進行開放、共享，既保證了企業(yè)數(shù)據(jù)的保密性，又實現(xiàn)了一定區(qū)域內(nèi)的物資儲備信息共享，更好地應(yīng)對緊急情況。同時，區(qū)塊鏈防篡改的優(yōu)勢，也保障了物資庫存數(shù)據(jù)的真實性。

5 算法測試與分析

通過使用Python軟件對交易數(shù)為500~10 500的處理請求進行發(fā)送，在一定的時間內(nèi)，區(qū)塊鏈完成了HTTP的請求，并按照請求創(chuàng)建了賬戶。由此可以看到在部分情況下，由于事務(wù)隊列的限制以及機器性能等問題，出現(xiàn)了事務(wù)處理失敗等問題。因此在這幾種情況下需要重新發(fā)送HTTP指令，保證事務(wù)處理都是成功的。進行一次測試得到的數(shù)據(jù)具有一定的隨機性與不確定性，因此需要再次進行測試情況下的生成賬號事務(wù)處理，并取兩次測試結(jié)果的平均數(shù)作為該情況下的TPS（transactions per second，每秒傳輸?shù)氖挛锾幚韨€數(shù)，吞吐量）性能。每次計算HTTP的請求時，區(qū)塊鏈模型產(chǎn)生的平均TPS見表1。

通過表1可以看出區(qū)塊鏈通過請求發(fā)送單個HTTP交易數(shù)量所表現(xiàn)出來的吞吐量。在此基礎(chǔ)上可以通過HTTP請求使得區(qū)塊鏈可以進行資產(chǎn)交易。由于機器硬件的限制，現(xiàn)將單個HTTP請求中的事務(wù)處理數(shù)量從1 500增加到4 500，經(jīng)過試驗后得到的結(jié)果基本一致?，F(xiàn)對資產(chǎn)交易狀況進行與創(chuàng)建賬戶交易同樣的分析，當單個HTTP請求的交易數(shù)量為1 500~4 500時吞吐量的變化情況見表2。

表2 吞吐量變化情況

利用Python腳本對區(qū)塊鏈的資產(chǎn)交易能力進行測試，得到測試結(jié)果后再進行分析與討論。同樣，利用HTTP請求對區(qū)塊鏈進行資產(chǎn)交易，并且逐步増大單個HTTP請求中的事務(wù)處理數(shù)量的要求。進行了多次重復(fù)實驗之后的數(shù)據(jù)基本相同?，F(xiàn)將資產(chǎn)交易情況下的數(shù)據(jù)進行一定的處理，從而便于分析吞吐量（TPS）的情況。

由于環(huán)境和局域網(wǎng)等多方面限制，HTTP請求的發(fā)送時延可以在一定程度上被忽略，因此HTTP命令中存在的事務(wù)處理請求時延可以被看成只源于區(qū)塊鏈自有的共識過程時延，創(chuàng)建賬戶狀態(tài)下的數(shù)據(jù)整合見表3。

表3 創(chuàng)建賬戶狀態(tài)下的數(shù)據(jù)整合

通過以上數(shù)據(jù)能夠看出，在創(chuàng)建賬戶時區(qū)塊鏈模型的共識過程時延只是毫秒級別，只要請求的TPS在可控的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的平均時延只有2 ms左右。區(qū)塊鏈模型在一定程度上避免了共識時間伴隨節(jié)點數(shù)量變化呈指數(shù)升高的問題，這體現(xiàn)出了區(qū)塊鏈技術(shù)在TPS性能和時延性能方面都表現(xiàn)得十分優(yōu)秀，即使在現(xiàn)實的生產(chǎn)需求中，區(qū)塊鏈依然能表現(xiàn)很好，并且在虛擬倉庫管理中扮演著十分重要的角色。

通過區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)企業(yè)中的實施，電網(wǎng)在以下方面得到了改變。

（1）物資需求計劃與預(yù)測

基于節(jié)點中的存儲數(shù)據(jù)等相關(guān)信息都相同的特點，各基層單位所看到的需求量與當前的庫存水平是完全相同的，所以在此基礎(chǔ)上做出的全局預(yù)測會更為精準，并且該特點能夠有效降低當前庫存水平。

（2）物資采購

將物資與供應(yīng)商關(guān)系，以及供應(yīng)商各項數(shù)據(jù)上鏈，為決策提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）物資結(jié)算管理

通過智能合約運作，7×24 h自動審核，減少相關(guān)人力投入，提升效率。

（4）物資儲備管理

企業(yè)的各基層單位能夠?qū)崿F(xiàn)對于物資信息的共享，通過物資分析看板，能夠多方面地分析物資采購周期、庫存、數(shù)量和狀態(tài)等信息，進而可以實現(xiàn)全方位的統(tǒng)籌管理，提高物資儲備資金的應(yīng)用效率，在一定程度上降低了物資儲備的管理成本。

（5）物資調(diào)配管理

通過智能合約的固化，減少人工干預(yù)，自動審批，提升效率。

基于PBFT算法的區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)企業(yè)中具有良好的應(yīng)用，通過基于PBFT算法的區(qū)塊鏈技術(shù)建立虛擬倉庫平臺，所有該區(qū)域分子公司的物資需求和庫存信息全部在虛擬庫層面共享，提高了庫存物資的統(tǒng)一管理水平，同時為區(qū)域內(nèi)物資的調(diào)度調(diào)劑提供了可能，減少了庫存資源分布不均、信息不透明導(dǎo)致的過度訂貨和重復(fù)儲備。庫存管理模式的改變提高了管理效益。虛擬庫的建立弱化了分子公司的二級庫存管理職能，整合了各分子公司相對獨立的庫存管理孤島。同時，物資庫存信息上鏈也大大提高了各分子公司的信息真實性和信任程度，降低了庫存信息更新滯后以及對供應(yīng)商準時送貨不信任所導(dǎo)致的過度儲備，從而在一定程度上降低了庫存資金占用，并且達到了更好的供應(yīng)鏈協(xié)同合作管理的效果。

6 結(jié)束語

本文通過將區(qū)塊鏈中的智能合約技術(shù)思想和PBFT算法在一定程度上進行結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上對PBFT算法的實現(xiàn)過程進行改進，從而達到了對基于PBFT的區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)化。此外，對于區(qū)塊鏈的優(yōu)化使得該技術(shù)能夠更快投入使用，進而使得企業(yè)的生產(chǎn)效率有所提升。

[1]NAKAMOTO S. Bitcoin: a peer-to-peer electronic cash system[J]. Consulted, 2009: 256-259.

[2]AZARIA A, EKBLAW A, VIEIRA T, et al. MedRec: using blockchain for medical data access and permission management[C]//Proceedings of the 2nd International Conference on Open and Big Data. Piscataway: IEEE Press, 2016: 135-138.

[3]袁勇, 王飛躍. 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 自動化學(xué)報, 2016, 42(4): 481-494.

YUAN Y, WANG F Y. Blockchain: the state of the art and future trends[J]. Acta Automatica Sinica, 2016, 42(4): 481-494.

[4]Blockchain. Putting theory into practice[EB]. 2016.

[5]工業(yè)和信息化部信息化和軟件服務(wù)業(yè)司, 中國區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇. 中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書（2016）[R]. 2016.

Department of Information Technology and Software Services, Ministry of Industry and Information Technology, China Blockchain Technology and Industry Development Forum. White paper on China’s blockchain technology and application development (2016)[R]. 2016.

[6]甘俊, 李強, 陳子豪, 等. 區(qū)塊鏈實用拜占庭容錯共識算法的改進[J]. 計算機應(yīng)用, 2019, 39(7): 2148-2155.

GAN J, LI Q, CHEN Z H, et al. Improvement of blockchain practical Byzantine fault tolerance consensus algorithm[J]. Journal of Computer Applications, 2019, 39(7): 2148-2155.

[7]黃秋波, 安慶文, 蘇厚勤. 一種改進PBFT算法作為以太坊共識機制的研究與實現(xiàn)[J]. 計算機應(yīng)用與軟件, 2017, 34(10): 288-293.

HUANG Q B, AN Q W, SU H Q. Study and realization of an improved PBFT algorithm as an ethereum consensus mechanism[J]. Computer Applications and Software, 2017, 34(10): 288-293.

[8]方維維, 王子岳, 宋慧麗, 等. 一種面向區(qū)塊鏈的優(yōu)化PBFT共識算法[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報, 2019, 43(5): 58-64.

FANG W W, WANG Z Y, SONG H L, et al. Study and realization of an improved PBFT algorithm as an ethereum consensus mechanism[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2019, 43(5): 58-64.

[9]孫一蓬. 基于聯(lián)盟鏈的多鏈式區(qū)塊鏈共識性能研究[D]. 上海: 華東理工大學(xué), 2019.

SUN Y P. Research on consensus performance of multi-chain blockchain based on league chain[D]. Shanghai: East China University of Science and Technology, 2019.

[10]張譯, 張廣德, 于連城, 等. 基于數(shù)據(jù)倉庫的電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J]. 電子測量技術(shù), 2018, 41(15): 35-39.

ZHANG Y, ZHANG G D, YU L C, et al. Design and development of grid data analysis system based on data warehouse[J]. Electronic Measurement Technology, 2018, 41(15): 35-39.

[11]李莉. 電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理模型及應(yīng)用研究[J]. 經(jīng)濟管理: 文摘版, 2016(8): 120.

LI L. Research on asset management model and application of power grid enterprises[J]. Economic Management: Abstract Edition, 2016(8): 120.

[12]陳李荃. 基于長期價值目標的電網(wǎng)企業(yè)固定資產(chǎn)管理研究[D].北京: 華北電力大學(xué), 2016.

CHEN L Q. Research on fixed assets management of power grid enterprises based on long-term value objectives [D]. Beijing: North China Electric Power University, 2016.

[13]陳亮, 吳善杰. 基于Flexsim仿真技術(shù)的電力企業(yè)物資聯(lián)合儲備庫存問題研究[J]. 計算機光盤軟件與應(yīng)用, 2012(20): 57-58.

CHEN L, WU S J. Research on the joint stock of materials in electric power enterprises based on Flexsim simulation technology[J]. Computer CD Software and Applications, 2012(20): 57-58.

[14]王科清, 張昊, 于夢瑤, 等. 基于聯(lián)合儲備的應(yīng)急電力物資管理模式研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2018(2): 133-134.

WANG K Q, ZHANG H, YU M Y, et al. Research on the management mode of emergency power materials based on joint reserve[J]. Technology Innovation and Application, 2018(2): 133-134.

[15]黃志強. 電力企業(yè)物資計劃管理策略探討[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2015(36): 192.

HUANG Z Q. Discussion on material planning and management strategy of electric power enterprises [J]. Scientific and Technological Innovation and Application, 2015(36): 192.

[16]陳磊, 魯偉東, 曾琳, 等. 計劃信息交互引領(lǐng)統(tǒng)購統(tǒng)配新模式[J]. 湖州師范學(xué)院學(xué)報, 2017(S1): 240-244.

CHEN L, LU W D, ZENG L, et al. Plan information interaction leads the new mode of unified purchase and distribution[J]. Journal of Huzhou University, 2017(S1): 240-244.

[17]HOUY N. It will cost you nothing to “kill” a proof-of-stake crypto-currency[J]. Social Science Electronic Publishing, 2014, 34(2): 167-170.

[18]李董, 魏進武. 區(qū)塊鏈技術(shù)原理、應(yīng)用領(lǐng)域及挑戰(zhàn)[J]. 電信科學(xué), 2016, 32(12): 20-25.

LI D, WEI J W. Theory, application fields and challenge of the blockchain technology[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(12): 20-25.

[19]梅海濤, 劉潔. 區(qū)塊鏈的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、存在問題和政策建議[J]. 電信科學(xué), 2016, 32(11): 134-138.

MEI H T, LIU J. Industry present situation, existing problems and strategy suggestion of blockchain[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(11): 134-138.

Storage system of power grid enterprise based on PBFT blockchain technology

YANG Chunyan, BIN Dongmei, LI Xin

Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Company, Nanning 530012, China

A blockchain technology based on practical Byzantine fault tolerance (PBFT)algorithm was proposed. First of all, the traditional practical Byzantine fault tolerant algorithm was explained. The traditional algorithm included six phases: pre-stage, demand, pre-preparation, preparation, confirmation, and response. However, traditional algorithms had the disadvantages of poor real-time performance, lack of penalty mechanisms, and high bandwidth. In response to these problems, the traditional algorithm was improved, which specifically involved the accounting node, the consensus process, and the view switching process. The feasibility of the improved algorithm was further proved by testing. Applying this algorithm to power grid enterprises, the federal reserve system was implemented by the constructedvirtual warehouse, which also reduced the consumption of inventory funds. And the efficiency of inventory management in power grid enterprises was improved.

practical Byzantine fault tolerance algorithm, blockchain technology, virtual warehouse

F724

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2021023

2020?06?23；

2020?10?02

廣西電網(wǎng)公司科技項目（No.GXKJXM20180280）

The Science and Technology Project of Guangxi Power Grid Co., Ltd.(No.GXKJXM20180280)

楊春燕（1991?），女，廣西電網(wǎng)有限責任公司電力科學(xué)研究院工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)安全管理、電子信息技術(shù)、信息與信號處理。

賓冬梅（1990?），女，廣西電網(wǎng)有限責任公司電力科學(xué)研究院工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)安全管理。

黎新（1987?），男，廣西電網(wǎng)有限責任公司電力科學(xué)研究院高級工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)安全管理。