基于Petri网的区块链物流派送模型建构.pdf

2023年第3期（总第12 4期）牡丹江师范学院学报（自然科学版）Journal of Mudanjiang Normal UniversityNo.3,2023Total No.124文章编号：10 0 3-6 18 0(2 0 2 3)0 3-0 0 15-0 4基于Petri网的区块链物流派送模型建构吴平，王丽丽（安徽理工大学数学与大数据学院，安徽淮南2 32 0 0 1）摘要：将区块链技术与传统物流派送系统相结合，建构基于Petri网的区块链物流派送模型.PM4PY编程和Petri网仿真软件验证结果表明，优化后的模型具有安全性和有界性，关键词：Petri网；流程模型；区块链；物流派送中图分类号TP391.9Construction of a Blockchain Logistics Delivery Model Based文献标志码Aon Petri NetWU Ping,WANG Lili(School of Mathematics and Big Data,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China)Abstract:Combining blockchain technology with traditional logistics delivery systems,ablockchain logistics delivery model based on Petri net is constructed.Pm4py program-ming and Petri net simulation software validate that the optimized model has security andboundedness.Key words:Petri net;process model;blockchain;logistics delivery伴随着我国整体经济环境上升、科学技术飞速进步以及互联网的普及应用，物流行业的规模在短短几年内迎来了井喷式增长.区块链技术发展迅速，物流系统与区块链结合已成为物流行业的发展热点.区块链多方共享不能篡改账簿、多方共识和全过程可追溯性符合物流系统1，是最适合区块链落地的场景之一.张诚和刘守臣2 1提出一种电商冷链溯源系统Petri网模型，使用区块链技术解决了溯源信息存储和查询可信度的问题.史俊成3提出一种新型物流系统方案，将区块链技术和架构应用于物流系统设计上.方贤文4等提出一个物流派送流程模型.本文基于Petri网5的相关知识，结合物流派送领域中区块链技术应用的实际情况，建构区块链中物流派送Petri网模型，使用PM4PY和PIPE软件模拟运收稿日期：2 0 2 2-0 5-31基金项目：国家自然科学基金资助项目（6 157 2 0 35）；安徽省大数据产业集聚基地项目（2 0 17 BD032）；安徽省学术和技术带头人基金资助项目（DG119）；安徽省高校领军骨干人才基金资助项目（2 0 2 0-1-12）作者简介：吴平（1998-），男，安徽池州人.在读硕士，主要从事过程挖掘和深度学习研究；王丽丽（198 2-），女，安徽安庆人.教授，博士，主要从事Petri网及可信计算研究.152023年行该模型.结果表明，模型具有安全性和有界性。1基本概念定义15（Petri网）已知一个六元组记为PM=（P,T,F,C,s,e),若满足以下条件：P是有限非空库所集合,T是有限非空活动变迁集合，且PnT=;F（PT)U(T P)为网的流关系;C=(and,cor,or)是网的结构类型；M.是网的初始标识,M,是网的终止标识，且M,是一个死标识；sET是开始活动变迁，eET是终止活动变迁.则称该网为Petri网.定义2 6）（行为轮廓）令S=(N,Mo)是一个网系统，其中,N=(P,T,F)且T二T是一个变迁集，一对变迁(t,t2)E（T T )若满足下面之一条件：若tt2且t2t,则称t和t2为严格序关系，记作tt2;若tt且t2t,则称t和t为严格逆序关系，记作t-t2;若tt且tt，则称t和t为排他序关系，记作t十t2;若tt2且t2t,则称t和t2为交叉序关系，记作t/t2.定义36（可达性)已知Petri网PN=(P,T；F,M),如果存在tET,使Mt M ,则称M为从M直接可达的，假定存在变迁序列t,和标识序列M,使得Mt M i t 2 M 2 M-itM,则称M,为从M可达的，从M可达的一切标识的集合记为R(M).定义41）（分布式存储)分布式存储对信息分开进行存储，网络中的节点都能够对数据进行同步和保存，每个节点中存储的数据都是一样的并且可随时查看，从而形成具有可信度的分布式存储系统.定义511（智能合约)智能合约根据参与主体事先所约定构成的协议，通过计算机代码编程为可以执行的“合约”，从而实现整个系统中相关合约的智能化和自动化.2基于区块链的物流派送模型基于区块链的物流派送系统利用数字签名和非对称加密技术，可以保障数据信息安全，通过分布式存储技术提高存储效率，使得用户信息不再通过中心管理，采用自动生成智能合约技术可以使交易流程变得简单，提高交易效率.基于区块链的物流派送系统模型主体有：生产加工企业、货物配送企业、订单用户.应用技术有分布式数据库、智能合约、非对称加密.基于区块链的物流派送系统模型分7 个步骤4：（1)用户、生产加工企业、物流配送企业进人基于区块链的物流派送系统.（2)生产加工企业创建产品目录，当用户在产品目录中选择某产品时，系统自动生产智能合约（3)用户选择购买商品后形成交易1，交易信息被存储进分布式数据库.（4)生产加工企业确认用户选购的订单，使用订单用户公布的非对称加密公钥对产品加工生产过程中相关信息进行信息加密.加密完成后，使用生产加工企业的签名私钥进行数字签名，与货物一起传递给配送企业.（5）配送企业收到货物时，使用生产加工企业公布的公钥验证签名，确定生产加工企业身份，对货物进行确认.确认无误后，利用订单用户所公布的非对称加密公钥对配送过程中的相关信息进行信息加密，使用配送企业的签名私钥进行数字签名.（6）订单用户收到货物后，使用配送企业公布的公钥验证签名，确认配送企业身份，用订单用户的私钥进行密文解密，确定加密信息.完成无误后，完成对货物的接受确认，（7）整个交易过程，所有信息以区块方式存储.系统流程图见图1.16牡丹江师范学院学报（自然科学版）第3期2023年吴平，等：基于Petri网的区块链物流派送模型建构第3期信息加密确认订单工生产加工企业完成收货各个参与主体进人系统确认货物订单用户配送形成交易区块配送交易信息存储配送企业图1基于区块链的物流派送系统模型3基于Petri网的区块链物流派送系统模型3.1基于Petri网的区块链物流派送系统模型的建构采用Petri网中的T元素，表示物流派送模型中的7 个步骤.共有31个T元素，每个元素代表的活动时间见表1.建立基于Petri网的区块链物流派送系统模型（图2）.通过模型系统的运行，变迁to节点创建后，各个参与主体进入系统，发生变迁t生产加工企业进入系统、变迁t13货物配送企业进人系统和变迁t26订单用户进人系统.系统根据流程中的步骤开始运行.运行过程中会形成交易区块并进行交易信息存储，依次发生变迁t29形成关联的交易信息区块、变迁t3o进行交易信息存储和变迁t31交易信息，均存储到分布式数据库中.字母活动事件to节点创建t3生产加工企业公布签名私钥t6对订单进行确认tg传递货物t12签名验证t15信息加密t18将货物和加密信息进行捆绑传输t21配送企业公布非对称加密公钥t24信息确认无误t27订单用户公布非对称加密公钥t30进行交易信息存储3.2仿真实验采用PM4PY（Pr o c e s s mi n i n g f o r p y t h o n）过程挖掘平台进行防真实验.代码为利用PM4PY对模型的稳定性进行验真的关键代码.import pm4pyfrom pm4py.objects.petri_net.utils import reachability_graph#可达图from pm4py.visualization.transition_system import visualizer as ts_visualizerpnml_address=/data/blockchainInPetri.pnml#从.pnml文件中读取petri网petri_net,initial_marking,final_marking=pm4py.read_pnml(pnml_address)确认货物表1字母代表的活动事件字母活动事件生产加工企业进人系统t4产品目录创建t信息加密t1o将货物和加密信息进行捆绑传输t13货物配送企业进人系统t16数字签名t19隐变迁t22配送企业公布签名私钥t25货物的接收确认t28订单用户决定购买某产品t31交易信息存储到分布式数据库中信息确认加密字母t2生产加工企业公布非对称加密公钥t5生成智能合约t8数字签名t11隐变迁t14对货物进行确认t17配送货物t20签名验证t23确认加密信息t26订单用户进人系统t29形成关联的交易信息区块活动事件172023年ts=reachability_graph.construct_reachability_graph(petri_net,initial_marking)gvizl=ts_visualizer.apply(ts,parameters=(ts_visualizer.Variants.VIEW_BASED.value.Parameters.FORMAT:svg)ts_visualizer.view(gviz1)仿真结果显示，基于Petri网的区块链物流派送模型具备有界性和安全性.牡丹江师范学院学报（自然科学版）第3期t13t321406t8-t9t14t15t16t29t282t30t26t25t31t24t23t182t19图2 基于Petri网的区块链物流派送系统模型4结束语本文构建了基于区块链的物流派送模型，将区块链与传统物流派送模型相结合，解决了传统物流派送参与物流系统主体多、流程比较繁琐和集中式结构不透明、难以跟踪、难以管理的问题.PM4PY编程和Petri网验证结果表明，基于区块链的物流派送将区块链架构应用在物流派送系统中，创建重要模块，并根据区块链技术中分布式存储的特点，建立多节点的分布式数据库.基于区块链的物流派送模型采用非对称加密算法、数字签名、智能合约等技术，使信息得到安全性保障，基于Petri网的区块链物流派送模型具备有界性和安全性.参考文献1华为区块链技术开发团队.区块链技术及应用M.北京：清华大学出版社，2 0 19.2张诚，刘守臣.区块链中电商冷链溯源系统Petri网建模与分析J.企业经济，2 0 2 0,39（0 1）：48-55.3史俊成.基于区块链技术的物流系统模型D.南京：南京邮电大学，2 0 2 1.4方贤文，杨慧慧，邵吡风.基于Petri网的物流派送模型修复分析J.安徽理工大学学报：自然科学版，2 0 2 1，41（0 6）：7-12.5吴哲辉.Petri网理论M.北京：机械工业出版社，2 0 0 6.1-2 8.6方贤文.Petri网行为轮廓理论及其应用M.上海：上海交通大学出版社，2 0 17.1-16.7朱裕，赵洁，徐新宇，等.基于区块链的智慧物流系统研究J.数码世界，2 0 2 1（5）：15-18.8张博，张欢，温耀普.数字化背景下传统制造业物流管理信息化问题研究J.物流工程与管理，2 0 2 2，44（0 1)：147-149.【9 卢可，王丽丽.基于Petri网的选课系统建模优化J.延边大学学报：自然科学版，2 0 18，44（0 3）：2 46-2 49 十2 6 5.10郭鑫.基于Petri网的视频审核流程建模优化分析J.佳木斯大学学报：自然科学版，2 0 2 1,39（0 3）：2 2-2 6.11杨璨，陶小燕.基于Petri网的购物储值卡流程模型优化J.牡丹江师范学院学报：自然科学版，2 0 2 2（0 3）：13-16.12李丽，方贤文.基于子组行为关系的过程模型修复J.牡丹江师范学院学报：自然科学版，2 0 2 2（0 1)：16-2 2.13 M.Weidlich,J.Mendling and M.Weske.Efficient Consistency Measurement Based on Behavioral Profiles of Process Models J.IEEETransactions on Software Engineering，2 0 11,37(3)p:410-42 9.编辑：琳莉18