基于Petri網的區塊鏈物流派送模型建構

吳平 王麗麗

文章編號：1003?6180（2023） 03?0015?04

摘? 要：將區塊鏈技術與傳統物流派送系統相結合，建構基于Petri網的區塊鏈物流派送模型.PM4PY編程和Petri網仿真軟件驗證結果表明，優化后的模型具有安全性和有界性.

關鍵詞：Petri網；流程模型；區塊鏈；物流派送

[? ?中圖分類號? ? ]TP391.9 [? ? 文獻標志碼? ?]? A

Construction of a Blockchain Logistics Delivery Model Based

on Petri Net

WU 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， a blockchain logistics delivery model based on Petri net is constructed. Pm4py programming and Petri net simulation software validate that the optimized model has security and boundedness.

Key words：Petri net； process model； blockchain； logistics delivery

伴隨著我國整體經濟環境上升、科學技術飛速進步以及互聯網的普及應用，物流行業的規模在短短幾年內迎來了井噴式增長.區塊鏈技術發展迅速，物流系統與區塊鏈結合已成為物流行業的發展熱點.區塊鏈多方共享不能篡改賬簿、多方共識和全過程可追溯性符合物流系統[1]，是最適合區塊鏈落地的場景之一.張誠和劉守臣[2]提出一種電商冷鏈溯源系統Petri網模型，使用區塊鏈技術解決了溯源信息存儲和查詢可信度的問題.史俊成[3]提出一種新型物流系統方案，將區塊鏈技術和架構應用于物流系統設計上.方賢文[4]等提出一個物流派送流程模型.本文基于Petri網[5]的相關知識，結合物流派送領域中區塊鏈技術應用的實際情況，建構區塊鏈中物流派送Petri網模型，使用PM4PY和PIPE軟件模擬運行該模型.結果表明，模型具有安全性和有界性.

1 基本概念

定義1[5] （Petri網）已知一個六元組記為[PM=（P，T，F，C，s，e）]，若滿足以下條件：[P]是有限非空庫所集合，[T]是有限非空活動變遷集合，且[P?T=φ]；[F?（P×T）?（T×P）]為網的流關系；[C={and，xor，or}]是網的結構類型；[M0]是網的初始標識，[Mf]是網的終止標識，且[Mf]是一個死標識；[s∈T]是開始活動變遷，[e∈T]是終止活動變遷.則稱該網為Petri網.

定義2[6] （行為輪廓）令[S=（N，M0）]是一個網系統，其中，[N=（P，T，F）]且[T?T]是一個變遷集，一對變遷[（t1，t2）∈（T×T）]若滿足下面之一條件：若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為嚴格序關系，記作[t1→t2]；若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為嚴格逆序關系，記作[t1→-1t2]；若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為排他序關系，記作[t1+t2]；若[t1?t2]且[t2?t1]，則稱[t1]和[t2]為交叉序關系，記作[t1∥t2].

定義3[6] （可達性）已知Petri網[PN=（P，T;F，M）]，如果存在[t∈T]，使[M[t>M]，則稱[M]為從[M]直接可達的，假定存在變遷序列[tn]和標識序列[Mn]使得[M[t1>M1[t2>M2…Mk-1[tk>Mk]，則稱[Mk]為從[M]可達的，從[M]可達的一切標識的集合記為[R（M）].

定義4[1] （分布式存儲）分布式存儲對信息分開進行存儲，網絡中的節點都能夠對數據進行同步和保存，每個節點中存儲的數據都是一樣的并且可隨時查看，從而形成具有可信度的分布式存儲系統.

定義5[1] （智能合約）智能合約根據參與主體事先所約定構成的協議，通過計算機代碼編程為可以執行的“合約”，從而實現整個系統中相關合約的智能化和自動化.

2 基于區塊鏈的物流派送模型

基于區塊鏈的物流派送系統利用數字簽名和非對稱加密技術，可以保障數據信息安全，通過分布式存儲技術提高存儲效率，使得用戶信息不再通過中心管理，采用自動生成智能合約技術可以使交易流程變得簡單，提高交易效率.基于區塊鏈的物流派送系統模型主體有：生產加工企業、貨物配送企業、訂單用戶.應用技術有分布式數據庫、智能合約、非對稱加密.基于區塊鏈的物流派送系統模型分7個步驟[4]：

（1）用戶、生產加工企業、物流配送企業進入基于區塊鏈的物流派送系統.

（2）生產加工企業創建產品目錄，當用戶在產品目錄中選擇某產品時，系統自動生產智能合約.

（3）用戶選擇購買商品后形成交易1，交易信息被存儲進分布式數據庫.

（4）生產加工企業確認用戶選購的訂單，使用訂單用戶公布的非對稱加密公鑰對產品加工生產過程中相關信息進行信息加密.加密完成后，使用生產加工企業的簽名私鑰進行數字簽名，與貨物一起傳遞給配送企業.

（5）配送企業收到貨物時，使用生產加工企業公布的公鑰驗證簽名，確定生產加工企業身份，對貨物進行確認.確認無誤后，利用訂單用戶所公布的非對稱加密公鑰對配送過程中的相關信息進行信息加密，使用配送企業的簽名私鑰進行數字簽名.

（6）訂單用戶收到貨物后，使用配送企業公布的公鑰驗證簽名，確認配送企業身份，用訂單用戶的私鑰進行密文解密，確定加密信息.完成無誤后，完成對貨物的接受確認.

（7）整個交易過程，所有信息以區塊方式存儲.系統流程圖見圖1.

3 基于Petri網的區塊鏈物流派送系統模型

3.1 基于Petri網的區塊鏈物流派送系統模型的建構

采用Petri網中的T元素，表示物流派送模型中的7個步驟.共有31個T元素，每個元素代表的活動時間見表1.建立基于Petri網的區塊鏈物流派送系統模型（圖2）.通過模型系統的運行，變遷[t0]節點創建后，各個參與主體進入系統，發生變遷[t1]生產加工企業進入系統、變遷[t13]貨物配送企業進入系統和變遷[t26]訂單用戶進入系統.系統根據流程中的步驟開始運行.運行過程中會形成交易區塊并進行交易信息存儲，依次發生變遷[t29]形成關聯的交易信息區塊、變遷[t30]進行交易信息存儲和變遷[t31]交易信息，均存儲到分布式數據庫中.

3.2 仿真實驗

采用PM4PY（Process mining for python）過程挖掘平臺進行防真實驗.代碼為利用PM4PY對模型的穩定性進行驗真的關鍵代碼.

import pm4py

from pm4py.objects.petri_net.utils import reachability_graph #可達圖

from pm4py.visualization.transition_system import visualizer as ts_visualizer

pnml_address = './data/blockchainInPetri.pnml' #從.pnml文件中讀取petri網

petri_net，initial_marking，final_marking = pm4py.read_pnml（pnml_address）

ts = reachability_graph.construct_reachability_graph（petri_net，initial_marking）

gviz1 = ts_visualizer.apply（ts， parameters=（

{ts_visualizer.Variants.VIEW_BASED.value.Parameters.FORMAT： "svg"}））

ts_visualizer.view（gviz1）

仿真結果顯示，基于Petri網的區塊鏈物流派送模型具備有界性和安全性.

4 結束語

本文構建了基于區塊鏈的物流派送模型，將區塊鏈與傳統物流派送模型相結合，解決了傳統物流派送參與物流系統主體多、流程比較繁瑣和集中式結構不透明、難以跟蹤、難以管理的問題.PM4PY編程和Petri網驗證結果表明，基于區塊鏈的物流派送將區塊鏈架構應用在物流派送系統中，創建重要模塊，并根據區塊鏈技術中分布式存儲的特點，建立多節點的分布式數據庫.基于區塊鏈的物流派送模型采用非對稱加密算法、數字簽名、智能合約等技術，使信息得到安全性保障，基于Petri網的區塊鏈物流派送模型具備有界性和安全性.

參考文獻

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[2]張誠，劉守臣.區塊鏈中電商冷鏈溯源系統Petri網建模與分析[J].企業經濟，2020，39（01）：48-55.

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[4]方賢文，楊慧慧，邵叱風.基于Petri網的物流派送模型修復分析[J].安徽理工大學學報：自然科學版，2021，41（06）：7-12.

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編輯：琳莉