CN110490605B - 基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化*** - Google Patents

Abstract

一种基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化***，监测模块、本体部署模块和溯源模块，本发明利用本体模型，将跨国供应链中不同厂商对活动实例的不同表述标准化为一个统一的本体表述，解决语义多样性导致的数据共享问题；将供应链中的活动数据作为智能合约的触发条件，来记录供应链中的生产活动，可利用智能合约执行后，区块链产生的执行日志，同步构建资源集演化树，用它来随时对任意商品快速、实时、高效地溯源。

Description

基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化***

技术领域

本发明涉及的是一种信息处理领域的技术，具体是一种基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化***。

背景技术

在多方参与的供应链数据溯源过程中，溯源平台在保障多参与方溯源数据可信交换的基础上，存在由于不同地方、不同产品溯源防伪***标准不一致，导致数据标准不统一、数据共享难度大的问题。由于资源集(属性相同的商品，同一种名称的商品若是由不同制造商制造则不属于同一资源集)的演化是伴随着供应链中厂商的活动产生的，所以正确、完整地记录供应链中所有厂商的所有生产活动就能实现对供应链中任意商品的追溯。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化***，利用本体模型，将跨国供应链中不同厂商对实时活动数据，即活动实例的不同表述标准化为一个统一的本体表述，解决语义多样性导致的数据共享问题；将供应链中的活动数据作为智能合约的触发条件，来记录供应链中的生产活动，可利用智能合约执行后，区块链产生的执行日志，同步构建资源集演化树，用它来随时对任意商品快速、实时、高效地溯源。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：监测模块、本体部署模块和溯源模块，其中：监测模块预先采用RFID设备采集供应链历史活动数据并输出至本体部署模块进行供应链本体模型的构建，并在智能合约对供应链监控时，监测模块将活动实例实时发送至区块链；本体部署模块根据供应链历史活动数据和部分复用的外部供应链本体构建供应链本体模型，利用该供应链本体模型重写智能合约中的活动实例，并将重写后的智能合约发送至区块链；当智能合约对供应链监控时，区块链将实时来自监测模块的活动实例通过查询关联关系表转化为本体表述并判断是否存在智能合约的触发条件与该本体表述相同，从而相应执行智能合约后将执行日志输出至溯源模块；溯源模块根据日志按照时间的顺序将资源集的变动标注在资源集演化树上，并根据溯源需求从资源集演化树中构建溯源路径树。

所述的供应链本体模型包括：构成供应链领域词汇的基本术语和关系及基于该基本术语和关系构成的规定供应链领域词汇外延的规则的定义。

所述的关联关系表包括：各个生产活动的本体表述和活动实例的多种表述的对应关系。其中：一个本体表述对应该活动实例的多种表述。

所述的本体表述是指：在本体模型中活动实例对应的抽象的概念表述。

所述的智能合约是指：供应链中的合约双方制定且存储于区块链中，当监测模块将活动实例表述转化为本体表述并发送至区块链，即合约双方进行了合约中制定的交易时，区块链判断并相应自动执行。

所述的重写是指：即用本体表述替换智能合约中的活动实例。

所述的资源集演化树从上游到下游反映了资源集随着时间的变化的演化过程，资源集演化树上的资源集以本体的形式标注，该资源集演化树上的资源集使用的是本体表述，从而集成了所有的供应链参与方的数据，随着供应链中厂商们进行生产活动，无论他们消耗了资源集还是产生了新的资源集，都会触发提前制定的智能合约，然后活动所造成的资源集的变动被同步地标记在资源集演化树上，当对指定商品溯源时，只需要从资源集演化树上摘选出与指定商品相关的资源集，即溯源路径树。

当对指定商品进行溯源的时候，在本体模型中找到该商品对应的本体表述，然后在资源集演化树上找到该本体表述，该资源集的所有上游资源集都是指定商品的源。

所述的溯源路径树为资源集演化树上指定商品的所有上游资源集所组成的树。

本发明涉及一种基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化方法，通过将供应链中的活动数据作为智能合约的触发条件，记录供应链中的生产活动，当供应链中有生产活动实例发生，就触发执行合约内容，通过区块链记录智能合约触发执行日志，当供应链中所有的活动都有对应的智能合约与之对应时，供应链中的任何活动都会立即触发合约并通过执行日志及时地反映出来，利用日志同步构建一个资源集演化树，从而对任意商品随时溯源。

所述的智能合约中的活动实例经本体模型重写，即用本体表述替换智能合约中的活动实例，然后将重写后的活动部分的智能合约通过扩散验证，存储在区块链上；并通过关联关系表记录本体模型中该活动实例的本体表述对应的所有活动实例。

上述被替换了活动部分的智能合约，可以被区块链用来实时监测供应链中的指定活动，即一个智能合约只能监测指定的活动，区块链中所有的智能合约在监测供应链中的所有活动实例。

所述的供应链会在运转的过程中每产生一个智能合约，其活动实例部分均被替换为本体表述并存储在区块链上，以对供应链中的活动实例的监测。

供应链中的每一个活动实例，在通过监测模块的RFID采集设备传送给区块链前，查询关联关系表找到这个活动实例对应的本体表述，然后再传送给区块链，区块链就寻找是否有智能合约的触发条件和该本体表述一致，若一致，则触发相应的合约内容。

所述的区块链每产生一个活动记录，就立即把活动造成的资源集的变动标注在资源集演化树上从而同步构建资源集演化树。

技术效果

与现有技术相比，本发明利用本体模型，将跨国供应链中不同厂商对实体的不同表述标准化为一个统一的本体表述，使得在跨国供应链中的各方数据可以用在一起，各方都可以利用这些数据溯源，使得在跨国供应链溯源成为可能，扩大了供应链溯源的应用范围。本发明将供应链中的活动数据作为智能合约的触发条件，来记录供应链中的生产活动，可利用智能合约执行后，区块链产生的执行日志，同步构建资源集演化树，用它来随时对任意商品快速、实时、高效地溯源，从而避免以往技术在溯源时，对每一个商品溯源都需要人工遍历整个区块链中数据，并对区块链中所有数据进行整理，并提高了供应链溯源的效率。

附图说明

图1为方法按模块执行示意图；

图2为本体模型的构建和建立关联关系示意图；

图中：a为构建本体模型的过程；b为构建好的本体模型的一部分；c、d为厂商活动实例；e为活动实例的本体表述；f为活动实例表述替换为本体表述；

图3为根据区块链的执行日志构建资源集演化树；

图中：a、b、c为厂商活动实例，d、e、f为a、b、c对应的本体表述，g为通过d、e、f构建的资源集演化树，h为通过a、b、c构建的商品演化树；

图4为根据资源集演化树构建资源集的溯源路径树；

图中：a为根据图3(g)得到的正确溯源路径树，b为根据图3(h)得到的错误溯源路径树。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化***，其中包含：监测模块、本体部署模块、区块链和溯源模块，在智能合约对供应链监控前，监测模块采用RFID技术采集供应链历史活动数据并输出至本体部署模块；本体部署模块根据该领域供应链历史活动数据和部分复用的外部供应链本体，构建该领域的供应链本体模型，利用该供应链本体模型重写智能合约中的活动实例，即用本体模型中的本体表述替换触发条件；同时，用关联关系表记录本体模型中该本体表述对应的所有活动实例；然后将重写后的智能合约发送至区块链进行存储；在智能合约对供应链监控时，区块链将监测模块实时发送过来的活动实例通过查询关联关系表转化为本体表述，并判断是否存在智能合约的触发条件和该本体表述相同；若存在，则触发该智能合约执行并将执行日志输出至溯源模块；溯源模块根据日志按照时间的顺序将资源集的变动标注在资源集演化树上，并根据来自商家或顾客的溯源需求从资源集演化树中构建溯源路径树。

所述的监测模块即RFID采集设备，其中：RFID采集设备与供应链、本体部署模块的构建本体模型单元和区块链相连，输入供应链活动数据；在智能合约对供应链监控前，向构建本体单元输出历史活动数据；在智能合约对供应链监控时，向以太坊区块链输出活动实例。

所述的本体部署模块包括：构建本体模型单元和重写活动实例单元，其中：构建本体模型单元与监测模块的RFID采集设备相连，输入RFID采集设备采集的历史活动数据，并利用外部复用本体，输出供应链领域本体模型；重写活动实例单元与供应链和区块链相连，输入供应链中合约双方制定的智能合约，参照供应链领域本体模型，向区块链输出重写后的智能合约，同时输出关联关系表。

所述的区块链，即以太坊区块链，该以太坊区块链作为可信的平台能够存储文件并保证文件的可信，存储于区块链中的智能合约通过触发执行。

所述的区块链分别与重写活动实例单元、RFID采集设备和构建资源集演化树单元相连，在智能合约对供应链监控前，输入重写活动实例单元重写后的智能合约；在智能合约对供应链监控时，查询关联关系表，输入RFID采集设备采集的活动实例的本体表述，并向构建资源集演化树单元输出执行日志。

所述的溯源模块包括：构建资源集演化树单元和构建溯源路径树单元，其中：构建资源集演化树单元与以太坊区块链相连和构建溯源路径树单元相连。输入以太坊区块链执行日志，向构建溯源路径树单元输出资源集演化树；构建溯源路径树单元输入资源集演化树，输出溯源路径树。溯源路径树就是溯源结果，向商家或顾客反馈。

本实施例***具体工作过程如下：

如图1所示，首先通过监测模块采集一部分数据，作为供应链历史活动数据，用于本体部署模块中构建供应链领域本体模型，然后本体部署模块根据该领域供应链历史活动数据和部分复用的外部供应链本体，构建该领域的供应链本体模型(由于历史活动数据存在局限性，为了防止在供应链实际运行过程中出现和历史数据不一样的情况，需要复用部分外部已有的供应链领域本体)；领域本体建立完成之后，供应链中的所有活动实例都可以在该领域本体模型中找到对应的本体表述。

如图2(a)所示，它表示了构建本体模型的过程(本体的构建是现有的技术，本发明需要利用构建完成的本体模型)，图中只表示了非常小的一部分。

“工厂a”是“厂商A”的一个实体，“厂商A”是本体。

“木材1”、“wood1”都是“资源集1”的实体，“资源集1”是本体。

“桌子1”、“desk1”都是“资源集2”的实体，“资源集2”是本体。

其它以此类推。

本体模型就是这些本体表示和它们之间关系的组合。

最后构建的本体模型如图2(b)所示，图中表示的是本体模型非常小的一部分。

所述的本体部署模块利用本体模型重写智能合约中的活动实例(触发条件)，并用关联关系表记录本体模型中该活动实例的本体表述对应的活动实例的所有其他表述方式。

如图1中第二步所示，在合约制定者向区块链中发送智能合约之前，需要先用本体模型得到智能合约中活动实例的本体表述。

用本体表述替换智能合约中的活动实例。

图2(c)、(d)表示厂商可能通过不同的语言或者采集设备表示生产活动的两种实例。

无论该厂商采用什么语言或者RFID的标准，都表示的是这个厂商消耗一批木材制造了一批桌子和椅子，和厂商怎么表示他的生产活动无关，这两种表示实际上表述的是同一个厂商的同一个生产活动。

制造过程(活动实例)会被写进智能合约中作为触发条件。

通过本体模型，这两种实例表述找到的本体表述都是图2(e)所示。

图2(e)中的本体表述是通过RDF或其它的本体语言来描述的。

找到后，将智能合约中的活动实例替换为该本体表述。

如图2(f)所示，对活动的表述有多种，相当于是变量值，这些多种表述在本体模型中指向的是同一个本体表述。

同时，在重写活动实例的时候，需要在关联关系表中，记录本体模型中所有和该本体表述对应的其它活动实例。

在该表中，记录的是各个生产活动的本体表述和活动实例的多种表述的对应关系，供应链中的活动实例都可以通过该表找到它们对应的本体表述。

一个本体表述对应该活动实例的多种表述。

所述的本体部署模块将替换好的的智能合约存储进区块链的区块中，具有实时判断供应链中的活动的功能。

此时，智能合约部署完成(后续过程中还会有越来越多的智能合约被部署，所有智能合约共同监测供应链中的活动)。

在上述本体部署模块完成本体在区块链上的部署之后，就可以开始对供应链进行监测和溯源。

所述的区块链对监测模块采集的供应链活动实例进行判断和处理，具体包括：

(1)监测模块将供应链中活动实例传向区块链之前，先通过查询关联关系表，将活动实例表述转化为本体表述，再传给区块链。

活动实例采用查表的方式进行转换，而不是采用通过本体模型转换的原因是，供应链中活动实例较大，通过本体模型转换效率低，影响溯源的效率。

(2)智能合约会定期逐条遍历每个合约内包含的状态机、事务及触发条件。

当一个活动的本体表述发送过来时，若该活动正好和某个智能合约中的触发条件相同时，该活动会触发对应的智能合约内容。

触发的合约内容经过扩散、验证、共识后被区块链执行，并生成执行日志(执行日志中包含了这些活动的本体表述，而活动反映的是资源集的变动)用于后续溯源。

所述的溯源模块同步构建资源集演化树，具体包括：

(1)将上述生成的日志用于构建资源集演化树；如图3所示。

日志是按时间顺序记录的，所以资源集演化树是根据日志按照时间的顺序逐步建立的。

每产生一个日志记录，就将资源集的变动标注在资源集演化树上。

因此，资源集演化树从上游到下游反映了资源集随着时间的变化的演化过程，并且资源集演化树是同步建立的，可以用来实时溯源。

资源集演化树上的资源集是以本体的形式标注的，因此，一个资源集可能被多家厂商以多种语义方式使用，但最终所有的变动都会唯一的反映在该资源集上。

例如，如图3所示，(a)、(b)、(c)代表三个供应链活动实例，(d)、(e)、(f)分别为它们对应的本体表述，其中：工厂a和工厂b使用了同一种木材生产出了各自的商品，但是他们对木材的表示不同(因为他们分别来自不同国家，使用不同的语言、数据采集标准、数据存储结构)，但这两种表示在本体模型中指的是同一个本体(资源集1)。

此外，他们生产的商品也许会被他们命名为一样名称，比如这三个工厂都生产了一个桌子且都将其命名为“桌子1”，并传向区块链，但在本体模型中，这两种桌子由于是不同厂商生产的，所以他们有着不同的属性，因此，本体模型中使用的是不同的本体来表示他们。

(h)是直接用(a)、(b)、(c)构建的演化树，没有用到本体技术，(g)是(d)、(e)、(f)构建的资源集演化树，用到了本体技术。

可以看出，(h)仅仅根据叫法不同，就将同一个木材记录为两种商品；仅仅根据叫法相同，就将两个厂商各自生产出的两种本质不同的商品记录为同一种商品(“桌子1”)，而(g)记录的才是实际情况。

本体模型可以区别出这种语义上的歧义性，将所有厂商的数据集成在一起，解决了数据共享的问题，不会在溯源时发生记录的错误。

避免以往技术在溯源时，需要人工翻译出这种语义表述的差别。

因此，节省了溯源的时间，大大提高了供应链溯源的效率。

(2)有溯源需求时，根据资源集演化树构建溯源路径树。

如果指定工厂c生产的“桌子1”出现质量问题，将其定为溯源目标后，在本体模型中找到它对应的本体表示为“资源集6”，如图4(a)所示，溯源路径树就是在资源集演化树上的“资源集6”所有上游资源集，即用于生产该产品的所有历史资源集所组成的树。

可以找到c出现问题是由于使用了“资源集5”，而“资源集5”是工厂c生产的，可以去检查工厂c是否是造成质量问题的原因，如果检查后发现工厂c生产过程没有问题，就继续追溯工厂c使用的原材料的生产商，将责任一级一级地追溯上去。

图4(b)是未应用本体技术时会出现的追溯问题，除非人工对数据进行统一翻译，否则，语义上的歧义会把责任同时追溯到生产“桌子1”的三个工厂上，供应链溯源出现错误。

而对供应链中的大量数据进行人工翻译在实际的溯源中并不符合实际，因为溯源有时效性。资源集演化树是在触发执行时同步建立的，所以利用它溯源具有实时性特点；当需要溯源是，直接利用现有的资源集演化树构建溯源路径树，具有快速性特点；该方法避免人工翻译数据，具有高效性特点。

通过上述过程，在以往利用区块链进行溯源的方法上，将跨国供应链中各方的数据经过本体模型的标准化，转化为统一的本体表述，消除了语义的多样性，解决了数据共享的问题。并且使用智能合约自动生成日志，构建的资源集演化树可以被各方使用，以进行供应链溯源。在后面的溯源过程中，使用标准的本体表述，可以让溯源快速、高效、实时。

本发明的特征和效果与国内外类似成果对比如表1所示。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种基于本体的面向区块链溯源的供应链数据标准化***，其特征在于，包括：监测模块、本体部署模块和溯源模块，其中：监测模块预先采用RFID设备采集供应链历史活动数据并输出至本体部署模块进行供应链本体模型的构建，并在智能合约对供应链监控时，监测模块将活动实例实时发送至区块链；本体部署模块根据供应链历史活动数据和部分复用的外部供应链本体构建供应链本体模型，利用该供应链本体模型重写智能合约中的活动实例，并将重写后的智能合约发送至区块链；当智能合约对供应链监控时，区块链将实时来自监测模块的活动实例通过查询关联关系表转化为本体表述并判断是否存在智能合约的触发条件与该本体表述相同，从而相应执行智能合约后将执行日志输出至溯源模块；溯源模块根据日志按照时间的顺序将资源集的变动标注在资源集演化树上，并根据溯源需求从资源集演化树中构建溯源路径树；所述的区块链，即以太坊区块链，该以太坊区块链作为可信的平台能够存储文件并保证文件的可信，存储于区块链中的智能合约通过触发执行；

所述的供应链本体模型包括：构成供应链领域词汇的基本术语和关系及基于该基本术语和关系构成的规定供应链领域词汇外延的规则的定义；

所述的关联关系表包括：各个生产活动的本体表述和活动实例的多种表述的对应关系，一个本体表述对应该活动实例的多种表述；

所述的本体表述是指：在本体模型中活动实例对应的抽象的概念表述；

所述的智能合约是指：供应链中的合约双方制定且存储于区块链中，当监测模块将活动实例表述转化为本体表述并发送至区块链，即合约双方进行了合约中制定的交易时，区块链判断并相应自动执行；

所述的重写是指：即用本体表述替换智能合约中的活动实例；

所述的监测模块即RFID采集设备，其中：RFID采集设备与供应链、本体部署模块的构建本体模型单元和区块链相连，输入供应链活动数据；在智能合约对供应链监控前，向构建本体单元输出历史活动数据；在智能合约对供应链监控时，向以太坊区块链输出活动实例；

所述的本体部署模块包括：构建本体模型单元和重写活动实例单元，其中：构建本体模型单元与监测模块的RFID采集设备相连，输入RFID采集设备采集的历史活动数据，并利用外部复用本体，输出供应链领域本体模型；重写活动实例单元与供应链和区块链相连，输入供应链中合约双方制定的智能合约，参照供应链领域本体模型，向区块链输出重写后的智能合约，同时输出关联关系表；

所述的区块链分别与重写活动实例单元、RFID采集设备和构建资源集演化树单元相连，在智能合约对供应链监控前，输入重写活动实例单元重写后的智能合约；在智能合约对供应链监控时，查询关联关系表，输入RFID采集设备采集的活动实例的本体表述，并向构建资源集演化树单元输出执行日志；

所述的溯源模块包括：构建资源集演化树单元和构建溯源路径树单元，其中：构建资源集演化树单元与以太坊区块链相连和构建溯源路径树单元相连；输入以太坊区块链执行日志，向构建溯源路径树单元输出资源集演化树；构建溯源路径树单元输入资源集演化树，输出溯源路径树；溯源路径树就是溯源结果，向商家或顾客反馈；

所述的供应链数据标准化是指：通过将供应链中的活动数据作为智能合约的触发条件，记录供应链中的生产活动，当供应链中有生产活动实例发生，就触发执行合约内容，通过区块链记录智能合约触发执行日志，当供应链中所有的活动都有对应的智能合约与之对应时，供应链中的任何活动都会立即触发合约并通过执行日志及时地反映出来，利用日志同步构建一个资源集演化树，从而对任意商品随时溯源，具体包括：

第一步、首先通过监测模块采集数据作为供应链历史活动数据，用于本体部署模块中构建供应链领域本体模型，然后本体部署模块根据该领域供应链历史活动数据和部分复用的外部供应链本体，构建该领域的供应链本体模型；领域本体建立完成之后，供应链中的所有活动实例在该领域本体模型中找到对应的本体表述；

所述的本体部署模块利用本体模型重写智能合约中的活动实例，即触发条件，并用关联关系表记录本体模型中该活动实例的本体表述对应的活动实例的所有其他表述方式；

第二步、在合约制定者向区块链中发送智能合约之前，需要先用本体模型得到智能合约中活动实例的本体表述，再用本体表述替换智能合约中的活动实例；

当替换活动实例时，在关联关系表中记录本体模型中所有和该本体表述对应的其它活动实例；在该表中，记录的是各个生产活动的本体表述和活动实例的多种表述的对应关系，供应链中的活动实例都可以通过该表找到它们对应的本体表述；一个本体表述对应该活动实例的多种表述；

所述的本体部署模块将替换后的智能合约存储进区块链的区块中，具有实时判断供应链中的活动的功能，智能合约部署完成；

第三步、当本体部署模块完成本体在区块链上的部署之后，开始对供应链进行监测和溯源，即通过所述的区块链对监测模块采集的供应链活动实例进行判断和处理，通过所述的溯源模块同步构建资源集演化树，具体包括：

1)监测模块将供应链中活动实例传向区块链之前，先通过查询关联关系表，将活动实例表述转化为本体表述，再传给区块链，其中：活动实例采用查表的方式进行转换；

2)智能合约定期逐条遍历每个合约内包含的状态机、事务及触发条件：当一个活动的本体表述发送过来时，若该活动正好和某个智能合约中的触发条件相同时，该活动会触发对应的智能合约内容；触发的合约内容经过扩散、验证、共识后被区块链执行，并生成执行日志用于后续溯源；

a)将上述生成的日志用于构建资源集演化树，其中：日志是按时间顺序记录的，所以资源集演化树是根据日志按照时间的顺序逐步建立；每产生一个日志记录，就将资源集的变动标注在资源集演化树上；资源集演化树上的资源集是以本体的形式标注，一个资源集可能被多家厂商以多种语义方式使用，但最终所有的变动都会唯一的反映在该资源集上；

b)有溯源需求时，根据资源集演化树构建溯源路径树。