基于Hyperledger的化工园区新能源电力交易系统研究

这是一篇关于区块链,Hyperledger Fabric,电力交易,智能合约的论文, 主要内容为随着我国化学工业的蓬勃发展,现代化工园区发展成为国家和区域经济的主导和支柱,由于化工园区供电主要以煤电为主,给国家“碳达峰、碳中和”目标的实现造成压力。为实现国家双碳和能源转型目标,急需将新能源电力注入化工企业,达到清洁化工目的。当前新能源发电分布广、其能源结构呈现无中心化、并网难等特点,将会使交易机构运营成本升高,同时无法保证市场成员的隐私安全问题,亟需引入适应新能源特点的交易模式。区块链技术的问世,以其去中心化、可追溯、不可篡改、构建信任等特点在各个领域得到应用。通过海量智能电表终端构成一个天然的网络拓扑结构,区块链技术正好为其提供安全、高效、可信的解决途径。本文采用Hyperledger Fabric技术,设计一种区块链的新能源电力交易系统,实现智能电表设备安全管控、可信电量交易存储,为采集终端与电力交易的安全可信提供有效解决方案,论文的主要研究和工作内容如下:首先,对区块链技术底层的智能合约、共识机制等深入了解,对当前主流的区块链技术架构进行分析对比,采用Hyperledger Fabric联盟链作为网络架构,通过Fabric的智能合约技术,实现电力交易系统的自动化和智能化,自主设计区块链网络,将智能合约部署到区块链网络中,借助区块链去中心、数据不可篡改和可追溯的特点,使电力数据的存储更加安全,电力交易更加可信,电力调度更加透明。其次,通过对电力数据采集终端,进行了硬件设计和软件设计,硬件采用STM32芯片+电力采集模块+以太网模块设计,其中采集模块与STM32之间基于MODBUS-RTU通讯协议,电力采集数据经过STM32处理后,通过MQTT协议通讯传递给区块链网络,为电力交易提供安全可靠的凭证。同时设计基于VUE前端框架搭建可视化用户交互平台,为新能源用户构建智能电表数据查询和电力交易可视化平台,方便售电用户与化工企业购电用户实时的查询电力信息。发电用户通过交易平台发布售电信息,购电用户通过平台选择进行相应的购电操作。另一方面,管理员对用户进行管控操作包括:用户的用电权限、发电权限、实时查询用户交易信息,实现电力调度管理。本文最终设计并实现了一套基于Hyperledger的化工园区新能源电力交易系统,本系统为区块链技术在电力领域的应用做出了尝试。

基于区块链的海事综合服务系统研究

这是一篇关于区块链,Hyperledger Fabric,海事综合服务系统,M-Raft算法的论文, 主要内容为近年来海事信息化建设高速发展,随着海事政务服务平台“海事一网通办”平台的投入使用,标志着海事系统数据融合进入新的阶段,但是包括“一网通办”在内的各种海事信息服务平台都采用高度集中的中心化部署方案,信息发展新阶段越来越要求各信息系统的数据共享与开放程度要适应航运的发展速度,另外随着国家对数据安全的重视,对涉及国家行业数据、个人隐私数据的保护也有着极高的要求。区块链拥有分布式存储、防篡改和加密机制,可以在促进数据共享的同时又保证数据安全,在交通运输行业有着广泛的应用场景。随着国家宏观战略层面推动区块链技术与交通行业深度融合发展的纲要文件的印发,交通运输部积极部署,将推进全球航运服务网络建设与区块链深入融合以及深入推进数据共享和业务协同列为重点工作。为海事综合服务系统引入去中心化、防篡改、可追溯的区块链技术一是可以解决海事危险货物运输、船舶污染物处理等需要海事监管的事项难溯源难确权的问题,二是有助于促进航运数据共享、防止数据篡改、保护船员隐私数据。从而实现对海事综合服务系统做安全加固以及功能补充,为海事综合服务系统增信。这有助于航运公司落实安全生产主体责任和船员诚信体系建设,有助提高海事管理部门公信力。论文对区块链技术与海事综合管理服务进行研究,分析了基于区块链的海事综合管理平台的需求,并在此基础上设计并实现了需求。系统选取联盟链的代表Hyperledger Fabric 2.4提供海事服务平台的区块链服务,选用Fabric源码开发语言Golang开发上层应用以及智能合约,以保证系统稳定性。利用Fabric go SDK实现应用层与区块链之间的交互,借助Docker引擎将区块链的核心模块的部署在容器中方便调用。应用采用B/S架构,在web前端采用经典的html+css+javascript设计。本文主要工作如下:1.改进raft共识算法,提出M-Raft。降低因为选举“平票”或者candidate无法获得半数以上选票导致多轮选举的耗时问题,在运用于以节点数体量小、节点通信距离长、数据获取时效性要求强为特征的海事联盟链中,提出在Leader选举阶段结合优先权机制和投票可变机制,改善选举阶段出现平票、多候选者出现导致多轮选举而造成的耗时问题,同时也可以降低网络死锁概率、提高网络稳定性。2.平台需求分析与设计。针对内河流域海事监管部门在海事综合服务方面存在的问题,以长江海事为例,深入剖析当前,结合现阶段的应用场景,提出了提高电子证书、船员信息认证与校验的可信度与便捷化,船舶危险物、污染防治全程溯源管理等功能性需求。针对具体业务场景对系统进行总体架构设计,结合区块链系统体系结构,采用分层的方法将系统由下到上分为网络层,fabric核心层、接口层、业务层和应用层,并选择非关系型数据库Couch DB来存储系统的业务数据和状态数据。3.实现基于区块链的海事综合服务系统。本系统通过区块链技术实现了对船员和船舶基础信息登记、船员证书核验、危货运输及防污作业的申报与溯源等功能。不仅降低了数据被篡改的风险,还提高了系统的工作效率,其中证书校验对持伪造证书或超出任职范围上船服务等严重影响船舶航行安全的行为起到约束作用,危防溯源对加强船舶监管,为推进美丽长江建设、长江航运绿色发展有着重要作用。最后系统的功能测试、性能测试结果表明其可以稳定运行,能够满足海事部门和广大船员用户的基本需求。

基于区块链的仓储管理云平台系统研究

这是一篇关于仓储管理,Hyperledger Fabric,访问控制,可搜索加密,仓储溯源的论文, 主要内容为随着现代产业链的发展,企业建立自己的采购管理仓库,并通过信息化技术进行采购仓储管理工作,能有效降低企业对第三方的依赖,保证企业供应链安全。企业采购仓储管理对系统安全提出了更高的要求,但采购过程中订单数量不大,人员相对固定,区块链技术在提高系统安全性的同时能够满足企业采购仓储管理服务的基本性能需求。本文设计并实现了基于区块链的仓储管理云平台系统。结合区块链的特性,为保证仓储管理系统的安全性,设计了一种基于区块链的角色权限仓储信息访问控制方案。为保证溯源数据的真实性和安全性,提出了一种基于非对称可搜索加密的仓储信息溯源方案。基于区块链的角色权限仓储信息访问控制方案采用数据库和区块链相结合的权限分级验证方式,综合平衡权限验证的效率和安全性。引入信任度计算来验证权限获取用户的安全性,引入时间约束来保证权限获取的动态性和加强权限获取的安全性。通过与其他方案分析对比,说明本方案具有权限管理的动态性和细粒度,能有效保证访问过程的安全性。基于非对称可搜索加密的仓储信息溯源方案使用链上链下存储相结合的方式,降低区块链存储压力,保证数据安全。除仓储溯源外的其他服务使用数据库服务器,保证系统性能。利用非对称可搜索加密技术,在区块链中搜索加密溯源索引数据,根据索引数据到IPFS服务器下载加密溯源数据,充分保证了溯源过程和仓储数据的隐私安全。对本方案进行分析,论证了其安全性,与类似方案相比时间复杂度有所降低。基于微服务架构,运用前后端分离的模式进行仓储管理系统开发。本系统主要分为用户管理模块、网格管理模块、权限管理模块、订单管理模块、溯源查询管理模块、统计分析模块等六个功能模块。采用Lay UI框架进行系统前端Web界面开发,采用Spring Boot和Mybatis框架整合进行系统后端开发。数据库使用的是My SQL,区块链使用的是Hyperledger Fabric联盟链框架,并搭建IPFS私有集群存储仓储溯源加密数据。本系统的主要性能瓶颈在于区块链的处理速度。本文部署的Fabric区块链的TPS在2000左右,能满足本系统所服务的小规模企业采购仓储管理服务的基本需求。

基于区块链技术的农产品供应链溯源系统

这是一篇关于农产品溯源,区块链,Hyperledger Fabric,智能合约,共识算法的论文, 主要内容为本文面向农产品供应链中信息溯源的场景,因为农产品从农户到消费者的过程中涉及的环节和参与者众多,所以会造成参与者之间信息共享困难、信息不可靠和信息溯源困难等情况。本文提出使用区块链技术建立一个农产品溯源系统,以保证农产品供应链中信息的可追溯性、可靠性和完整性。用户可以及时获得农产品在供应链中的溯源信息,使农产品在供应链中的流动更加透明。本文将传统的PBFT算法改进成了TV-PBFT算法,提高了共识算法的效率,使得更加适合农产品供应链的实际情况。然后设计并实现了农产品溯源系统,这个溯源系统保证了农产品溯源信息可以在用户之间实现共享,解决了信息孤岛的问题,并且区块链的特点保证了农产品信息的安全可靠。最后使用Hyperledger Fabric技术对系统进行了实现,并对系统进行了测试。本文主要研究内容如下:改进了传统的PBFT共识算法:针对传统的PBFT算法存在的主节点选举机制不够完善、一致性协议流程太过繁琐、共识效率低和通信复杂度高等问题,提出一种基于节点积分制的拜占庭容错算法(TV-PBFT算法)。改进后的TV-PBFT共识算法更加适合农产品供应链的场景。TV-PBFT共识算法了引入信誉值和投票值评分机制,这种评分机制会选择评分较高表现可靠的节点担任主节点和共识节点。TV-PBFT算法对一致性协议流程进行了优化,这样可以降低节点之间的通信复杂度,对系统的性能进行了优化。还对TV-PBFT共识算法的交易时延和吞吐量进行了测试,结果表明TV-PBFT算法具有较好的性能。设计了基于区块链的农产品供应链溯源系统:首先对系统进行需求分析,先对系统的整体需求进行分析,然后分析不同类型用户的功能需求和所有类型用户的共同的系统功能需求,接下来对TV-PBFT共识算法的需求进行分析;其次,对系统的架构进行设计,并且对TV-PBFT算法进行详细设计,还需要对系统各个模块的功能进行设计;最后对智能合约进行了设计,包括存储字段设计和方法的设计。实现了基于区块链的农产品供应链溯源系统:首先对系统所需的环境进行部署,包括配置系统开发所需的软硬件环境、部署和启动Fabric网络运行的环境;其次按照系统的设计要求对各个系统功能模块进行开发,然后展示各个功能模块的实现情况;最后对系统进行功能测试。测试情况证明了系统可以稳定可靠的运行,可以为供应链中的用户提供可靠的农产品信息管理和溯源功能。

基于Hyperledger Fabric的资产交易系统的设计与实现

这是一篇关于区块链,Hyperledger Fabric,微服务,资产交易,智能合约的论文, 主要内容为随着互联网的高速发展以及数字化进程的不断推进,数字化产品、数字化资产逐步进入人们的生活。各平台纷纷推出自己的数字资产,如虚拟游戏币、用户积分等。同时实物资产也在大规模进行数字化登记。在传统模式下的资产交易系统主要存在以下两个问题:首先,中心化资产交易系统由各中心开发建立,系统间相互独立,导致资产跨机构流通困难。其次,现有的资产交易系统中用户数据多在中心化数据库中进行存储,存在数据被篡改、数字资产被恶意破坏的风险。而区块链技术具有去中心化、不可篡改以及公开透明的特性,能较好地解决上述问题,因此本文基于区块链技术设计并实现了基于Hyperledger Fabric的资产交易系统,对实现资产的安全交易具有较强的现实意义。本文分析了传统资产交易系统中存在的问题并对相关技术进行调研,提出基于微服务的资产交易区块链系统架构,用以应对日益增长的系统需求,对系统后台进行服务功能解耦,实现系统中的多服务插拔机制。其中:系统整体基于Spring Cloud框架搭建,各个服务完成多节点多实例部署,基于Zuul组件以及Nginx完成网关设计,实现前后端分离,基于Eureka组件设计服务注册以及服务发现中心,同时基于Feign和Ribbon组件为基础完成消息转发以及负载均衡,提升系统可用性,同时通过Hystrix组件,对崩溃服务完成降级熔断的功能,防止服务雪崩的发生。区块链子系统采用Fabric搭建基础平台,并根据资产交易需求设计智能合约,系统通过设计好的智能合约实现自动执行以及自动对账。此外,针对区块链系统数据检索效率低下以及多方数据存储中心数据同步困难的问题,设计并实现高并发数据同步检索优化机制,提高资产交易区块链系统在高并发场景下的检索效率并解决数据同步一致性问题。随后,通过安全性拦截设计、稳定性设计以及数据管理可视化设计三个方面提出并实现资产交易区块链系统安全机制。本文首先介绍了基于Hyperledger Fabric的资产交易系统的背景以及相关技术。其次,对系统涉众以及功能性和非功能性需求进行详细分析。随后,对系统关键问题进行分析设计并在此基础上对系统架构、功能模块、数据模型以及系统界面进行总体设计。然后,本文详细阐述了系统功能模块的详细设计与实现。最后,通过V模型对系统进行功能性测试以及性能测试,确认系统满足设计目标。

基于区块链的数字切片存储与共享方案的研究与实现

这是一篇关于数字切片,区块链,Raft,Hyperledger Fabric的论文, 主要内容为病理切片对临床诊断以及病理学研究有着重要的意义,数字切片的出现提高了病理医生的工作效率,为远程病理诊断以及AI医疗辅诊提供新的研究方向。然而中心化的存储以及医疗隐私泄漏等问题导致切片数据在医疗机构中形成了数据孤岛,阻碍了数字切片技术的进一步发展。区块链技术的发展为医疗数据存储与共享提供了新思路,去中心化、不可篡改、可溯源等优点使其被广泛的使用在数字货币、商品溯源、医疗安全等领域。Hyper Ledger Fabric是一个开源的联盟区块链平台,为基于区块链的应用提供了实现框架。本文学习区块链技术的基础上,就如何提高数字切片存储与共享过程中的安全性、隐私性、共享性进行研究并实现。首先,在深入了解区块链的Raft一致性共识算法后,本文针对Raft算法中存在因网络丢包及多候选人竞争导致的多轮选举问题提出改进,通过使用自适应多发的投票方式以及推荐候选人的选举方式来改善Raft选举过程中存在的无领导者任期的现象,从而加快集群领导者选举的速度,提高Raft算法的可用性。之后,提出一种基于区块链的数字切片存储共享双链方案。方案首先根据数字切片图像结构特点,通过下采样以及图像切割的方式对数字切片进行预处理,将数字切片转换为符合dicom标准的dcm文件及摘要数据,标准的dcm格式让数字切片重新拥有了共享价值。使用区块链分布式账本分别存储数字切片摘要数据以及可共享的数字切片信息,dcm文件加密存储在IPFS文件系统中,去中心化的存储方式保证了数据的安全性。使用基于ECDSA算法的身份验证机制及AES+RSA混合加密来保证共享过程成员的身份安全以及个人隐私安全。最后,综合以上所有研究,设计并实现数字切片存储与共享系统。系统采用浏览器\服务器架构,使用Hyperledger Fabric作为底层区块链网络,用户数据存储在关系型数据库Mysql中,通过Hyperledger Fabric SDK for Java工具与Fabric网络进行数据交互。系统后端使用Spring Boot+Mybatis框架进行开发,前端部分使用Vue.js开发。从用户登录、数据访问、数据上传、请求共享四个功能模块介绍系统实现过程以及实现效果,并对系统功能进行逐一测试。

基于区块链技术的农产品供应链溯源系统

这是一篇关于农产品溯源,区块链,Hyperledger Fabric,智能合约,共识算法的论文, 主要内容为本文面向农产品供应链中信息溯源的场景,因为农产品从农户到消费者的过程中涉及的环节和参与者众多,所以会造成参与者之间信息共享困难、信息不可靠和信息溯源困难等情况。本文提出使用区块链技术建立一个农产品溯源系统,以保证农产品供应链中信息的可追溯性、可靠性和完整性。用户可以及时获得农产品在供应链中的溯源信息,使农产品在供应链中的流动更加透明。本文将传统的PBFT算法改进成了TV-PBFT算法,提高了共识算法的效率,使得更加适合农产品供应链的实际情况。然后设计并实现了农产品溯源系统,这个溯源系统保证了农产品溯源信息可以在用户之间实现共享,解决了信息孤岛的问题,并且区块链的特点保证了农产品信息的安全可靠。最后使用Hyperledger Fabric技术对系统进行了实现,并对系统进行了测试。本文主要研究内容如下:改进了传统的PBFT共识算法:针对传统的PBFT算法存在的主节点选举机制不够完善、一致性协议流程太过繁琐、共识效率低和通信复杂度高等问题,提出一种基于节点积分制的拜占庭容错算法(TV-PBFT算法)。改进后的TV-PBFT共识算法更加适合农产品供应链的场景。TV-PBFT共识算法了引入信誉值和投票值评分机制,这种评分机制会选择评分较高表现可靠的节点担任主节点和共识节点。TV-PBFT算法对一致性协议流程进行了优化,这样可以降低节点之间的通信复杂度,对系统的性能进行了优化。还对TV-PBFT共识算法的交易时延和吞吐量进行了测试,结果表明TV-PBFT算法具有较好的性能。设计了基于区块链的农产品供应链溯源系统:首先对系统进行需求分析,先对系统的整体需求进行分析,然后分析不同类型用户的功能需求和所有类型用户的共同的系统功能需求,接下来对TV-PBFT共识算法的需求进行分析;其次,对系统的架构进行设计,并且对TV-PBFT算法进行详细设计,还需要对系统各个模块的功能进行设计;最后对智能合约进行了设计,包括存储字段设计和方法的设计。实现了基于区块链的农产品供应链溯源系统:首先对系统所需的环境进行部署,包括配置系统开发所需的软硬件环境、部署和启动Fabric网络运行的环境;其次按照系统的设计要求对各个系统功能模块进行开发,然后展示各个功能模块的实现情况;最后对系统进行功能测试。测试情况证明了系统可以稳定可靠的运行,可以为供应链中的用户提供可靠的农产品信息管理和溯源功能。

基于Hyperledger Fabric的区块链港口物流系统的设计与实现

这是一篇关于港口物流,区块链,Hyperledger Fabric,数据共享的论文, 主要内容为随着互联网信息技术的发展,物流系统由辅助商品生产销售的后勤服务系统逐步发展完善为独立的供应链信息系统。在经济全球化背景下,港口物流是跨境贸易流程中至关重要的环节,利用港口存货、配货、集疏运条件提供多功能物流服务。国际供应链的发展使港口物流全链条产业逐步细分,各部分效率显著提高。但经研究发现,目前港口物流行业主要存在数据孤岛、信任缺失、流程协同低效和中心化平台瓶颈等问题,阻碍各方合作协调和数据共享,导致贸易成本高,业务处理效率低下。为解决上述问题,本文设计并实现了基于Hyperledger Fabric的区块链港口物流系统,为货主企业、船公司、货运公司和海关等主要参与方提供丰富的业务服务,实现了对货物和信息的全流程跟踪和业务协同。论文在阐述了区块链的核心原理基础上,介绍了Hyperledger Fabric和Docker等重点技术。在需求分析阶段,本文研究了港口物流主要业务需求,分析了区块链解决方案的优势,并用活动图描述了货主、船公司、货运公司、海关工作人员参与的业务流程,通过用例图和用例说明表对订单管理、运输管理、报关管理和系统管理等功能需求模块进行了分析,用实体联系图对系统进行了数据建模,分析了系统性能、安全性、兼容性、数据隐私和数据一致性等非功能需求。在系统设计与实现阶段,本文给出了系统总体架构设计和功能分解,将系统分为业务层、区块链层和数据存储层三层,前端调用后端RESTful APIs,区块链层提供raft排序服务,数据库采用My SQL和Couch DB,并从组织节点、通道设计、共识算法和连接配置等方面对港口物联盟链网络组件进行了设计和搭建,对系统数据库表的字段、含义和类型进行了说明,通过类图、时序图和程序流程图对订单管理、运输管理、报关管理和系统管理等功能模块进行了设计和实现,最后从身份管理、智能合约和账本数据存储等方面对港口物流区块链网络进行了详细设计与实现。本文使用6台服务器作为系统测试环境,通过单元测试、集成测试和功能测试,保证系统各模块功能正常,通过角色权限测试、用户登录测试、多浏览器测试、系统响应时间测试以及交易吞吐量测试,对系统安全性、兼容性和性能等非功能需求进行了验证。测试结果表明,系统功能和非功能表现均达到预期,身份管理服务(Membership Service Provider,MSP)、通道、私有数据为业务数据提供了隐私保护,分布式账本保证了各参与方业务数据一致性,港口物流区块链网络提供了安全可信的数据共享环境,系统能有效解决港口物流业务中的数据孤岛、信任缺失、流程协同低效以及中心化平台瓶颈等问题,降低贸易成本,提高业务处理效率。