Применение технологии блокчейн с целью повышения доверия пользователей к использованию юридически значимых баз данных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат наук Кудряшов Сергей Юрьевич

• Кудряшов Сергей Юрьевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Кудряшов Сергей Юрьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В ЮРИДИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ БАЗАХ ДАННЫХ

1.1 Технология блокчейн

1.2 Базовые составляющие блокчейна

1.3 Предпосылки появления блокчейна

1.4 Приватный блокчейн

1.5 Задача византийских генералов^Т)

1.6 Блокчейн-фреймворк - Ехопит

1.7 Применения блокчейна в промышленности

1.8 Блокчейн в системах управления цепочкой поставок

1.9 Предпосылки применение блокчейна в трубной промышленности

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ С УЧЁТОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕЯ БЛОКЧЕЙНА В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЦЕПОЧКЕ

2.1 Применение блокчейна в трубной промышленности

2.2 Участники рынка полимерных труб в России

2.3 Ролевая модель решения

2.4 Целевая модель системы

2.5 Диаграмма потоков данных

2.6 Выводы по Главе

ГЛАВА 3. АРХИТЕКТУРА ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦЕПОЧКОЙ ПОСТАВОК

3.1 Функциональная диаграмма системы

3.2 Архитектура

3.3 Типы структур данных

3.4 Транзакции

3.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

4.1 Выводы по Главе

ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАРКИРОВКИ ТРУБ НА ОСНОВЕ ДВУМЕРНОГО ШТРИХКОДА

5.1 Маркировка труб как компонент цепочки поставок труб

5.2 Типы маркировки

5.3 Эмпирический анализ считываемости штрихкодов

5.4 Выбор параметров метки трубы

5.5 Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК РИСУНКОВ

СПИСОК ТАБЛИЦ

82

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

В порядке упоминания:

DSCMS - Decentralize Supply Chain Management System

децентрализованная система управления цепочками поставок

ПТ - Полимерная труба

Блокчейн - децентрализованная база данных со

встроенными инструментами аудита, в которой все действия с данными отображаются в защищенном от несанкционированного доступа журнале

SCM - Supply Chain Management - управление

цепочками поставок

АПТС - Ассоциация производителей трубопроводных

систем

DFD - Data Flow Diagram - диаграмма потоков данных

BFT - Byzantine Fault Tolerance - византийская

устойчивость (из задачи про византийских генералов)

PBFT - Practical Byzantine Fault Tolerance - реализация

алгоритма консенсуса предложенного Лесли

РСУБД

ОТК ERP

AIDC

QR

RFID

Aztec UID

SDR

Лампортом в качестве решения задачи про византийских генералов

реляционная система управления базами данных

отдел технического контроля

Enterprise Resource Planning - программное обеспечение для контроля за ресурсами предприятия

Automatic Identification and Data Capture -технологии автоматическая идентификация и сбор данных

Quick Response Code — распространённый вид двумерных штрихкодов

Radio Frequency Identification - способ автоматической идентификации объектов посредством радиосигналов

распространённый вид двумерных штрихкодов

Unique Identifier - в контексте диссертации уникальный идентификатор трубы

номинальное отношение наружного диаметра к номинальной толщине стенки трубы

ВВЕДЕНИЕ

Во введении определены актуальность темы исследования, степень её разработанности, цели и задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, методология и методы исследования, положения, выносимые на публичное представление, степень достоверности и апробация результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение технологии блокчейн с целью повышения доверия пользователей к использованию юридически значимых баз данных»

Актуальность темы исследования.

В данной работе рассматривается создание децентрализованной системы управления цепочкой поставок (Decentralize Supply Chain Management System (DSCMS)) на основе технологии блокчейн на примере производства полимерных труб (ПТ) в рамках существующего рабочего процесса рынка ПТ в России с целью борьбы с фальсификатом и контрафактом.

Блокчейн - это децентрализованная база данных со встроенными инструментами аудита, в которой все действия с данными отображаются в защищенном от несанкционированного доступа журнале. Технология блокчейн появилась как фундаментальня технология для создания криптовалют (S.Nakamoto, 2008). Благодаря сочетанию криптографических методов, таких как хэш-функции и цифровые подписи, блокчейн успешно продемонстрировал свою надёжность в вопросе передачи, хранении и изменении таких чувствительных данных, как баланс денежных средств, что подтверждается капитализацией сети биткоин, которая составляет более $1трлн в апреле 2021 (www.coindesk.com).

Задачи безопасного хранения, передачи и, самое главное, совместного владения данными (или согласованной синхронизации данных) существуют и в других областях, где требуется работать с чувствительными и иногда юридически значимыми данными двум и более взаимонезависимым контрагентам.

В настоящее время параллельно с публичными блокчейнами мы наблюдаем рост приватных блокчейнов (V.Buterin, 2015), (Bitfury Group, Public versus Prívate Blockchains. Part 1: Permissioned Blockchains, 2015), (Bitfury Group, Public versus Prívate Blockchains Part 2: Permissionless Blockchains), (Libra Association, 2019). Большинство медиапроектов, таких как Libra и TON (Telegram, 2018), (N.Durov, 2020), сталкиваются с проблемами регулирования из-за встроенной логики токенов (J.Brett, 2019), в то время как классические приватные блокчейн-платформы, такие как Hyperledger Fabric (E.Androulaki, Y.Manevich, & S.Muralidharan, 2018) и Exonum (Y.Yanovich, I.Ivashchenko, & A.Ostrovsky, 2018), обеспечивают решения для проектов на государственном уровне или на уровне крупного бизнеса (M.Pilkington, 2016), (P.Mamoshina, 2018), (Q.Shang, 2019), (F.Casino, 2019), включая приложения для управления цепочками поставок (Supply Chain Management (SCM)) (H.M.Kim & M.Laskowski, 2016), (K.Korpela, 2017), (Y.Yanovich, et al., 2018) , (M.Kouhizadeh, 2018), (N.Alzahrani, 2018), (D.Korepanova, 2019). SCM на основе блокчейн позволяет формализовать отношения между участниками цепочки поставок математически, обеспечивая необходимый уровень конфиденциальности и обеспечивая прозрачность и проверяемость.

Блокчейн де-факто стал стандартом во многих промышленных приложениях, например, в интернете вещей, автомобильных коммуникациях нового поколения, умных сетях электроснабжения, цифровом здравоохранении, государственных реестрах, управлении цепочками поставок (M.Swan, 2015), (M.Pilkington, 2016), (Kuo, 2017), (V.Ortega, 2018), (P.C.Bartolomeu, 2018). Во всех этих приложениях блокчейн-решения формализуют отношения между различными пользователями математически, гарантируя необходимый уровень доверия и прозрачности. На рынке существуют различные типы блокчейн-решений, но большинство вышеперечисленных отраслевых приложений используют приватные блокчейны, реализованные на открытых платформах, поскольку они могут предложить

высокий уровень производительности при сохранении конфиденциальности данных пользователей (S.Kruglik, 2019).

В данной работе рассматривается применение блокчейна для решения задач управления цепочками поставок в рамках существующего рабочего процесса рынка полимерных труб в России.

По оценкам российской ассоциации производителей трубопроводных систем (АПТС) на рынке полиэтиленовых труб доля фальсифицированной продукции занимает 30% от общего объёма, что составляет 9 млрд. руб./год. (Association of Pipe Systems Manufacturers (Russian)). Этот факт заставляет ведущие компании объединяться и искать решения для борьбы с фальсификатом и контрафактом.

Фальсифицированная продукция производится из нетрубного вторичного сырья. Количество производителей трубного сырья ограничено: на территории России в 2018 году было 3 производителя. Объёмы выпускаемого трубного сырья не соответствует объёму выпускаемой трубной продукции.

Для выявления недобросовестных производителей, нужно сопоставить объём закупаемого ими трубного сырья и производимой продукции с учётом рецептуры изделий. На данный момент необходимые для сопоставления данные хранятся у участников рынка разрозненно. Объединение данных в централизованном хранилище имеет ключевой недостаток: необходимо, чтобы все участники доверяли владельцу хранилища. Возникает ключевое требование к системе: система должна объединять интересы всех партнеров в их совместной работе, создать основы для эффективного противодействия производству фальсифицированной продукции, благодаря достоверной, своевременной и защищенной информации во всем ее разнообразии, дающей всем участникам единую оперативную картину процессов на рынке трубной продукции.

Система должна обеспечивать доверие со стороны партнёров благодаря свойствам:

1. Система должна исключать возможность внесения несогласованной информации.

2. Система должна иметь механизмы согласования изменений всеми партнёрами в режиме реального времени.

3. Система должна исключать возможность изменения данных постфактум.

4. Система должна обеспечивать независимый доступ к необходимым данным для каждого партнёра. То есть необходимые данные должны храниться у каждого партнёра.

5. Система должна использовать алгоритм синхронизации данных между партнёрами в режиме реального времени.

6. Система должна гарантировать соблюдение прав доступа к информации.

Централизованные базы данных не гарантируют выполнение поставленных требований, и это являлось ключевой нерешённой задачей. Технология блокчейн в точности удовлетворяет ключевым требованиям к системе. Это позволяет предположить, что блокчейн SCM в перспективе позволит ликвидировать фальсификат из нетрубного или вторичного сырья и контрафакт как явление.

АПТС - рассматривается в качестве системного администратора в предлагаемом блокчейн-решении. Кроме того, такая доля контрафактной и фальсифицируемой продукции и последствия от ее применения вызывают интерес контролирующих органов/регуляторов, которые могут быть включены в блокчейн-решение в качестве системных администраторов.

В работе описаны предпосылки внедрения системы, а также дано техническое описание системы и показано, что она соответствует прикладным требованиям.

Степень разработанности темы.

Системный анализ и обзор существующей литературы по применению технологии блокчейн в промышленности и, в частности, в области управления цепочками поставок показывает, что, несмотря на растущий интерес, данная тема до настоящего времени мало исследована.

Всё больше публикаций появляется в области исследования практических применений блокчейна, в том числе каждый год растёт количество опубликованных статей о применении технологии блокчейн в области SCM. Исследования в области SCM пока являются фрагментарными, но создание доверенной информационной среды на основе технологии блокчейн имеет научную и практическую ценность и заслуживает дальнейшего изучения (S.E.Chang & Y.Chen, 2020).

Одной из причин фрагментации исследований является широкая область применения блокчейна даже в рамках SCM, поскольку каждая индустрия имеет свою специфику, свои бизнес-процессы, жизненные циклы и потоки данных. Можно выделить более 30 индустрий, где внедрение децентрализованной системы управления цепочкой поставок приведёт к значительному результату и оправдано (С^.Бига^, 2020).

Технология раскрывает свой потенциал в мультиагентных системах, это значит, что для оценки эффективности в опытно-промышленной эксплуатации любой прототип нужно внедрять хотя бы в две организации. При этом задача внедрения блокчейна носит не только технический характер, но и требует изменения менталитета пользователей, в связи с этим в мире мало подтверждённых и релевантных промышленных решений с использованием технологии блокчейн и, в основном это прототипы, находящиеся в опытно-промышленной эксплуатации.

Технология блокчейн является тяжёлой в использовании, так как любое изменение требует согласования всех участников системы. То есть, существуют естественные факторы замедления развития промышленного применения

технологии блокчейн, из-за которых она до сих пор находится на ранних стадиях развития, несмотря на достаточное финансирование и практическую значимость.

Для упрощения использования технологии ведутся исследования на тему применения методов автоматизированной формальной верификации кода в решениях на основе блокчейн, которые в перспективе позволят избежать ошибок на уровне имплементации алгоритмов, но при этом не исключат алгоритмические ошибки на уровне бизнес-процессов.

Каждая компания должна внимательно анализировать оправданность внедения блокчейн-системы в свою работу, основываясь на таких стратегических особенностях своей отрасли как уровень доверия, необходимость в прослеживаемости, прозрачности или, наоборот, приватности данных, стоимость внедрения и поддержания этой системы. Необходимо более доскональное исследование блокчейн-систем, в частности, смарт-контрактов, организации данных в блокчейн-системе и дизайна систем в целом (A.Kumar, R.Liu, & Z.Shan, 2020).

Технология блокчейн по сути своей является сочетанием уже известных и хорошо изученных технологий, в число которых входят цифровая подпись, хэш-сумма, алгоритм консенсуса. Алгоритмы консенсуса хорошо изучены, как отдельно, так и в контексте применения в технологии блокчейн (Y.Yanovich, I.Ivashchenko, & A.Ostrovsky, Exonum: Byzantine fault tolerant protocol for blockchains, 2018). Но слабо изучено практическое применение блокчейна в промышленности. Есть множество пресс релизов проектов, есть теоретические рассуждения о применении блокчейна, например, в авиации (R.W.Ahmad & et.al, 2021), (A.Di Vaio & L.Varriale, 2020) в пищевой промышленности (K.Behnke & M.Janssen, 2020), (J.Duan & et.al., 2020), в здравоохранении (B.Fekih & M.Lahami,

2020), (K.A.Clauson & et.al, 2018), (Y.Li & Q.Ruan, 2021), в контексте применения беспилотных дронов (T.Han & et.al, 2021), (J.Kang & et.al, 2021), (W.Xiao & et.al,

2021), но технических описаний прикладных решений очень мало (H.M.Kim &

M.Laskowski, 2016), (K.Korpela, 2017), (Y.Yanovich, et al., 2018), (M.Kouhizadeh, 2018), (N.Alzahrani, 2018), (D.Korepanova, 2019).

Известных решений с использованием технологии блокчейн именно в трубной промышленности на данный момент нет.

Цели и задачи. Стратегической целью исследования, является создание решения на основе технологии блокчейн по борьбе с незаконным оборотом полимерных труб для ликвидации фальсификата из нетрубного или вторичного сырья и контрафакта как явления. Практической целью работы является создание прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок (Decentralize Supply Chain Management System (DSCMS)) при производстве полимерных труб на основе технологии блокчейн и доказательство её работоспособности в условиях опытно-промышленной эксплуатации. Для осуществления этой цели поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать существующую систему управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб в России;

2. Разработать технологический процесс с учётом использования технологии блокчейн в производственной цепочке полимерных труб с целью создания единого, доверенного информационного пространства для участников рынка;

3. Разработать алгоритм работы и архитектуру децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб на основе технологии блокчейн;

4. Провести анализ и выбор метода маркировки труб для прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб;

5. Провести опытно-промышленную эксплуатацию прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб на производстве полимерных труб.

Научная новизна исследования.

1. Впервые предложен алгоритм работы, архитектура и технические особенности децентрализованной системой управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб, которая является решением для борьбы с фальсифицированной и контрафактной продукцией на рынке полимерных труб;

2. Впервые проведена опытно-промышленная эксплуатация децентрализованной системой управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб, что подтверждает работоспособность системы реализованной на основе результатов работы;

3. Впервые осуществлён анализ и выбор метода маркировки труб для прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в том, что в работе предложен алгоритм работы, архитектура и технические особенности решения для борьбы с фальсифицированной и контрафактной продукцией на рынке полимерных труб. Результаты работы применимы для разработки DSCMS в других отраслях производства, а также для совершенствования DSCMS в производстве полимерных труб.

Практическая значимость работы обусловлена тем, что создано решение по борьбе с незаконным оборотом полимерных труб на основе технологии блокчейн. Решение апробировано и показало свою работоспособность. Результаты работы создают фундамент для масштабирования решения на всю отрасль производства полимерных труб, что должно привести к ликвидации фальсификата из нетрубного или вторичного сырья и контрафакта как явления.

Рынок фальсифицированных труб оценивается в 9 млрд рублей в год. Исчезновение фальсифицированной продукции приведёт к увеличению прибыли добросовестных производителей.

Исчезновение фальсификата, который по определению не соответствует требуемым стандартам, приведёт к уменьшению числа аварийных случаев и брака, что в целом несёт социально-значимые последствия.

Исчезновения фальсифицированной продукции должно повлиять на имидж полимерных труб в сравнении с металлическими трубами и может привести к увеличению доли полимерных труб на рынке трубопроводных систем.

На текущий момент в России не применяется DSCMS на рынке полимерных труб, и автору работы не известны факты применения DSCMS на рынке полимерных труб в мире. Также нет описания аналогов решения.

Методология и методы исследования. При создании прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб на основе технологии блокчейн были использованы методы программного моделирования, методы идентификации, численные методы, компьютерные методы обработки информации и моделирования, базовые методы разработки программного обеспечения, методологии графического структурного анализа - диаграмма потоков данных (DFD), язык объектного моделирования UML, а также методы разработки приложений на языках программирования Rust.

Положения, выносимые на публичное представление.

1. Разработан технологический процесс использования технологии блокчейн в производственной цепочке полимерных труб с целью создания единого, доверенного информационного пространства для участников рынка.

2. Разработан алгоритм работы и архитектура децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб на основе технологии блокчейн;

3. Разработан и интегрирован в производство прототип децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб на основе технологии блокчейн.

4. Осуществлён анализ и выбор метода маркировки труб для прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов работы подтверждается результатами опытно-промышленной эксплуатации на Климовском трубном заводе Группы Полипластик, которые в свою очередь подтверждены актом о внедрении. Теоретические результаты представлены на конференциях:

1. Second International Workshop on Blockchain Applications and Theory (BAT2020) that will be co-located with the 7th IEEE International Conference on Software Defined Systems (SDS2020).

2. The XIII International Conference Computer-Aided Technologies In Applied Mathematics ICAM 2020.

3. 21ST IEEE International Symposium On A World Of Wireless, Mobile And Multimedia Networks (IEEE WOWMOM 2020)

Публикации. По теме работы опубликовано 3 статьи Scopus и Web of Science, 1 статья РИНЦ и 2 тезиса:

1. "Blockchain-Based Solution to Prevent Plastic Pipes Fraud" Pavel Kostyuk;

Sergey Kudryashov; Yash Madhwal; Ivan Maslov; Vladislav Tkachenko; Yury

Yanovich

Представлена на конференции - Second International Workshop on Blockchain Applications and Theory (BAT2020) совместно с 7th IEEE International Conference on Software Defined Systems (SDS2020).

Опубликована в сборнике трудов конференции - 2020 Seventh International Conference on Software Defined Systems (SDS).

Индексируется в Scopus и Web of Science.

DOI: 10.1109/SDS49854.2020.9143879 https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9143879

2. "Two-Dimensional Barcodes Usage in Plastic Pipes Blockchain-Based Supply-Chain" S Kudryashov, Y Madhwal, I Maslov, A Trepalin and Y Yanovich Представлена на конференции The XIII International Conference Computer-

Aided Technologies In Applied Mathematics ICAM 2020.

Опубликована в сборнике трудов конференции - Journal of Physics: Conference Series.

Индексируется в Scopus.

DOI: 10.1088/1742-6596/1680/1/012029

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1680/1/012029

3. "Supply-Chain Management System for Plastic Pipes Market Based on Open Blockchain Framework" Sergey Kudryashov; Stanislav Kruglik; Ivan Maslov; Yury Yanovich

Представлена на конференции - 21ST IEEE International Symposium On A World Of Wireless, Mobile And Multimedia Networks (IEEE WOWMOM 2020) (ранга А).

Опубликована в сборнике трудов конференции - 2020 IEEE 21st International Symposium on "A World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks" (WoWMoM). Индексируется в Scopus и Web of Science. DOI: 10.1109/WoWMoM49955.2020.00044 https://ieeexplore.ieee.org/document/9217641

4. "Применение блокчейна для контроля за оборотом пластиковых труб"

Кудряшов С. Ю., Круглик С. А., Маслов И. А., Янович Ю.А.

Опубликована в сборнике трудов конференции The XIII International Conference Computer-Aided Technologies In Applied Mathematics ICAM 2020. Журнал - "Труды МФТИ" Том 12, № 4 (48) (2020).(стр 31-39) Индексируется в РИНЦ и RSCI, входит в перечень ВАК. https://mipt.ru/science/trudy/soderzhanie-zhurnala-trudy_mfti-tom-12-4-48-2020.php

Тезисы:

1. "Технология персональной телемедицины для контроля и управления здоровьем пациента с системой поддержки принятия врачебных решений и применением технологии блокчейн для повышения доверия пользователей к системе" КУДРЯШОВ С. Ю., КУДРЯШОВ Ю. Ю., АГАПОВ В. В.

Сборник трудов XV Всероссийской конференции молодых ученых. Саратов,

2020

Индексируется в РИНЦ. eLIBRARY ID: 44208249 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44208249

2. "QR Code Based Data Storage For Supply Chain" KUDRYASHOV SERGEY, MADHWAL YASH, MASLOV IVAN, YANOVICH YURY

Сборник трудов конференции The XIII International Conference Computer-Aided Technologies In Applied Mathematics ICAM 2020 - Новые информационные технологии в исследовании сложных структур Индексируется в РИНЦ. eLIBRARY ID: 44189709 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44189709

Личный вклад автора заключается в том, что он:

1. Разработал технологический процесс использования технологии блокчейн в производственной цепочке полимерных труб с целью создания единого, доверенного информационного пространства для участников рынка.

2. Разработал методологию проведения эксперимента для выбора оптимального способа маркировки полимерных труб, формулировал задачи и обеспечивал контроль исполнения. Производил координацию разработчиков, анализировал результаты экспериментов и принимал технические решения.

3. Разработал архитектуру прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб, сформулировал технические и функциональные требования к системе. Сформулировал задачи и производил координацию участников проекта.

4. Руководил внедрением прототипа децентрализованной системы управления цепочкой поставок при производстве полимерных труб на производство. Сформулировал техническое задание для внедрения системы на производство и контролировал выполнение. Осуществлял координацию между командами участников проекта.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В ЮРИДИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ

БАЗАХ ДАННЫХ.

1.1 Технология блокчейн

Блокчейн является распределенной базой данных, которая представляет собой сеть из узлов, каждый из которых хранит копию базы, и в которой заложен механизм синхронизации данных между узлами и механизмы контроля целостности данных.

Технология блокчейн появилась как фундаментальня технология для создания криптовалют (S.Nakamoto, 2008). Благодаря сочетанию криптографических методов, таких как хэш-функции и цифровые подписи, блокчейн успешно продемонстрировал свою надёжность в вопросе передачи, хранении и изменении таких чувствительных данных, как криптовалюта, что подтверждается капитализацией сети биткоин, которая превышает $1 трлн (www.coindesk.com).

Задачи безопасного хранения, передачи и, самое главное, совместного владения данными (или согласованной синхронизации данных) существуют и в других областях, где требуется работать с чувствительными и иногда юридически значимыми данными двум и более взаимонезависимым контрагентам.

Блокчейн обладает тремя ключевыми преимуществами:

1. Распределенность. Каждый узел обладает исчерпывающей актуальной копией данных. Это позволяет восстановить базу даже, если сохраняется всего один экземпляр базы. Кроме того пользователь может поставить себе узел сети и иметь локальную и актуальную копию данных.

2. Неизменяемость данных. Блокчейн содержит всю цепочку изменений данных. Контроль целостности и корректности цепочки обеспечивается применением специальных криптографических механизмов. Это делает невозможным внесение незаметных изменений в данные.

3. Консенсус. Технология исключает необходимость наличия доверия между узлами: все операции с конфигурацией сети и с базой принимаются через консенсус узлов. Таким образом сеть устойчива к мошенническому поведению одного или нескольких узлов: даже если узлы ведут себя злонамеренно, сама сеть продолжает корректно производить запись в базу.

1.2 Базовые составляющие блокчейна

Технология блокчейн содержит следующие базовые составляющие:

Узлы. Узлы являются рабочими машинами или серверами, работающими в сети, и имеют разные роли (Рисунок 1):

Администраторы

Веб-сервис, приложение (Легкий клиент)

Другие пользователи

Аудиторы

Валидаторы

Владельцы

инфраструктуры в виде конкретных центров обработки данных и серверов. Участвуют в формировании консенсуса.

Аудиторы

Полностью проверяют правильность данных, не участвуют в консенсусе.

Рисунок 1 Узлы в технологии блокчейн

1. Валидаторы. Валидаторы хранят полную копию базы. Только валидаторы могут создавать блоки и осуществлять запись в хранилище. После того, как на основе алгоритма консенсуса принимается новый блок, валидаторы подписывают его с помощью своих закрытых ключей, после чего каждый пользователь может проверить валидность этого блока. В приватных блокчейнах валидаторы известны заранее и могут добавляться или исключаться по договорённости участников. Как правило, число валидаторов устанавливается равным от 4 до 20. Валидаторами владеют известные и наиболее доверенные участники работы сети. Публичные ключи валидаторов сохраняются в конфигурации сети.

2. Легкие клиенты. Эти узлы не хранят всю базу и по сути являются клиентским приложением, с помощью которого можно подключиться к узлам и запрашивать информацию при необходимости. Узлы предоставят ответы на запросы легких клиентов вместе с доказательством их правильности. Так, легкие клиенты могут

проверить, совпадает ли полученная информация с состоянием системы и авторизована ли она валидаторами.

3. Аудиторы. В публичных блокчейнах этой роли не выделяют отдельно, но в приватных блокчейнах эти узлы также как и валидаторы хранят весь блокчейн локально, могу отвечать на запросы к базе и транслировать новые транзакции и блоки на узлы валидаторы. Однако эти узлы не могут генерировать или голосовать за новые блоки.

Транзакции - запросы на атомарное изменение базы данных. Операции с базой происходят через транзакции, которые отправляют клиенты. Транзакции работают так же, как и в реляционной СУБД: они означают атомарные вставки новых записей, обновление или удаление старых записей и т. д. Смысл этих операций реализуется для каждого проекта отдельно в соответствии с определенной бизнес-логикой. Запросы на чтение тоже могут быть транзакциями, содержать информацию о времени и специфике запроса и фиксироваться в блокчейне.

Блоки. Поступившие транзакции группируются в блоки, для более эффективной обработки. Внутри одного блока порядок транзакций фиксируется с помощью специально построенного дерева хешей. Запись в хранилище осуществляется целыми блоками.

Блокчейн (цепочка блоков). Каждый блок применяется к текущему состоянию хранилища данных и тем самым обновляет его. Каждый блок явно зависит от хэша предыдущего блока. Таким образом, невозможно незаметно поменять транзакцию задним числом, потому что вся цепочка следующих блоков перестанет быть валидной. В отличие от РСУБД, каждая транзакция должна быть подписана электронной цифровой подписью отправителя. Операции группируются в блоки, и они добавляются в блокчейн один за другим в виде списка.

Смарт-контракт (сервис) - единый алгоритм действий, по которому обрабатываются транзакции, на каждом отдельном узле блокчейна. Важно

заметить, что на каждом узле вычисления происходят независимо, а результат вычислений сравнивается с результатами других узлов, чтобы обеспечить консистентность данных. Смарт-контракт, который нельзя изменить без переустановки узла, называют сервисом. Смарт-контракт, который можно изменить на узле без переустановки узла, называют динамическим смарт-контрактом. Динамические смарт-контракты могут быть изменены только по предустановленным правилам, которые приняли все участники сети и которые отражены в алгоритме ПО.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кудряшов Сергей Юрьевич, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Bitfury Group, J. (2015). Public versus Private Blockchains. Part 1: Permissioned Blockchains. https://bitfury.com/content/downloads/public-vs-private-pt1-1.pdf, 1-23.

S.Nakamoto. (2008). Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system. https://bitcoin.org/bitcoin.pdf, 1-9. Получено из bitcoin.org: https://bitcoin. org/bitcoin.pdf

V.Buterin. (2015). On Public and Private Blockchains - Ethereum Blog.

https://blog.ethereum.org/2015/08/07/on- public-and-private-blockchains/.

Libra Association. (2019). An Introduction to Libra. https://libra.org/en-US/white-paper/.

Telegram. (2018). Telegram White Paper. https://test.ton.org/tblkch.pdf.

N.Durov. (2020). Telegram Open Network. https://test.ton.org/tblkch.pdf, 1-132.

J.Brett. (2019). Congress Questions The SEC On Libra, Cryptocurrency And "The Whole Blockchain Phenomenon".

https://www.forbes. com/sites/jasonbrett/2019/09/28/congress-questions-the-sec-on-libra-cryptocurrency-and-the-whole-blockchain-phenomenon/#3fa941535135.

Bitfury Group, J. (б.д.). Public versus Private Blockchains Part 2: Permissionless Blockchains. https://bitfury.com/content/downloads/public-vs-private-pt2-1.pdf.

M.Swan. (2015). Blueprint for a new economy (Т. 58). (I. P. Change, Ред.) Cambridge: Cambridge University Press.

M.Pilkington. (2016). Blockchain Technology: Principles and Applications. Research Handbook on Digital Transformations, 225-253.

D.Korepanova, S. Y. (2019). Blockchain-Based Solution to Prevent Postage Stamps Fraud. 2019 IEEE International Conference on Blockchain and Cryptocurrency (ICBC), 171-175.

F.Casino, T. C. (2019). A systematic literature review of blockchain-based applications: Current status, classification and open issues. Telematics and Informatics, 55-81.

K.Korpela, J. T. (2017). Digital Supply Chain Transformation toward Blockchain Integration. Proceedings of the 50th Hawaii International Conference on System Sciences, 4182-4191.

V.Ortega, F. J. (2018). Trusted 5G Vehicular Networks: Blockchains and Content-Centric Networking. IEEE Vehicular Technology Magazine, 121-127.

P.C.Bartolomeu, J. (2018). Blockchain Enabled Vehicular Communications: Fad or Future? 2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), 1-5.

S.Kruglik, K. Y. (2019). Challenges beyond blockchain: scaling, oracles and privacy preserving. 2019 XVI International Symposium Problems of Redundancy in Information and Control Systems (REDUNDANCY), 155-158.

T.Munro. (2016). Datamatrix and QR codes: why 2D codes are still relevant in 2016.

https://blog. matthews. com.au/datamatrix-and-qr-codes-why-2d-codes-are-still-relevant-in-2016/.

I.S.Reed, G. (1960). Polynomial Codes Over Certain Finite Fields. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, 300-304.

H.Kato, K. D. (2010). Barcodes for Mobile Devices. Barcodes for Mobile Devices, 1257.

P.Mamoshina, L. Y. (2018). Converging blockchain and next-generation artificial intelligence technologies to decentralize and accelerate biomedical research and healthcare. http://www. oncotarget. com/fulltext/22345.

Q.Shang, A. (2019). A Blockchain-Based Land Titling Project in the Republic of Georgia: Rebuilding Public Trust and Lessons for Future Pilot Projects.

Innovations: Technology, Governance, Globalization, 72-78.

M.Kouhizadeh, J. (2018). Blockchain Practices, Potentials, and Perspectives in Greening Supply Chains. Sustainability.

N.Alzahrani, N. (2018). Block-Supply Chain: A New Anti-Counterfeiting Supply Chain Using NFC and Blockchain. Proceedings of the 1st Workshop on Cryptocurrencies and Blockchains for Distributed Systems - CryBlock'18, 30-15.

Bitfury Group. (2016). On Blockchain Auditability. bitfury.com, 1-40.

Association of Pipe Systems Manufacturers (Russian). (б.д.). Фальсификат и контрафакт. http://www. rapts. ru/falsifikat-i-kontrafakt.

www.coindesk.com. (б.д.). www.coindesk.com.

https://www. coindesk. com/price/bitcoin.

Kuo, T.-T. a.-E.-M. (11 2017 г.). Blockchain distributed ledger technologies for biomedical and health care applications. Journal of the American Medical Informatics Association, 24, 1211-1220.

Y.Yanovich, I.Shiyanov, T.Myaldzin, I.Prokhorov, D.Korepanova, & S.Vorobyov. (11 2018 г.). Blockchain-Based Supply Chain for Postage Stamps. Informatics, 5, 42.

H.M.Kim, & M.Laskowski. (8 2016 r.). Towards an Ontology-Driven Blockchain Design for Supply Chain Provenance. SSRNElectronic Journal, 25(1), 18-27.

Y.Yanovich, I.Ivashchenko, & A.Ostrovsky. (2018). Exonum: Byzantine fault tolerant protocol for blockchains.

https://exonum.com/theme/public/img/downloads/wp_consensus_181227.pdf, 136.

E.Androulaki, Y.Manevich, & S.Muralidharan. (2018). Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for Permissioned Blockchains. Proceedings of the Thirteenth EuroSys Conference, 1-15.

S.E.Chang, & Y.Chen. (2020). When blockchain meets supply chain: A systematic literature review on current development and potential applications. IEEE Access., 8, 62478-62494.

C.F.Durach. (2020). Blockchain Applications in Supply Chain Transactions. Journal of Business Logistics.

A.Kumar, R.Liu, & Z.Shan. (2020). Is blockchain a silver bullet for supply chain management? Technical challenges and research opportunities. Decision Sciences, 51(1), 8-37.

M.Antonopoulos, A. (2014). Mastering Bitcoin: unlocking digital cryptocurrencies. - " O'Reilly Media, Inc.", 2014.). O'Reilly Media, Inc.

L.Lamport, & M.Melliar-Smith, P. (1984). Byzantine clock synchronization.

Proceedings of the third annual ACM symposium on Principles of Distributed Computing, 68-74.

Bitfury. (6.g.). https://exonum.com.

https://exonum.com. (6.g.). https://exonum.com.

https://exonum.com/doc/. (6.g.). https://exonum.com/doc/.

https://github.com/exonum/exonum. (6.g.). https://github.com/exonum/exonum.

K.Behnke, & M.Janssen. (2020). Boundary conditions for traceability in food supply chains using blockchain technology. International Journal of Information Management, 52, 101969.

J.Duan, & et.al. (2020). A content-analysis based literature review in blockchain adoption within food supply chain. International journal of environmental research and public health, 17(5), 1784.

B.Fekih, R., & M.Lahami. (2020). Application of blockchain technology in healthcare: a comprehensive study. //International Conference on Smart Homes and Health Telematics. - Springer, Cham, 268-276.

K.A.Clauson, & et.al. (2018). Leveraging blockchain technology to enhance supply chain management in healthcare: an exploration of challenges and opportunities in the health supply chain. Blockchain in healthcare today, 1(3), 1-12.

Y.Li, & Q.Ruan. (2021). Petri Net Modeling and Analysis of the Drug Traceability System Based on Blockchain. 2021 IEEE International Conference on Consumer Electronics and Computer Engineering (ICCECE), 591-595.

A.Di Vaio, & L.Varriale. (2020). Blockchain technology in supply chain management for sustainable performance: Evidence from the airport industry. International Journal of Information Management, 52, 102014.

R.W.Ahmad, & et.al. (2021). The Role of Blockchain Technology in Aviation Industry.

IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 36(3), 4-15.

T.Han, & et.al. (2021). Emerging Drone Trends for Blockchain-Based 5G Networks: Open Issues and Future Perspectives. IEEE Network, 35(1), 38-43.

J.Kang, & et.al. (2021). Securing Data Sharing from the Sky: Integrating Blockchains into Drones in 5G and Beyond. IEEE Network, 35(1), 78-85.

W.Xiao, & et.al. (2021). A Blockchain-Based Secure Crowd Monitoring System Using UAV Swarm. IEEE Network, 35(1), 108-115.

Y.Y.Wang, S.Huang, & X.Yu. (2021). An Oil and Gas Big Data Sharing Model Based on Blockchain Technology. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2021, 651(3), 032105.

P.S.Sangeerth, K. (2021). Blockchain based Smart Contracts in Automation of Shipping Ports. 2021 6th International Conference on Inventive Computation Technologies (ICICT). - IEEE, 1248-1253.

J.Cha, & et.al. (2021). Blockchain-empowered cloud architecture based on secret sharing for smart city. Journal of Information Security and Applications, 57, 102686.

B.Lilly, & S.Lilly. (2021). Weaponising Blockchain: Military Applications of Blockchain Technology in the US, China and Russia. The RUSI Journal, 1-11.

V.Drungilas, & et.al. (2021). Towards Blockchain-Based Federated Machine Learning: Smart Contract for Model Inference. Applied Sciences, 11(3), 1010.

blockchain.gov.ua. (6.g.). blockchain.gov.ua.

H.Wu, & et.al. (2019). Data management in supply chain using blockchain: Challenges and a case study. 2019 28th International Conference on Computer Communication and Networks (ICCCN), 1-8.

M.Pournader, & et.al. (2020). Blockchain applications in supply chains, transport and logistics: a systematic review of the literature. International Journal of Production Research, 58(7), 2063-2081.

V.G.Venkatesh, & et.al. (2020). System architecture for blockchain based transparency of supply chain social sustainability. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 63, 101896.

СПИСОК РИСУНКОВ

Рисунок 1 Узлы в технологии блокчейн.....................................................................22

Рисунок 2 Иллюстрация преимуществ анкоринга....................................................29

Рисунок 3 Целевая бизнес-модель системы...............................................................38

Рисунок 4 Панель контроля за балансом сырья (цифры изменены)........................41

Рисунок 5 Диаграмма потоков данных в производстве полимерных труб с использованием DSCMS..............................................................................................42

Рисунок 6 Функциональная диаграмма системы.......................................................44

Рисунок 7 Верхнеуровневая архитектура блокчейн решения..................................45

Рисунок 8 Экран мобильного приложения при сканировании метки и экран истории приёмки труб.................................................................................................................47

Рисунок 9 Экран мобильного приложения с историей сканирования....................48

Рисунок 10 Интерфейса управления принтером для печати меток.........................55

Рисунок 11 Пример метки нанесённой на трубу.......................................................56

Рисунок 12 Среднее количество транзакций в месяц...............................................57

Рисунок 13 Пример метки для маркировки трубы....................................................68

СПИСОК ТАБЛИЦ

Таблица 1 Таблица типов блокчейнов по уровню доступа......................................26

Таблица 2 Сравнение АГОС маркировок....................................................................62

Таблица 3 Сравнение 2D-штрихкодов........................................................................62

Таблица 4 Результаты считываний на плоской поверхности...................................66

Таблица 5 Результаты считываний с цилиндрической поверхности.......................67