Архитектура и разработка блокчейн-системы прослеживаемости для пищевых производств

Особенности планирования блокчейн-системы

Для того чтобы обеспечить реальную прослеживаемость качества товаров на рынке продуктов питания, необходимо создать стандартную эталонную модель, которая будет учитывать максимальное количество особенностей и сложностей цепочек поставок. Создать такую систему можно, детально проанализировав:

• всех участников процесса, ресурсы, данные;

• возможные коммуникационные барьеры между бизнесом и разработчиками (IT-специалистами);

• способность системы анализировать данные не только внутри предприятия, но и на всех предприятиях, включенных в систему.

Только после этого станет возможным написать методологическую структуру на унифицированном языке, позволяющем спроектировать блокчейн-систему и превратить ее в реальный работающий инструмент. Его ключевой особенностью должна стать способность отслеживать данные и процессы в рамках не только одного предприятия, но всех участников.

Чаще всего для успешной реализации проекта «с нуля» используются такие инструменты, как  ADONIS  JS,  ARIS  и  MS Visio . С их помощью можно создать максимально подробные и функциональные схемы будущей блокчейн-системы.

От хаоса к структуре 

Учитывая разнообразие организационных структур, для точного планирования и достижения результатов важно понимать каждую их сущность, а совместная работа специалистов в области технологий и агропродовольствия должна быть понятной и четко скоординированной. 

Как сделать идею понятной и «разложить все по полочкам», эксперты разбирают на примере интегрированной архитектуры ARIS. Она позволяет поделить все процессы на направления – организационное, функциональное, продуктовое, данные и процесс.

С помощью этой концепции можно создавать объемные системы для картирования и оптимизации бизнес-процессов. Каждый процесс при этом описывается так, чтобы охватить и управленческие функции, и визуальное представление обработанных данных.  

Классически ARIS опирается на собственную архитектуру, в которой учитываются пять основных видов данных: 

1. функциональные, 

2. организационные, 

3. финансовые риски, 

4. данные о продуктах или услугах, 

5. сам процесс обработки информации, который автоматически «подтягивает» все перечисленные данные. 

Функциональное понимание: разбивает бизнес-процессы на иерархические функции – функциональные деревья. Здесь моделируются функции ИТ-приложений, которые поддерживают бизнес-функции.

Организационное понимание: отображает организационную структуру предприятия для того, чтобы распределить роли, обязанности и рабочие процессы. Необходимо учесть иерархию компании и операционные потоки, что критически важно для точности моделирования процессов.

Понимание данных: структурирование и использование информации внутри организации, использование модели «Сущность – Связь» (ERM) для отображения ключевых элементов данных и их взаимосвязей. Это играет одну из важных ролей для создания системы прослеживаемости.  

Понимание продуктов: иллюстрирует процесс превращения сырья в готовую продукцию, где должны быть отмечены этапы, на которых должны быть зафиксированы данные о прослеживаемости для включения в реестр блокчейна.

Представление процессов: использует моделирование бизнес-процессов (BPMN) для детального представления организационной работы. Позволяет спроектировать систему смарт-контрактов для блокчейн-системы. Дополняется диаграммами распределения функций (FAD), которые детализируют распределение ресурсов и ответственности на всех этапах процессов, улучшая понимание потенциала блокчейна для прозрачности и прослеживаемости.

Такая классификация осуществляется для того, чтобы разбить модель любой сложности всего на пять «кирпичей», которые и станут основой для моделирования бизнес-процессов. Такой подход упрощает сложные процессы и подчеркивает необходимость создания единого метода для эффективной интеграции блокчейн-технологий.

UML-диаграмма для совершенствования прослеживаемости

После того как унифицированы и разложены по полочкам основные моменты системы, необходимо провести стратегическое согласование системы прослеживаемости со всеми участниками. Для этого рекомендуется использовать UML.

UML – это унифицированный графический язык моделирования, часто применяемый в IT, который с помощью диаграмм и схем описывает разнообразные процессы и структуры. Дает наглядное представление о совокупности элементов модели системы и применяется для визуализации разных аспектов устройства или поведения создаваемой системы.

На представленной диаграмме реализация метода «блокчейн + база данных» позволяет разделять данные, хранящиеся в блокчейне для обеспечения прозрачности процессов, и данные, которые хранятся вне блокчейна для обеспечения конфиденциальности: на рисунке они представлены двумя цветами – белым и розовым, где белым обозначена конфиденциальная информация, а розовым – общая для всех участников. 

Демонстрируемая модель включает в себя одиннадцать различных классов, которые являются обязательными для любой системы подобного типа:

• организация, тип организации и оператор – определяет сущности, участвующие в различных действиях в цепочке. Каждая из сущностей имеет уникальные идентификаторы и роли, что обеспечивает четкое разграничение специализаций и обязанностей;

• продукт и партия продуктов – отслеживает продукты и партии, хранит данные о самом продукте и его истории;

• тип активности, измерения – обязательные и проведенные – связывает между собой все активности, которые проводятся в основном на уровне лабораторий: состав, pH, определение условий хранения;  

• входная партия и выходная партия – демонстрирует взаимосвязь входных и выходных партий сырья и продукта, отслеживая эти данные через блокчейн и позволяя иметь четкое представление о жизненном цикле продукта.  

Этот структурированный подход не только упрощает интеграцию блокчейн-технологий в систему прослеживаемости, но и повышает целостность и удобство системы в рамках создания цен продуктов ( FVC ), обеспечивая конфиденциальность данных там, где это необходимо, и прозрачную прослеживаемость там, где это возможно.

Ожидаемые результаты при внедрении системы прослеживаемости на основе блокчейн в пищевой промышленности

Финальная архитектура

После того как были смоделированы и определены ключевые функции и требования к системе прослеживаемости на основе блокчейна, специалисты-разработчики получают необходимые инструменты для того, чтобы разработать архитектуру проекта. Пример вы видите на рисунке.

Эта архитектура делится на пять уровней:

• Уровень пользователя. Интерфейс для всех участников: фермеров, переработчиков, производителей, дистрибьюторов, регуляторов и клиентов, связанный с системой, обеспечивающей интеграцию с программным обеспечением верхнего уровня;

• Системный уровень. Включает программное обеспечение для операционного управления, программное обеспечение для государственного надзора и программное обеспечение для обслуживания клиентов. Действует как компонент управления для преобразования пользовательских вводов и передачи информации между пользователем и уровнем хранения данных;

• Уровень хранения данных. Ответственен за хранение данных, при этом блокчейн является основным компонентом. Этот уровень включает защиту от перегрузки блокчейна;

• Уровень смарт-контрактов. Создан для обработки информации коммерческих соглашений и включает модули для дополнения и извлечения данных, проведения автоматизированных финансовых транзакций и предупреждений о безопасности при несанкционированном доступе или нарушениях;

• Уровень передачи данных. Помимо основной функции, связанной с непосредственной передачей данных с/на устройства, обеспечивает регистрацию пользователей и контроль того, чтобы все участники имели правильные ключевые пары для цифровой подписи операций.

В конечном итоге операционная модель системы прослеживаемости на основе блокчейна структурирована следующим образом:

• процесс прослеживаемости начинается с производителя, который записывает все данные о продуктах и условиях их производства, используя технологии блокчейна; 

• затем каждый этап из цепочки хранится в отдельных блоках блокчейна с временными метками. По мере перемещения продуктов питания на каждом этапе (обработка, хранение, упаковка и т.д.) детали связываются с блоком производителя и записываются в реестр; 

• участник каждого этапа получает и добавляет информацию из предыдущего блока. Когда продукт достигает потребителя, тот может получить полный доступ к цепочке через блокчейн, тем самым подтверждается прозрачность, безопасность и качество продукции. 

Есть куда развиваться

Технология блокчейн с ее децентрализованной и неизменной структурой является перспективным и многообещающим решением, но для того, чтобы процесс прослеживаемости соответствовал потребностям рынка, необходимо избавиться от ряда пережитков. Например, ручная запись и ввод данных в блокчейн даже при использовании баз данных наверняка приведет к ошибкам и не будет гарантировать достоверность передаваемой информации. Таким образом, одним из главных на сегодняшний день направлений становится интеграция  инструментов Индустрии 4.0  с технологией блокчейн.

Также на сегодняшнем этапе развития влияние блокчейна на управление цепочками поставок в агропродовольственном секторе пока не приводит к децентрализации: обычно одна из крупных компаний (крупнейшая в цепочке – например, производитель) берет на себя ответственность за управление всей цепочкой поставок, побуждая других (обычно поставщиков) присоединяться к сети цепочки поставок, оснащенной блокчейном. Эксперты же советуют разрабатывать универсальные решения, позволяющие создать стандартизированный подход, которой бы сделал возможной децентрализацию. Например, датчики влажности, местоположения, давления, системы маркировки и считывания должны обеспечивать стандартизированный, общий и синхронизированный обмен данными. 

В то же время успешные примеры, такие как внедрение блокчейна на винодельне Placido Volpone, демонстрируют, что инновации возможны и при использовании небольших индивидуальных решений, хотя многие из них все еще проходят обкатку.

Однако решающее значение для эффективного обмена данными и согласованности по всей цепочке поставок между участниками сектора, имеет разработка общих стандартов и протоколов.

Текст переведен и адаптирован специально для ProKачества и не рецензировался авторами 

Оригинал материала можно посмотреть здесь. 

Первую часть статьи, посвященной проблемам прослеживаемости с помощью блокчейн-технологий, можно прочитать здесь.