区块链多方业务流程驱动工程研究与应用

区块链 ： 研究 与 应用 2 （ 2021 ）100018基于 多方 业务 流程 的 模型 驱动 工程multiple 复数blockchains 的Flavio Corradini ， Alessandro Marcelletti ， Andrea Morichetta * Andrea Polini ， 芭芭拉国王Emanuele Scala ， 弗朗切斯科TiezziUNV E饰 Rsita`dai 的Studi 研究di室友 ，室友 ，62032,ItalyAR T I C l E I n F oKeywords ：Blockchain模式 驱动多方 党Choreography的AB S T R A C TAs a disruptive technology ， the blockchain is continuously definning novel application contexts ， bringingnew 作为 一 种 颠覆 性 技术 ， 区块链 正在 不断 完善 应用 程序 框架portunities - - 端口And激进 主义改变 。 以这个paper ，we use 使用Blockchain as a通信基础 设施to多方 支持business过程 。 以粒子 、through 通过smart智能合约规格 明确Generated 产生BY The在 思想 上 ， 业务 流程 ， 它 很 可能 推导 出 一 个 可 信赖 的 基础 设施 ， 使 互动 的 Among parties 生效 。Moreover，不同区块链技术的出现，满足不同的特征，在不同的非功能性需求下支持相同业务流程的可能性在 本文 中 ， 我们 建议a novel 小说Engineering 工程方法 论支持BY a实践Framework 呼 多 重链 IT Permits To derive ，using a model driven strategy ，a blockchain basedinfrastructure ， that can be deployed over a specic blockchain 使用 模型 驱动 的 策略 ， 一 个 基于 块 链 的 基础 设施 ， 可以 被 部署 在 一 个 特定 的 块 链technology 技术（ 注 ： e.g. ， Ethereum 以太 坊或Hyperledger 的结构 ） 。 The目标is to许 明The single 单身从 定义and multiple deployments of the business process ， todeliver the same functionalities ， but satisfying different non - functional needs . （ 业务 流程 的 多重 部署 ，交付 相同 的 功能 性 ， 但 满足 不同 的 非 功能 性 需求 ）组织 合作 可以 选择 多方 业务 流程 ，The Blockchaintechnology 技术They饰 Would像to use 使用to Satisfy their需要 他们 。 using 使用多 链 、They will will BE阿布到 automatically德里From a Business Process Modeling 模型Notation 说明（ BPMN ）choreography 的Diagram a Blockchain infrastructure ready to be used . 区块链 基础 设施 已 准备 就绪 。这超出了需要了解更多规格技术的细节。1. introduction介绍Blockchain技术HAVE饰 Been最近Recognised 的as年有效 的 手段 ，为 分散 的 执行 多 方 业务进程以The Business Process管理纪律[1].The main Charac-Teristic 特 力that Favoured 支持their adoption举报to The可能 性of guaran teeing the integrity and the immutabilityof exchanged messages ， without relying on a central authority（ 英 语 ： guaran teeing the integrity and the immutability ofexchanged messages ， without relying on a central authority ）（ 英 语 ： 没有 中心 权威 权威 机构 ， 传递 的 完整 性 和 不 变性 ）2 ， 3]. Roughly ， a multiparty business process Establishes therules that different organisations （ 多方 业务 流程 制定 不同 组织的 规则 ）应该 遵循 启用 他们 的 相互 作用/整合 ， 使 这 成为 可能their信息Systems 系统can合作to REACH a shared目标 。 So FAR ，实施 实施寿司business进程考虑two可能 的S-narios ：Introduction a中心权 ， 通 常 情 况 下 呼 orchestrator ， 或 协 调 The 卷 起 来 离 开 以 adistributed 分布曼纳 以a business Context何处交易generally HAVE年经济Relevance ，The离开Not迫切 需要trust 信任Each Other 其他Andthen The集中 化approachCould 的BE不 满意 的 工厂 indeed 的The orchestrator constitutes aCentral - 集中 化Point 点that Could 的take actions to FAVOR 的ONE of The 离 开了 on The Other 其 他 Hand ， The Purely 的distributed 分布approach做Not许 明Each party to完全 忽视 其他 参与者 进行 的 交互检查 是否 有 任何 特定 的 规则 。It results thatblockchain adoption （ 这 是 区块链 应用 的 结果 ）enables The开发of new形式of多方 党的 商业 程序 。 全部参与 者 ，without 没有信赖on a中心权 ，can 具有a clear 干净View 视图of The Ongoing系统执行And can HAVE tangible proofs of the action performed by all （ 英语 ： tangible ）参与 者 。Moreover ， using focon blockchain technologies ， it is possibleto distinguish （ 专注 于 区块链 技术 ）between two ROAD类 。 The菲里斯 特ONE举报to代表 作 ： Missionless Blockchains ， LikeEthereum 。 4 （ That consists of a public network without anyrestrictions regarding access to the recorded transactions ） 。或The identity 身份of The参与 者that can Join The block - chain 块 链These category of Blockchain SUIT 以 完 全 trustless 信 任 回 复 -ronments ， 何 处 隐 私 And sensible 感 觉 历 [5] are Not SO ManyRelevant 相关* Corresponding作者 |EMAILAddresses ：floravio . Corradini （ 英语 ： Floravio . Corradini ）unicam.it（ F . （ 众 笑 ） 。alessand . marcelletti （ 英语 ： alessand . marcelletti ）unicam.it（ A . （ Marcelletti ） 、安 德 莉亚 . Morichettaunicam.it（ A . （ Morietta ） ，安道尔polini@unicam.it（ A . （ Polini ） ，barbara.re@unicam.it（ 乙 。 re ） ，天秤 ! 天秤 !unicam.it（ E . Scala ） ，法国 . tizziunicam.it（ F . （ Tizzi ） 。https://doi.org/10.1016/j.bcra.2021.100018获得31 12 月2020 ;获得以Revised形式10梅2021 ;接受7六 月 June 2021Contentslists Available 可用at scienceDirectBlockchain ： 研究 和Applications日记homepage ：www.journals.elsevier.com/blockchain-research-and-applications2096 - 7209/©2021 The作者 | 出版BY爱思 唯 尔B . V 。 on Behalf 的of浙江大学 University Press . this is年open 开放Access 的article 文章Under 下面The CC BY-NC - ND许可 证 （http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）.F. Corradini 和艾尔 。区块链 ： 研究 与 应用 2 （ 2021 ）1000182aspectsto Hinder The adoption of这个技术 | The次 D分类 ： 如果 访问 存储 的 数据 和 participants 的 访问 ， 应该 采用are restricted 的寿 司 Kindle of Blockchain are 引 用 to as 许 可 Blockchains ， 像Hyperledger 的Fabric [6]. The two Different技术 导致 不同 的 场景 关于 工程多方 党business进程we targeted . Indeed ，there are Situations情况Where process execution best suits in a permissionless 在 何处进行 最 佳 的 执行instance ，同参与 者that can dynamically 动态加入 。 on The Other 其 他 Hand ， there are also scenarios where amultiparty business process 相 关游 戏 execution best fits with apermissioned scenario with pre-de ficipants 使 用预 先定 义的participants 执行 最 佳 文件And限制 存取 Restricted Access to历 。企业 流程 建模 表示 法 （ BPMN ）[7 [ 新兴as a Modeling 模型语言 Language to Description And ALSO to支持The Engineering 工程多方 党business进程[8，9]，以这个paper ，we Focus on 焦点The BPMNchoreography 的Diagram | IT Permits to Description The留言 给 thatHAVE to BE交换 过among The卷 起来参与 者From a全球 视野 ，without 没有展览任何 Any内部饰 Behaviour of The参与 者 。通过 转移到 BPMN ， 我们 提供 了 一 个 模型 驱动 的 方法 ， 即Permits to德里a runtime 运行 时基于 Blockchain基础 设施enabling执行 情况 TheExecution of a多方 党business过程 。 具体 来说 ，开始From aBPMN 色谱 标准 化 ， 我们 支持 生成 ， 我们 支持 生成部署of尝试基础 设施 ，based 基础on smart 智能合约 ，that Will 可以The执行of The多方 党business程序on Ethereum 以太 坊关于 Hyperledger Fabric ，according的to Different非 功能 性Characteristics 人物as detailed以The NextNext → Section . The建议方法 论is支持BY a实践框架 ，曲名 ：Named多 链 、that ALLOWS The adoption ofBlockchain 技术easier 。Summing 相扑up ，The捐款of The Paper 纸is Twofold 的A模型 驱动方法 论为The Generation 一代of Different block -chain链基础 设施From The山姆model 模型of a多方 党business process ，that is a choreography diagram 流程 图 ， 那 是 一 个 历史 图规格 。The实施of The方法 论以a实践Framework到 容The部署on bothEthereum 以太 坊And Hyperledger 的结构 |TheWork介绍HERE Takes Advantage of The成果报告在 本次 会议 上 ， 论文 （10 Where the ChorChain framework 是 什么 意思INTRO -杜迪 以粒子 、以REF ! [10] we解说how 如何smart 智能合约canBE used to启用The adoption of The Ethereum 以太 坊Blockchain to支持a多方 业务 流程 。ChorChain框架，however，hasbeen designedto fit only a single blockchain explementation，即仅定义一个单块实现Ethereum，采用规格的需求。我们 在 此 回顾 ，generalised ，And扩展 that approach 以 命 令 to 特 。 Different Requirements 需 求 和multiple Blockchain技术 。 this成果以a more抽象ENGI - neeringmethodology ， supported by a practical framework called （ 英语 ： neering 方法 学 ， 支持 一 个 实际 框架 ）多重 链Starting fromthe same high-level specification ， it permits （ 从 相同 的 高 级别 规范 开始 ， 它 就 存在 了 ）generating The Low Level代码规格为Different Blockchain Platforms 平台（ at The时间being ，Ethereum以太 坊And Hyperledger 的结构 ） 。 this Characteristic 特点of theextended approach makes it reusable in a broader range ofapplication scenarios . （ 扩展 的 approach 使 其 可 在 应用 范围 内重用 。TheREST of The Paper 纸is organised 组织as跟进 。 section 部分2 clari 档案The motivations隐藏our our Work And Introduces 介绍TheRunning 跑样品we used . section 部分3 includes 包括a将军介绍of TheBPMN notation . Succes - sively ，section 部分4 Introduces 介绍The建议方法 学 ，section 部分5供应 商 年Overview of The smart 智能Contract一代 人 ，And section 部分6 Illustrates 说明多重 链 The Multi-Chain实践Framework聚焦on规格实施” 的 细节 。 section 部分7 discuses 讨论业绩 ，限制 ，And open 开放挑战 。finally ，section 部分8评论Relevant相关相关works ，And section 部分9结论The Paper 纸BY TOUCHINGupon Directions为未来 Future工 。2. Motivations2.1. Blockchain技术以a distributed 分布setting ，通常 ，The离开can Not HAVE任何Any瓜 尔 -ANTE 的about 关于The表演 过相互 作用两 个to The不 可信nature 自然of The●●F. Corradini 和艾尔 。区块链 ： 研究 与 应用 2 （ 2021 ）1000183参与者。Blockchain Technologies seem to provide an effective solu（区块链技术取得有效的成果）行动. through 通过The规格of suitable 的smart 智能合约 ，The distrib - uted parties 可能 会 在 一 个 安全 和可信 的 区块链 途径 中 进行 交互 。 Indeed ，所有The相互 作用willwill BE不变Stored And Made 制作Available 可用为继任Schrisciny 。以 寿 司 a 道 ， The trust 信 任 问 题 ， 固 有 的 within 其 他 a 多 方 党distributed 分布系统 ，is clearly 清晰缓解 的 。 The blockchain 可以在 上下文 中 有 任何 开放 的 兴趣 场景关于 Multi-Party business进程Execution 。 Indeed ，这个new技术 All Overcoming 介绍Thelimits of current 当前解决 方案为business Process Execution 执行（ Such ）as ，E.G. ， The工作 影响Engines 公司Camunda 1AndFlowable 的2） Given BY The use 使用of a第 三 党权限to interact同未知 的 党派Also ， they do not allow to realise a real distributedimple （ Also ， 但 不是 真正 的 分布式 账本 ）思维 ，但是RELY ona集中 化approach that May 的result 结果以Potential 的失败 问题 。This aspect is particularly relevant in an inter-organisational 这个方面 是 跨 组织 的场景 。nonetheless ， The adoption of Blockchain Introduces 介 绍 aFurther关于 DEGREE OF Complexity 的为those Not Familiar同寿司a技术 | The当前 趋势 towards introducing different blockchaintechnologies ， with Different characteristics ，使The Situations 情况Ev worse ，同a Explosive - -eration of technologies to be acquiredand （ 技术 实现 ）学习 |为了 我们 的 目的 ， 这 可能 是 为了 区分 我们 的 立场跟进Characterisations 。Permissionless vs 许可标签 ： Permissionless Blockchain一 个 开放 的 网络 ， 在 那里 合作 伙伴 可以 加入 ， 并 离开网络 withoutThe need of任何 Any授权 化 。 A许可blockchain runs a ledgeramong a set of previously identi fined and （ 一 个 分布式 的 对象 ）已 授权 的 同行 们审 计 vs 可 靠 性 上 一 篇 ： An auditable blockchain has animmutable And 透 明 NATURE ， And it natively ALLOWSINDEPEN-Dent （ 英文 ）audition 审计over The Stored历 。onThe contrary ，a允许 blockchain 引入 具有 确定 性 的 数据 存储无法 看到to任何 人 。 Moreover ，it restricts The Distribution分布of通知 - 行动 仅 限 授权Nodes .高度 分散 化 VS 性能 和 可 扩展 性英文 片名 The Usage of Strong共识Algorithms 算法ALLOWS to trust 信任Node前言 Previously一 个 -已知或Not trusted ，以a Decentralized 分散 化context 。 onThe contrary ，The Introduction 介绍of Access 的control 控制机制Leads to a trusted 的 网 具有 较高 的 可 扩展 性 和 交易 性Througlady匿名 vs 身份Blockchain 技术 可以 允许 任何 人to Join The网without 没有Putting以地方任何 Any Access 的关于 - Trol机制 主义 。 信任 Trust over The Stored历will will BE以任何 Any case前任 - Anteed BY The共识Algorithm 算法 on The Other 其他Hand ，Access 的to关于 Blockchain can BE restricted 限制to授权 用 户 BY Introduction spe - 我 们完 成了机 制。Consequently ， it will be possible to participate 相关与 合作 伙伴 的 身份 ， 以及 密码 学 信仰 可以is -SUED to new成员 们 。 全部通信can ALSO BE Made 制作use 使用身份 验证 机制 。以 粒 子 、 以 这 个 paper ， we 咨 询 two main Blockchain tech-nologies ：Ethereum 以太 坊And Hyperledger 的结构 | The two技术 作 品名 称：Orthogonal Characteristics and Have Beenconceived for不同 的 应用 领域餐桌 1 Ethereum and Hyper - -LedgerFabric同尊重to The list of财产介绍above ，如 与以Refs 。 [11- 14（ The ）permissionless 的Characteristic 特点of block -Chain ，像Ethereum ，保证 人a trusted 的And真正 的 文档通信在 不 可信 和 不知情 的 组织 之间 。At the same time ，Ethereum 以太 坊lacks隐私 ，Performance ，And Access 的控制 。 Permissioned blockchains ，Like Hyperledger Fabric （ 类似 Hyperledger Fabric ） ， cover theseaspects ， leaving more freedom （ 覆盖 某些 方面 ， 离开 更多 的 自由 ）to The用户以The Network ' s组织 化 。 以粒子 、这个SUIT威尔when 什么游击 队trust 信任关系 Relationships between离开can BE雇用 了 。在大多数情况下，下链的正确选择1https://camunda.com/.2https：//flavowable.com/.●●●●F. Corradini 和艾尔 。区块链 ： 研究 与 应用 2 （ 2021 ）1000184桌1Blockchaincharacterisations 。Ethereum 以太 坊实施Hyperledger Fabric 架构实施允许少许可审核性关于indicalityHigh 高去 中心 化性能 和 可 伸缩 性匿名性Identitytechnology 技 术 为 a 黄 磊 choreography 的 Scenario 场 景 做 Not 饰Depend Only on the 的System ' S 系统Behaviour 。IT is ALSO受 影响 BY The Context 以 which 什 么 The 系 统 will will HAVE tooperate 。 this means that The山姆choreography 模型Could 的BE部署 以 Different Situations 情 况 within 其 他 Different block - chaintechnologies ， 依赖 于 信任 级别 ， 需要 被 考虑 的 场景 。模型 驱动的 approach 我们 建议 brings clear饰 Fig.以寿司a context ，允许to舒缓The开发 人员 from deriving a codebase for each different技术 |2.2. Running样品TOClarify our our Paper 的对象 ，we咨询a简单Scenario 场景- -Sisting of a多方 党business程序that ALLOWS a customer 客户to购买 商品 Buy Goods From a特 芮 人 以The建议Example ，we作者 ：Refer to住房 管理 ，And以粒子 、The考虑 到policy 政策aims at减少The Warehousing Costs 。 The tratori做Not KEEP以The Warehouse 仓库a high 高volume 数量of Goods 产品And generally Starts The收购程序as Soon as IT 接待 员a规格请求 . IT is ALSO可能 的that Thecustomer 的request indicates 请求 索引a规格生产 者to 卷以TheProvisioning 。此 示 例 突 出 显 示 一 个 相 互 作 用 场 景 在 which the re -quirements of trust and privacy change according to the contexts inwhichThe系统operates 。 Indeed ，以a Situation 情况以which 什么离开可以 贸易freely without 没有限制 性 、The Goods 产品that are发售are easily Reproduc-ible ，And价格are changed according 的toa标准协议 ，饰 There Would Not BE问题相关to The分享 Sharing ofThe资讯 | 以这个 场景 ，at The山姆时 ，The Traceability 可 追踪性 of 产 品 Could 的 BE a very 关 心 Requirement 要 求 为 The 客 户 toContinuous 连续check that The标准 协议 已经 完成 。在 其他 方面 ，该 部分 将 可 执行以a关闭环境何处 ，为business Purposes ，The关于 - -ticipants are more感 兴趣以保持private 私人摩西of The资讯相关toThe产品 | 以The后续 ，we Description these two business Contextsto make clearer 干净 的The Different财产needed BY The Resulting 结果系统 .以 The Context 何 处 The 参 与 者 are 卷 起 来 以 “ 传 统 ”businessoperation ） ，The tratori And The生产 者are generally Inter-ested以保持以 实物The Quotations They Agree on about 关于a spe - 卖 东西在 粒子 中 ， 一 个 生产 者 可能 想要 保持 报价 的 秘密适用to a规格特 芮 人 The tratori May 的 WANT to make A 私 人 offer to aparticular 粒子customer 客户without 没有Showing 介绍The价格为The Same 的Goods 。The 次D business Context we 咨 询 Pertains 的 to a” Fair 贸易”business模特 。 以这个Cases ，it is可能of interest 兴趣为所有The潘 斯 - Pants to KEEP a certain level 水平of透明over The交易他们一直 。 以粒子 、a tratori operating以寿司a Context饰 Should你 感兴趣以制作 making公开接入The Origin ，And The价格of The GoodsS/Her Sells 他 卖 的 东西在 这 条 路 上 ， 客户 可以 看到 exactly whothe produceris ， And if The 价 格 S/HE is Going 的 to Pay isSOMEHOW fair ，并 与 生产 者 合理 对待 有关 。在 粒子 中 ， 信息的 公共 性质 存储 在 区块链 permits to analyse 中The items of The零售 商 's规格物品 ，And The价格适用 于 Over时间为The产品 ，独立的From The事实that The片名 ： Sponding交易比利时to The规格choreography 。 this trans - parency will increase the breakers 'sreliability from the customer perspective in the spec business model零售 商 在 特定 商业 模式 下 的 客户 观察 的 可靠 性context 。TheRetailing Scenario 场景供应 商年样品of a多方 党business程序that ，when 什么Different operative 操作Domains 域名are考虑 一下 ，做不要 区分Much同The operative 操作aspects ，And The相互 作用放 放以地方F. Corradini 和艾尔 。区块链 ： 研究 与 应用 2 （ 2021 ）1000185Reach speci确定对象。Instead ， the operational domains result inrather 内部 管理 系统分歧需要when 什么模态of寿司互动 ，AndCAPCA-bilities of next analysis ， ARE 随后 的 分析考虑 到 。3. 多方 业务 流程BPMN以 BPMN a 多 方 党 business 程 序 can BE 代 表 作 using 使 用 Thechoreography diagram 。2.将一个diagram permits to express thein—teractions among different parties without revealing theirinternal behaviour.（我们在某个地方的不同部分）在 分布式 环境下 ， 组织 机构 要 协作can作者 ： Refer to规格choreographies thatDescription以详细 How The Different离开饰 Should interact to成就common 共同目标 。The Integration of Processes in this way leadsto a more 整合 流程 ， 引导 更多 人对等 协作 ， 应对 EachExecution Step of the collaborative 的 变化 责任程序to The个体Nodes .结 果， 以 a Chore -approach ，each participant isresponsible for partial orchestra - - 对 党 的 影响行动 ，based 基础onITS 个 体 规 则 without 没 有 a 中 心 协 调 员 ， And The Finnal 饰Behaviour is规格as a家庭of Permitted message交换 结果 。The Most Relevant Elements used in Choreography DiagramsAre Depicted 中 文 版 以 Fig.1.on The left ， are 代 表 作 Theelements used为The business Process 的control 控制Flow ，while 的on The right ，are The elements used为了 沟通 的 目的 。在 一般 情况 下 ， 一 个 Choreography 模型 是Composed 组成of 4 名Different类型of elements ：events ，Gateways ，关于 Sequence Flow ，And塔克斯 Events can BE a开始ev