Governance and modularity in blockchain architectures: Applications in service industries

Abstract

Service supply chains face increasing demands for enhanced traceability, data security, and operational efficiency. This doctoral research investigates the potential of Modular Blockchain Architecture in the transformation of service logistics, evaluating new Distributed Governance Models, illustrating in three critical domains: maritime logistics, luxury spirits distribution, and cold chains in healthcare. The study is grounded in a conceptual framework that integrates: (i) Distributed Governance, fostering trust and coordination within decentralized ecosystems; (ii) Design Theory for Technological Artifacts, supporting the development and validation of innovative blockchain-based solutions; and (iii) models of technological adoption and digital transformation, which facilitate the deployment of advanced technologies in highly regulated sectors. The research adopts a multidisciplinary and applied approach based on Design Science Research Methodology (DSRM). The proposed solutions leverage second-layer protocols, IoT integration, and smart contracts to ensure data immutability, automated compliance, and end-to-end traceability. A key advancement lies in the implementation of Zero-Knowledge Proofs (ZKPs), enabling secure data verification while preserving privacy. In the luxury spirits sector, the tokenisation of digital certificates mitigates counterfeiting and enables direct-to-consumer value chains. In maritime logistics, modular architectures optimize port operations and strengthen document transparency through decentralized records. In healthcare, IoT sensors ensure real-time environmental monitoring and the integrity of biological cold chains. This research provides strategic guidelines for adopting Modular Blockchain Architecture in regulated environments, ensuring compliance with GDPR, EBSI, and international standards. The findings advance academic understanding of blockchain applications and offer scalable, secure, and practical solutions for Supply Chain Management.

As cadeias de fornecimento de serviços enfrentam crescentes exigências por rastreabilidade, segurança de dados e eficiência operacional. Esta investigação doutoral explora o potencial das arquiteturas modulares de blockchain na transformação da logística de serviços, avaliando novos modelos de Governação Distribuída, ilustrando com três domínios críticos: logística marítima, distribuição de bebidas espirituosas de luxo e cadeias de frio na saúde. A pesquisa assenta num quadro conceptual que integra: (i) governação digital distribuída, promovendo confiança e coordenação em ecossistemas descentralizados; (ii) teoria de design de artefactos tecnológicos, para o desenvolvimento e validação de soluções inovadoras; e (iii) modelos de adoção tecnológica e transformação digital, impulsionando a aplicação de tecnologias em setores regulados. A metodologia baseia-se na Design Science Research Methodology (DSRM), com uma abordagem multidisciplinar e aplicada. As soluções propostas utilizam protocolos de segunda camada, integração com IoT e contratos inteligentes, assegurando imutabilidade dos dados, conformidade automatizada e rastreabilidade ponta a ponta. Um avanço central é a aplicação de provas de Conhecimento Zero, ou Zero-Knowledge Proofs (ZKPs), que garantem privacidade e segurança nas transações. Na distribuição de bebidas de luxo, a tokenização de certificados digitais combate a contrafação. Na logística marítima, arquiteturas modulares otimizam operações portuárias e reforçam a transparência documental. Na saúde, sensores IoT asseguram a integridade ambiental das cadeias de frio. Esta investigação oferece diretrizes estratégicas para adoção de blockchain modular em ambientes regulados, alinhada ao RGPD, EBSI e normas internacionais, contribuindo para soluções escaláveis e seguras na gestão da cadeia de abastecimento.