基于區(qū)塊鏈技術(shù)的 電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺設(shè)計(jì)

林樹鴻 郭威 曹璐

【摘要】? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種互聯(lián)網(wǎng)分布式技術(shù)，因其巨大的潛力正飛速發(fā)展，該技術(shù)的應(yīng)用場景逐漸蔓延到各個領(lǐng)域，其中包括電力行業(yè)。基于此，本文通過調(diào)查區(qū)塊鏈技術(shù)的原理，重點(diǎn)研究如何在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺，以供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)? ? 電力業(yè)務(wù)? ? 云服務(wù)平臺

引言：

以往傳統(tǒng)的集中化交易模式在處理分布式能源與電力用戶直接交易時，極易受到隱私安全等因素的影響。而區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有公正透明、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。因此，研究以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺設(shè)計(jì)是十分必要的。

一、區(qū)塊鏈技術(shù)原理以及共識算法

1.1區(qū)塊鏈技術(shù)原理

區(qū)塊鏈技術(shù)是以時間軸遞增的一種鏈?zhǔn)降拇鎯Y(jié)構(gòu)，在鏈上具有高度遞增的區(qū)塊，區(qū)塊是由區(qū)塊頭、體組成，并且，每一個區(qū)塊頭都與上一區(qū)塊的哈希值相鏈接，而區(qū)塊體則主要包含信息，一般是交易的主體信息[1]。在交易區(qū)塊鏈進(jìn)行交易時，交易的發(fā)起方是客戶端，通過驗(yàn)證數(shù)字簽名，該交易信息會輸送至區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)就是客戶的賬戶信息，通過在節(jié)點(diǎn)對交易信息進(jìn)行驗(yàn)證，能夠有效提升交易的安全性。在交易驗(yàn)證通過后，該節(jié)點(diǎn)的下一個區(qū)塊會對此次相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，記錄完畢后區(qū)塊鏈上的所有節(jié)點(diǎn)都會對新區(qū)塊以共識算法為基礎(chǔ)對其進(jìn)行共識，在全面節(jié)點(diǎn)共識結(jié)束后，新區(qū)塊就會被寫入?yún)^(qū)塊鏈上，成為鏈上的新節(jié)點(diǎn)。

由此可見，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)后所開展的交易模式與以往傳統(tǒng)的交易模式存在一定差異，主要體現(xiàn)為：在區(qū)塊鏈上，節(jié)點(diǎn)可能屬于不同的組織，但節(jié)點(diǎn)需要一同維護(hù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)，只要參與信息數(shù)據(jù)的維護(hù)作業(yè)，那么該節(jié)點(diǎn)都會對所維護(hù)的信息數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行拷貝，進(jìn)而形成不斷增長的鏈。

而區(qū)塊鏈上的區(qū)塊只能夠隨著時間的推移而增加，且無法對記錄完畢的區(qū)塊信息進(jìn)行篡改，這意味著，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠有效保證信息數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性，而且區(qū)塊鏈系統(tǒng)也不用進(jìn)行集中控制。

區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)構(gòu)主要是分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這要因?yàn)閰^(qū)塊鏈的構(gòu)建基礎(chǔ)就是分布式網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中的賬本無需進(jìn)行集中存儲和控制，通過將賬本分布在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)上，一旦賬本出現(xiàn)變化，該系統(tǒng)上所有節(jié)點(diǎn)的賬本一同更新。而支撐區(qū)塊鏈系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)之一就是共識算法，通過共識算法能夠使區(qū)塊鏈系統(tǒng)上的每一個節(jié)點(diǎn)透明化、公開化，進(jìn)而在使用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行交易以及構(gòu)建交易平臺時，不用借助第三方的信用背書就能進(jìn)行，且能夠建立穩(wěn)定的信任關(guān)系。而且，由于區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，具有公開化、透明化的特點(diǎn)，用戶能夠通過加入?yún)^(qū)塊鏈進(jìn)而對區(qū)塊記錄進(jìn)行查詢。

同時，如上所述，一旦某個賬本發(fā)生變化該區(qū)塊鏈上的所有節(jié)點(diǎn)的賬本會同時更新，所以，每一個用戶所查詢到的賬本都是實(shí)時更新且統(tǒng)一的，不存在信息偏差的情況。不僅如此，區(qū)塊鏈技術(shù)由于其結(jié)構(gòu)是鏈?zhǔn)角易詭r間戳，因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)具有極強(qiáng)的可追溯性和真實(shí)性。

二、研究在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺

2.1區(qū)塊鏈電力業(yè)務(wù)交易服務(wù)平臺設(shè)計(jì)

在能源場景中，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺的實(shí)體是電力交易，在交易過程中，主要是采用掛單以及買單的形式。在此過程中，體現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)行為的流程就是電力交易達(dá)成的步驟，當(dāng)掛單和買單在應(yīng)用層時，交易形成后，交易需要在區(qū)塊鏈上完成，其中，智能合約會對交易數(shù)字化合約進(jìn)行調(diào)用，并通過智能調(diào)度模式判斷交易是否執(zhí)行。在這種模式下，對該平臺的交易序列進(jìn)行設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)在線交易服務(wù)平臺不同，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的電力業(yè)務(wù)服務(wù)平臺提供了能源側(cè)交易的服務(wù)，對于該平臺的服務(wù)模塊，具有多種選擇，既可以選擇Hyperledger，還可以選擇其他模塊，使該平臺具有易用性。在該平臺的交易場景中，實(shí)現(xiàn)能源區(qū)塊鏈交易服務(wù)的本質(zhì)是開展Hyperledger側(cè)的交易，通過事件驅(qū)動，交易完成后能夠直接執(zhí)行側(cè)調(diào)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈交易。

在交易時，轉(zhuǎn)移的資產(chǎn)單位為人民幣，用戶通過充值等方式進(jìn)行交易。另外，還需要在該平臺中設(shè)計(jì)管理員角色，可由電業(yè)局等單位擔(dān)任。在區(qū)塊鏈上，客戶的賬戶是鏈上的節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)可以指定生成，在電力交易過程中可以在子網(wǎng)通道中制定智能合約。而且，通過區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的該平臺底層模塊使得上層可以對能源交易應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。而且，通過RPC模式，也就是遠(yuǎn)程過程調(diào)用模式，能夠進(jìn)行在區(qū)塊鏈容器內(nèi)開展中心化交易，并在共識結(jié)束后寫入信息，進(jìn)而完成智能調(diào)度。

2.2以NodeSDk為基礎(chǔ)，構(gòu)建RPC模型

為實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈框架Hyperledger的中心化交易模式，可以通過設(shè)計(jì)區(qū)塊鏈容器內(nèi)部模塊的命令性操作實(shí)現(xiàn)。在該交易平臺中，交易的發(fā)起端是Web端，發(fā)起后智能合約對其進(jìn)行操作，在交易過程中通過PBFT共識為交易提供保障，最后寫入?yún)^(qū)塊。具體而言，當(dāng)交易發(fā)起時，該平臺會進(jìn)行UI操作，驗(yàn)證交易的合法性和完整性，驗(yàn)證通過后對該交易進(jìn)行預(yù)處理并嘗試交易，交易執(zhí)行過程中會由相應(yīng)的模板進(jìn)行驗(yàn)證以及調(diào)用智能合約，最終通過共識模塊完成，之后寫入?yún)^(qū)塊映射到該平臺區(qū)塊鏈信息數(shù)據(jù)庫。通過該交流服務(wù)流程，省略了智能合約的部署環(huán)節(jié)，提高了工作效率。而SDK則是一種開發(fā)工具，其中包括多種高級語言。在該平臺中，應(yīng)用的就是高級語言中的NodeJS，主要是因?yàn)镹odeJ語言S的SDK功能較強(qiáng)，且能夠很好的適應(yīng)高并發(fā)環(huán)境[2]。NodeSDK在于平臺系統(tǒng)中的智能合約進(jìn)行交互時，主要是通過stub以請求的方式進(jìn)行。

不僅如此，NodeSDK還為該平臺提供了智能合約操作的封裝與交易平臺通信，驗(yàn)證已確認(rèn)的交易信息，并將驗(yàn)證信息發(fā)送至stub，進(jìn)而進(jìn)行區(qū)塊鏈操作。當(dāng)用戶使用該平臺發(fā)起交易申請后，Web端會顯示交易正在處理，而此時的遠(yuǎn)程過程調(diào)用模型處于等待狀態(tài)，主要是等該品臺區(qū)塊鏈執(zhí)行結(jié)果，當(dāng)完成執(zhí)行后，就會處于Receive狀態(tài)，這時智能合約就可以寫入?yún)^(qū)塊，并將信息傳至后臺，最后把信息寫入數(shù)據(jù)庫。通過該部分的設(shè)計(jì)，使得該平臺的區(qū)塊鏈上能夠具有交易相關(guān)信息，而由于區(qū)塊鏈技術(shù)自身特點(diǎn)，意味著這些信息數(shù)據(jù)具有可追溯性以及透明可信性，為交易的完整性和真實(shí)性提供保證。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與區(qū)塊信息查詢

在區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)上對電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要對其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要涉及兩個表格，分別是用戶表以及售電表。對于用電表而言，該表格發(fā)揮的主要作用是對用戶的賬號信息進(jìn)行保存;對于售電表而言，該表格則是對目前交易單的各項(xiàng)信息進(jìn)行保存。在用電表保存的信息中，包括用戶類型，在售電表中，保存了用戶余額信息。而區(qū)塊信息的查詢，主要設(shè)計(jì)為兩種方式，一種方式是通過Fabric配置CouchDB，另一種方式是區(qū)塊索引。對于第一種Fabric配置CouchDB的查詢方式而言，其中CouchDB是一個數(shù)據(jù)庫，其性質(zhì)是文檔形式的，能夠提供相應(yīng)該平臺所需的操作數(shù)據(jù)庫文檔。在該類型的數(shù)據(jù)庫中，將文檔設(shè)計(jì)為無特定結(jié)構(gòu)的，也就是無模式，進(jìn)而支持較為復(fù)雜的區(qū)塊信息查詢。而在Hyperledger中也能夠與該數(shù)據(jù)庫相聯(lián)系，通過可視化模板可以看到區(qū)塊信息。進(jìn)而在該平臺進(jìn)行交易后，可以在瀏覽器打開相應(yīng)網(wǎng)址，作為區(qū)塊鏈信息的數(shù)據(jù)庫映射，以供相關(guān)人員的查詢[3]。

三、結(jié)束語

綜上所述，通過應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)電力業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺應(yīng)用，能夠有效提升業(yè)務(wù)交易效率，保證各項(xiàng)信息的準(zhǔn)確性和可塑性。因此，相關(guān)單位應(yīng)深入分析區(qū)塊鏈技術(shù)，并將該技術(shù)與電力交易平臺進(jìn)行有效整合，搭建功能完備、安全可靠的電力交易服務(wù)平臺。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]秦金磊，孫文強(qiáng)，李整，朱有產(chǎn).基于區(qū)塊鏈和改進(jìn)型拍賣算法的微電網(wǎng)電能交易方法[J].電力自動化設(shè)備，2020，40（08）：2-10.

[2]韓冬，張程正浩，孫偉卿，張巍，楊文威，肖敏.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能配售電交易平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（07）：89-99.