基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)知識共享模型

席嫣娜，張宏宇，高鑫，楊銘，梁惠施，周奎

(1.國網(wǎng)北京市電力公司，北京市 100031；2.北京電力經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司，北京市 100055；3.清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，成都市 610213)

0 引 言

2020年9月，習近平總書記在第75屆聯(lián)大會議鄭重宣告，我國將在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。雙碳目標的提出推動了能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的加速，給能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)[1]。能源互聯(lián)網(wǎng)是以能源系統(tǒng)為核心，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)絡、供水網(wǎng)絡、交通網(wǎng)絡等其他網(wǎng)絡緊密耦合而形成的復雜多網(wǎng)流系統(tǒng)[2]。目前，能源網(wǎng)絡基本實現(xiàn)了對電網(wǎng)節(jié)點運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，所采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集基站或網(wǎng)絡專線等方式匯集到電力公司的數(shù)據(jù)中臺系統(tǒng)[3]。然而，要充分挖掘能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的價值，不僅需要在能源生產(chǎn)、傳輸和消費等各個環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，還需要源自社會、經(jīng)濟、氣候、人居、交通以及其他能源系統(tǒng)(例如天然氣網(wǎng)和供熱網(wǎng))等會影響能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和運行的數(shù)據(jù)[4]，因而需要解決不同數(shù)據(jù)所有者實體之間的數(shù)據(jù)共享問題。由于能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)海量、多元、流式的特點[5]，各數(shù)據(jù)所有者實體之間的數(shù)據(jù)共享仍存在較大壁壘。

集中式中心化的數(shù)據(jù)存儲和共享方式存在信息安全的問題，比如中心節(jié)點更容易受到惡意攻擊，以集中方式存儲的數(shù)據(jù)難以保證不被故意篡改等。此外，不同數(shù)據(jù)所有者實體所掌握的數(shù)據(jù)往往具有多源異構(gòu)的特點，加上數(shù)據(jù)體量龐大，給集中式中心化的數(shù)據(jù)共享方式帶來了很大的資源開銷[6-8]。因此，迫切需要設(shè)計一種安全可靠的分布式協(xié)作機制和技術(shù)架構(gòu)，保障能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)共享的時效性、安全性和可信性。

區(qū)塊鏈技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種基于分布式存儲的共享數(shù)據(jù)庫技術(shù)，被認為是繼移動互聯(lián)網(wǎng)后的下一代顛覆性技術(shù)。由于區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、數(shù)據(jù)安全、可靠、歷史信息可追溯等特點，在能源領(lǐng)域常常被應用于交易和溯源方面[9-10]。文獻[11]提出了一種基于區(qū)塊鏈的需求響應認證、激勵機制和技術(shù)框架。文獻[12]指出區(qū)塊鏈技術(shù)在解決能源電力領(lǐng)域安全隱私、政策適應及效率等方面的優(yōu)勢，提出了能源消納和電網(wǎng)配套服務方面的典型場景。文獻[13]提出了區(qū)塊鏈在電力系統(tǒng)碳排放權(quán)與綠證交易的系統(tǒng)構(gòu)架。文獻[14]提出了區(qū)塊鏈技術(shù)應用于電力交易的系統(tǒng)構(gòu)架及阻塞管理方法。在能源大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，近年來也有學者研究如何將區(qū)塊鏈應用于能源數(shù)據(jù)資產(chǎn)的管理。文獻[15]提出了區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理方面的應用，利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立共識和激勵機制，提升各方對電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護的積極性。文獻[16]提出了區(qū)塊鏈在能源大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應用，包括分布式能源交易與管理、電動汽車有序充電、微電網(wǎng)交易、電力市場、區(qū)域能源交易、虛擬電廠管理、需求側(cè)響應等應用場景。文獻[17]設(shè)計了監(jiān)管鏈和多數(shù)據(jù)鏈結(jié)合的能源數(shù)據(jù)鏈構(gòu)架，并提出支持外包的多授權(quán)屬性加密技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問策略控制。

目前，區(qū)塊鏈在大數(shù)據(jù)共享方面的研究都是對數(shù)據(jù)本身進行直接共享。然而，將數(shù)據(jù)直接共享存在數(shù)據(jù)隱私難以保證、數(shù)據(jù)量大等問題。本文針對上述問題，提出基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)知識共享框架模型，提出基于云邊協(xié)同的雙層數(shù)據(jù)知識提取機制，所提取的知識通過區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)共享平臺實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中多實體間的知識安全共享。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)知識共享框架

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享特點與需求

能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架及主要組成元素如圖1所示，其核心是基于互聯(lián)網(wǎng)的理念，通過能源系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的高度融合，促進能源網(wǎng)絡中各種資源的優(yōu)化配置。能源互聯(lián)網(wǎng)的參與主體具有多元化特點，多個參與實體各自擁有海量、多元、異構(gòu)的數(shù)據(jù)[18]，對這些來自不同實體的數(shù)據(jù)進行共享、融合，并在此基礎(chǔ)上進行多源數(shù)據(jù)的聯(lián)合挖掘，才能最大程度地發(fā)掘能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的價值。目前，研究普遍認為能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享與融合能夠應用于提升能源互聯(lián)網(wǎng)多能耦合系統(tǒng)決策優(yōu)化和安全穩(wěn)定運行，催化能源互聯(lián)網(wǎng)高自由度商業(yè)模式形成，提高能源互聯(lián)網(wǎng)信息資產(chǎn)的管理水平，優(yōu)化能源網(wǎng)絡規(guī)劃建設(shè)方案，支撐智慧城市建設(shè)等方面[19]。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架及要素Fig.1 Architecture and elements of energy Internet

相較于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)共享的特點在于：1)數(shù)據(jù)共享的價值挖掘場景主要在能源交易、運行、規(guī)劃以及面向能源系統(tǒng)外的數(shù)據(jù)增值服務方面，數(shù)據(jù)融合挖掘的專業(yè)性更強；2)能源電力數(shù)據(jù)涉及用戶隱私，數(shù)據(jù)敏感度高，對數(shù)據(jù)共享的安全性和隱私保護的要求也更高；3)能源互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)主體多樣，包括電網(wǎng)、能源供應商、設(shè)備供應商、負荷聚集商、燃氣部門、供水部門、交通監(jiān)管部門等，數(shù)據(jù)存在多元異構(gòu)的特點，數(shù)據(jù)的聯(lián)合挖掘往往需要解決大規(guī)模、異地、異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)合復雜分析問題。

然而，目前能源數(shù)據(jù)共享機制的缺乏，直接影響各方在數(shù)據(jù)共享方面的互信建立，從而降低了能源大數(shù)據(jù)共享的頻度和廣度。此外，集中式的大數(shù)據(jù)挖掘方式可能會造成用戶隱私、企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)的泄露，進而導致個人權(quán)益的損害和企業(yè)間的不正當競爭[20]。另外，由于能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)量大、實時性強等特性，未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)傳輸會造成很大的網(wǎng)絡資源浪費。事實上，各實體真正需要的往往不是數(shù)據(jù)本身，而是蘊含在數(shù)據(jù)中的知識。因此，有必要構(gòu)建一個能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘和知識共享的框架，解決實體間的互信建立、數(shù)據(jù)隱私保護、知識挖掘及知識傳輸存儲等問題。針對上述問題，本文提出基于云邊協(xié)同技術(shù)的能源數(shù)據(jù)知識挖掘和基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)知識共享框架。

1.2 云邊協(xié)同知識挖掘

在知識挖掘方面，根據(jù)用戶實際需求從云端下沉數(shù)據(jù)挖掘算法到邊端(即用戶側(cè))，在邊端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的知識提取?；谠七厖f(xié)同的知識挖掘架構(gòu)如圖2所示，其構(gòu)成包括：

圖2 基于云邊協(xié)同知識提取機制Fig.2 Knowledge extraction based on cloud edge collaboration

1)能源互聯(lián)網(wǎng)中各主體對其感知量測設(shè)備所獲取的數(shù)據(jù)在用戶側(cè)數(shù)據(jù)中心進行存儲，并同時建立數(shù)據(jù)資源目錄。

2)數(shù)據(jù)共享云由第三方機構(gòu)建設(shè)和運營，其職責在于為各方提供數(shù)據(jù)資源目錄查詢的云平臺，并提供數(shù)據(jù)挖掘算法和數(shù)據(jù)計算服務資源。

3)數(shù)據(jù)需求方根據(jù)云平臺上的數(shù)據(jù)資源目錄，結(jié)合其需求確定所需的數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)需求方與數(shù)據(jù)所有方達成數(shù)據(jù)知識共享協(xié)議后，向云端提出知識提取需求。

4)云端第三方從數(shù)據(jù)知識共享過程中獲取計算服務和平臺服務對應的收益。

5)數(shù)據(jù)的共享過程通過聯(lián)盟區(qū)塊鏈實現(xiàn)可信交易，并通過智能合約來實現(xiàn)共享過程中知識提取和權(quán)限管理的自動化。

1.3 區(qū)塊鏈知識共享

在數(shù)據(jù)知識共享方面，基于區(qū)塊鏈實現(xiàn)各實體間的數(shù)據(jù)知識可信、可靠共享。數(shù)據(jù)知識共享架構(gòu)如圖3所示，主要包含以下步驟：

圖3 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享架構(gòu)Fig.3 Data-sharing framework based on alliance blockchain

1)數(shù)據(jù)需求方通過第三方云上的數(shù)據(jù)檢索目錄獲取到各實體的數(shù)據(jù)相關(guān)信息，根據(jù)自身需求向數(shù)據(jù)所有方發(fā)送數(shù)據(jù)請求，包含數(shù)據(jù)使用目的、訪問時間和訪問次數(shù)、需求字段、是否涉及敏感信息等數(shù)據(jù)需求說明，數(shù)據(jù)所有方驗證節(jié)點身份及數(shù)據(jù)請求的合法性。

2)數(shù)據(jù)供需雙方達成共享協(xié)議并向云端提出知識提取的需求被確認后，數(shù)據(jù)共享交易信息被廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中。

3)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點的協(xié)同下，記賬節(jié)點將當前時段的數(shù)據(jù)共享交易記錄打包生成新的區(qū)塊，并與區(qū)塊鏈中的其他節(jié)點進行同步。其他各節(jié)點驗證區(qū)塊的真實性后將新區(qū)塊加到原有區(qū)塊鏈之后。

4)數(shù)據(jù)所有方將共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫訪問路徑、共享數(shù)據(jù)表單名稱及字段說明，以及數(shù)據(jù)庫訪問次數(shù)、訪問時間等約束條件以智能合約形式打包發(fā)送給云端第三方。數(shù)據(jù)源驗證授權(quán)信息后執(zhí)行智能合約，依據(jù)訪問約束生成對應的腳本代碼，對訪問者的數(shù)據(jù)權(quán)限進行個性化定制和敏感信息處理，云端第三方根據(jù)數(shù)據(jù)需求方的要求將算法下沉到數(shù)據(jù)所有方邊端進行知識提取。

5)知識提取的結(jié)果以智能合約的形式向數(shù)據(jù)需求方開放訪問權(quán)限，完成數(shù)據(jù)知識共享。

2 基于云邊協(xié)同的雙層數(shù)據(jù)知識提取架構(gòu)

2.1 云邊協(xié)同知識提取流程

本文所提出的基于云邊協(xié)同的雙層數(shù)據(jù)知識提取架構(gòu)主要解決能源大數(shù)據(jù)共享中數(shù)據(jù)傳輸負荷過大、數(shù)據(jù)隱私和數(shù)據(jù)安全難以保證的問題，其具體架構(gòu)如圖4所示。

圖4 基于云邊協(xié)同的多層聯(lián)邦學習構(gòu)架Fig.4 Multi-layer federated learning architecture based on cloud-side collaboration

邊緣計算是指在靠近終端側(cè)對數(shù)據(jù)進行預處理，從原始數(shù)據(jù)中提取出有價值的知識，這是一個精簡信息、提升數(shù)據(jù)價值密度的過程。將數(shù)據(jù)知識化與邊緣計算結(jié)合，在數(shù)據(jù)實體側(cè)對原始數(shù)據(jù)進行知識提取，能夠?qū)⒌蛢r值密度的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高價值密度的知識。邊緣端完成對原始數(shù)據(jù)的初級加工和知識提取后，云端進一步對來自多方數(shù)據(jù)源的知識實現(xiàn)聯(lián)合分析挖掘，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的價值提取。云邊協(xié)同知識提取流程如下：

1)初始化。數(shù)據(jù)需求方通過區(qū)塊鏈骨干網(wǎng)絡向數(shù)據(jù)所有者發(fā)送數(shù)據(jù)知識共享請求。

2)知識需求方與數(shù)據(jù)所有者達成數(shù)據(jù)共享協(xié)議后，通過云端下沉邊緣知識提取算法，完成全局任務模型構(gòu)建。

3)選取符合算力和數(shù)據(jù)需求的邊緣服務器節(jié)點進行底層算法部署。

4)由邊緣服務器節(jié)點完成終端數(shù)據(jù)的匯集和邊緣聯(lián)邦學習計算任務。

5)邊緣側(cè)利用云端下沉的數(shù)據(jù)挖掘算法，在用戶側(cè)對原始數(shù)據(jù)進行加工處理和知識提取，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成初級知識。

6)邊緣側(cè)計算結(jié)果通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)上傳。

7)云服務器對各節(jié)點初級知識進行全局聚合后進行二次加工處理，基于聯(lián)邦學習進行二次數(shù)據(jù)挖掘，同時通過步驟2)—6)完成邊緣數(shù)據(jù)挖掘和云端協(xié)同訓練，推動邊緣側(cè)和云端算法互動，進一步實現(xiàn)知識組件的學習和優(yōu)化。

8)數(shù)據(jù)需求方最終通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡獲取到多次迭代和提取的需求知識。

2.2 聯(lián)邦學習算法應用

聯(lián)邦學習(federated learning,FL)是一種通過分布式機器學習來進行共享數(shù)據(jù)挖掘的方法，具有數(shù)據(jù)隱私保護的技術(shù)優(yōu)勢[21]。由于行業(yè)、客戶范圍等的不同，各主體所挖掘的知識并不相同且信息交流存在障礙，使得各方需求難以同時滿足。為解決這一需求，運用聯(lián)邦學習技術(shù)，在對知識進行對齊和加密的基礎(chǔ)上，建立各方知識模型的協(xié)作訓練模式，各參與方只能得到與自己相關(guān)的模型參數(shù)，從而在保證數(shù)據(jù)安全的條件下，實現(xiàn)多方的協(xié)作訓練和知識共享。

縱向聯(lián)邦學習(vertical federated learning，VFL)與同態(tài)加密(homomorphic encryption，HE)結(jié)合的方式可以實現(xiàn)對多數(shù)據(jù)源間的知識協(xié)同挖掘過程?？v向聯(lián)邦學習模型示意如圖5所示?；诳v向聯(lián)邦學習的優(yōu)化目標為：

圖5 縱向聯(lián)邦學習模型示意圖Fig.5 Diagram of vertical federated learning mode

(1)

(2)

同態(tài)加密作為非對稱加密算法的一種類型，其特性主要表現(xiàn)為加密密文保持與明文運算結(jié)果的一致性，用算式表示為：

D[φ(AΔB)]=D[φ(A)Δφ(B)]，?A,B

(3)

式中：Δ為特定運算符；D(·)為加密算法φ(·)對應的解密算法，對于任意明文A、B均成立，則滿足同態(tài)加密要求。

本文以同態(tài)加密的縱向聯(lián)邦學習為例說明聯(lián)邦學習應用于云邊協(xié)同知識提取的可行性，在不同場景下，針對適應性可選擇橫向聯(lián)邦學習、聯(lián)邦遷移學習等方法實現(xiàn)多數(shù)據(jù)源間的知識提取，方法與縱向聯(lián)邦學習模型類似，因此不在贅述。

3 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享技術(shù)構(gòu)架

能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)共享的參與主體主要包含電網(wǎng)、油/氣/熱能源系統(tǒng)、各類分布式可再生能源業(yè)主、政府部門、能源設(shè)備制造商以及氣象、交通、城市監(jiān)測等數(shù)據(jù)所有機構(gòu)。在區(qū)塊鏈種類選擇方面，由于能源區(qū)塊鏈各參與主體具備一定的規(guī)模且主體數(shù)量相對較少，因此相較于節(jié)點數(shù)量巨大、運行效率較低的公有鏈，聯(lián)盟鏈更適合能源大數(shù)據(jù)共享的場景。各數(shù)據(jù)所有者間建立共識協(xié)作關(guān)系，聯(lián)盟鏈節(jié)點具有一定的準入條件且新節(jié)點的加入需要現(xiàn)有聯(lián)盟鏈節(jié)點的一致同意，只有加入聯(lián)盟鏈的節(jié)點有權(quán)利記錄、認證、讀取區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)。

利用加密鏈式數(shù)據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)來驗證和存儲數(shù)據(jù)共享交易記錄。分布式節(jié)點通過共識算法來維護和同步更新各鏈上數(shù)據(jù)，利用智能合約來保證數(shù)據(jù)共享合約的履行，其模型構(gòu)架如圖6所示，其模塊的功能為：

圖6 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的能源數(shù)據(jù)共享模型構(gòu)架Fig.6 Energy data sharing framework based on alliance blockchain

1)數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層采取經(jīng)典鏈式區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊頭主要由父區(qū)塊哈希值、時間戳、默克爾樹、隨機數(shù)等信息構(gòu)成，區(qū)塊主體包含數(shù)據(jù)共享過程中的交易信息列表。每個區(qū)塊中的區(qū)塊頭所保存的父區(qū)塊哈希值，在區(qū)塊間構(gòu)成了連接關(guān)系。數(shù)據(jù)層主要存儲數(shù)據(jù)共享的交易數(shù)據(jù)。

2)網(wǎng)絡層：網(wǎng)絡層采用P2P網(wǎng)絡，采用非對稱加密(例如橢圓加密算法)完成各節(jié)點的身份驗證和數(shù)據(jù)傳輸加密，認證機制則規(guī)定了區(qū)塊在網(wǎng)絡層中受各節(jié)點監(jiān)督審計的實現(xiàn)方式。

3)共識層：聯(lián)盟鏈采用實用拜占庭協(xié)議(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)作為共識機制。在考慮系統(tǒng)、網(wǎng)絡等原因造成信息缺失的同時，考慮了區(qū)塊鏈節(jié)點互信的拜占庭將軍問題[22]?；诼?lián)盟鏈的能源大數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，各節(jié)點由能源企業(yè)、能源監(jiān)管部門、政府部門、企事業(yè)單位、交易平臺等具有一定規(guī)模的單位或有國家背書的機關(guān)部門構(gòu)成，其系統(tǒng)構(gòu)架具有節(jié)點數(shù)量少、質(zhì)量高、作惡節(jié)點少等特點。相比于工作量證明(proof of work,PoW)而言，PBFT具有共識效率更高、資源浪費少的優(yōu)點，因而適用于聯(lián)盟鏈系統(tǒng)。

4)合約層：合約層集成了聯(lián)盟區(qū)塊鏈交易的相關(guān)合約，其構(gòu)成以智能合約為核心，以算法機制和腳本代碼實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)共享流程。智能合約是一套以計算機程序?qū)崿F(xiàn)的合約，合約規(guī)定交易過程中觸發(fā)事件和使用條件等約束，通過代碼自動執(zhí)行。

基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)的能源大數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)包括3類實體：數(shù)據(jù)所有者(data owner,DO)、數(shù)據(jù)需求方(data user,DU)、第三方云(cloud-side third party，CTP)。整個系統(tǒng)在合約層主要包括如下9個算法模塊：

1)Register(μ)→ (Kp,Ks，Ad)：每個實體加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡前必須先進行注冊，其中μ為輸入的安全參數(shù)，經(jīng)過Register程序中的加密算法生成公鑰Kp和私鑰Ks。公鑰經(jīng)過橢圓加密算法生成實體的地址Ad。每個實體在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中被其加密地址唯一地標記。

2)DataSharingInit (PDS,Ad)→ (PEDS)：DO發(fā)起數(shù)據(jù)共享交易程序，其中數(shù)據(jù)共享協(xié)議PDS包含了數(shù)據(jù)共享的相關(guān)信息，經(jīng)過DataSharingInit程序進行加密。加密后的數(shù)據(jù)共享協(xié)議PEDS會被打包進區(qū)塊。

3)Authorization (S)→(Ts,Td)：DU向CTP發(fā)起授權(quán)程序，通過數(shù)據(jù)共享協(xié)議中規(guī)定的數(shù)據(jù)知識屬性集S生成秘文Ts和Td，其中Ts為被發(fā)送給DO的秘文，Td為被發(fā)送給CTP的秘文。

4)EncryptMatch (Ts,Td)：CTP發(fā)送數(shù)據(jù)訪問請求給DO，DO通過匹配Ts和Td驗證授權(quán)的真實性。

6)AlgorithmSink (TF)：CTP發(fā)起數(shù)據(jù)訪問及算法下沉程序。CTP通過其私鑰對TF進行解密之后獲取數(shù)據(jù)地址，并向DO發(fā)起數(shù)據(jù)訪問和算法下沉申請。DO驗證確認CTP的身份后，給CTP開放訪問權(quán)限，并為知識提取算法分配計算空間。CTP將知識提取算法下沉到邊側(cè)進行知識提取。知識提取結(jié)果存儲在DO邊側(cè)數(shù)據(jù)庫。

7)KnowledgeGen (AR)→(TR)：DO通過加密程序?qū)⒅R訪問地址AR生成秘文TR，并用DU的公鑰加密后發(fā)送給DU。

8)ResultAccess (AR,Ks)→(TC)：DU發(fā)起知識提取結(jié)果訪問程序，通過其私鑰Ks對知識訪問地址AR解密后，從DO邊側(cè)數(shù)據(jù)庫獲取知識提取的最終結(jié)果。智能合約自動將訪問信息(如訪問時間、數(shù)據(jù)量、訪問者身份等)寫入交易文件并加密成秘文TC并打包寫入?yún)^(qū)塊鏈。

9)TokenGen→token：智能合約執(zhí)行代幣生成程序TokenGen，根據(jù)數(shù)據(jù)共享協(xié)議計算得到各方應增加或減少的代幣(token)的數(shù)量，并將其廣播到聯(lián)盟區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中。聯(lián)盟區(qū)塊鏈通過共識機制完成數(shù)據(jù)共享交易的記賬和同步。

4 安全性及隱私性分析

1)非中心化架構(gòu)。本文所提出的聯(lián)盟區(qū)塊鏈知識共享模型采用分布式架構(gòu)，所有節(jié)點都共同參與維護大數(shù)據(jù)知識的共享交易記錄，整個共享過程不依賴于某個中心節(jié)點，具有高安全性、高透明性、防篡改的特點。

2)節(jié)點身份保護。聯(lián)盟區(qū)塊鏈中的所有節(jié)點都由各自唯一的地址標識，攻擊者無法根據(jù)地址知道實體的身份信息，因此能很好地保護數(shù)據(jù)共享雙方的數(shù)據(jù)安全性。

3)基于非對稱加密的信息傳遞保護。知識共享交易信息的傳遞過程采用非對稱加密進行保護，即信息發(fā)送方和接收方都分別有一對私鑰和公鑰，公鑰是對所有人公開的，私鑰只有實體自身能使用。信息在信息發(fā)送端通過公鑰被加密，在信息接收端通過私鑰解密，能防止信息在網(wǎng)絡傳輸?shù)倪^程中被攻擊。

4)基于云邊協(xié)同的知識提取架構(gòu)。實體間共享的是知識而不是數(shù)據(jù)本身，能對數(shù)據(jù)中所包含的用戶隱私信息進行脫敏，因此能很好地保護用戶隱私。此外，數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)所有者邊側(cè)數(shù)據(jù)庫，避免了海量數(shù)據(jù)在線傳輸，提高了數(shù)據(jù)的安全性。

5 結(jié) 語

能源行業(yè)正處于從信息技術(shù)(information technology,IT)時代向數(shù)據(jù)技術(shù)(data technology,DT)時代轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期，數(shù)據(jù)逐漸成為核心生產(chǎn)要素之一。能源大數(shù)據(jù)共享交易是大數(shù)據(jù)知識挖掘、價值協(xié)作創(chuàng)造、釋放數(shù)據(jù)價值的重要基礎(chǔ)。本文從能源大數(shù)據(jù)共享的互信建立、數(shù)據(jù)安全、成本效率等方面出發(fā)，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)和云邊協(xié)同技術(shù)，提出了基于云邊協(xié)同和區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)知識共享交易機制，通過云邊協(xié)同的提取架構(gòu)實現(xiàn)多方快捷知識提取，通過區(qū)塊鏈技術(shù)保證了數(shù)據(jù)共享全過程的數(shù)據(jù)安全性和共享交易可靠性、可信性，對于提高能源大數(shù)據(jù)共享效率、推動形成能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)價值生態(tài)具有借鑒價值。