聯(lián)盟區(qū)塊鏈在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

引言

區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、透明性、公平性及公開性與能源互聯(lián)網(wǎng)理念相吻合,可從技術(shù)層面建立公平、有序、開放的能源市場運行體系,為去中心化能源市場的交易能力賦能,可將能源生產(chǎn)者和消費者相連接,使得分布式實時能源交易市場的實現(xiàn)成為可能,并能增強其安全性,促進交易的透明度和效率,對推進能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有積極作用。目前,在能源互聯(lián)網(wǎng)中尚不具備大規(guī)模部署區(qū)塊鏈技術(shù)的條件,因此,可嘗試采用有限聯(lián)盟鏈的方式在小范圍內(nèi)進行探索研究。

1聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場景和設(shè)計體系的不同,一般分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和專有鏈(私鏈)。公有鏈是指任何人都可讀取、任何人都能發(fā)送交易且交易能獲得有效確認、任何人都有機會參與其中共識過程的區(qū)塊鏈,公有鏈的節(jié)點個數(shù)通常沒有上限,處理交易的速度在3~20次/s。專有鏈各個節(jié)點的寫入權(quán)限收歸內(nèi)部控制,而讀取權(quán)限可視需求有選擇性地對外開放,節(jié)點數(shù)目通常較少,處理交易的速度在1000次/s以上。聯(lián)盟鏈的各個節(jié)點通常有與之對應(yīng)的實體機構(gòu)組織,通過授權(quán)后才能加入和退出網(wǎng)絡(luò)。各機構(gòu)組織組成利益相關(guān)聯(lián)盟,共同維護區(qū)塊鏈的健康運轉(zhuǎn)。聯(lián)盟鏈的節(jié)點個數(shù)通常在幾個到數(shù)百個不等,處理交易的速度在1000次/s以上。

通過節(jié)點數(shù)量和交易速度的比較可知,目前在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域核心業(yè)務(wù)層,部署聯(lián)盟鏈是比較合適的方式。

2應(yīng)用背景

傳統(tǒng)的能源互聯(lián)網(wǎng)采用中心化的數(shù)據(jù)存儲方式,采用同步或異步的方式進行容災(zāi)備份(圖1),這種方式面臨集中式惡意攻擊、中心節(jié)點單點失效、數(shù)據(jù)中心的存儲數(shù)據(jù)被惡意篡改等信息安全問題。針對這些安全挑戰(zhàn),迫切需要設(shè)計安全可靠的去中心化的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)來保證智能電網(wǎng)的正常運行。

采用聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)既保留區(qū)塊鏈去中心化的特點,也兼顧了企業(yè)內(nèi)部安全性、保密性、交易速度的要求,但在企業(yè)內(nèi)部部署大規(guī)模區(qū)塊鏈存在的問題包括:從頂層設(shè)計到具體實施涉及范圍廣、規(guī)模大、周期長,建成后對運行問題的反饋業(yè)自行購置大量區(qū)塊鏈節(jié)點服務(wù)器部署區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),前期投入和后期運維需要大量資金,為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟負擔:相關(guān)數(shù)據(jù)表明,大量增加服務(wù)器節(jié)點并不能有效提高交易性能,因現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬會限制其吞吐量。

基于上述問題,設(shè)計有限區(qū)塊節(jié)點的聯(lián)盟區(qū)塊鏈,在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、容災(zāi)備份服務(wù)器基礎(chǔ)上,購置1~2臺服務(wù)器部署聯(lián)盟區(qū)塊鏈基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,實現(xiàn)去中心化的要求,保障數(shù)據(jù)安全,同時具備快速部署、節(jié)省費用、快速響應(yīng)、快速系統(tǒng)迭代的優(yōu)點。

3應(yīng)用設(shè)計

傳統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)中,因交易產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)直接存儲于數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心有大型服務(wù)器支持,這些服務(wù)器性能高、速度快,但往往也不能充分利用其全部資源,造成部分資源浪費:同時,為了備份數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,有1~2個備份服務(wù)器僅完成數(shù)據(jù)備份功能:另外,交易數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心與備份服務(wù)器之間已經(jīng)建立了較為完善的網(wǎng)絡(luò)。

因此,有限聯(lián)盟區(qū)塊鏈可直接在原有數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上進行設(shè)計建設(shè),與新購置的少量有限服務(wù)器共同構(gòu)成聯(lián)盟區(qū)塊鏈基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)(圖2),以節(jié)約部分成本。

交易記錄通過已建立的能源互聯(lián)網(wǎng)智能合約進行處理,考慮到減少對服務(wù)器計算能力的占用,故排除比特幣使用的POW(工作量證明機制)共識機制,選擇區(qū)塊鏈技術(shù)中常用的DPOS(授權(quán)股權(quán)證明機制)作為共識算法。根據(jù)這種算法,聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)持有區(qū)塊鏈Token)通證)的人可以通過投票系統(tǒng)來選擇區(qū)塊生產(chǎn)者,進而生成數(shù)量可控的有限區(qū)塊,從而構(gòu)建有限聯(lián)盟區(qū)塊鏈,形成互為備份、去中心化、安全性高的分布式交易記錄存儲機制,有效利用區(qū)塊鏈的優(yōu)點,較快地實現(xiàn)應(yīng)用部署。

4結(jié)語

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,中心化的數(shù)據(jù)存儲方式已經(jīng)難以應(yīng)對日益增多的交易數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲方式開始由集中式轉(zhuǎn)向分布式。雖然區(qū)塊鏈技術(shù)響應(yīng)了去中心化的分布式存儲,但現(xiàn)在部署較困難,聯(lián)盟區(qū)塊鏈以較小的成本開銷實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式安全存儲,可快速實現(xiàn)部署及實驗,對能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將產(chǎn)生一定的影響。