基于區(qū)塊鏈技術(shù)的用戶電量結(jié)算技術(shù)研究

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(深圳供電局有限公司，518001； 深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司，518034，)

0 引言

自2008年區(qū)塊鏈技術(shù)誕生以來，社會越來越受到人們的關(guān)注。在塊鏈技術(shù)方案中沒有中央服務(wù)器。每個塊鏈軟件的計算設(shè)備是塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的對等節(jié)點之一。不需要在節(jié)點之間建立信任關(guān)系[1]。系統(tǒng)中的任意多個節(jié)點用于通過密碼學(xué)算法計算和記錄一段時間內(nèi)的所有信息的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊(Qu Kuai)和由數(shù)據(jù)塊生成的指紋(哈希)用于鏈接下一個數(shù)據(jù)塊和檢查，通過集體驗證和維護來建立可靠的數(shù)據(jù)庫[2]。

利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的分布式賬本， 將交易中心提供的結(jié)算依據(jù)數(shù)據(jù)、營銷部門提供的用戶用電數(shù)據(jù)保存在區(qū)塊鏈共享賬本上， 從而打通從支付計劃、記賬、付款、結(jié)算、清分到核算、紕漏、分析、預(yù)測的各個財務(wù)業(yè)務(wù)處理環(huán)節(jié)， 實現(xiàn)購電費、售電公司服務(wù)費的安全、高效結(jié)算， 提高財務(wù)數(shù)據(jù)的透明度和可審計性[3]。利用區(qū)塊鏈自動共享、不可篡改的記錄保管方式， 簡化數(shù)據(jù)記錄、存儲環(huán)節(jié)， 規(guī)避因人為操作造成的錯誤。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

1.1 區(qū)塊鏈定義

區(qū)塊鏈是一個分散的、分散的、分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點維護[4]。它由一系列基于密碼方法的數(shù)據(jù)塊組成，每一塊都是區(qū)塊鏈中的一個塊。根據(jù)生產(chǎn)時間的順序，將區(qū)塊連接在一起以形成數(shù)據(jù)鏈[5]。

1.2 區(qū)塊鏈現(xiàn)狀

經(jīng)過近幾年的發(fā)展和實踐，對塊鏈技術(shù)的理解越來越深入，許多領(lǐng)域都在以Bitcoin塊鏈為基礎(chǔ)進行進一步的改進。目前，分塊鏈已經(jīng)從比特幣的完全集中化發(fā)展成為公共塊狀鏈，發(fā)展了側(cè)鏈附于公共鏈和非集中化的民營鏈[6]。公共區(qū)塊鏈(公共區(qū)塊鏈)是塊鏈的初始形式，是一個完全分散的中央存儲數(shù)據(jù)庫。任何人都可以訪問公共塊鏈上的數(shù)據(jù)和交換值，并通過密碼技術(shù)保證信任機制的建立。側(cè)鏈(側(cè)鏈)是公用塊鏈的延伸。它是在公用閉塞鏈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它可以實現(xiàn)公共塊鏈的值與多塊鏈中其他書籍的值之間的傳遞[7]。在使用公共塊鏈支持來證明信用的同時，側(cè)鏈技術(shù)可以支持更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。

私有區(qū)塊鏈(private block chain)是公共區(qū)塊鏈更進一步的變形，參與節(jié)點僅僅是用戶本身，數(shù)據(jù)的訪問和使用是由權(quán)限嚴格管理的。砌塊鏈技術(shù)處于理論階段，需要進行實踐[8]。國內(nèi)外對塊鏈接技術(shù)的投入和使用已逐步擴大，但尚未得到充分應(yīng)用的結(jié)果。從發(fā)展的角度來看，塊鏈接技術(shù)還處于理論階段，未來的技術(shù)改造還需要很長時間的實踐。

2 區(qū)塊鏈記賬技術(shù)

2.1 區(qū)塊鏈架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

本節(jié)以Bitcoin和Ethernet塊鏈架構(gòu)為例，詳細描述了塊鏈接技術(shù)的基礎(chǔ)架構(gòu)、基本原理和核心技術(shù)[9]。比特幣和以太工作坊是2種有代表性的塊鏈技術(shù)應(yīng)用，一是區(qū)塊鏈技術(shù)的起源，二是區(qū)塊鏈的應(yīng)用，另一方面是區(qū)塊鏈技術(shù)在市場上的使用類似于數(shù)字貨幣。比特幣和以太網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線顯示了以太網(wǎng)和比特幣之間的區(qū)別，如圖1所示。

圖1 比特幣和以太坊的基礎(chǔ)架構(gòu)

2.2 分布式記賬本

使用分布式簿記代替塊鏈是區(qū)分窄塊鏈和廣義塊鏈技術(shù)。前者是一個分布式帳簿，一個順序鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，后者是一個完整的系統(tǒng)框架，具有數(shù)學(xué)證明[10]。窄區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)如圖2所示。

鏈式結(jié)構(gòu)：除了創(chuàng)建塊外，所有塊通過包含上塊的散列值形成塊鏈。同時，由于時間戳，塊鏈有時也被排序。在較長的時間塊之后鏈接的塊越多，修改塊的成本就越高[11]。在這里，通過使用圖像比喻，塊鏈就像地殼一樣，它越下降，時間越長，越穩(wěn)定，它就越不穩(wěn)定。

當(dāng)塊鏈被添加到新的塊中時，存在很小的“分叉”概率，也就是說，同時挖掘出2個所需的塊[12]。“分叉”的解決方案是延長時間，等待下一個塊生成，并選擇最長的分支鏈添加到主鏈。“分叉”的概率很小，多個分岔的概率是可以忽略的，“分叉”只是一個短狀態(tài)，而最后的塊鏈是唯一的最長鏈。生成塊：每個塊鏈都有一個特殊的頭塊，不管哪個塊被跟蹤，最終都會到達頭塊[13]，即創(chuàng)世區(qū)塊。

3 跨區(qū)域用戶電量結(jié)算

3.1 發(fā)電權(quán)交易

中國的發(fā)電交易以來，國家電力監(jiān)管委員會頒布2008發(fā)電交易監(jiān)管暫行辦法的實施，并已在多個省市推廣全國。發(fā)電權(quán)交易在節(jié)能降耗中的作用也迎合了當(dāng)前國家對環(huán)境保護的關(guān)注趨勢。2015年3月，中央委員會對中國共產(chǎn)黨和國務(wù)院出臺一些對電力體制改革的進一步深化評論([ 2015 ]9號)，指出了需要完善跨省、跨境電商的交易機制推進跨境電力市場交易[14]。在優(yōu)化資源配置和新能源消耗方面，將進行跨境發(fā)電交易。更重要的是扮演更重要的角色。因此，發(fā)電交易是電力行業(yè)實現(xiàn)發(fā)電資源優(yōu)化配置和節(jié)能減排的重要市場手段，在改革的大環(huán)境中應(yīng)引起高度重視。電力系統(tǒng)。

圖2 分布式記賬模型

在傳統(tǒng)的發(fā)電交易中，交易是在電力交易組織中進行的，具有操作維護成本高、交易信息存儲不安全等缺點[15]。近年來，新的塊鏈技術(shù)可以解決這些問題。塊鏈本質(zhì)上是與密碼方法相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊串，每個數(shù)據(jù)塊包含關(guān)于一段時間內(nèi)所有比特幣交易的信息，以驗證其信息的有效性和真實性，并生成下一個塊。在分塊鏈中，每一個事務(wù)都是可追蹤的，難以篡改，具有集中性和安全性的特點。

3.2 電量結(jié)算問題

由于各省區(qū)電價水平差異較大，國家批復(fù)的省區(qū)間交易價格也各不相同，因此跨省區(qū)交易電量結(jié)算辦法將直接影響到交易各方的經(jīng)濟利益，成為跨省區(qū)電力交易相關(guān)各方所關(guān)注的焦點問題。從當(dāng)前來看，制定一套公平、科學(xué)、合理的跨省區(qū)交易結(jié)算辦法已經(jīng)成為交易各方的共同需要。

3.3 區(qū)塊鏈解決方案

由于塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)，智能合同正從理論知識向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)變。與之相關(guān)的以太網(wǎng)項目的開發(fā)使智能合同的應(yīng)用更加方便，使得交易能夠在特定的觸發(fā)條件下自動執(zhí)行，解決了雙方之間的信任問題。利用這些優(yōu)勢，分塊鏈技術(shù)被廣泛應(yīng)用于金融領(lǐng)域的積木鏈證券交易平臺等領(lǐng)域，應(yīng)用于資產(chǎn)管理領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)保護，將塊鏈技術(shù)應(yīng)用于新的審計公平。在數(shù)據(jù)識別領(lǐng)域的設(shè)計，并將塊鏈技術(shù)應(yīng)用于電力領(lǐng)域。發(fā)電權(quán)交易可以保證數(shù)據(jù)的安全性，簡化發(fā)電權(quán)交易的管理。

4 區(qū)塊鏈分布式電量記賬技術(shù)

4.1 區(qū)塊鏈與電力交易結(jié)算的匹配度分析

從電改9號文相關(guān)內(nèi)容以及國外的改革經(jīng)驗來看，市場的開放不可能一步到位，必然要經(jīng)過一個過渡期才會進入全面推廣。因此，未來電力交易市場化改革將是一個逐步推進的過程，很長一段時間內(nèi)會存在多種業(yè)務(wù)模式并存的局面，包含輸配售一體、輸配一體售電分開、輸配分離等模式，如圖3所示。

圖3 電費結(jié)算業(yè)務(wù)模式

輸配售一體的業(yè)務(wù)模式相對傳統(tǒng);輸配一體售電分開模式中，允許電源與售電公司協(xié)商定價，結(jié)算主體為電網(wǎng)公司，需要根據(jù)市場用戶的銷售收入和電源結(jié)算購電費，與售電公司結(jié)算服務(wù)費，與政府結(jié)算政府基金，與管制用戶結(jié)算交叉補貼等等;輸配分離模式的結(jié)算主體為配售電公司，通過與市場用戶協(xié)商定價結(jié)算銷售收入，通過與電源協(xié)商定價結(jié)算購電費，與電網(wǎng)公司結(jié)算輸配電服務(wù)費，與政府結(jié)算政府基金等等。由此可見，市場化結(jié)算模式在市場成員、交易合同和交易品種等方面對應(yīng)用和系統(tǒng)提了新的要求：市場成員增多、交易品種逐步發(fā)展，要求結(jié)算系統(tǒng)能夠靈活拓展，根據(jù)電能計量系統(tǒng)提供的有效電能數(shù)據(jù)，現(xiàn)場交易和實時交易中的電價數(shù)據(jù)、運行評估系統(tǒng)中記錄的檢查數(shù)據(jù)、相關(guān)數(shù)據(jù)(包括電價)，電力市場運行、電能結(jié)算、電費結(jié)算等應(yīng)實行電價、計量點等規(guī)定[16]。

塊鏈共享、可信性和可追溯性的特點使其在結(jié)算、結(jié)算等領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢。使其在清、結(jié)算等領(lǐng)域具備顯著的優(yōu)勢。運行在區(qū)塊鏈上的智能合約能將合同規(guī)則代碼化，并構(gòu)造一個去中心化的可信履約環(huán)境。區(qū)塊鏈與電力市場交易結(jié)算的匹配度分析如下：

(1) 區(qū)塊鏈是一個共享式的公共賬本，可打通不同的系統(tǒng)，從而提升溝通效率，降低成本;

(2) 區(qū)塊鏈實現(xiàn)交易的時候，基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的共識機制實際上可以同時實現(xiàn)清算和結(jié)算，提高清算、結(jié)算的效率;

(3) 區(qū)塊鏈能完整記錄每一筆歷史交易記錄，并且可追溯，更能可靠地登記各種信息，具有高審計性[12];

(4) 利用區(qū)塊鏈的智能合約[13]，能將原有的繁瑣、耗時長、業(yè)務(wù)手續(xù)繁雜的清算用計算機代碼的方式保存在區(qū)塊鏈上，自動觸發(fā)執(zhí)行，使得結(jié)算過程變得簡單、結(jié)構(gòu)化，能減少清算過程中的摩擦;同時將原有的電子表格存儲方式以及手動記錄的操作方式變?yōu)榉植际健⒉粚ΨQ加密的賬本，通過自動共享不可篡改的交易記錄提高透明度和可審計性。

4.2 智能合約

未來的電力市場包括電廠、售電公司、電網(wǎng)、用戶、交易中心等交易主體，在區(qū)塊鏈上這些交易主體之間可以自由地定制交易智能合約，在合約中寫入購售電交易的清算、結(jié)算規(guī)則;利用會員制身份管理判斷交易雙方的市場身份，并匹配對應(yīng)的智能合約;用戶通過區(qū)塊鏈平臺自定義智能合約，實現(xiàn)高效率的電費清算、結(jié)算。如圖4所示。

圖4 基于智能合約的電力市場交易模型

將購售電交易電費結(jié)算模型用計算機代碼表示為智能合約，并事先寫入到區(qū)塊鏈的分布式網(wǎng)絡(luò)體系中;當(dāng)合同發(fā)生時，智能合同將被觸發(fā)，相應(yīng)的合同條款將自動執(zhí)行。會員制服務(wù)負責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)上的身份識別、隱私與機密。在合約發(fā)生前，會員制身份管理首先識別交易雙方的市場身份，并匹配對應(yīng)的智能合約;同時，會員機制也保證未授權(quán)的第三方不能獲悉有關(guān)身份、交易模式、交易內(nèi)容等機密信息。

4.3 區(qū)塊鏈記賬局限性

區(qū)塊鏈技術(shù)還處于發(fā)展的初期階段，存在許多問題。

(1) 效率問題

分布占數(shù)據(jù)量。分布式簿記記錄從出生到當(dāng)前時間節(jié)點的整個塊鏈網(wǎng)絡(luò)的所有事務(wù)記錄。在保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不被篡改的同時，也帶來了存儲和同步的問題。(2) 中央集權(quán)問題已被證明是不平等的。

理論上，每個節(jié)點在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中被同等對待，但是為了獲得采礦的經(jīng)濟回報，硬件競爭開始導(dǎo)致節(jié)點之間的不等價性(使用挖掘機器的節(jié)點自然比CPU節(jié)點更容易挖掘)。

(3) 隱私和安全問題

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)使用了與密碼相關(guān)的技術(shù)，但它具有很高的安全性，但是整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在隱私和安全方面仍然有一個薄弱環(huán)節(jié)。

(4) 公共鏈、聯(lián)盟鏈和私人鏈存在的問題

根據(jù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的集中程度不同，劃分了不同應(yīng)用場景下的3種區(qū)塊鏈：允許任何節(jié)點加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，允許授權(quán)節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò);所有網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點都被掌握在一家公司或機構(gòu)手中。

5 總結(jié)

本文系統(tǒng)地介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)的原理、技術(shù)及應(yīng)用。區(qū)塊鏈技術(shù)的基本理論和技術(shù)研究還處于起步階段，雖然許多商業(yè)產(chǎn)品采用區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但缺乏理論研究。

(1) 分區(qū)塊鏈的智能化合同和集散化在發(fā)電交易中的應(yīng)用、分區(qū)塊鏈技術(shù)的集中化、自動執(zhí)行和高安全性為解決交易摩擦提供了重要途徑。

(2) 將區(qū)塊鏈技術(shù)引入發(fā)電交易和其他電力交易中還存在許多問題。相關(guān)法律法規(guī)體系必須進一步完善;分區(qū)塊鏈技術(shù)本身計算能力較弱，響應(yīng)速度慢，缺乏解決方案和技術(shù)措施來應(yīng)對故障。