基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架研究

胡 畔，薄 玨，劉育博，劉曉強(qiáng)，曲睿婷

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧 沈陽 110006)

我國進(jìn)入信息化時(shí)代后，各行各業(yè)都開始進(jìn)行企業(yè)數(shù)據(jù)管理的更新?lián)Q代，智能電網(wǎng)系統(tǒng)與電力設(shè)備信息系統(tǒng)也都有大量的數(shù)據(jù)等待分析和處理。尤其是在工業(yè)大力發(fā)展的21世紀(jì)，電力信息較以往更加復(fù)雜，其信息源與信息結(jié)構(gòu)都與以往存在較大差異，因此智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理急需一種能夠快速高效地整理追溯電力信息以及無法被撤銷與修改的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理手段[1]。本文首先對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用可行性進(jìn)行分析，通過區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的提升作用來確定兩者之間的兼容性；然后通過具體公式描述現(xiàn)階段智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的安全性；最后分別論述數(shù)據(jù)采集層、場景應(yīng)用層等2個(gè)層級(jí)的管理流程，實(shí)現(xiàn)2個(gè)層級(jí)之間的相互配合，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架。

1 應(yīng)用可行性分析

1.1 融合分析

區(qū)塊鏈技術(shù)通常被認(rèn)為是“互聯(lián)網(wǎng)+”思維的延伸，在現(xiàn)代智能化、互聯(lián)網(wǎng)化的社會(huì)中被廣泛應(yīng)用[2]。智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理通常需要較高的精密度和安全性，而區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種能夠使信息數(shù)據(jù)具備不可修改特性的技術(shù)，在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中具有巨大的應(yīng)用價(jià)值[3]。如果將這種去中心化的數(shù)據(jù)信息管理技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架中，就能夠一次性解決智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的信息存儲(chǔ)、安全管理、精密度提高等問題。

1.2 安全性分析

智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)是國家的機(jī)密信息，需要極強(qiáng)的保密性，但是區(qū)塊鏈技術(shù)自帶互聯(lián)性，如果將區(qū)塊鏈技術(shù)融入智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中，就需要確保區(qū)塊鏈技術(shù)的安全性。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)扁平化的管理，使所有節(jié)點(diǎn)都能夠一同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作，不需要第三方機(jī)構(gòu)介入，直接實(shí)現(xiàn)互相之間的共享交流，不存在能夠集中處理所有信息的中心節(jié)點(diǎn)。只有將一半以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)消除，才能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)數(shù)據(jù)安全造成威脅[4]，但是許多黑客還是能通過信息鏈長度對(duì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行攻擊，并且可以得到：

(1)

式中:Pn為在進(jìn)攻過程中，黑客能夠攻擊n個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率；P為智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行真實(shí)信息交流的概率；Q為黑客攻擊該節(jié)點(diǎn)得到信息交流能力的概率，且P+Q=1。一般通過Maple軟件計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間電網(wǎng)數(shù)據(jù)被修改或非法追溯成功的概率，根據(jù)式(1)計(jì)算基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)被修改的成功率如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)被修改的成功率

由圖1可知，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)目與數(shù)據(jù)被修改的成功率成反比[5]，當(dāng)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)足夠多時(shí)，數(shù)據(jù)被修改的概率就會(huì)無限降低，以目前智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)幾乎沒有被修改或追溯的可能，具備足夠的安全性。

2 技術(shù)框架研究

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架分為數(shù)據(jù)采集層、場景應(yīng)用層2個(gè)層級(jí)[6]。

a.數(shù)據(jù)采集層研究

數(shù)據(jù)采集層是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架的基礎(chǔ)模塊，其主要功能是將智能電網(wǎng)一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行情況進(jìn)行信息提取，通過特定函數(shù)轉(zhuǎn)化為固定格式的數(shù)學(xué)進(jìn)制，并應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)統(tǒng)一加密處理，具體流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集加密流程

由圖2可知，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集主要通過加密技術(shù)得到密鑰和密文，完成本層數(shù)據(jù)管理的數(shù)字簽名和信息加密[7]。傳統(tǒng)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理需要設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸管理機(jī)構(gòu)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸中心，而區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⑦@個(gè)傳輸點(diǎn)的任務(wù)平均分配給每個(gè)區(qū)塊節(jié)點(diǎn)，使這些節(jié)點(diǎn)既承擔(dān)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，也具備路由器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及區(qū)塊信息認(rèn)證的任務(wù)。這樣可以使區(qū)塊節(jié)點(diǎn)依據(jù)時(shí)間序列存儲(chǔ)在主體中，在區(qū)塊節(jié)點(diǎn)被同時(shí)破壞50%以上之前都能不受干擾繼續(xù)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，也能使所有的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)做到有據(jù)可查，同時(shí)還能保障智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的安全，確保基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)不會(huì)被任意修改或非法追溯[8]。

b.場景應(yīng)用層研究

場景應(yīng)用層是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架最外部的結(jié)構(gòu)，封裝著各種智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用模式，也包含區(qū)塊鏈技術(shù)在智能電網(wǎng)中的交互處理框架，各應(yīng)用主要包括靜態(tài)電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理模塊、動(dòng)態(tài)電網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測模塊等[9]。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架通常受到較多的信息波動(dòng)影響，若信息波動(dòng)頻率較大，則其應(yīng)用價(jià)值也會(huì)逐漸增加。場景應(yīng)用層通常依據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)對(duì)智能電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)做出良性引導(dǎo)，同時(shí)形成分析報(bào)告。在這個(gè)過程中若出現(xiàn)意外，智能電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)響應(yīng)做出綜合判斷，為分布式處理和計(jì)算提供保障。

3 結(jié)束語

近些年區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)過飛速發(fā)展，尤其是在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域達(dá)到一個(gè)新的高度。本文對(duì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架進(jìn)行研究，完成了數(shù)據(jù)采集層、場景應(yīng)用層的功能搭建，并對(duì)這2個(gè)層級(jí)的運(yùn)行機(jī)制和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，分析了數(shù)據(jù)傳輸和保護(hù)的基本流程。但本文只是構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的簡單框架，對(duì)于其詳細(xì)模式還需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。