基于區塊鏈的變電站點表和虛端子管理系統展望

張文 郭文坤 陳萍 黃曉博

摘要：在傳統的電力系統數據管理體系中，電力數據類的敏感數據存在因可復制而易被濫用等問題。為利用區塊鏈技術的密碼算法、多中心對等架構、分布式多方共識協議，使電力建設參與各方僅需通過對區塊鏈技術的信賴建立多方信任關系。為此，提出了基于區塊鏈技術的變電站點表和虛端子管理系統。提出以聯盟鏈為框架，借助區塊鏈的技術特性實現了電力數據交易業務的安全、透明、可追溯、不可篡改，并加入了監管機制。該系統模型評估結果表明，該系統滿足了電力數據維護和更改需求，維護成本低，安全性提升。相較于傳統數據管理系統，基于區塊鏈的變電站點表和虛端子管理系統涵蓋了綜合的功能，具有安全便捷的優勢。

關鍵字：點表和虛端子;數據管理;區塊鏈;系統設計與實現

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A文章編號：

0引言

2008年，日本學者中本聰發表了《比特幣：一種點對點式的電子現金系統》（Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic CashSystem）的論文，在論文詳細描述了被起名為“比特幣”的電子加密貨幣以及這種貨幣形成的算法結構。區塊鏈擁有極強自治化、安全性、可信性等優點，使得能源互聯網向更加自動化、智能化方向發展，盡量減少人為的干擾。本文的應用方案中應用區塊鏈智能合約實現變電站點表和虛端子的管理系統。通過介紹區塊鏈的基本概念、基本原理和核心技術，探索在變電站點表和虛端子管理中的應用方案，研究區塊鏈在電力數據管理中面臨的挑戰，基于“區塊鏈技術+電力數據”的管理理念與架構搭建，提升電力數據的透明度和可信度，發揮區塊鏈技術在配置資源、優化策略、推動改革、降本增效方面的重要作用。

1區塊鏈技術

從廣義上來講，區塊鏈是一種融合了一系列信息技術的數據庫技術，它可以在分布式的網絡環境中保證數據的可靠存儲和安全傳輸。從數據存儲角度來看，區塊鏈的基本數據結構保障了存儲的數據不可篡改和可追溯。從價值轉移角度來看，基于區塊鏈技術可以發行通證，實現資產數字化，結合智能合約等技術可以提高資產流通的效率，降低信用成本。

自從比特幣的創世區塊誕生以來，區塊鏈的新塊不斷增加，創世區塊被稱為塊0，是后續所有塊構建的基礎。區塊鏈是依據區塊+鏈的數據結構命名的，由此可見，區塊+鏈的數據結構是區塊鏈很重要的一環，正是這一數據結構保障了鏈上數據不可篡改的特性。

每個區塊由2個部分組成：區塊頭和區塊體。區塊體中包含了當前某個時間區間內的所有數據（存證數據和通證數據），利用哈希函數對區塊主體的數據進行計算，得到當前區塊的哈希值，在區塊頭中會記錄這個哈希值，同時也會記錄上一個區塊的哈希值，這樣各個區塊就通過這些哈希值鏈接起來組成一條鏈，這條鏈就是區塊鏈。區塊鏈上的各個參與節點只認可擁有最多區塊的鏈，這也是所謂的最長鏈共識。結合最長鏈共識，如果某個區塊中的數據被惡意篡改，那么區塊的哈希值也會發生變化，這也意味著這個區塊所在的鏈斷開，這條被篡改過的鏈將不是最長的鏈，將會被拋棄。

2區塊鏈在點表和虛端子管理系統

1）分布式賬本作為點表和虛端子管理系統的基礎。分布式賬本是由網絡中的各個參與者、各個節點獨自儲存和更新的分布式數據庫，區塊鏈中賬本的分布記錄不再是傳統的中心化與每個節點進行通信，而是每個節點獨立的點對點的互相通信，也就是區塊鏈網絡中每個節點處理自己的事務，與任意其他節點可以共享數據。本系統中，分布式賬本記錄電力工程參與者之間的數據更新及交換，即點表和虛端子的管理和交互，分布式賬本的架構體系和特點可以有效減少信任成本，使區塊鏈網絡的安全性和一致性達到很高的層次。

2）非對稱加密的應用，保證點表和虛端子數據安全。非對稱加密指用一個密鑰對進行加密和解密，加密和解密使用不同的密鑰，由加密密鑰不能推算出解密密鑰，反之亦然。非對稱加密在非安全的信道通信中，密鑰交換更具有安全性，所以區塊鏈網絡中更推薦使用非對稱加密技術，常見的非對稱加密算法有RSA和ECC。

3）共識機制確保點表和虛端子數據的可信度。共識機制是一種區塊鏈治理體系，是通過結合經濟學、博弈論等多學科設計的一套保證區塊鏈中各節點都能積極維護區塊鏈系統的方法。共識機制主要遵循“少數服從多數”和“人人平等”2個哲學原則，通過一定規則，使系統中各個參與者快速就系統中記錄的數據達成一致。其中，“少數服從多數”不僅局限于競爭節點數量，系統中的各個節點也可通過競爭計算能力、權益憑證數量或其他可競爭參數以取得其他節點的支持;“人人平等”意味著網絡中記賬節點的地位是平等的，所有節點都有機會優先獲得提前寫入數據的權利。

4）智能合約使電力數據管理平臺具有通用性和不可篡改。智能合約是在外界觸發下，能夠完成事先設定交互的一段可執行的程序。該程序對于給定的輸入，在任何時間/任何地點輸出都是一致的，智能合約最典型的應用就是自動售貨機。智能合約不是產生于區塊鏈，智能合約的概念早在1995年由Nick Szabo首次提出，他在自己網站上發表了幾篇文章提到了智能合約的理念。 本質上，智能合約是一個數字合約，只有在滿足要求的情況下才能運作，否則不會產生結果。將編寫完成的智能合約存儲在區塊鏈網絡中，區塊鏈就賦予了智能合約不可篡改性，使得智能合約有一個很重要的特性：代碼公開不可篡改=代碼即法律。

3區塊鏈應用于點表管理的展望

3.1 點表和虛端子區塊庫的搭建

3.2 點表和虛端子的上鏈存證

傳統的中心化數據采集方式導致采集成本高、隱私難保證、各部門間信息不流通等弊端，使得數據的真實性、可信度存疑，而區塊鏈為解決這一難題提供了思路。區塊鏈獨有的多點分布、時間戳和智能合約等特征，既能有效保護數據隱私，又能實現可管控的信用數據共享和驗證，從而打破“數據孤島”現象。

點表和虛端子數據需要通過連接各個參與方的節點服務器進行上鏈存證，為了滿足數據隱私性和安全性要求，預先在各個節點服務器上安裝區塊鏈中間件服務軟件，在數據上鏈之前會先調用中間件服務軟件提供的接口，中間件服務軟件先將上鏈數據進行對稱加密，并將加密密鑰存儲在相關參與方的本地數據庫中，每條上鏈數據都會有一個對應的加密密鑰。因此所有上鏈的數據都是加密之后的數據，不存在隱私數據泄露的問題。例如調試方需要查看其他部門上傳的數據，可以通過發起授權請求給數據所有者，數據所有者審核通過后，數據查看方才能通過區塊鏈中間件服務軟件請求索要查看數據的加密密鑰，并對數據進行解密以此查看內容。在區塊鏈環境中，使用數據加密和解密技術既保證數據隱私安全，又能達到數據共享的效果。

3.3 電力數據應用區塊鏈通證記賬

在電網企業信用背書的前提下，引入區塊鏈通證記錄數據，生成通證實質上就是一種在區塊鏈上發行的數字資產，對應的實物就是點表數據、虛端子數據。該通證不僅記錄了數據的價值，還可以回溯到數據產生的背景，包含創建、修改、流向等信息，是原生的、包含全量信息的、以數字形式展現和流轉的數據。

發行區塊鏈通證，對數據產生和流轉情況進行記賬，保證賬目的準確性。通證是數字權益證明，也就是說通證必須是以數字形式存在的權益憑證，它代表的是一種權利，一種固有和內在的價值。在電力建設工程中，將電力數據通證化使數據管理過程具有特有的價值。

3.4 基于區塊鏈的變電站點表和虛端子分析報表和展示

依據上鏈數據信息，按需求提取并生成數據分析報表，按需求的數據分析示例：設計點表;調試點表;竣工圖點表;歸檔虛端子等。各種表單可以以可視化圖例的方式展示于頁面中。

3.5 區塊鏈在電力數據管理中面臨的挑戰

1）可擴展性問題。讓區塊鏈系統承擔起大量的傳輸和去中心化應用，必須在兼顧去中心化、安全性 的同時，實現可擴展、高性能的區塊鏈系統。以比特幣為例，可以通過增大系統的區塊大小或縮短出塊時間，提高系統的吞吐率，同時研究區塊鏈分片技術解決區塊鏈擴容問題。

2）監管審計問題。由于區塊鏈上用戶匿名、信息不可篡改，因而如何監管鏈上行為和電力數據確保系統良性發展是區塊鏈技術存在的重要問題。區塊鏈的監管與審計可以通過分析區塊鏈電力交易數據及時識別用戶行為并預警非法行為（如欺詐行為鏈上數據的異常行為等）。在管理用戶時，可以借助第三方數字簽章保護隱私，同時還可以為監管提供方法。

3）區塊鏈智能合約開發與保障問題。高效地開發安全、可靠的智能合約是促進區塊鏈技術應用發展的重要因素。保證智能合約與用戶期望的一致性，確保合約按用戶要求準確執行;在智能合約開發過程中優化其開發編譯及部署運行，設計高效的智能合約，降低計算消耗，節省合約資源開銷。

4結語

本文提出了區塊鏈在變電站點表和虛端子管理中的應用方案。為了證明區塊鏈在電力數據管理中的價值，設計了基于區塊鏈的點表和虛端子管理總體框架，將點表和虛端子數據上鏈存證，應用區塊鏈智能合約實現點表和虛端子的設計、管理和流轉，同時通過對上鏈傳輸相關數據的統計和分析，能夠完成事前、事中和事后的全流程監管。經過對區塊鏈在電力數據管理中面臨的挑戰以及區塊鏈的優化建議，說明區塊鏈在電力數據管理中還有很長的路要走，未來還需要進一步拓展。

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作者簡介：張 文（1985-），男，碩士，高級工程師，主要從事智能電網和區塊鏈等領域的研究和設計工作。