基于多鏈協同區塊鏈的分布式能源交易

玄佳興，柳旭，李國民，孫旭陽

(1.國網電子商務有限公司，北京市 100053；2.國網雄安金融科技集團有限公司，河北省雄安新區 071700；3.國網區塊鏈科技(北京)有限公司，北京市 100053；4.北京郵電大學，北京市 100876)

0 引 言

傳統市場主體電力交易多以集中式交易為主，是由于發電商多以單一的集中式電源發電，而常規的集中式能源發電方式，將造成不可再生能源的急劇消耗，及碳排放增多、空氣污染等環境問題。太陽能、風能等分布式可再生能源的發展[1-2]，大大緩解了能源資源不足、環境污染與經濟社會發展之間的矛盾。

傳統能源交易雙方固定且類型單一，即交易中心運行決策成本低，采用集中式交易較為方便。然而由于分布式能源交易模式多元化、交易數量多且單筆交易小的特點，如按照傳統集中式交易模式，將發電商與用戶數據上傳，中央服務器通過特定的算法匹配發電和用電雙方，最后調度中心實施資源調度交易，將會使交易中心負荷過重，運行成本以及所耗費的時間都會限制分布式能源交易的發展，且交易中心承擔著用戶主體的隱私安全問題，如交易中心受到攻擊將會導致服務不可用或者數據泄露，而普通的分布式系統由于算力分散，在核驗身份方面有所缺失且更易受到外部攻擊，因此亟需一種既能快速核驗身份且交易過程完全是安全的易動態擴展的分布式系統。

區塊鏈，作為一種去中心化的分布式記賬系統，運用了密碼學原理以及共識機制解決了各方的信任問題，同時區塊鏈的去中心化、開放、交易透明、公平互信、交易不可篡改[3]和可追溯的特點，與分布式能源交易所需要的主體對等、智能互信、交易透明、信息共享等模式具有很強的相似性。因此，區塊鏈在分布式能源交易方面可以有廣泛的應用，在消納可再生能源，促進分布式交易模式等方面大有可為。然而區塊鏈其本身有著交易吞吐量低，工作量證明(proof of work，PoW)共識機制耗能大的缺點，作為能源交易系統，存在龐大的能源消耗問題是絕對不能忍受的。

區塊鏈技術在能源領域的應用主要用于可再生能源交易[4]，國外已有代表性案例：如美國布魯克林TransActive Grid微電網項目，居民可以自發地用自己屋頂太陽能設備產生的電能進行交易，而不需要國家電力公司參與[5-6]，奧地利Grid Singularity公司太陽能交易項目[7]等。

蔡金棋[8]等人論述了傳統能源交易與新型基于區塊鏈的能源交易的特點，設計了基于區塊鏈的能源交易架構，然而并未給出交易雙方博弈的過程。李彬[9]等人提出基于區塊鏈的分布式能源交易方案，采用聯盟鏈的方式，各主體平等分散決策， 降低了交易成本，增強了數據之間的安全性，然而該方案并沒有解決交易系統的性能問題。王蓓蓓[10]介紹了區塊鏈技術在提高交易處理效率方面的新發展，分析了國內外在區塊鏈交易方面的研究現狀，給出了未來區塊鏈參與消納分布式能源方面的建議，如交易瓶頸和交易的安全性。文獻[11]提出了一種通過控制不同能源基于能源路由器實現就近消納的能源交易模式。其采用中心式存儲調度，易產生安全性問題。文獻[12]提出了一種基于聯盟鏈的分布式交易模型，采用權益證明機制(proof of stake，PoS)[13]，優點是采用了分布式管理且解決了PoW耗能高問題，缺點是聯盟鏈犧牲了區塊鏈去中心化的特性，被擁有大量代幣的節點把控交易，普通節點很難擁有記賬權，且聯盟鏈采用準入機制，仍然需要聯盟中的公司或組織信用做背書，并不是真正的交易通明、去中心化。

文獻[14]提出了許可鏈多中心動態共識機制，設計了兩層區塊鏈結構，構建主從多鏈，通過全局區塊鏈鏈接多個主體區塊鏈,保證數字化資產的全局一致性，提高區塊鏈性能，通過引入全局區塊與主體區塊實現交易分流，提高交易吞吐量。文獻[15]針對現有單鏈式區塊鏈在聯盟鏈環境中存在共識算法數據吞吐量較低及資源開銷較大，同時單鏈結構難以支持多樣化數字資產的并發處理，容易造成隱私數據泄露等問題，基于主動動態授權拜占庭容錯算法的多鏈結構，設置了相互獨立的用戶區塊鏈與數據區塊鏈，將區塊鏈應用功能與隱私數據隔離，增強了安全性。以上方法雖然增強了數據吞吐量，卻在去中心化以及交易延遲方面有所欠缺。文獻[16]同樣認為采用點對區塊鏈、點對點交易的方式來解決分布式能源交易是一種非常好的方式，但同時認為區塊鏈的交易速度瓶頸將會制約其發展。

本文提出基于主從分片區塊鏈的分布式能源交易模型，從鏈采用有用工作量證明(proof of useful work，PoUW)共識機制[17]。該模型針對不同地區劃分不同的片，每個片內維護獨立的一條從鏈，每個計算節點自身決定去加入不同的分片，在同一分片節點之間的交易只在該從鏈上記錄，眾多從鏈可并行進行提高交易吞吐量。且從鏈具有地域性質可以提高共識速度減少延時，同時采用有用工作量機制也可解決公有鏈工作量證明機制算力問題。

1 區塊鏈技術

區塊鏈源自于比特幣(Bitcoin)的底層技術，2008年，化名為“中本聰”的學者在文獻[18]提出了一種被稱為比特幣的數字貨幣，在沒有任何權威中介機構統籌的情況下，互不信任的人可以直接用比特幣進行支付，區塊鏈是一種去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同維護的分布式數據庫，能夠將傳統單方維護的僅涉及自己業務的多個孤立數據庫整合在一起，分布式地存儲在多方共同維護的多個節點上，任何一方都無法完全控制這些數據，只能按照嚴格的規則和共識進行更新，從而實現了可信的多方間的信息共享和監督，避免了繁瑣的人工對賬，提高了業務處理效率降低了交易成本。區塊鏈通過集成P2P協議、非對稱加密、共識機制、塊鏈結構等多種技術，解決了數據的可信問題，通過應用區塊鏈技術，無須借助任何第三方可信機構，互不了解、互不信任的多方可實現可信、對等的價值傳輸。

2 交易系統方案總體設計

本文設計了基于主從分片多鏈區塊鏈的分布式能源交易系統，區塊鏈系統由聯盟鏈、公有鏈構成，對應構建者為電網企業與自由節點，其中基于聯盟鏈的區塊鏈系統主要負責智能合約的制定，全局計量交易信息的維護，阻塞管理和動態控制各從鏈交易速度。基于分片的從鏈系統采用公有鏈的方式，節點可自由加入退出從鏈網絡且不持有全局信息，從鏈網絡采用有用工作量證明機制，工作量由聯盟鏈系統智能合約制定，但聯盟鏈只負責對規則的維護以及記錄跨鏈交易信息，并不參與從鏈記賬權的確認，避免了內部腐敗行為，增強了交易的透明性與公平性。

本節介紹交易系統底層的區塊鏈架構，以及建立在區塊鏈系統之上的交易模型。在第3節詳細介紹在交易中使用的多鏈協同方法以及有用工作量機制。

2.1 交易系統區塊鏈架構

本系統在底層區塊鏈部分采用分片主從哈希錨定模型，傳統如比特幣采用以區塊為單位的單層鏈式結構，該模式使用PoW共識機制，存在嚴重浪費電力資源，較低的系統吞吐量難以滿足大量快速交易系統的問題，而采用聯盟鏈的方式，記賬權被預選節點壟斷，去中心化程度低。因此本系統綜合聯盟鏈與私有鏈的優勢采用主從多鏈分片的方式來提高交易率，同時保證記賬權的公開與透明。主鏈構建采用聯盟鏈的方式，區塊中不記錄分片后的各片內本地交易信息，僅記錄從鏈區塊的交易信息的哈希值以及跨鏈交易信息，共識算法為DPoS。從鏈采用公有鏈的方式，共識算法為PoUW。

本交易系統區塊鏈架構按層如表1所示主要分為網絡層、共識層、數據層、激勵層、智能合約層以及應用層6層架構。

表1 交易系統區塊鏈架構Table 1 Blockchain architecture of trading system

2.2 交易模型

交易模型是建立在區塊鏈系統之上的可信交易，交易系統結構如圖1所示，參與方為電網企業、分布式能源業主和電力消費者，其中電網企業維持全局信息以及制定交易用戶的準入機制，分布式能源業主與電力消費者可維持公有鏈網絡節點以獲得過網費的獎勵，同樣也可只作為交易方發布信息，待計算節點給出局部匹配計算結果或自身指定交易對象方進行簽約交易。

2.2.1 交易流程

本系統交易主要流程有用戶注冊、電力價格報價、系統匹配交易、安全校驗，合同簽訂等，如圖2所示。

圖2 分布式能源交易流程Fig.2 Flow chart of distributed energy transactions

1)用戶注冊。分布式能源發電者與購電者分別注冊交易賬戶信息，進行交易資質認證，將區塊鏈錢包地址與智能電表地址綁定。

2)電力價格報價。分布式能源發電業主與電力消費者進行電力報價并由所在片區從鏈網絡廣播，每一片區從鏈節點只包含本片區用戶報價。主鏈存儲所有用戶報價信息。

3)系統匹配交易。系統根據用戶發出報價信息數據包的IP所在分區為其分配到不同從鏈，匹配交易在從鏈內部進行，其計算任務分配至從鏈各個節點，根據匹配算法先行計算出符合規則的匹配矩陣節點獲得記賬權并給予減免過網費獎勵。交易方選擇自行交易時需在系統匹配交易截止時期前一個交易周期τ進行確認，確保自行交易信息不對既有匹配結果產生影響。

4)安全校驗。系統進行匹配任務計算時已進行過安全性校驗，自行指定交易方用戶需單獨進行安全性校驗，即進行潮流計算，若該交易中有線路潮流超過允許最大潮流，則該交易不滿足安全校驗。需重新進行系統匹配交易對象，以及增加指定交易對象的過網費用來緩解潮流越限線路的壓力。

5)合同簽訂。用戶確定交易對象后進入簽訂合同流程，用戶簽約合同將約定交易期限、電量、電價以及違約責任等，智能電表上傳數據跟進交易執行狀況。

2.2.2 交易模式

考慮到交易情景的復雜性，如分布式能源發電功率不穩定，作為工業化用電來源不適用的問題，或產生階段性分布式能源產量大于本地消納水準的問題，電網公司可以作為分布式交易兜底交易對象，為參與分布式能源交易者排除穩定性風險。因此共可分為兩大種交易模式，如下所述。

1)分布式能源發電者與購電者進行交易。

(1)交易雙方直接指定交易對象。該交易模式可以跨鏈交易，通過主動獲取全局交易信息，指定交易對象來進行交易。

(2)交易雙方通過算法匹配進行交易。該種交易模式適用于想要獲得最大利潤者進行交易，算法模型的優化目標將會是發電購電利潤最大化，屆時按照算法結果發電者進行發電電量與發電價格制定，對購電者進行購電價格制定，不僅省去自身摸索定價導致損失的問題，且能保證較高的交易率。

2)分布式能源發電或購電者與電網交易。

(1)分布式能源發電者與電網交易。分布式能源發電者電量受自然因素影響較大，極可能產生發電誤差。則多余電力需電網公司負責消納，電網公司為調動產業積極性對此將不做收費處理。發電不足時發電者可就違約后果自行選擇購買電網電量補足交易所需電量，或主動違約支付違約金。

(2)購電者與電網交易。購電者電量不足可按正常模式向電網購電，如購電者無法消納電量可選擇支付違約金額或者由電網公司代為消納，此時收取一定的消納費用。

3 基于多鏈協同區塊鏈分布式能源交易

針對第2節采用的主從多鏈協同交易模型以及有用工作量證明機制，本節重點介紹了基于哈希錨定的主從多鏈同步方法，以及在將交易算法應用到共識機制過程中的交易矩陣匹配策略。

3.1 主從多鏈分片區塊鏈交易

針對傳統區塊鏈交易的交易速度瓶頸問題，本節提出的主從多鏈分片區塊鏈交易幾乎可以無限制地提升交易速度。

傳統交易模型采用PoW認證機制有著浪費能源，且系統吞吐量較低的缺點，如比特幣系統，每10 min產生一個1 MB的區塊，約每秒7筆交易，這在需要大量交易的分布式能源交易系統是不適用的，傳統解決該問題往往采用聯盟鏈的方式，通過準入機制，控制驗證節點的數量提高吞吐率，實質上仍然是一定程度的中心化交易方式，節點數量少易受外部攻擊且發展受制于參與聯盟鏈的企業信用。本系統提出了基于分片處理交易的區塊鏈的交易模型，節點不必認證和存儲整個網絡的交易，只處理所在片的交易，分片處理交易在空間上劃分片區降低了認證的復雜度，在時間維度上交易可以并行使得交易速度理論上不存在上限，同時維護一條主鏈用于各鏈的跨鏈交易，且維持著全局的鏈路信息，如鏈路最大功率，方便做跨鏈交易時的安全性校驗。

分片劃分從鏈區塊鏈的方法雖有交易速度快的特點，卻存在從鏈難以跨鏈交易以及片內誠實計算節點數量少，易被惡意節點攻擊回滾操作，針對上述缺點本系統提出了以下解決方案。

3.1.1 基于哈希錨定的主從多鏈同步方法

針對從鏈計算節點較少、易被篡改的特性，本系統增加從鏈和主鏈的哈希錨定[19]，其簡單示意圖如圖3所示，主鏈區塊按照從鏈區塊交易打包的時間將從鏈區塊的交易哈希存儲在主鏈區塊中，主鏈節點只負責存儲在從鏈中已完成的交易，并不參與交易的構建，該方法將全局節點信息保存在主鏈中，針對交易驗證可從從鏈主鏈兩處著手進行驗證，確保了交易的不可篡改性，攻擊者假設突破聯盟鏈的準入機制且積攢幣齡獲取到記賬權，也無法針對主鏈的全局信息進行回滾，主鏈包括了各從鏈交易信息記錄，需同時回滾所有從鏈交易，這顯然是難以辦到的，針對單條從鏈進行回滾，則有主鏈在維護全局信息，可通過主鏈驗證交易發現交易歷史被篡改，即全局具備了不可篡改性。

圖3 主從多鏈模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of the master-slave multi-chain model

3.1.2 主從鏈數據結構描述

主從區塊的區塊頭部數據結構與傳統區塊鏈基本相同，有前一區塊的哈希值、交易信息哈希值所構成的MerklerRoot，以及當前時間戳TimeStamp，和目標閾值Target，Target代表著本區塊進行計算任務時結果閾值，在下一節會詳細給出定義。其他數據字段意義這里不再贅述。

存儲在從鏈中成功交易的數據結構如表2所示，如該交易為跨鏈交易，則發電方與購電方所在從鏈皆記錄交易信息，其標識與錢包地址指向存儲跨鏈交易的主鏈地址塊，通過主鏈地址塊交易信息可以查找到存儲在另一條從鏈的交易方信息。通過交易ID來與主鏈做同步信息。

表2 從鏈區塊交易結構Table 2 Sub-chain block transaction structure

主鏈存儲結構如表3和4所示，針對跨鏈交易和從鏈交易哈希設置了不同的數據結構。表3結構存儲跨鏈交易信息，通過交易ID與不同從鏈就同一交易進行信息同步。表4結構記錄交易信息如交易哈希值集合、時間戳、區塊簽名和從鏈名稱等供交易查詢使用。

表3 主鏈區塊跨鏈交易結構Table 3 Cross-chain transaction structure of main chain blocks

表4 主鏈區塊存儲從鏈交易結構Table 4 Main-chain block storage and sub-chain transaction structure

該交易機制以及數據結構具有交易并行處理和各鏈交易信息哈希錨定的特點。其優點在于既可以保證交易速度的提升同時也確保交易的不可篡改性。

3.2 交易算法

本文針對區塊鏈中有用工作量證明機制浪費算力的問題，提出了基于交易矩陣的有用工作量證明機制，該機制將共識算法中工作量證明部分替換為交易矩陣匹配策略，實現了算力的有效利用。在私有鏈上進行交易，也使分布式能源交易具有去中心化的特性。

互聯共識機制是區塊鏈技術為何有良好的去中心化特性的核心所在。目前研究內容中，提出的共識算法主要有工作量證明、股權證明(proof of stake，PoS)、委任權益證明(delegated proof of stake，DPoS)[20]、實用拜占庭算法(practical Byzantine fault tolerance ， PBFT)[21]、授權拜占庭容錯算法(delegated Byzantine fault tolerance，DBFT)、高性能共識算法(robust Byzantine fault tolerance，RBFT)、所用時間證明(proof of elapsed time，PoET)，練習證明(proof of exercise，PoX)，權威證明共識(proof of authority，PoA)。目前較成功的區塊鏈案例都與貨幣有關，由于貨幣交易所需匿名性安全性，交易市場多以搭建公有鏈和運用PoW工作量證明共識機制的區塊鏈為主。在基于PoW的公有鏈中，區塊鏈已被證明了算力不足50%時，其上的交易信息不可偽造和修改[22]。貨幣交易只需消耗能源小于收益，便可以將這條公鏈維持下去，分布式能源交易有著交易頻率高交易電能少的特點，如采用PoW共識機制將會造成巨大的能源浪費，直至耗電超過記錄交易所產生的收益，自由節點會退出維護公鏈網絡，50%算力閾值將很快被惡意節點所打破造成嚴重的用戶財產損失。

PBFT算法同樣是常用的一種共識算法，在保證可用性和安全性的前提下能容忍最多(n-1)/3的容錯性，因此為了保證PBFT算法的運算結果正確，總結點數n與惡意節點數目f的關系應為n> 3f，其有通信復雜度過高拓展性較低的特點，該共識算法并不適配于公有鏈節點多的特性，多用于聯盟鏈和私有鏈共識算法使用。

PoET算法即每個節點都要從一個enclave中隨機獲取等待時間，其中enclave通過新型安全CPU指令來實現，驗證其節點確實使用了該等待時間且等待了規定時間后，等待時間最短的最先發布塊，其雖然可以然而必須使用特定的硬件，不利于大規模采用。

PoX中采用了矩陣運算來代替PoW中找隨機數來獲得工作量證明，其優點是不再進行無意義運算，缺點仍是吞吐量小，以及其運算可解決特定的科學問題，但難以和現實之間的任務結合。

PoA是一種基于聲譽的共識算法，其交易速度快，交易成本低，被選為區塊鏈的驗證者是基于個人的聲譽，其缺點在于鏈上必須實名驗證身份簽署法律文件，權威節點資格只能是美國人。DPoS機制里通過選舉產生有投票權代表節點，類似于“董事會”，通過少量的代表結點對新產生區塊做共識驗證，可縮短節點之間達到共識時間，提高交易吞吐量。本系統主鏈基于共識機制為DPoS的聯盟鏈，可快速同步各從鏈上的交易信息哈希值，解決從鏈的安全性問題。

3.2.1 PoUW算法

本系統根據分布式能源交易特點專為從鏈設計出一種PoUW共識算法。表5是PoUW共識算法與常見的幾種共識算法性能對比。

表5 PoUW與常見的共識算法性能對比Table 5 Performance comparison between PoUW and common consensus algorithms

表中的PoUW相對于常見的共識算法在延時和吞吐量上有所欠缺，因此本文采用主從多鏈的交易方式彌補該缺點，增大吞吐量，而從鏈根據地域IP地址劃分，可縮小共識范圍，即減小了各個節點到達共識的延時。同時PoUW算法有著良好的擴展性以及更好的去中心化。

PoUW共識算法即為從鏈每個節點分配計算任務，計算該片區從鏈上交易各方拍賣博弈結果，優化目標為雙方利潤最大值以及交易率，約束為線路最大承載功率。智能合約通過動態調整優化目標值可以控制產出塊的速度，避免頻繁出現分叉問題，在初次匹配成功后對所有線路進行安全性校驗，使用阻塞價格調整法進行阻塞管理[23]，將對阻塞線路中有貢獻的交易方改變其交易價格，重新匹配。將阻塞價格的初始值設置為0。

更新阻塞價格算法為：

(1)

式中：vij為阻塞價格，初始值設置為0；L為阻塞線路集合；Plmax是線路l所能承擔功率值的上限；Pl則為實際計算后的線路實際功率，即在阻塞情況下Pl>Plmax；α為阻塞價格更新參數，根據實際需要動態調整。

發電者和購電者雙方博弈的目標皆為追求自身經濟利益最大化，假設電網需要搶占交易市場，則電網博弈目標應為交易率，可設置為用戶交易率或電量交易率，在此設置為電量交易率。在實際應用中發電者購電者可能同時考慮其他外部性因素，如電壓穩定性等，本匹配算法暫不考慮。

發電利潤為:

(2)

式中：pi為發電者報價；ai、bi為系數;tij為發電者i與購電者j之間的交易量；ωij為交易tij需分擔的網損；λij為交易需支付的輸電費用；vij為交易阻塞價格。

發電者售出價格調整方法為：

pj(k+1)=pj(k)+βj(Dj/Gj-1)

(3)

式中：βj為每個發電者的電價更新系數；Dj為市場需求電量；Gj為實際發電量。

發電者實際發電量的調整方法為：

(4)

式中：cj為系數；χi(k)為上周期單位電量增加所帶來的發電者的損耗，可理解為上一時刻發電者本身發電所耗單位電量成本。

購電者的利潤為：

(5)

式中：dj為購電者收益相關系數。

電網所求交易率為:

(6)

式中：Gi是節點實際發電量；Dj是節點實際用電量。

計算任務即為在迭代求各方利潤最大值交易矩陣收斂后，保證η>p，p為智能合約設置的交易率閾值，存儲在區塊頭字段target中，通過控制其大小改變產出塊的速度。該迭代算法運行在各個從鏈節點中，將交易時間片τ設置為10 min，即每次匹配只考慮10 min以內的所有交易信息，同時匹配結果將在真實交易發生前兩個時間片決定。其完整流程如圖4所示。

圖4 計算任務流程Fig.4 Flow chart of calculation task

該算法具有動態更新任務復雜度以及最優化交易匹配的特點。其優點在于可以自適應調整發電者的定價以及所發的電量使得利潤最大化，同時對潮流越限問題使用阻塞價格來使得匹配算法智能調整交易矩陣，完成交易。同時在自定義匹配交易率等方面有所創新。

3.2.2 算例分析

5節點系統網絡連接如圖5所示。該算例包括3個發電機即生產者，兩個購電者即消費者，生產者節點為1、2、3，消費者節點為4、5，將阻塞價格設為0，其與系數皆為默認值，假設一個交易τ內發電量頂格為40 kW·h。

圖5 5節點系統網絡連接圖Fig.5 Diagram of 5-node power system

運行在聯盟鏈節點的智能合約收到分片交易信息之后，將交易信息發送至該片區每一個計算節點，節點在收到交易信息后開始進行交易任務的計算。

片區內的計算節點按如上公式不斷迭代，最終達成如下交易量矩陣：

(7)

此時針對鏈路進行安全性校驗，將計算結果發至主鏈節點。全局交易線路功率為表6所示。

表6 線路功率Table 6 Power of lines

經過實際線路功率驗證，發現不符合安全性校驗，根據阻塞價格公式，調整各線路阻塞價格，將新的阻塞價格分發至所有節點，所有節點重新計算交易矩陣，最終生成交易矩陣為：

(8)

最先生成交易矩陣的節點獲得從鏈中本次交易的打包權，交易計算結果矩陣由其發至主鏈節點，主鏈節點中智能合約驗證本次交易矩陣是否符合安全校驗，主鏈節點僅對交易矩陣安全校驗，不對交易率進行任何計算。對不符合校驗的結果矩陣有否決權，在收到主鏈節點校驗正確的信息之后，從鏈中獲得打包權的節點將會把主鏈的同意信息以及該區塊交易信息進行廣播，其余從鏈中的節點驗證交易率大于設置的交易率后一起將該交易在從鏈各個節點中達到共識，則該交易達成，交易信息寫入各個從鏈節點區塊中，同時記錄交易信息塊的哈希寫入主鏈節點。從鏈記賬節點本質上滿足了交易矩陣在主鏈上的安全性校驗以及從鏈節點的交易率驗證兩個約束。

同時主鏈節點將會采用DPoS機制選取出記賬節點，即根據網絡規模從主鏈節點投票選取出10～100個記賬節點，這些節點負責出塊來記錄各個從鏈的交易哈希，用作從鏈交易驗證。記賬節點的電力交易則會獲取一定的過網費減免，同時投記賬節點票的主鏈節點會獲取一定比例的過網費減免。

如從鏈中有用戶指定跨鏈交易，在符合安全性校驗后，由購電者指定目的錢包地址，從鏈中購電者用戶首先和主鏈進行“交易”，之后主鏈再和目的錢包進行”交易”，此時將一筆交易信息同時寫入主鏈和從鏈，即完成了一筆跨鏈交易。

部署一套同樣的節點，記為分片2。實驗一為兩個網絡分片1和分片2同時交易，實驗二為分片1與分片2 合并成一個交易網絡進行交易，結果明顯實驗一的收斂時間小于實驗二，最終交易率都滿足設定交易率。

可見分片交易可以提升交易速度，同時通過主鏈系統上運行的智能合約調整阻塞價格，系統可動態改變匹配關系，進行自適應調整交易線路。此時主鏈中并不掌握全局用戶交易實時信息，而是通過感知全局鏈路實際功率調整阻塞價格，更加地去中心化，可獲得用戶的信任。

4 結 論

在分布式能源交易需求不斷增加的大環境下，本文提出的基于主從分片區塊鏈的分布式能源交易系統和方法，交易系統采用去中心化結構，利用區塊鏈的不可篡改性以及智能合約技術，融入智能電表進行電量管理，實現了全網節點自動對交易信息進行維護以及資金的自動轉移，在已有工作的基礎上實現了交易速度和去中心化的完美結合，同時考慮了激勵政策，充分調動自由節點的積極性，在實際應用中有更強的可行性。本文針對從鏈采用的有用工作量機制，同樣可以擴展至物流以及其他需要計算力去規劃的行業，同樣針對分布式能源交易地理位置臨近收益更高提出了劃片交易，提高了交易效率，契合了市場需要。

本文仍有后續問題需要探索，如針對交易的隱私問題處理[24]，能源交易不同于比特幣交易，天然擁有很強的匿名性，能源交易計算匹配過程中須計算過網費以及避免阻塞管理，節點中保存的交易信息為公開的易被泄露從而推算出用戶地理位置以及生活狀態。如何使用戶在分布式能源中的交易既透明、公平、可信，同時擁有很強的匿名性，在全面加強個人隱私保護的今天是非常值得探究的問題。