基于區(qū)塊鏈技術(shù)的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)研究

陳俊鵬

摘要：近年來隨著智能科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，在各行各業(yè)都有了進(jìn)一步深入研究，而汽車領(lǐng)域也不例外，目前電動汽車在市場中的占比越來越高。在電動汽車領(lǐng)域，由于市場認(rèn)可度的越來越高，因此對電動汽車也提出了更高的要求，人們對于電動汽車的性能以及運(yùn)行情況有了自己的需求。與此同時(shí)，對于電動汽車充電樁的研究也更加深入，在充電樁的運(yùn)行與維護(hù)過程中系統(tǒng)是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對于電動汽車能否平衡運(yùn)行中有重要影響。我們以此為基礎(chǔ)，以區(qū)塊鏈技術(shù)為研究核心對充電樁的運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，希望以此可以利用全新的區(qū)塊鏈技術(shù)為充電樁運(yùn)維系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)與實(shí)施，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：電動汽車;充電樁;區(qū)塊鏈技術(shù);運(yùn)維系統(tǒng)

隨著汽車領(lǐng)域的不斷發(fā)展，新能源汽車與電動汽車逐漸成為汽車行業(yè)的發(fā)展新潮流，在汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展過程中，利用純電驅(qū)動汽車是未來的發(fā)展方向，在發(fā)展過程中充電樁是否符合相關(guān)需求標(biāo)準(zhǔn)，能不能支持汽車完成純電驅(qū)動，對于未來汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

總而言之，充電樁是電動汽車進(jìn)一步深入研究與廣泛推廣的重要基礎(chǔ)設(shè)施。在目前的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)內(nèi)部，不僅包含對充電樁此時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控觀察，同時(shí)還包含對充電樁設(shè)備計(jì)量精度的測定與安全性能的檢查，與相關(guān)監(jiān)管部門的數(shù)據(jù)溝通情況以及補(bǔ)貼是否發(fā)放等環(huán)節(jié)。因此在充電樁運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，不僅涉及到與充電樁設(shè)備，還涉及到對應(yīng)的運(yùn)維機(jī)構(gòu)、配電機(jī)構(gòu)、售電機(jī)構(gòu)、檢定機(jī)構(gòu)以及相關(guān)部門等多個(gè)方面的共同配合。由此可知，要想使得充電樁更加符合時(shí)代發(fā)展需求，具有運(yùn)行可靠并且成本運(yùn)行較低的特點(diǎn)，那么必須綜合多方面的協(xié)作能力，從而使得管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可信性有所提高，有利于電動汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

一、區(qū)塊鏈基本原理

（一）區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種全新的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，近些年來受到學(xué)者們的重視，具體而言，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在組合過程中需要按照時(shí)間順序?yàn)榛A(chǔ)，將不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊以順序的方式相連進(jìn)行組合，并且通過密碼學(xué)為基礎(chǔ)，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，形成分布式賬本。在形成分布式賬本的過程中，區(qū)塊鏈具有較為特殊的特征，工作人員不能按照自己的意愿對數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改，也不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行偽造。

除此之外，從廣義范圍而言，區(qū)塊鏈需要利用自身的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對目前的數(shù)據(jù)存儲情況進(jìn)行驗(yàn)證與記錄，同時(shí)利用相關(guān)的算法最終形成數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，利用全新的編程方式形成計(jì)算范式。

（二）數(shù)字簽名

根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)可知，該技術(shù)在記錄與傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，主要是以鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)完成操作的，因此這種非對稱的加密方式也被稱為數(shù)字簽名。數(shù)據(jù)簽名的具體技術(shù)原理如下圖1所示。

在圖1中，首先掌握原始數(shù)據(jù)的發(fā)送方，要通過對應(yīng)的函數(shù)計(jì)算方法

總結(jié)出數(shù)字摘要，并且利用非對稱的加密私鑰對所總結(jié)出的數(shù)字摘要進(jìn)行進(jìn)一步加密，最終形成數(shù)字簽名。對于這些方而言，在收到數(shù)字簽名數(shù)據(jù)后，首先需要應(yīng)用公鑰進(jìn)行解密，獲得數(shù)字摘要值，并且利用哈希值進(jìn)行驗(yàn)證，如果一致時(shí)，那么數(shù)字簽名則為正確。

（三）共識機(jī)制

通過查閱相關(guān)文件可知，在區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部中，想要完成數(shù)據(jù)的存儲操作，那么系統(tǒng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)必須共同參與工作。總而言之，要想使得系統(tǒng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)共同存有同樣的數(shù)據(jù)，并且保證正確性，那么必須利用共識機(jī)制。

在應(yīng)用共識機(jī)制的過程中，以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心的系統(tǒng)具有。去中心化、不可篡改、可追溯、可靠性較高的特質(zhì)。我們以去中心化特征與不可篡改特征為例，進(jìn)行詳細(xì)討論。

首先，通過相關(guān)文獻(xiàn)可知，在區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)都為具有對等性的節(jié)點(diǎn)，因此在對數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送、存儲、接收的過程中，對等節(jié)點(diǎn)之間都是平等的，因此具有去中心化的特征。

其次，節(jié)點(diǎn)還具有不能隨意篡改的特征，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)都需要參與到數(shù)據(jù)的存儲與維護(hù)流程中來。在數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)工作人員的驗(yàn)證后，會經(jīng)過共識機(jī)制被寫入到區(qū)塊系統(tǒng)之中，在系統(tǒng)內(nèi)部通過哈希函數(shù)對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，這時(shí)無論是哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)都沒有辦法對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，這使得系統(tǒng)的可靠性有所提升加大了工作人員或者惡意攻擊者，想要偽造數(shù)據(jù)、篡改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)的操作難度。

二、基于區(qū)塊鏈的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)

在充電樁運(yùn)維系統(tǒng)中，其構(gòu)成主體較為復(fù)雜，共包含多個(gè)方面，其中包含充電樁、現(xiàn)場檢測箱、充電站，除此之外還包含檢定機(jī)構(gòu)與運(yùn)維機(jī)構(gòu)以及監(jiān)管部門等多個(gè)方面。總體而言，以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)可呈現(xiàn)出三個(gè)具體特征，分別為分布性較高、主體較多、可靠性與可信度較高。

首先，該充電樁運(yùn)維系統(tǒng)具有較高的分布性，由于綜合因素的影響，充電樁的分布位置較為復(fù)雜，需要根據(jù)當(dāng)?shù)爻鞘械娜丝诿芏纫约暗乩砦恢门c交通情況等因素進(jìn)行綜合考量，最終確定充電樁的設(shè)定位置。由于大多數(shù)充電樁的設(shè)置屬于分散性，因此在進(jìn)行統(tǒng)一管理時(shí)具有較高的難度。

其次，充電樁運(yùn)維系統(tǒng)的主體較多，因此具有多主體性。上述提到在充電樁的運(yùn)維系統(tǒng)中所包含的主體較多，因此該系統(tǒng)也可被稱為多邊利益系統(tǒng)，在進(jìn)行統(tǒng)一管理時(shí)需要利用中心化管理方式形成利益平衡，但是該平臺的管理難度較大，需要進(jìn)一步探討。

最后，充電樁運(yùn)維系統(tǒng)具有較高的可靠性與可靠性。在充電樁系統(tǒng)的

運(yùn)行與維護(hù)過程中，所涉及到的利益主體相對較多，因此只有各地主體進(jìn)行協(xié)作時(shí)，才能顯現(xiàn)出較好的最終效果，這時(shí)保持環(huán)境高度互信是必要的。以計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)與配電公司以及充電方三者之間的可信性關(guān)系為例，再進(jìn)行寫作的過程中，必須保持較高的信任度，同時(shí)利用可行性關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作與補(bǔ)貼發(fā)放工作，最終呈現(xiàn)的效果與三者之間的寫作程度是分不開的。

（二）系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)架

在充電樁運(yùn)維系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)架過程中，需要以區(qū)塊鏈技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義為基礎(chǔ)，對多個(gè)影響因素進(jìn)行綜合性考量分析，從而決定系統(tǒng)構(gòu)架。其中包括鏈?zhǔn)竭x型、共識機(jī)制以及節(jié)點(diǎn)布置三個(gè)方面。本文從鏈?zhǔn)竭x型以及點(diǎn)布置兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

首先，鏈?zhǔn)竭x型需要根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)范圍與節(jié)點(diǎn)的特征，為參考依據(jù)進(jìn)行考量，區(qū)塊鏈可根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分為公有鏈、私有鏈與聯(lián)盟鏈三種。

比特幣系統(tǒng)是典型的共享鏈，開放性最強(qiáng)。任何個(gè)人或組織都可以未經(jīng)授權(quán)自由加入或離開公共鏈系統(tǒng)。這是一個(gè)完全意義上的分散的區(qū)塊鏈。一般通過數(shù)字加密和算法激勵機(jī)制，在完全陌生的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建立非最終一致性的共識。由于共享鏈允許基于PoW的匿名參與和共識機(jī)制，在安全性、效率和隱私性等方面存在問題，不適合充電樁運(yùn)維系統(tǒng)。

為了保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可移植性，在設(shè)計(jì)過程中必須考慮每一個(gè)細(xì)節(jié)。質(zhì)量是決定產(chǎn)品便攜性的重要因素。材料的選擇是基于保證其功能的充分實(shí)現(xiàn)，材料越輕越容易攜帶。體積是決定便攜性的另一個(gè)重要因素。對于體積比較大的產(chǎn)品，折疊設(shè)計(jì)可以縮小體積。設(shè)計(jì)要簡潔，這樣不僅可以大大降低產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以減少產(chǎn)品的體積。

聯(lián)盟鏈?zhǔn)墙橛诠蚕礞満退接墟溨g的第三鏈結(jié)構(gòu)，通常用于身份相互已知的組織之間。記賬等核心功能由特定的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)完成，其他外部節(jié)點(diǎn)只能提供和查詢與自身相關(guān)的本地信息。與公鏈相比，聯(lián)盟鏈的效率大大提高，同時(shí)具有更好的安全性和隱私保護(hù)性能，不需要令牌激勵，在信息確認(rèn)同步和安全性方面明顯優(yōu)于公鏈。與私鏈相比，其靈活性大大提高，便于充電樁和現(xiàn)場巡檢箱的靈活進(jìn)出，適用于充電樁運(yùn)維場景。

其次，從節(jié)點(diǎn)布置方面出發(fā)，進(jìn)行綜合考量是十分必要的。在以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)具有不可忽視的作用，節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié)不僅可以發(fā)送數(shù)據(jù)，還可以加密數(shù)據(jù)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)。與此同時(shí)節(jié)點(diǎn)還承擔(dān)著管理系統(tǒng)的重要任務(wù)，因此對于節(jié)點(diǎn)布置的重要性不言而喻。在區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)中，無論是哪一網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都是處于平等地位的節(jié)點(diǎn)，所擁有的權(quán)限與所發(fā)揮的功能在理論上是完全相同的。但是在實(shí)際的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)中，由于節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用特征以及運(yùn)算能力存在著差異性，因此可根據(jù)節(jié)點(diǎn)所發(fā)揮的功能，將系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分為兩個(gè)類型，分別為完全節(jié)點(diǎn)與不完全節(jié)點(diǎn)。

完全節(jié)點(diǎn)也可被稱為標(biāo)準(zhǔn)化的區(qū)塊鏈技術(shù)節(jié)點(diǎn)，該類型節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行同步與記賬功能，與此同時(shí)還具備共識的特性。在以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)中，完全節(jié)點(diǎn)角色有4個(gè)方面承擔(dān)，分別為運(yùn)維機(jī)構(gòu)、配電公司、檢定機(jī)構(gòu)與監(jiān)管部門。

在充電中的運(yùn)維系統(tǒng)中，不完全節(jié)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)類型之一，主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)與傳輸數(shù)據(jù)與完全節(jié)點(diǎn)不同，其完全不能發(fā)揮完全節(jié)點(diǎn)的功能，而是具有簡化認(rèn)證協(xié)議的獨(dú)特功能。總而言之，在充電樁運(yùn)維系統(tǒng)中，以區(qū)塊鏈為核心的節(jié)點(diǎn)布置，具有重要意義，具體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置示意如下圖2所示。

（三）系統(tǒng)功能構(gòu)架

通過對充電樁運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行層次化分析，可知該系統(tǒng)可分為三個(gè)層次，分別為數(shù)據(jù)接口層、服務(wù)層與管理層，具體的層次構(gòu)圖如下圖3所示。

圖3充電樁運(yùn)維系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

具體而言，三個(gè)層次具有自身不同的功能與服務(wù)特點(diǎn)。首先服務(wù)層主要是提供具體服務(wù)的所提供的服務(wù)，包含功功能側(cè)方面、區(qū)塊鏈側(cè)方面、通信側(cè)方面三個(gè)具體部分。

而管理層需要為充電樁運(yùn)維系統(tǒng)提供整體性服務(wù)，主要包含：

對充電樁運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用層面的各項(xiàng)操作進(jìn)行管理，尤其是注冊與現(xiàn)場檢測等方面進(jìn)行把控;對充電樁的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行授權(quán)管理，對充電樁的不同業(yè)務(wù)直接認(rèn)證管理;對智能電網(wǎng)中區(qū)塊鏈模塊或者電動汽車區(qū)塊鏈模塊的跨鏈情況進(jìn)行管理;對充電樁的充電情況、維修與保護(hù)情況、檢定情況進(jìn)行管理等。

三、結(jié)束語

綜上所述，充電樁應(yīng)用系統(tǒng)在電動汽車行業(yè)的發(fā)展過程中起到重要影響作用，因此必須加大對充電樁運(yùn)維系統(tǒng)的研究力度，根據(jù)通過這些事件所具備的分布性較高、主體較多、可行性較高等特點(diǎn)進(jìn)行深入研究。本文以此為基礎(chǔ)，對利用區(qū)塊鏈技術(shù)為核心基礎(chǔ)的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行深入探究，對區(qū)塊鏈技術(shù)原理在該運(yùn)維系統(tǒng)中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析，深入研究聯(lián)盟結(jié)構(gòu)以及共識機(jī)制等多個(gè)方面的詳細(xì)功能與環(huán)節(jié)操作，對于以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心基礎(chǔ)的充電樁運(yùn)維系統(tǒng)去中心化相關(guān)管理模式進(jìn)行探討，希望可以對充電樁運(yùn)維系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈技術(shù)后如何更好的完成運(yùn)行操作與實(shí)施過程提供一定程度的理論參考。

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