基于區(qū)塊鏈的共享充電樁安全監(jiān)管方案

摘 要： 共享充電樁可緩解當(dāng)前電車充電難的現(xiàn)狀。然而，基于第三方平臺(tái)的共享充電樁平臺(tái)面臨著信任問(wèn)題；而基于區(qū)塊鏈的共享充電樁平臺(tái)雖可提供信任環(huán)境，但缺乏對(duì)用戶、樁主、充電量等信息核查。為解決以上問(wèn)題，提出了一種基于區(qū)塊鏈的共享充電樁安全監(jiān)管方案。該方案通過(guò)基于雙鏈的共享充電信任模型，安全地存儲(chǔ)用戶、樁主或運(yùn)營(yíng)商的關(guān)鍵信息，并在該模型上設(shè)計(jì)穿透式監(jiān)管方案，向上核查用戶、樁主或運(yùn)營(yíng)商的身份，向下核查充電量、充電速度等信息正確性。實(shí)驗(yàn)評(píng)估表明，該方案能夠以不大的開(kāi)銷提高平臺(tái)的安全性。

關(guān)鍵詞： 區(qū)塊鏈； 智能合約； 共享充電； 穿透式監(jiān)管； 層次分析法

中圖分類號(hào)： TP393"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-3695（2022）05-006-1319-05

doi：10.19734/j.issn.1001-3695.2021.10.0425

Security supervision scheme of shared charging pile based on blockchain

Liu Huixia， Li Lingling

（Henan Police College， Zhengzhou 450046， China）

Abstract： Sharing charging piles can alleviate the current situation of difficult charging of electric vehicles.However，the shared charging pile platforms based on the third-party platform face the problem of trust； although shared charging pile platforms based on the blockchain can provide a trust environment，these platforms lack verification of users，pile owners，charging capacity and other information.In order to solve the above problems，this paper proposed a security supervision scheme of shared charging pile based on blockchain.The scheme could securely store the key information of users，pile owners or operators through the shared charging trust model based on double chain.It designed a penetrating supervision scheme on the model to check the identity of users，pile owners or operators upward and the correctness of information such as charging capacity and charging speed downward.Experimental evaluation shows that the proposed scheme can improve the security of the platform with a small overhead.

Key words： blockchain； smart contract； shared charging； penetrating supervision； analytic hierarchy process

隨著人口增加和空氣污染日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車作為出行工具被認(rèn)為是減少車輛交通對(duì)環(huán)境污染的戰(zhàn)略選擇。中共中央《十四五規(guī)劃建議》中也提出了統(tǒng)籌推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和加快推動(dòng)綠色低碳發(fā)展的建議，表明了國(guó)家對(duì)發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大力支持。2020年，中央明確提出將充電樁作為國(guó)家“新基建”七大領(lǐng)域之一，預(yù)計(jì)政府將投資100億元左右建設(shè)充電樁。據(jù)國(guó)際能源署測(cè)算，2030年全球私人充電樁保有量將達(dá)到12 800萬(wàn)～24 500萬(wàn)臺(tái)；全球公共充電樁保有量預(yù)計(jì)達(dá)1 000萬(wàn)～2 000萬(wàn)臺(tái)［2］。電動(dòng)汽車在高速發(fā)展的同時(shí)，充電難的現(xiàn)象也層出不窮［1］。按照公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2019年底，目前樁車比約為1：3，充電樁的缺口仍舊很大。電動(dòng)汽車用戶存在找樁難的問(wèn)題，用戶APP無(wú)法獲得充電樁的動(dòng)態(tài)信息，難以搜索到分屬各個(gè)企業(yè)或多個(gè)充電運(yùn)營(yíng)商的充電樁，不同運(yùn)營(yíng)商有不同的APP，行業(yè)內(nèi)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通；私人充電樁難以“落戶”，必須征得物業(yè)的同意，即使安裝私人充電樁，也存在充電車位被燃油車長(zhǎng)時(shí)間占用的情況。私人充電樁閑置率很高，一般白天充電樁和車位均屬于閑置狀態(tài)。

綜上來(lái)看，如何有效提高充電樁的使用效率，是面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。共享充電樁提升充電樁利用率，可緩解當(dāng)前電車充電難的現(xiàn)狀。然而，現(xiàn)有第三方平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息共享或計(jì)價(jià)時(shí)，面臨著充電樁運(yùn)營(yíng)商或用戶對(duì)第三方平臺(tái)的信任問(wèn)題，例如第三方平臺(tái)計(jì)價(jià)不透明，收取高比例的交易傭金，或被攻擊造成充電運(yùn)營(yíng)商和用戶的利益損失等問(wèn)題［3］。

區(qū)塊鏈作為一個(gè)分布式可信賬本，涉及不同利益體之間的交互，適合于解決不同利益體之間的信任問(wèn)題，或者作為一個(gè)第三方可信平臺(tái)用來(lái)解決用戶對(duì)平臺(tái)的信任問(wèn)題［4～6］。目前，區(qū)塊鏈主要用于解決公平計(jì)價(jià)［7～9］、電車認(rèn)證［10～12］問(wèn)題，較少考慮使用區(qū)塊鏈構(gòu)建私樁樁主、公共充電樁、各充電運(yùn)營(yíng)商、電車用戶等多方共建的信息共享方案。即使采用區(qū)塊鏈提供多方信任的共享充電環(huán)境，但現(xiàn)有區(qū)塊鏈的交易方案大多只能核查交易記錄，缺乏對(duì)用戶、樁主等信息的核查，以及對(duì)充電量、充電速度等交易詳情核查，而導(dǎo)致當(dāng)前的充電體系安全性不高，給充電用戶帶來(lái)利益方面的損失［13］。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了一種基于區(qū)塊鏈的共享充電樁安全監(jiān)管方案。該監(jiān)管方案通過(guò)基于雙鏈的共享充電模型，安全地存儲(chǔ)用戶、樁主或運(yùn)營(yíng)商的關(guān)鍵信息，通過(guò)認(rèn)證合約構(gòu)建交易雙方的信任關(guān)系；并在該共享充電模型上設(shè)計(jì)穿透式監(jiān)管方案，向上核查用戶、充電樁、樁主或運(yùn)營(yíng)商的身份，向下核查充電交易中充電量、充電速度和價(jià)格詳情信息正確性。

1 相關(guān)工作

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到電車充電已經(jīng)成為熱點(diǎn)，主要集中在充電定價(jià)、電車認(rèn)證方面。在充電定價(jià)方面，文獻(xiàn)［7］提出利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)公用充電樁計(jì)費(fèi)的透明化和信任化。Pustiek等人［8］針對(duì)多充電服務(wù)提供商問(wèn)題，提出了根據(jù)電車到充電站距離和充電價(jià)格來(lái)自動(dòng)選擇充電站，同時(shí)保證可信性和隱私性。Kang等人［9］使用聯(lián)盟鏈設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車之間的充放電交易，采用迭代雙拍賣機(jī)制確定電動(dòng)汽車的電價(jià)和交易電量，設(shè)立了本地聚合器來(lái)充當(dāng)服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

另一些研究人員開(kāi)展了電車認(rèn)證的研究。Huang等人［10］提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電動(dòng)車和充電樁安全管理模型，利用區(qū)塊鏈生態(tài)中的閃電網(wǎng)絡(luò)和智能合約構(gòu)建安全模型，用該安全模型與現(xiàn)有的調(diào)度機(jī)制來(lái)增強(qiáng)認(rèn)證和交易過(guò)程的安全性。Jeong等人［11］提出了一種基于區(qū)塊鏈的電動(dòng)汽車認(rèn)證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，通過(guò)使用區(qū)塊鏈智能合約防止當(dāng)前不信任的基于硬件的計(jì)費(fèi)儀表出現(xiàn)問(wèn)題。Su等人［12］提出了一種基于智能合約的能源區(qū)塊鏈，通過(guò)執(zhí)行智能合約設(shè)置電動(dòng)汽車用戶與分布式能源運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行交易，并實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的安全充電服務(wù)。

區(qū)塊鏈監(jiān)管的研究也逐漸受到關(guān)注。Sun等人［14］提出了一種針對(duì)數(shù)字貨幣的區(qū)塊鏈模型，通過(guò)設(shè)計(jì)鏈內(nèi)、跨鏈等多種協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交易過(guò)程的監(jiān)管。Pan等人［15］提出在區(qū)塊鏈中建立多人通道，并引入監(jiān)管節(jié)點(diǎn)處理通道內(nèi)的交易，通過(guò)繳納保證金及懲罰機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)交易的監(jiān)管。葛鐘慧等人［16］將多人通道交易擴(kuò)展至跨通道交易，有效降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)管下安全的鏈下支付。以上研究大多考慮交易的監(jiān)管，沒(méi)有對(duì)參與方、交易物品或服務(wù)的監(jiān)管，也沒(méi)有針對(duì)電車充電的監(jiān)管方案。

關(guān)于平臺(tái)安全性評(píng)估也有一些研究工作。李偉明等人［17］對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的威脅、攻擊進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的評(píng)估分析，通過(guò)使用隱馬爾可夫模型闡述了系統(tǒng)的可靠性、可生存性和安全性。Dreyling等人［18］針對(duì)電子服務(wù)領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)建立信息風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估模型來(lái)實(shí)施安全性評(píng)估。雷柯楠等人［19］建立了全面的評(píng)估系統(tǒng)，運(yùn)用層次分析法實(shí)現(xiàn)了漏洞類型的分析量化。雖然以上工作可以對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定性、定量的分析，但缺少適用于區(qū)塊鏈平臺(tái)安全性的評(píng)估方案。

與以上工作不同，本文給出了基于區(qū)塊鏈的平臺(tái)的穿透式監(jiān)管方案，并能夠?qū)ζ脚_(tái)的安全性進(jìn)行量化評(píng)估。

2 基于區(qū)塊鏈的共享充電模型

針對(duì)當(dāng)前情況下汽車共享充電體系中存在的一些問(wèn)題，如私有充電樁資源浪費(fèi)嚴(yán)重、運(yùn)營(yíng)商與充電樁樁主無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)等一系列問(wèn)題，本文提出了一套基于雙鏈的共享充電模型，聯(lián)盟鏈作為整個(gè)模型的核心，加密存儲(chǔ)充電過(guò)程中產(chǎn)生的信息并部署認(rèn)證合約、監(jiān)管合約等一系列智能合約。公有鏈作為模型的底層，鏈上保存聯(lián)盟鏈數(shù)據(jù)的信息摘要，對(duì)涉及到的信息作進(jìn)一步存儲(chǔ)。監(jiān)管過(guò)程主要針對(duì)聯(lián)盟鏈。

2.1 模型設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈按照參與節(jié)點(diǎn)數(shù)量及結(jié)構(gòu)可分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈三種。其中，私有鏈完全私有，只適用于特定的群體內(nèi)部進(jìn)行交易，與面向大眾的共享充電體系相差較大。公有鏈則完全公開(kāi)，雖然其匿名性在一定程度上可以保護(hù)用戶隱私等問(wèn)題，但針對(duì)公有鏈進(jìn)行監(jiān)管卻十分困難。因此，聯(lián)盟鏈與共享充電體系的相容性最好。

設(shè)計(jì)雙鏈結(jié)構(gòu)，聯(lián)盟鏈中加密存儲(chǔ)完整的用戶和樁主信息、充電交易記錄、服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)信息、充電請(qǐng)求和競(jìng)價(jià)承諾等信息。聯(lián)盟鏈用戶為有限的第三方用戶，實(shí)現(xiàn)了交易的私密性。鏈上保存的數(shù)據(jù)經(jīng)加密后實(shí)現(xiàn)了保密性，同時(shí)也為追溯環(huán)節(jié)提供了可能性。聯(lián)盟鏈內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間的通信使用加密信道，防止通信明文傳輸完整交易時(shí)造成信息的泄露。為了充分發(fā)揮區(qū)塊鏈去中心化的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)聯(lián)盟鏈可信性不足的問(wèn)題，特引入公有鏈，建立聯(lián)盟鏈—公有鏈的雙鏈體系。

將聯(lián)盟鏈區(qū)塊摘要存儲(chǔ)在公有鏈中，作為公開(kāi)可信的驗(yàn)證交易的憑據(jù)，擴(kuò)大了共享充電體系參與程度，也增加了交易的見(jiàn)證群體，保證了聯(lián)盟鏈中數(shù)據(jù)的可信性。另外，聯(lián)盟鏈將數(shù)據(jù)摘要存儲(chǔ)在公有鏈中，還能防止聯(lián)盟鏈成員串通對(duì)消息進(jìn)行竄改。這里充分利用了公有鏈在結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)點(diǎn)，方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展，促使多方參與到共享充電體系的維護(hù)中。

模型如圖1所示，在此汽車共享充電體系開(kāi)始時(shí)，用戶和樁主要先在管理平臺(tái)上進(jìn)行注冊(cè)。同時(shí)用戶可以選擇進(jìn)行充值操作，樁主注冊(cè)時(shí)要同時(shí)將充電樁信息一并登記。管理平臺(tái)再將這些信息整理后寫入聯(lián)盟鏈中。

充電流程如下：首先用戶向共享充電平臺(tái)發(fā)出查詢充電樁的請(qǐng)求，平臺(tái)接收到該請(qǐng)求后與自身緩存的充電樁信息進(jìn)行對(duì)比，為用戶提供可用的充電樁信息；用戶從這些信息中篩選出最優(yōu)的充電樁，向管理平臺(tái)發(fā)起預(yù)約，以保證充電樁獨(dú)占；平臺(tái)與樁主通信，實(shí)現(xiàn)預(yù)約確認(rèn)；樁主觸發(fā)認(rèn)證合約，合約運(yùn)行，同時(shí)給樁主發(fā)放電車認(rèn)證碼，給充電用戶發(fā)放充電樁認(rèn)證碼和服務(wù)令牌、收費(fèi)令牌；樁主將電車認(rèn)證碼發(fā)送給充電樁授權(quán)充電；充電樁通過(guò)電車用戶提供的充電樁認(rèn)證碼來(lái)確認(rèn)充電用戶即充電交易發(fā)起者、預(yù)約者，同理，充電用戶也通過(guò)充電樁反饋的電車認(rèn)證碼來(lái)確定該充電樁即為預(yù)約的充電樁；兩者進(jìn)行雙向的哈希認(rèn)證后，正式開(kāi)始充電過(guò)程；充電結(jié)束后，充電樁根據(jù)自身電表進(jìn)行扣費(fèi)，同時(shí)將自身部分緩存數(shù)據(jù)（電量記錄）發(fā)回給樁主，將此次充電交易記錄寫入聯(lián)盟鏈；樁主確認(rèn)信息無(wú)誤后將信息發(fā)回給管理平臺(tái)留做備用。

評(píng)價(jià)流程如下：充電用戶在結(jié)束充電后，可以將此次充電的評(píng)價(jià)信息發(fā)布至聯(lián)盟鏈；最后，聯(lián)盟鏈定期將數(shù)據(jù)摘要寫入公有鏈中。

2.2 存在的問(wèn)題

本文提出的共享充電體系可以有效避免私樁浪費(fèi)、無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)等一系列問(wèn)題。同時(shí)，仍存在著一些問(wèn)題是充電體系本身無(wú)法解決的，如冒充充電用戶進(jìn)行充電、偽造虛假充電記錄、系統(tǒng)顯示充電量虛高、不同用戶間差別化定價(jià)等。這些問(wèn)題可以通過(guò)有效的監(jiān)管來(lái)避免或解決。

3 穿透式監(jiān)管方案

區(qū)塊鏈因其匿名性、低成本的特性得到了飛速的發(fā)展，但任何科學(xué)技術(shù)都是雙刃劍，缺乏必要的監(jiān)管必然導(dǎo)致難以想象的后果。這就要求監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷探索新的監(jiān)管方案對(duì)現(xiàn)有的區(qū)塊鏈體系進(jìn)行監(jiān)管。穿透式監(jiān)管這一方法源自金融領(lǐng)域，最初指證監(jiān)機(jī)構(gòu)對(duì)項(xiàng)目資產(chǎn)管理的一種方法，包括對(duì)資產(chǎn)和資金兩方面的監(jiān)管。將此方法引入到對(duì)區(qū)塊鏈的監(jiān)管之中，是因?yàn)閮烧咧g存在著相似之處。兩者都有實(shí)體，即為向上穿透監(jiān)管的對(duì)象；同時(shí)，區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)與金融資金都是海量冗雜的。如果缺少必要的監(jiān)管，將會(huì)產(chǎn)生難以想象的后果。

本文以架設(shè)在區(qū)塊鏈雙鏈結(jié)構(gòu)上的一個(gè)汽車共享充電體系為例，提出了一種監(jiān)管區(qū)塊鏈交易的解決方案：使用穿透式監(jiān)管對(duì)汽車共享充電的參與各方和具體的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)管。穿透式監(jiān)管分為向上穿透核查和向下穿透核查兩部分，這兩部分分別對(duì)整個(gè)共享充電體系的實(shí)體和數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)管，以達(dá)到監(jiān)管效果的完整性和全面性。

3.1 向上穿透核查交易參與者

如圖2所示，由監(jiān)管機(jī)構(gòu)觸發(fā)監(jiān)管合約，主要目的是核查參與共享充電各方的信息情況。針對(duì)充電用戶，對(duì)比用戶注冊(cè)時(shí)管理平臺(tái)寫入聯(lián)盟鏈的信息和充電交易記錄中對(duì)應(yīng)的用戶信息，以核實(shí)確保用戶信息真實(shí)性。針對(duì)私樁樁主或運(yùn)營(yíng)商，對(duì)比注冊(cè)時(shí)管理平臺(tái)寫入聯(lián)盟鏈的信息和充電交易記錄中對(duì)應(yīng)的身份信息，以核實(shí)確保私樁樁主或運(yùn)營(yíng)商信息的真實(shí)性。針對(duì)充電樁，同樣將管理平臺(tái)寫入的信息與鏈上具體記錄中的編號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以確定該次充電交易是否真實(shí)發(fā)生。

編寫向上穿透式監(jiān)管合約，用來(lái)實(shí)現(xiàn)向上穿透式監(jiān)管中對(duì)充電用戶、樁主或運(yùn)營(yíng)商以及充電樁的核查，包括信息的對(duì)比，其偽代碼如算法1所示。算法1中的第1～3行描述了監(jiān)管合約調(diào)用區(qū)塊鏈平臺(tái)接口；第4～10行描述了讀取鏈上的用戶身份信息進(jìn)行核查的過(guò)程；第11～17行描述了讀取鏈上的樁主身份信息進(jìn)行核查的過(guò)程；第18～24行描述了讀取鏈上的充電樁信息進(jìn)行核查的過(guò)程。

算法1 SupervisionInformation

輸入：register_uid：register user id；register_oid：register user id；register_pid：register point id；

num：record charging num；CHARGE：get chain。

輸出：return the result of upward supervision （result）。

1 chain←ChainFactory.openChain（CHARGE）

2 entry←Chain.EQ（num）

3 num←entry.getString（num）

4 record_uid←num.getUid（uid）

5 if register_uid==record_uid then

6" user information is correct

7 else

8" user information is wrong

9" return

10 end if

11 record_oid←num.getOid（oid）

12 if register_oid==record_oid then

13" owner information is correct

14 else

15" owner information is wrong

16" return

17 end if

18 record_pid←num.getPid（pid）

19 if register_pid==record_pid then

20" point information is correct

21 else

22" point information is wrong

23 "return

24 end if

3.2 向下穿透核查交易數(shù)據(jù)

如圖3所示，向下穿透主要為了監(jiān)管充電交易過(guò)程中發(fā)生的具體數(shù)據(jù)信息，包括充電量、充電速度以及充電價(jià)格等。本文方案采用對(duì)比與計(jì)算相結(jié)合的方法，針對(duì)充電量，合約通過(guò)對(duì)比充電交易記錄中記錄的充電量與實(shí)際發(fā)生的充電量，以監(jiān)管確保充電量信息真實(shí)可靠。針對(duì)充電速度，合約通過(guò)審查充電交易記錄中的充電量數(shù)據(jù)和充電時(shí)長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算可以得出充電速度大小，將此速度與管理平臺(tái)中記錄的標(biāo)準(zhǔn)充電速度相比，得出最后的核查結(jié)果。針對(duì)充電價(jià)格，合約主要審查兩方面內(nèi)容：a）該充電樁定價(jià)是否過(guò)高，高于市場(chǎng)平均價(jià)格；b）差別化定價(jià)問(wèn)題，能夠在一定程度上保證充電價(jià)格穩(wěn)定。要核查充電價(jià)格，合約需要核查充電交易記錄中的充電量數(shù)據(jù)和用戶所繳費(fèi)用，簡(jiǎn)單計(jì)算后可得出充電價(jià)格。與管理平臺(tái)上記錄的標(biāo)準(zhǔn)充電價(jià)格對(duì)比，即可判定該充電樁是否定價(jià)過(guò)高。多條充電交易記錄中的信息之間互相對(duì)比，則可以得出是否差別化定價(jià)。

編寫向下穿透式監(jiān)管合約，用來(lái)實(shí)現(xiàn)向下穿透式監(jiān)管中對(duì)充電量、充電速度以及充電價(jià)格的核查，包括數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單計(jì)算與對(duì)比，其偽代碼如算法2所示。算法2中的第1～3行描述了監(jiān)管合約調(diào)用區(qū)塊鏈平臺(tái)接口；第4～14行描述了讀取交易記錄中的充電量信息進(jìn)行核查的過(guò)程；第15～22行描述了讀取充電時(shí)長(zhǎng)計(jì)算出充電速度，再核查充電速度的正確性的過(guò)程；第23～33行描述了讀取交易金額信息計(jì)算出單位時(shí)間的充電價(jià)格，再核查充電價(jià)格是否高于標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格的過(guò)程。

算法2 SupervisionCharging

輸入：register_uid：register user id；register_oid：register user id；register_pid：register point id；num：record charging num；CHARGE：get chain。

輸出：return the result of downward supervision （result）。

1 chain←ChainFactory.openChain（CHARGE）

2 entry←Chain.EQ（num）

3 num←entry.getString（num）

4 record_pid←num.getPid（pid）

5 record_capacity←num.getCapacity（capacity）

6 if register_pid==record_pid then

7" if register_capacity==record_capacity then

8" capacity is correct

9" else

10" capacity is wrong

11" return

12 end if

13 return

14 end if

15 record_time←num.getTime（time）

16 if register_pid==record_pid then

17 if register_speed gt; （record_capacity÷record_time） then

18" charging speed is lower than standard

19" return

20 end if

21 return

22 end if

23 reocrd_cost←num.getCost（cost）

24 if register_pid==record_pid then

25 if register_pricelt;（record_capacity÷record_time） then

26" charging price is more expensive than standard

27" return

28 end if

29 return

30 end if

31 if the price of different user is obvious different then differentiated pricing exists

32 return

33 end if

3.3 追溯環(huán)節(jié)

除了對(duì)區(qū)塊鏈進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)管，增加對(duì)區(qū)塊鏈的追溯環(huán)節(jié)也是監(jiān)管的一種有效方法。

追溯發(fā)起時(shí)，由聯(lián)盟鏈參與者發(fā)起對(duì)某項(xiàng)交易的追溯請(qǐng)求，全體成員投票決定是否執(zhí)行。同意發(fā)起追溯的節(jié)點(diǎn)將保存的秘密共享信息發(fā)送給聯(lián)盟鏈中的監(jiān)管節(jié)點(diǎn)，根據(jù)提供的交易編號(hào)，查找聯(lián)盟鏈中相匹配的交易，對(duì)交易進(jìn)行追溯，得到交易者的身份。同時(shí)，當(dāng)完成對(duì)一次完整交易的追溯，就會(huì)得到與其相關(guān)的完整交易記錄，因此可以通過(guò)逐步遞進(jìn)完成對(duì)所有交易信息的揭示。交易追溯結(jié)束后，監(jiān)管節(jié)點(diǎn)會(huì)誠(chéng)實(shí)地完成對(duì)相關(guān)信息的刪除。交易追溯的結(jié)果并不直接作用到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，不會(huì)發(fā)生系統(tǒng)內(nèi)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的修改，如果要撤銷交易或者封禁賬戶均由系統(tǒng)外的監(jiān)管機(jī)構(gòu)完成。

3.4 監(jiān)管評(píng)價(jià)

穿透式監(jiān)管對(duì)共享充電體系的監(jiān)管是方方面面的，很難從單獨(dú)一個(gè)方面來(lái)描述整個(gè)監(jiān)管方案的好壞，因此本文方案采用模糊層次分析法（AHP）對(duì)監(jiān)管效果進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)。層次分析法是將問(wèn)題的各種要素依次分類成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案幾個(gè)層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量的分析方法。完美契合穿透式監(jiān)管方案多角度、多方面的特點(diǎn)。對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象采用1～9標(biāo)注法，依次建立一級(jí)、二級(jí)評(píng)價(jià)矩陣。判斷矩陣標(biāo)度定義如表1所示。

本次評(píng)估監(jiān)管結(jié)果時(shí)采用特征向量法計(jì)算權(quán)重。計(jì)算方法為

AW=λmaxW（1）

其中：W為權(quán)重；A為判斷矩陣；λmax為對(duì)應(yīng)判斷矩陣的最大特征值，存在且唯一。根據(jù)計(jì)算得出的權(quán)重與專家評(píng)估得出的結(jié)果計(jì)算一級(jí)指標(biāo)主因素評(píng)價(jià)矩陣R，然后根據(jù)B=A2·R計(jì)算可以得到最終結(jié)果B，即為評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)評(píng)估

4.1 測(cè)量智能合約gas消耗情況

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別測(cè)量穿透式監(jiān)管合約向上核查和向下核查時(shí)在區(qū)塊鏈中的表現(xiàn)情況如何。同時(shí)測(cè)量其他合約的gas值消耗情況。

實(shí)驗(yàn)使用FISCO BCOS聯(lián)盟鏈作為區(qū)塊鏈底層，系統(tǒng)環(huán)境為CentOS7。編譯器為WeBASE IDE。語(yǔ)言為Solidity^0.4.24（0.4.24向上兼容至0.5版本以下）。在區(qū)塊鏈存儲(chǔ)了電車用戶、樁主、充電樁信息和交易信息，然后根據(jù)算法1和2描述，在Solidity語(yǔ)言上進(jìn)行編寫、部署和執(zhí)行合約。圖4是對(duì)向上穿透監(jiān)管合約部署上鏈消耗的gas值的測(cè)量；圖5是對(duì)向下穿透監(jiān)管合約部署上鏈消耗的gas值的測(cè)量；圖6是對(duì)用戶信息、充電樁信息和樁主信息上鏈和充電交易打包上鏈的gas值開(kāi)銷。

簡(jiǎn)單分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出結(jié)論：a）從圖4中可以看出，核查用戶、樁主（或運(yùn)營(yíng)商）、充電樁的gas消耗值相近，說(shuō)明了三者的核查難度相近；b）從圖5中可以看出，核查充電量、充電速度、充電價(jià)格的gas消耗值依次遞增，說(shuō)明gas消耗值與監(jiān)管難度是成正比的；c）對(duì)比圖4和5，穿透式監(jiān)管中向上核查過(guò)程之中的gas消耗值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于向下核查的gas消耗值，說(shuō)明對(duì)充電交易參與者的監(jiān)管難度要小于對(duì)交易的數(shù)據(jù)監(jiān)管；d）從以上三張圖的gas消耗值中可以得出，本文方案的gas開(kāi)銷在可以接受的范圍內(nèi)，滿足應(yīng)用需求。

4.2 層次分析法評(píng)價(jià)安全性

在本次評(píng)估中，層次分析法將與汽車共享充電有關(guān)的各種要素分類成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案幾個(gè)層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量的分析方法。分類如表2所示。

為了對(duì)遷移結(jié)果進(jìn)行一定程度上的評(píng)價(jià)，根據(jù)AHP理論，采用1～9標(biāo)注法，構(gòu)建出一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣A為

A=15341/51231/31/2151/41/31/51（2）

同時(shí)，構(gòu)建出四個(gè)二級(jí)判斷矩陣A1、A2、A3、A4，如下：

A1=11/51/3511/7371，A2=11/7171611/61（3）

A3=1781/711/31/831，A4=11/331（4）

可以得到每個(gè)矩陣的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量。該向量中每一分量的2次冪都代表相應(yīng)元素的權(quán)重。因此，每一元素的相對(duì)重要性即可求得，以此來(lái)判斷其影響程度。根據(jù)3.4節(jié)中的計(jì)算公式，可以得到這幾個(gè)矩陣的計(jì)算結(jié)果，如表3所示。

從表3中可以看出，在該共享充電體系中，交易操作參與者、交易數(shù)據(jù)、智能合約與共識(shí)協(xié)議及隱私保護(hù)分別對(duì)應(yīng)的權(quán)重為0.8862、0.3312、0.3032、0.1152?？梢缘贸鼋灰撞僮鲄⑴c者的權(quán)重最高，對(duì)整個(gè)共享充電體系也最重要，交易數(shù)據(jù)和智能合約與共識(shí)協(xié)議權(quán)重則相近，均為三分之一左右。隱私保護(hù)環(huán)節(jié)的權(quán)重則最小。

將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與汽車共享充電指標(biāo)表結(jié)合，引入專家對(duì)整個(gè)體系的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以得出表4的結(jié)果。從表4以及專家對(duì)風(fēng)格遷移的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以得到一級(jí)指標(biāo)主因素評(píng)價(jià)矩陣R為

R=0.4680.1430.3890.3110.3070.3820.3980.4960.1050.6240.2000.175（5）

模糊層次分析法的評(píng)價(jià)結(jié)果可以由一級(jí)指標(biāo)主因素評(píng)價(jià)矩陣R和一級(jí)指標(biāo)向量A2計(jì)算得到。由公式B=A2·R計(jì)算得知，層次分析法評(píng)價(jià)的最終結(jié)果B為（0.367 0.016 0.036）。其中最大數(shù)值為0.367，表明未經(jīng)本方法監(jiān)管時(shí)，汽車共享充電體系運(yùn)行一般。

使用本文提出的穿透式監(jiān)管方法后，再次統(tǒng)計(jì)專家對(duì)整個(gè)共享充電體系的評(píng)價(jià)，可以得到表5。從表5以及專家對(duì)風(fēng)格遷移的評(píng)價(jià)結(jié)果，本文可以得到一級(jí)指標(biāo)主因素評(píng)價(jià)矩陣R如下：

R=0.8710.1150.0130.7950.0120.1930.5930.3940.1050.6360.2870.088（6）

由公式B=A2·R計(jì)算得知，層次分析法的最終結(jié)果B為（0.684 0.013 0.012）。其中最大數(shù)值為0.684，與未經(jīng)監(jiān)管時(shí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以得出簡(jiǎn)單結(jié)論：經(jīng)過(guò)本方法進(jìn)行穿透式監(jiān)管，汽車共享充電體系安全性表現(xiàn)大大提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文首先分析了目前汽車共享充電現(xiàn)狀和區(qū)塊鏈監(jiān)管現(xiàn)狀，然后提出了一種區(qū)塊鏈穿透式監(jiān)管方案，并針對(duì)一個(gè)基于聯(lián)盟鏈—公有鏈雙鏈結(jié)構(gòu)的汽車共享充電模型的整個(gè)充電交易過(guò)程和評(píng)價(jià)流程進(jìn)行監(jiān)管。運(yùn)用模糊層次分析法對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出簡(jiǎn)單的結(jié)論：運(yùn)用穿透式監(jiān)管的方法進(jìn)行監(jiān)管之后，整個(gè)共享充電體系的安全性和有序性得到了一定程度的提高。未來(lái)的區(qū)塊鏈監(jiān)管實(shí)踐還需在以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究：進(jìn)一步提高監(jiān)管的方法水平；進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)管的對(duì)象；在監(jiān)管過(guò)程中加強(qiáng)隱私保護(hù)等。

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