一种基于电网区块链的共识方法与流程

技术特征：
1.一种基于电网区块链的共识方法，其特征在于，步骤1，电网节点广播电力交易订单；步骤2，候选区块封装电力交易订单；步骤3，候选区块提交电量证明；步骤4，候选区块电力交易记账；步骤5，电网节点共识验证；步骤6，电网区块链添加电网区块。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，电网节点(101)广播电力交易订单(300)；电网(100)用户每产生一笔新的电力交易，则将该笔电力交易订单(300)向电网(100)进行全网广播；在步骤2中，候选区块(102)封装电力交易订单(300)；收到广播的所有电网节点(101)在本节点上建立一个候选区块(102)，并将收到的电力交易订单(300)封装到本地的一个候选区块(102)中；进一步地，本节点将所有其他节点广播的电力交易订单(300)均封装在一起，即在同一个候选区块(102)中；在步骤3中，候选区块(102)提交电量证明(301)；所有电网节点(101)均在自己的候选区块(102)中提交电量证明(301)；在步骤4中，候选区块(102)对电力交易订单(300)记账；当某个电网节点(101)完成了电量证明(301)，便在本节点的候选区块(102)创建电力交易订单(300)的账本，并将本节点的电量证明(301)和电力交易订单(300)的账本封装起来向电网(100)广播，供全网进行共识；在步骤5中，电网节点(101)共识验证；电网节点(101)对电力交易订单(300)进行电量传输和电量使用；电网(100)上其他电网节点(101)验证该电网节点(101)的电量证明(301)和电力交易订单(300)记账，并与各自节点中候选区块(102)的封装信息进行对比；在步骤6中，电网区块链(200)添加电网区块(201)；如果电网(100)上所有电网节点(101)对电量证明(301)和电力交易记账均验证通过，便可将该候选区块(102)添加到电网区块链(200)中；否则，电网节点(101)放弃该笔交易记账和区块创建，未接入电网区块链(200)的电网节点(101)删除本地的候选区块(102)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述候选区块(102)，指电网节点(101)中创建的临时性数据区块，具有记账功能，但在未被所有节点共识之前，候选区块(102)只是暂时存在；如果某个候选区块(102)被所有电网节点(101)共识，则该节点中的候选区块(102)会被链接入电网区块链(200)，并转为正式的电网区块(201)；未被所有电网节点(101)共识的候选区块(102)，则在共识过程结束后会被删除；所述电网区块链(200)，指电网(100)中分布式数据区块组成的链式数据库，由地理上分布的电网区块组成；电网区块链(200)记载了所有被共识的交易账本，能够运行智能合约完成电力交易过程；所述电网区块(201)，指电网区块链(200)的基本组成单元，所有区块前后互相连接，共同组成区块链；每一个电网区块(201)都是一个交易账本，记载了被共识的电网交易记录；所述电力交易订单(300)，指电网供电和用电双方之间就电力使用达成的交易凭证，电
力交易订单(300)记载了电力交易的时间戳，发电单元名称，用电单元名称，发电量的数值或使用电量的数值，电力交易订单编号；电力交易订单(300)能够加密方式记录本次订单交易使用的发电单元、变电单元、输配电单元、用电单元；所述电量证明(301)，指电力系统中各种发电单元、变电单元、输配电单元、用电单元对电网(100)的贡献证明；发电单元通过向电网(100)发电来提供电量证明，发电量的多少决定了电量证明的数值大小；变电单元通过向电网(100)变电来提供电量证明，变电量的多少决定了电量证明的数值大小；输配电单元通过向电网(100)输配电来提供电量证明，输配电量的多少决定了电量证明的数值大小；用电单元通过电网(100)消耗电量来提供电量证明，使用电量的多少决定了电量证明的数值大小；电量证明允许电网(100)中所有具有计算功能的设备参与电力交易记账和区块链构建。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，参与电力交易的电网节点(101)为发电单元或用电单元，即是产销者；进一步地，电网节点(101)根据电力交易订单(300)预测可售电量为e，其中电网节点(101)的可售电量等于发电量减去用电量，同时电网区块链(200)为电网节点(101)a生成产消者的2个密钥bα和bβ，并将其记录在电网区块链(200)的数据库中。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，在封装电力交易订单(300)时，电网节点使用加密的方式进行封装；两个电网节点(101)a和b使用相应的公钥和私钥创建一对新地址：μaddr1和μaddr2；其中，μaddr1为交易地址，用于两个电网节点(101)a和b执行电力交易；μaddr2为匿名通信地址，通过匿名信息流的方式实现匿名通信，并可传输隐私和保密的信息。在电网节点(101)a生成密钥bα和bβ后，电网节点(101)b使用sha256生成一个静态密钥j
α
和一个临时密钥jγ；j
α
＝sha256(pubkeyzb||e||pubkeyppb||timestamp)j
γ
＝sha256(hα||ramdomnumber)其中，sha256(
·
)为哈希函数；pubkeyb为电网节点(101)b的公钥信息；timestamp为时间戳；pubkeyppb为电网节点(101)b对应的发电设备的公钥；randomnumber为随机数；j
α
是静态密钥，用于验证电网节点(101)b对可售电量e的所有权；jγ是临时密钥，又称动态密钥，用于锁定以防止双重支付电量e；电网区块链(200)向电网节点(101)b的地址μaddr2发送消息j
α
和j
γ
，然后电网节点(101)b使用μaddr2向全网广播电力交易信息，电网节点(101)b的广播函数为i1(e，p，μaddr1b，μaddr2b)，包含电网节点(101)a可售电量e、保留价格p、交易地址μaddr1b以及匿名消息流地址μaddr2b。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所有候选区块(102)均可提交电量证明(301)竞争记账权；所有电网节点(101)，包括各种发电单元、变电单元、输配电单元、用电单元的节点，均具有同等的记账权；发电单元的发电量，变电单元的变电量，输配电单元的输配电量，用电单元的使用电量，均具有同等的电量证明，能够有效防止记账权过度集中在某个或某些电网节点上，也可有效防止攻击；电量证明(301)的计算过程，需要考虑每个电网节点(101)在电网中的工作时间长短，不同时段的电量大小，以及在不同的电力交易订单(300)中服务质量的好坏；在电网中工作时间越长，电量证明(301)数值越大，电力交易订单(300)服务质量越好的节点，越容易竞争到记账权；电量证明(301)可以根据实际需
要选择是否考虑不同时段、不同地域、不同发电单元的阶梯电价；电量证明(301)中增加一个随机变量，防止攻击者利用计算电量证明(301)的方式预测记账节点并攻击记账节点。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，当某个电网节点(101)b完成了电量证明(301)和候选区块(102)创建后，使用μmddr2b加密电力交易订单(300)的账本，并向电网(100)上其他电网节点(101)全网广播，每个电网节点(101)都会收到该电网节点(101)b的广播信息；如果电网节点(101)a根据需要参与电网节点(101)b的电量交易，则电网节点(101)a使用匿名地址μaddr2向电网区块链(200)发送消息，要求验证电网节点(101)b对电量e的所有权证明，电网区块链(200)进行解密，验证数据库记录并回复真假；验证成功后，电网节点(101)b会向电网节点(101)a所售电量进行交易，电网节点(101)a使用匿名地址μaddr2向电网(100)中广播匿名竞价信息，其竞价函数为η(μaddr2a，μaddr2b，e1，p1)，其中e1为电网节点(101)b想要交易的电量，p1为电网节点(101)a交易该电量的出价；电网(100)根据收到的出售信息和竞价信息进行订单匹配；电网(100)完成电力交易订单(300)匹配，进行电力交易订单(300)账本的全网广播，广播函数为i1(μaddr2a，μaddr2b，e
！
，p1)，为了防止双重支付电量e
！
，系统会对电量e1进行上锁，锁定请求消息由电网节点(101)b发送到电网(100)中，其中包含证明电网节点(101)b所有权的密钥j
γ
，锁定请求直到电量交易成功，当更换电量的所有权时取消锁定；锁定电量e1后，电网节点(101)b和电网节点(101)a将同时确认电力交易订单(300)的交易细节并写入智能合约中；电网节点(101)a和b共同支付一定的手续费。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，所有电网节点(101)参与该笔电力交易订单(300)账本的共识验证，共识过程由智能合约自动执行；电网节点(101)b需向智能合约写入函数为ψ(μaddr1b，j
γ
，pubkeyppb)，电网节点(101)a需向智能合约写入函数定义为ψ(μaddr1a，p1)；当交易双方中的任何一方没有向智能合约发送相应的信息时，智能合约生成失败，该笔电力交易订单(300)交易不成功；智能合约生成后，智能合约会将电量所有权证明密钥j
γ
、pubkeyppb发送给电网节点(101)a的匿名消息地址μaddr2a，进行解密；电网节点(101)a用匿名消息地址μaddr2a向电网区块链(200)发送共识请求a(j
γ
，pubkeyppb，unlock，update)，电网区块链(200)接收到信息并验证j
γ
，对请求进行解密，并生成一对新的密钥t
α
和t
γ
分别替换j
α
和j
γ
，其中，t
α
和t
γ
分别如下式所示：t
α
＝sha256(pubkeya||e1||pubkeyppb||timestamp)；t
γ
＝sha256(t
α
||randomnumber)；此时，电网节点(101)b的使用电量所有权属于电网节点(101)a，电网节点(101)b可以使用t
α
和t
γ
来消耗电量e
11
；其中可能会出现特殊的情况，电网节点(101)a所售电量可以同时满足2个电网节点(101)b和c，甚至更多电网节点(101)，即，两个以上的电网节点(101)b、c和电网节点(101)a，以及本次电力交易订单使用的变电单元的电网节点(101)，输配电单元的电网节点(101)，均具有同等的电量证明，均可竞争本次交易的记账权；经过智能合约匹配后，电网节点(101)a所售电量e可以同时满足电网节点(101)b和c的需求，电网节点(101)a的可售电量e并将其分成e
11
和e
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两部分；电网区块链(200)可以为2个电网节点(101)b和c创建2个j
α
密钥，按照下式所示等式生成每一个新密钥；j
α 1
＝sha256(j
γ
||e1/e)；新密钥生成后，进入电量物理传输阶段，在该阶段内电网节点(101)b使用新密钥t
α
和t
γ
来消耗电网节点(101)a所产生的电量；所有节点进行解密，按照智能合约继续进行共识；电力供应更多电网节点(101)的情形可以类推；电网(100)上所有电网节点(101)接到广播消息，均参与验证该电网节点(101)的电量证明(301)和电力交易订单(300)记账，并与本节点中候选区块(102)的封装信息进行对比。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤6中，所有电网节点(101)对比后确认该广播消息与本地的封装信息是否一致，如是则返回消息1，如否则返回消息0；如果所有电网节点(101)均返回消息1，本次电量证明(301)和电力交易订单(300)记账的共识才算成功；本次电力交易订单(300)规定的电量传输时间截止后，智能合约向双方的智能电表查询电量传输信息，智能合约根据智能电表所发送的电量传输信息进行电量结算，并核对是否完全履行本次电力交易订单(300)的情况和服务质量进行计算；当电网节点(101)a所产生或传输的电量小于电力交易订单(300)约定的电量时，智能合约会减少电网节点(101)a的服务质量值，并对电网节点(101)a的服务质量值进行更新；当电网节点(101)b使用电量大于智能合约约定的电量时，智能合约会将重新将电力交易订单(300)发送给电网节点(101)a，并重新评估服务质量；在电网中工作时间较长，电量证明(301)数值较大，电力交易订单(300)服务质量越高，随机值越大的电网节点(101)可竞争到记账权，将该电网节点(101)对本次电力交易订单(300)进行记账的候选区块(102)连接到电网区块链(200)；其他电网节点(101)失去本次记账权，删除本地节点上的候选区块(102)。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网(100)由多个电网节点(101)互相连接组成，电网节点(101)通过电力交易订单(300)进行交易，电网节点(101)可以创建候选区块(102)进行临时记账，电网节点(101)通过电量证明(301)竞争记账权，最终的电力交易记账经过共识后保存在电网区块(201)中，多个电网区块(201)互相连接组成电网区块链(200)。

技术总结
一种基于电网区块链的共识方法，包括以下步骤：步骤1，电网节点广播电力交易订单；步骤2，候选区块封装电力交易订单；步骤3，候选区块提交电量证明；步骤4，候选区块电力交易记账；步骤5，电网节点共识验证；步骤6，电网区块链添加电网区块。本发明能够为电网区块链提供一种安全、可靠的共识机制。可靠的共识机制。可靠的共识机制。


技术研发人员：蔡政英 黄艺杰 刘震 陈鹏 余肖生
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2021.07.22
技术公布日：2021/11/8