一种基于错误证明的能源数据区块链上传系统及方法与流程

1.本发明属于区块链以及能源数据技术领域，涉及一种能源数据区块链上传系统及方法，尤其是一种基于错误证明的能源数据区块链上传系统及方法。


背景技术：

2.区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库，目的是解决交易信任问题。区块链技术是在分布式账本中排序及验证交易的方式，是继互联网技术之后最具潜力的核心技术，是密码学、分布式系统、共识机制、博弈论的集大成者。区块链技术的最大优势与努力方向是“去中心化”，在网络节点无需相互信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易。区块链的五大特征：去中心化、开放性、自治性、信息不可篡改和匿名性。联盟链是由一群特定的群体成员组建的区块链联盟链，旨在解决用户之间数据共享问题，降低数据使用成本，打破数据壁垒。但是由于国网用户成员众多，需要形成的联盟链网络庞大而复杂，且总体能源数据规模过大，国网主链的吞吐量难以达到现实要求。
3.传统的跨链数据存储方案采用“侧链存全量，主链存摘要”的方式，通过多链协同实现数据快速上链，有效提高系统吞吐量。然而此类方案依赖于侧链节点的可信，无法保证主链存储的数据集摘要具有和主链节点同一级别的安全性。且此类方案缺少对数据集统计信息的记录。
4.如专利cn202110255215.8公开了一种一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法，该专利涉及分层海量数据聚合机制、基于分布式哈希表与区块链的数据存储方法以及可信数据共享。然而，该专利中所涉及数据储存方法采用区块链链内外联合存储方式，且没有运用欺诈证明和签名，无法保证数据可信，且未能解决跨链交易计算能不不足的问题。
5.欺诈证明技术，是受到arbitrum和乐观汇总(marukhnenko和khalimov2021)核心技术的启发，通常，第三方数据中心提供的统计结果显示7天，作为“公示期”。在此期间，任何用户都可以发送“错误证明”(fp)以声明统计结果不正确。智能合约能够验证fp，如果通过，数据中心将受到惩罚。该技术的缺点是依赖系统用户主动提交fp的动力。该技术的主要优势是数据方提供的数据在没有被质疑之前一直被视为“正确的”，直到质疑方发起质疑并成功证明原数据有问题，数据才需要进行修改。因此，不需要反复对整个区块链的数据核对，只在质疑方质疑时才进行数据分析，该方法需要的的计算资源较少，因此更适合可扩展性受限的环境。
6.目前对交易中欺诈行为判断方法比较简单，如专利cn201911205868.4公开了一种交易欺诈判定方法及装置，该专利根据交易接受设备的位置信息与支付方设备的当前位置信息有没有满足预定条件，来判断交易是否存在欺诈，该专利在交易欺诈判定时间上比较短且操作简单，提升用户的交易体验，但是没有运用区块链技术和错误证明技术来保障数据信息的安全性。
7.综上所述，在能源互联网中，能源数据的聚集和共享蕴含着诸多社会价值、经济价
值，由于能源行业业务流程长、参与主体多、数据量庞大，国网链采取“一主两侧多从”的总体结构，但仍然存在区块链储存能力、计算能力不足问题，且多方参与下的能源大数据共享也面临着数据计算不可信等方面的问题，引入数据第三方数据中心执行统计任务也带来新的信任问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于错误证明的能源数据区块链上传系统及方法，能够解决能源数据上传至区块链过程中，国网链吞吐量不足和数据可信度问题。
9.本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
10.一种基于错误证明的能源数据区块链上传系统，包括多个用户单元、区块链侧链和区块链主链；
11.所述用户单元由智能电表等设备组成，各自注册为区块链节点，能实现用能源数据采集、上传至区块链侧链功能；
12.所述区块链侧链作为第三方数据中心用于接收、存储并公示多个用户单元的能源数据和能源数据的签名，在侧链统计计算后，把结果发送至区块链主链；
13.所述区块链主链用于对侧链传送的信息做最终记录。
14.而且，每个用户单元i包含一对私钥ski和公钥pki，私钥ski用于对能源数据进行签名，公钥pki在区块链上公开记录，用于验证对应的签名。
15.一种基于错误证明的能源数据区块链上传方法，包括以下步骤：
16.步骤1、用户单元采集能源数据；
17.步骤2、将能源数据上传至区块链侧链存档，并将一定时间内存档记录数据的统计结果发送至区块链主链；
18.步骤3、用错误证明机制比对上传至区块链主链数据的正确性，进而完成能源数据的可信上传。
19.而且，所述步骤1的具体方法为：
20.智能电表将用户i一段时间内的能源数据进行采集，记采集的能源数据为xi。
21.而且，所述步骤2的具体步骤包括：
22.(1)用户单元i利用私钥ski对采集的能源数据xi进行签名，记签名为σi，并将mi，σi上传至区块链侧链。其中
23.(2)区块链侧链节点利用公钥pki对xi，σi进行验证，判断σi是否为xi的合法签名，若验证通过则认为该条数据合法，并于区块链侧链存档记录；
24.(3)区块链侧链节点将一段时间内存档记录的批量数据分类处理，形成数据集，同时计算该数据集的统计结果s，并将统计结果s发送到区块链主链，其由
25.(4)侧链节点对xi，σi和对应时间戳进行展示
26.而且，所述步骤3的具体步骤包括：
27.(1)在区块链主链正式记录s之前，智能合约建立7天的“公示期”28.(2)在公示期期间，所有区块链用户都可以提出质疑，声称统计结果s不正确，并向
智能合约提交其认为正确的统计结果s
′
，同时，将和传入智能合约中；
29.(3)如果m
′0 m
′1≠s
′
，那么第三方能源数据中心获胜，区块链最终确定s为正确的统计结果；
30.(4)如果m
′0 m
′1＝s
′
，那么，数据中心在本地检查m
′0和m
′1的正确性；数据中心向智能合约发送b，表示m
′b错误，并将它认为的正确的mb发送给智能合约。
31.(5)怀疑者仍然可以对mb提出异议，重复步骤(3)-(4)的过程，其保证每次重复数据总量n减少一半，直到n＝1，进入步骤(7)
32.(6)如果n＝1，怀疑者将s
′
的签名σ发送到智能合约，智能合约验证vrfy
pk
(σi，xi)是否成立，如果成立，则怀疑者获胜，否则数据中心获胜，其中i是当前xn的全局索引，为签名验证函数，其成立当且仅当σi为xi基于公钥pki的合法签名；
33.(7)如果第三方能源数据中心在通知期间获胜，区块链最终确定s为正确的统计结果；否则，智能合约将在新的通知期内展示获胜的怀疑者提供的值s
′
作为新的统计结果，从而完成能源数据的可信上传。
34.本发明的优点和有益效果：
35.1、本发明旨在解决能源数据上传至区块链过程中，国网链吞吐量不足和数据可信度问题，通过跨链、数字签名、错误证明、智能合约等技术，实现能源数据的分布式存储以及保证主链数据信息的可信，建立多方参与下的能源数据可信上传机制。将地区的用电数据上传至区块链侧链，并将该批数据的统计结果上传至区块链主链，建立7天的公示期。公示期期间内，区块链用户即可作为怀疑方对主链公布数据统计结果进行质疑，同时提供错误证明。如果智能合约验证错误证明有效，则认定该统计结果是错误的，提出质疑的用户将会获得一定的奖励，以此来鼓励链上用户维护电网内数据的正确性。整个过程无需将原始数据储存至国网链主链，有效提高系统吞吐量，保证数据可信共享。
36.2、本发明通过区块链跨链技术和错误证明机制，保证超大规模的用电数据的上传与统计。由于本发明只对能源数据统计结果在区块链主链记录前进行验证，不需要依赖侧链节点的可信，高概率保证主链统计结果的正确性，保存区块链的吞吐量，并实现能源数据可信上传；且本发明的错误证明算法的时间复杂度为对数级别，能支持大规模数据集的统计结果的判定。
附图说明
37.图1为本发明的处理流程图。
具体实施方式
38.以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
39.一种基于错误证明的能源数据区块链上传系统，包括多个用户单元、区块链侧链和区块链主链；
40.所述用户单元由智能电表等设备组成，各自注册为区块链节点，能实现用能源数据采集、上传至区块链侧链功能；
41.所述区块链侧链作为第三方数据中心用于接收、存储并公示多个用户单元的能源数据和能源数据的签名，在侧链统计计算后，把结果发送至区块链主链；
42.所述区块链主链用于对侧链传送的信息做最终记录。
43.在本实施例中，每个用户单元i包含一对私钥ski和公钥pki，私钥ski用于对能源数据进行签名，公钥pki在区块链上公开记录，用于验证对应的签名。
44.一种基于错误证明的能源数据区块链上传方法，如图1所示，包括以下步骤：
45.步骤1、用户单元采集能源数据；
46.所述步骤1的具体方法为：
47.智能电表将用户i一段时间内的能源数据进行采集，记采集的能源数据为xi。
48.步骤2、将能源数据上传至区块链侧链存档，并将一定时间内存档记录数据的统计结果发送至区块链主链；
49.所述步骤2的具体步骤包括：
50.(1)用户单元i利用私钥ski对采集的能源数据xi进行签名，记签名为σi，并将mi，σi上传至区块链侧链。其中
51.(2)区块链侧链节点利用公钥pki对xi，σi进行验证，判断σi是否为xi的合法签名，若验证通过则认为该条数据合法，并于区块链侧链存档记录；
52.(3)区块链侧链节点将一段时间内存档记录的批量数据分类处理，形成数据集，同时计算该数据集的统计结果s，并将统计结果s发送到区块链主链，其由
53.(4)侧链节点对xi，σi和对应时间戳进行展示
54.步骤3用错误证明机制比对上传至区块链主链数据的正确性，进而完成能源数据的可信上传。
55.如图1所示，所述步骤3的具体步骤包括：
56.(1)在区块链主链正式记录s之前，智能合约建立7天的“公示期”57.(2)在公示期期间，所有区块链用户都可以提出质疑，声称统计结果s不正确，并向智能合约提交其认为正确的统计结果s
′
，同时，将和传入智能合约中；
58.(3)如果m
′0 m
′1≠s
′
，那么第三方能源数据中心获胜，区块链最终确定s为正确的统计结果；
59.(4)如果m
′0 m
′1＝s
′
，那么，数据中心在本地检查m
′0和m
′1的正确性；数据中心向智能合约发送b，表示m
′b错误，并将它认为的正确的mb发送给智能合约。
60.(5)怀疑者仍然可以对mb提出异议，重复步骤(3)-(4)的过程，其保证每次重复数据总量n减少一半，直到n＝1，进入步骤(7)
61.(6)如果n＝1，怀疑者将s
′
的签名σ发送到智能合约，智能合约验证vrfy
pk
(σi，xi)是否成立，如果成立，则怀疑者获胜，否则数据中心获胜，其中i是当前xn的全局索引，为签名验证函数，其成立当且仅当σi为xi基于公钥pki的合法签名；
62.(7)如果第三方能源数据中心在通知期间获胜，区块链最终确定s为正确的统计结果；否则，智能合约将在新的通知期内展示获胜的怀疑者提供的值s
′
作为新的统计结果，从
而完成能源数据的可信上传。
63.在本实施例中，比对算法如下：
64.[0065][0066]
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。