CN109345714A - 一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法 - Google Patents

Abstract

一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，所述方法通过以太坊平台搭建区块链交易网络并利用雷电网络进行扩容，区块链交易网络的节点为充电桩和用户，充电桩主在区块链上上传自己的充电桩信息，用户通过移动终端搜索附近可以使用的充电桩，预定充电服务，达成交易意向后用户的电动汽车通过该充电桩进行充/放电，用户与充电桩的交易细则通过智能合约进行处理。本发明通过区块链技术实现弱中心化，增强对充电桩柱主和用户信息的保护，实现去信任的交易；在支付上通过雷电网络实现高效，频繁，小额，低费交易；利用智能合约保证用户与充电桩主交易的安全性，从而有效节省了管理费用，实现了充电桩的高效共享。

Description

一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法

技术领域

本发明涉及一种弱中心化、去信任、用户隐私安全、交易速度快的充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，属于充电技术领域。

背景技术

在绿色能源政策大力推动下，新能源汽车保有量与充电桩设施的数量正不断上升。但是，充电桩数量不足目前仍是民众购买电动汽车的一大障碍。共享充电桩模式有望成为解决办法之一。基于互联网+APP运营平台的充电桩具有较为完备的功能，如搜索桩点、智能车锁避免汽油车占位、支付宝微信在线支付等完整简单的消费环节都提供了良好的用户体验。通过共享充电桩APP，通过地图模式查看，快速查找身边的充电设施，可以获取充电桩的详情，比如充电桩的具体参数、地理位置、充电桩使用状态、周边空闲充电桩信息等等。另外，共享充电桩APP还可以提供导航服务，为车主规划到达充电桩的最合理路径；用户可以对充电桩进行线上预约，实现智能充电。通过扫描充电桩上的二维码，然后预设充电时长，实现自动断电或遥控断电等智能化操作。付费可以通过支付宝或微信，APP还可以提供收藏和评价功能，方便用户使用和选择充电桩。但现有技术仍然存在以下缺点：

(1)运营商主导的中心化平台征信成本高，信用体系脆弱，无法保证充电桩主与电动汽车主之间点对点直接交易的信用安全。

(2)传统的中介商业模式通过收取高比例的交易佣金，满足利润和运营成本要求。这种模式对充电桩共享这种小额、高频、微利的交易影响较大，不利于吸引更多的用户参与。

(3)一旦中心机构受到攻击，数据可能丢失或被篡改，酿成严重后果。

(4)过度中心化导致信息不对称，中心机构掌握市场的所有交易信息，用户隐私难以保障，可能存在利用中心权力损害参与者利益的情况。

(5)不利于数据共享。数据分散在不同运营商的平台中，形成信息孤岛，无法实现数据共享。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种弱中心化、去信任、用户隐私安全、交易速度快的充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，以节省管理费用、实现充电桩的高效共享。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，所述方法通过以太坊平台搭建区块链交易网络并利用雷电网络进行扩容，区块链交易网络的节点为充电桩和用户，充电桩主在区块链上上传自己的充电桩信息，用户通过移动终端搜索附近可以使用的充电桩，预定充电服务，达成交易意向后用户的电动汽车通过该充电桩进行充/放电，用户与充电桩的交易细则通过智能合约进行处理。

上述充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，用户与充电桩之间的交易包括以下步骤：

a.用户通过移动终端APP登录以太坊；

b.用户通过移动终端搜索附近可以使用的充电桩并预定充电服务；

c.预定成功并达成交易意向后，充电桩给电动汽车充电；

d.通过雷电网络完成链下交易流程；

e.智能合约根据不同时间段的电价，形成相应的余额分配方案；

f.若不提现，用户重新搜索附近可以使用的充电桩，若提现则交易完成，链下关闭交易通道，并在链上广播最终结果。

上述充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，用户与充电桩之间进行链下交易时，通过设置时间锁的方式，由智能合约构建用户与充电桩之间的链下交易通道，实现用户与充电桩之间的充放电交易。

本发明通过区块链技术实现弱中心化，增强对充电桩柱主和用户信息的保护，实现去信任的交易；在支付上通过雷电网络实现高效，频繁，小额，低费交易；利用智能合约保证用户与充电桩主交易的安全性，从而有效节省了管理费用，实现了充电桩的高效共享。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为区块链基本结构图；

图2为智能合约与区块链结合的概念模式；

图3为方案框架图；

图4为系统的使用流程；

图5为系统的链下交易流程图。

具体实施方式

从技术上来讲，区块链是一种按照时间序列将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式来保障不可篡改、不可伪造的分布式账本。

区块链交易的基本特征

区块链中的各项交易组成区块，并形成一个确定顺序的链式结构，所以形象的称为“区块链”，区块链的结构如图1所示，每个区块包含块头和块体。其中，区块头包含了前一区块的区块识别号、区块大小、版本号、父区块哈希值、时间戳、随机数、目标哈希和Merkle根等。

基于区块链交易的优势之一在于其具有互操作性。基于“共识”的验证机制，使区块链没有易受攻击的单一故障点；“弱中心化”使区块链网络中没有强制性的控制中心，这样每个节点都是平等的，并且每个节点都会备份数据。因此，如果单一节点受到攻击或出现异常，并不会影响整个系统的运行。

智能合约是一段被部署在分布式账本上的代码，可以对接收到的外界信息进行回应或对资产进行控制，图2所示是智能合约的概念模式。区块链提供了智能合约实现的平台，进而增加了自身的灵活性和操作性。在雷电网络中，主要是用来制定通道运作的共享规则、托管通道中的资金、解决规则中的争议、通过双方都签名的余额证明更新链上的余额。

雷电网络是以太坊链下扩容的社区方案，其关键技术与闪电网络相近，但有所改变。雷电网络使用“序列到期可撤销合约(recoverable sequence maturity contract,RSMC)”和“智能条件(smart condition,SC)”来实现智能转账(smart transfers,ST)的。交易双方只要在链下存在交易通道，就能够基于被锁定的余额，在链下进行高频、双向的确认交易，多个通道下的支付路径就构成了雷电网络。其中，RSMC通过以下三条规则确定雷电网络的基本工作方式：

(1)通道中的余额分配方案要双方签名认证才合法，并且可以通过提交这个余额分配方案去提现。

(2)交易的任意一方在任何时候都可以提出提现申请，提现需要提供带有双方签名的分配方案(如方案A)，在规定的时间内，如果另一方提出证据表明这个方案不是最新的余额分配方案，则通道中的资金会罚给证明成功的另一方，这样就保证了交易双方都不会拿一个旧的余额分配方案来提现，不然就会失去通道中属于自己的资金。

(3)首先提出提现要求的一方，资金到账时间要晚于对方，原因在于他需要等待链上再有若干个区块(如1000个)被确认后，通道上的资金才会到账，而在等待期间，这笔资金是不能用来交易的，这是为了鼓励交易双方尽可能采用链外交易。

智能转账执行后对支付通道上的余额进行调整。智能转账(ST)能够根据智能合约中可读取的条件进行结算，提供比“哈希时间锁定合约(Hashed Timelock Contract,HTLC)”更为丰富的功能，如支持预测市场、期货等条件，实现更为丰富的应用。实现HTLC的基本原理即为智能合约，即转账双方约定先冻结一笔资金，并提供一个哈希值，如果在一定时间内有人能够给出一个哈希后与已知哈希值相匹配的字符串，这个字符串相当于hash锁的密钥，则资金就可以给该人。

基于上述讨论，本发明提出采用雷电网络实现链下交易的充电桩共享系统，该系统框架如图3所示，即通过以太坊平台搭建区块链交易网络，利用雷电网络实现扩容，从而实现一个弱中心化、去信任、用户隐私安全、交易速度大大提升的电动汽车充/放电交易系统，从而可以节省管理费用、实现充电桩高效共享。

在这个网络中，节点可以是运营商的充电桩、用户个人、小区的共享充电桩、或是商场门口的充电桩等。用户与充电桩之间通过智能合约构建出一条雷电网络的支付通道，或者通过中介实现支付通道，然后双方在通道上存放一定的资金，形成余额证明，并且只有交易双方才能访问支付通道中的资金。智能合约在这里主要起两个方面的作用：一是控制区块链中的资产密钥，提供用户与充电桩之间认同的规则即合同，促成交易双方合同的执行，二是构建雷电网络中的微支付通道、实现资金在链外的转移，即链下交易，保存交易双方冻结的资金，当微支付通道关闭时对资金进行分配，同时把结果广播到链上(即把最终的交易结果广播到链上，供矿工记录)。

本发明所述系统的使用流程如图4所示：区块链中的每一个用户都可以通过类似于分布式应用(Decentralized Application,DApp)的移动终端(如区块链客户端)搜索附近可以使用的充电桩并预定充电服务，当用户与充电桩达成交易意向后，用户的电动汽车便可以通过充电桩进行充/放电服务。与此同时，区块链上的智能合约会计算电动汽车的充/放电电量及费用，然后根据该费用冻结双方的交易资金(交易资金额大于充/放电费用)，并存放在支付通道上。

在充/放电过程中，智能合约会通过实时电价，计算出用户此次充/放电的实际费用，根据共享的规则，重新分配冻结资金，即资金到账，在这个重新分配的过程中不依赖于区块时间、矿工花费的时间、交易从等待到被捡起并记录的时间。在多次交易结束并要关闭通道时，根据带有双方签名的余额证明(即带有交易双方用自己私钥签名的余额证明)，在链上更新余额分配。在这个过程中，用户和充电桩拥有者可以在链下(即雷电网络中)进行高频率小额交易，同时减少链上负担。

用户与充电桩的链下交易流程

本发明专利所提系统的链下交易流程如图5所示，即用户A与充电桩B的持有者进行的链下交易流程，可通过C、D这两个支付通道中介完成资金转移。

由图5可见，通过使用组合锁的方式，由智能合约构建链下交易通道，当A确认交易通道构建好后，资金开始转移。在构建交易通道时，A会向C设置一个时间锁(time lock)，控制收据哈希锁(receipt hashlock)和重试哈希锁(retry hashlock)的到期时间。若截止时间到，通道中的资金还没转移，则资金返还给A；同理，C向D、D向B都会进行相同的设置。以图5为例，当B向D出示SecretR+SecretE时，就可以解锁转账，获得0.070个以太币，同时更新余额证明。D会以同样的方式向C获得0.071个以太币，C向A获得0.072个以太币，中间的差额即是C和D获得的服务费，而这个差额是由C和D这两个通道参与者设定的。自由竞争的市场下，由于每个参与者提供微支付通道的成本很低，通过激烈的竞争，收费将比线上交易的收费低。这样的设置是为了保证交易的安全性，让作弊一方的获益低于其作弊成本，甚至让作弊一方无利可图。

实现的手段：

在基于区块链技术和雷电网络搭建的充电桩共享系统中，有三个主要的技术组成：一是由区块链技术搭建的联盟链，二是通过雷电网络对联盟链进行扩容，三是包括Web浏览器和DApp移动端的客户端。

具体操作如下：

通过区块链技术搭建一条联盟链，让每个想要加入这个共享平台的充电桩主，在区块链上上传自己的充电桩信息，如位置、资费、共享时间段等等。同时利用雷电网络对联盟链进行扩容，即在以太坊创建的联盟链上，添加雷电网络，以提高交易吞吐量，使用户的交易可以更快速，提升交易的吞吐量。同时通过客户端，用户传统的充电桩共享App的功能，如搜索周围可用的充电桩，查询充电桩使用价格，预定充电服务等。用户与充电桩的交易细则主要是通过智能合约来处理，如电价、充电费用的计算、以及充电完成后费用的转移和充电没有完成时费用的退回等等。

本发明的创新点：

(1)通过区块链技术实现弱中心化，增强对充电桩柱主和用户信息的保护。

(2)在支付上通过雷电网络实现了高效，频繁，小额，低费的交易

(3)人们可以方便的把自己的充电桩出租出来，同时无需缴纳提成给第三方平台(像支付宝，微信)，获取更多的利润。

(4)在智能合约的处理下能保证用户与充电桩主交易的安全性。同时确保合约的执行，降低合约纠纷的风险。

(5)同时，区块链上的交易信息可以为不可预知的交易纠纷提供存证。

(6)因为交易和用户注册等都不需要涉及到用户的具体信息，如传统注册必填的姓名、年龄等内容，只涉及到用户公钥和私钥的使用，保护了用户的隐私。

(7)充电交易服务是由连接上联盟链的充电桩提供的，这就能避免出现构建这套系统的公司破产了，服务就暂停的情况，因为服务还可以由其它的节点维护。

充电桩与区块链的结合是本发明的一大特点，给充电桩与电动汽车的充电交易创建了一种新的交易模式，实现点对点交易。同时雷电网络促进区块链上的交易吞吐量并用于充电桩交易，使得区块链和充电桩结合的这种模式实现商业化成为可能，也是本发明的一大特点。而所有的这些都可以通过DApp，即一个去中心化的客户端对交易实现可视化的功能，同时提供充电服务的操作。所以，凡是涉及到充电桩与区块链的结合，并通过雷电网络实现充电桩上区块链交易吞吐量提升的充电桩共享系统，都应在本发明专利的保护范围之内。

本方法的优点：

(1)首先实现私人充电桩共享，只要注册了一个钱包，然后获得一个钱包地址，那么就可以和链上的其它节点进行交易，把自己的私人充电桩共享出来，给有需要的人提供充电服务。

(2)通过区块链技术，实现弱中心化的交易平台，不再使用运营商主导的中心化平台，保证充电桩主与电动汽车主点对点的交易。摒弃传统的中介商业模式，降低了交易佣金，通过区块链技术的特点实现更好的保护用户隐私的功能，实现去信任的交易。

(3)区块链技术的底层设计使其无法实现大规模的商业化，因此，本发明通过雷电网络技术的应用，解决交易不能快速确认、提升交易安全性、更好的保护用户隐私的问题，因为通过雷电网络的交易记录是不会记录在链上的。

(4)通过区块链技术避免因中心节点被攻击，导致不能提供正常服务的缺陷。

本发明技术方案中出现的专业术语解释

以太坊：是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台。通过其专用加密货币以太币(Ether)提供去中心化的虚拟机(“以太虚拟机”Ethereum Virtual Machine)来处理点对点合约。

DApp:DApp是Decentralized Application的缩写，中文叫“分布式应用/去中心化应用”，DApp不同的底层区块链开发平台就好比手机的IOS系统和Android系统，是各DAPP的底层生态环境。

吞吐量：每秒处理交易的数量。

区块链：区块链是一种按照时间序列将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构。

区块识别号：区块的高度，也就是第几个区块的意思

父区块哈希值：前一区块的内容经过哈希得到的值

时间戳：生成区块时记录的时间

Merkle根：区块中的交易信息都会通过Merkle树来记录，而这棵树的根就是Merkle根

弱中心化：这是相对于中心化的网络来说的，就是有不只有一个服务中心。

智能合约：简单来说是一段代码，执行类似if…then…的功能。

雷电网络：以太坊中的一个扩容方案

以太坊链：通过以太坊平台搭建的区块链。

闪电网络：比特币区块链中的一种扩容方案

提现：把处于雷电网络交易通道中的资金转移到以太坊钱包中的过程。

链外交易：是相对发生在区块链上的交易而说的，即不是发生在区块链上的交易。

智能转账：通过智能合约实现交易通道上的资金转移

去信任：交易双方不需要有信任。

时间锁：用于由付款人控制的锁到期时间

收据哈希锁：由收款人设置的哈希锁(本质上是一个哈希加密算法)

重试哈希锁：付款人设置的哈希锁，付款人有可能会重新设置

资产密钥：在这里为交易双方的签名

余额证明：具有交易双方签名的余额分配方案

扩容：指使区块链交易吞吐量增强

微支付通道：雷电网络中的支付通道，因通道中的资金转移都是小额的，所以叫微支付通道

哈希时间锁定合约：闪电网络中规定通道余额分配方式的规则

区块时间：生成区块的时间

矿工花费的时间：矿工挖矿的时间，即矿工算出符合要求的一个数字的时间。

交易从等待到被捡起并记录：交易的记录是由矿工记录在块上的，捡起的意思是把记录从缓存队列中取出，然后写到区块上。

Claims (3)

1.一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，其特征是，所述方法通过以太坊平台搭建区块链交易网络并利用雷电网络进行扩容，区块链交易网络的节点为充电桩和用户，充电桩主在区块链上上传自己的充电桩信息，用户通过移动终端搜索附近可以使用的充电桩，预定充电服务，达成交易意向后用户的电动汽车通过该充电桩进行充/放电，用户与充电桩的交易细则通过智能合约进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，其特征是，用户与充电桩之间的交易包括以下步骤：

a.用户通过移动终端APP登录以太坊；

b.用户通过移动终端搜索附近可以使用的充电桩并预定充电服务；

c.预定成功并达成交易意向后，充电桩给电动汽车充电；

d.通过雷电网络完成链下交易流程；

e.智能合约根据不同时间段的电价，形成相应的余额分配方案；

f.若不提现，用户重新搜索附近可以使用的充电桩，若提现则交易完成，链下关闭交易通道，并在链上广播最终结果。

3.根据权利要求2所述的一种充电桩与电动汽车的充电网络操作方法，其特征是，用户与充电桩之间进行链下交易时，通过设置时间锁的方式，由智能合约构建用户与充电桩之间的链下交易通道，实现用户与充电桩之间的充放电交易。