CN109409890B - 一种基于区块链的电力交易系统及方法 - Google Patents

一种基于区块链的电力交易系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的电力交易系统及方法。所述电力交易系统包括：初始化模块用于初始化电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；注册模块用于在区块链上，根据公共参数、电力买卖参与方用户的公钥以及电力买卖参与方用户的私钥完成电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；预置模块用于按照智能合约方式，根据用户证书生成电力买卖参与方用户的预置交易单，并将卖方预置交易单以及买方预置交易单上传至区块链；交易模块用于根据所述区块链上的卖方预置交易单以及买方预置交易单进行电力交易。采用本发明所提供的电力交易系统及方法避免售电用户存在通过随意更改价格以进行抢单或违约等行为。

Description

一种基于区块链的电力交易系统及方法
技术领域
本发明涉及电力交易系统中的信息安全领域，特别是涉及一种基于区块链的电力交易系统及方法。
背景技术
电力作为所有行业的动力来源，是生产生活的基础性动力。当前电力行业正处在快速变革期，由于可再生能源的出现以及对分布式能源的研究，能源储存方式、能源利用效率以及能源数字化都在加速变迁，区块链的诞生为这些可能性应用提供了新的路径。
区块链技术和智能合约可以有效帮助提升交易效率，降低交易成本，消除整个价值链中的痛点和摩擦。传统电力交易结构是从发电站到国方电网再到售电公司最后才到充电服务公司和用户这样低效复杂的结构。相对于其他传统电力交易模式，新能源为电力用户提供了更多价格优惠的清洁能源作为选择；而新能源汽车市场的不断扩大，充电桩服务行业也随着用户群体的增加成为未来交通领域一大需求，充电桩的电力交易以不同能源种类及价格的商品化交易单形式，在交易平台上供不同角色进行买卖。
基于交易平台的开放性与透明性，售电公司及储能公司可以作为交易市场的主要卖方，提供基于用电高低峰及能源种类不同价格的定额交易单，新能源汽车用户可以基于价格、用电时间甚至能源种类自主选择购买。但在交易的过程中，售电用户可能存在通过随意更改价格以进行抢单或违约等行为，对于用户来说，公平性大大降低，电力能源在时间与地域范围内无法合理分配。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于区块链的电力交易系统及方法，以解决现有电力交易系统中，售电用户存在通过随意更改价格以进行抢单或违约等行为，公平性低且电力能源在时间与地域范围内无法合理分配的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于区块链的电力交易系统，包括：初始化模块、注册模块、预置模块以及交易模块；
初始化模块，用于向所述电力交易系统输入安全参数，并初始化所述电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；所述电力买卖参与方用户包括电力卖方用户以及电力买方用户；所述电力买卖参与方用户的公钥包括卖方公钥以及买方公钥；所述电力买卖参与方用户的私钥包括卖方私钥以及买方私钥；
注册模块，用于接收所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥，并在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；所述用户证书包括卖方用户证书以及买方用户证书；
预置模块，用于按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单；所述卖方预置交易单包括卖方交易时间、退款、卖方惩罚承诺、锁定卖出金额、卖方签名和卖方截止条件；所述买方预置交易单包括买方交易时间、付款、买方惩罚承诺、锁定买入金额、买方签名和买方截止条件；
交易模块，用于根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易。
可选的，所述注册模块具体包括：
注册公钥及注册私钥生成单元，用于根据所述公共参数生成注册机构的注册公钥及注册私钥，并保存所述注册私钥，并在所述区块链上公布所述注册私钥；
发送单元，用于保存所述电力买卖参与方用户的私钥，并将所述电力买卖参与方用户的公钥发送至所述注册机构；
用户证书生成单元，用于根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书。
可选的，所述用户证书生成单元具体包括：
用户证书生成子单元，用于根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥，采用群签名法、盲签名法、代理签名法或环签名法进行签名生成用户证书。
可选的，所述预置模块具体包括：
卖方预置交易单确定单元，用于锁定卖出金额，确定卖方押金以及卖方惩罚承诺，并对所述卖出金额进行哈希运算，确定卖方预置交易单；
签名后的卖方预置交易单确定单元，用于按照智能合约方式，根据所述卖方用户证书对所述卖方预置交易单进行签名认证，确定签名后的卖方预置交易单；
买方预置交易单确定单元，用于确定买方押金以及退款承诺协议，并对所述买方押金进行承诺值证明，保证所述押金的承诺值大于0，确定买方预置交易单；
签名后的买方预置交易单确定单元，用于按照智能合约方式，根据所述买方用户证书对所述买方预置交易单进行签名认证，确定签名后的买方预置交易单；
预置交易单上传单元，用于将所述签名后的卖方预置交易单以及所述签名后的买方预置交易单上传至所述区块链。
可选的，所述交易模块具体包括：
第一判断单元，用于在电力交易过程中，判断所述卖方是否按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，得到第一判断结果；
第二判断单元，用于若所述第一判断结果表示为所述卖方按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，判断所述买方是否按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，得到第二判断结果；
电力交易单元，用于若所述第二判断结果表示为所述买方按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，正常进行电力交易；
买方押金扣除单元，用于若所述第二判断结果表示为所述买方未按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，根据所述买方预置交易单内的买方惩罚承诺扣除对应比例的所述买方押金；
卖方押金扣除单元，用于若所述第一判断结果表示为所述卖方未按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，根据所述卖方预置交易单内的卖方惩罚承诺扣除对应比例的所述卖方押金。
一种基于区块链的电力交易方法，包括：
向所述电力交易系统输入安全参数，并初始化所述电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；所述电力买卖参与方用户包括电力卖方用户以及电力买方用户；所述电力买卖参与方用户的公钥包括卖方公钥以及买方公钥；所述电力买卖参与方用户的私钥包括卖方私钥以及买方私钥；
接收所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥，并在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；所述用户证书包括卖方用户证书以及买方用户证书；
按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单；所述卖方预置交易单包括卖方交易时间、退款、卖方惩罚承诺、锁定卖出金额、卖方签名和卖方截止条件；所述买方预置交易单包括买方交易时间、付款、买方惩罚承诺、锁定买入金额、买方签名和买方截止条件；
根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易。
可选的，所述在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书，具体包括：
根据所述公共参数生成注册机构的注册公钥及注册私钥，并保存所述注册私钥，并在所述区块链上公布所述注册私钥；
保存所述电力买卖参与方用户的私钥，并将所述电力买卖参与方用户的公钥发送至所述注册机构；
根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书。
可选的，所述根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书，具体包括：
根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥，采用群签名法、盲签名法、代理签名法或环签名法进行签名生成用户证书。
可选的，所述按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单，具体包括：
锁定卖出金额，确定卖方押金以及卖方惩罚承诺，并对所述卖出金额进行哈希运算，确定卖方预置交易单；
按照智能合约方式，根据所述卖方用户证书对所述卖方预置交易单进行签名认证，确定签名后的卖方预置交易单；
确定买方押金以及退款承诺协议，并对所述买方押金进行承诺值证明，保证所述押金的承诺值大于0，确定买方预置交易单；
按照智能合约方式，根据所述买方用户证书对所述买方预置交易单进行签名认证，确定签名后的买方预置交易单；
将所述签名后的卖方预置交易单以及所述签名后的买方预置交易单上传至所述区块链。
可选的，所述根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易，具体包括：
在电力交易过程中，判断所述卖方是否按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述卖方按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，判断所述买方是否按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示为所述买方按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，正常进行电力交易；
若所述第二判断结果表示为所述买方未按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，根据所述买方预置交易单内的买方惩罚承诺扣除对应比例的所述买方押金；
若所述第一判断结果表示为所述卖方未按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，根据所述卖方预置交易单内的卖方惩罚承诺扣除对应比例的所述卖方押金。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种基于区块链的电力交易系统及方法，基于区块链的公平拍卖机制，售电用户无法随意更改价格以进行抢单或违约等行为，大大提高了电力交易的公平性；同时，该电力交易系统及方法将电力交易市场平台化，通过区块链技术实现高效便捷的公平的用户电力交易，打通传统供给模式中同级之间横向联系，使电力完全以商品的形式在不同售电公司之间、不同储能公司之间。
不同电力需求用户可以基于自己的用电策略及电力买卖策略，选择不同的商品实现相对更低廉的价格、更高的整体回报率，使得整个电力交易系统实现了电力能源在时间与地域范围内更合理的分配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统实体框架图；
图2为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统各个模块对应的密码学工具示意图；
图3为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统结构图；
图4为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统在实际应用中的方法流程图；
图5为本发明所提供的基于区块链的电力交易方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于区块链的电力交易系统及方法，以解决现有电力交易系统中，售电用户存在通过随意更改价格以进行抢单或违约等行为，公平性低且电力能源在时间与地域范围内无法合理分配的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统实体框架图，如图1所示，在该电力交易系统中，包括注册机构、电力卖出方和电力买入方三大实体，每个实体机构的角色都可能由一个或多个实体合作充任。
图2为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统各个模块对应的密码学工具示意图，如图2所示，密码学基础工具，包括单向函数、数字签名、承诺协议等密码学工具。
定义单向函数、数字签名、承诺协议：
令f代表单向函数。
令Π1＝(KGen,Sig,Ver)代表数字签名方案，其中KGen,Sig,Ver分别为秘钥生成算法、签名算法和验证算法。
令Π2＝(Setup,Commit,Open)代表承诺方案，其中Setup,Commit,Open分别为参数生成算法、承诺算法和承诺打开算法。
单向函数：单向函数是指给定输入，能够在多项时间内计算出函数值；而给定函数值，不能在多项式时间内计算出输入值。
定义1(单向函数)：令函数f:{0,1}*→{0,1}*，如果满足以下两个条件：
可计算性：给定输入x，可在多项式时间内计算出函数值f(x)；
不可求逆性：给定函数值f(x)，不可在多项式时间内找到y，使得f(y)＝f(x)；
则称函数f为单向函数。
数字签名：数字签名方案应满足以下两个基本要求：①正确性：存在公式，在概率多项式时间范围内，输入真实有效的消息/签名对，输出验证结果为真；②不可伪造性：不存在概率多项式时间算法，该算法利用其它用户的公开信息以及已有的消息/签名对，生成一个有效的消息/签名对；
定义2(数字签名)：定义Π1＝(KGen,Sig,Ver)为数字签名方案，其中KGen、Sig和Ver分别为秘钥生成、签名和验证算法，其具体结构算法如下：
秘钥生成算法KGen：输入公共参数1λ，输出公钥和私钥(PK,SK)；
签名算法Sig：输入私钥SK和消息m，输出消息和签名(m,σ)；
验证算法Ver：输入消息和签名(m,σ)以及公钥PK，输出签名的有效性判断。
承诺协议：承诺协议应满足以下两个基本要求：①隐藏性：接收方不能从承诺中获取关于原承诺值的任何有用信息；②绑定性：发送者不能在打开承诺阶段该改变自己承诺的值。
定义3(承诺协议)：定义Π2＝(Setup,Commit,Open)为承诺协议，其中Setup,Commit,Open分别为参数生成算法、承诺算法和承诺打开算法。其具体结构算法如下：
参数生成算法Setup：输入公共参数1λ，输出系统公共参数param；
承诺算法Commit：输入系统公共参数param和承诺值s，输出承诺c；
承诺打开算法Open：输入系统公共参数param和承诺c，输出承诺值s。
图3为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统结构图，如图3所示，一种基于区块链的电力交易系统，包括：初始化模块301、注册模块302、预置模块303以及交易模块304；
初始化模块301，用于向所述电力交易系统输入安全参数，并初始化所述电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；所述电力买卖参与方用户包括电力卖方用户以及电力买方用户；所述电力买卖参与方用户的公钥包括卖方公钥以及买方公钥；所述电力买卖参与方用户的私钥包括卖方私钥以及买方私钥。其中，所述安全参数为初始化时需要输入的指令，为k比特长度的0,1字符串，写为1k；所述公共参数为电力交易系统运行时需要的协议参数，包括群G，阶数p，群中元素g，映射关系e等。
注册模块302，用于接收所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥，并在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；所述用户证书包括卖方用户证书以及买方用户证书。
所述注册模块302具体包括：注册公钥及注册私钥生成单元，用于根据所述公共参数生成注册机构的注册公钥及注册私钥，并保存所述注册私钥，并在所述区块链上公布所述注册私钥；发送单元，用于保存所述电力买卖参与方用户的私钥，并将所述电力买卖参与方用户的公钥发送至所述注册机构；用户证书生成单元，用于根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书。其中，所述用户证书生成单元具体包括：用户证书生成子单元，用于根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥，采用群签名法、盲签名法、代理签名法或环签名法进行签名生成用户证书。
所述注册模块302的具体操作由电力买卖参与方与注册机构交互完成。
所述注册模块302的输入包含系统公共参数、用户公私钥等的部分或全部信息，输出包含用户公钥证书等的部分或全部信息；其中，公钥证书包含身份标识符和用户公钥杂凑值等的部分或全部信息；同时，用户向注册机构缴纳押金，注册模块还包括注册申请单元和证书发布单元。
所述注册模块302还可以包括以下步骤：
步骤1)注册机构和电力交易用户创建相应的系统参数；
步骤2)注册机构利用系统参数生成自己的公私钥对，保存私钥，公布公钥；
步骤3)电力交易用户利用系统参数生成自己的公私钥对，保存私钥，发送公钥和其他身份信息给注册机构。
证书发布单元具体包括以下步骤：
步骤1)接收到电力交易用户的公钥和身份信息参数后，注册机构利用自己的私钥对用户公钥进行签名生成证书，并将证书发送给用户；
步骤2)注册机构同时对交易用户进行登记记录，并将用户证书和相关身份信息添加到证书库中。
预置模块303，用于按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单；所述卖方预置交易单包括卖方交易时间、退款、卖方惩罚承诺、锁定卖出金额、卖方签名和卖方截止条件；所述买方预置交易单包括买方交易时间、付款、买方惩罚承诺、锁定买入金额、买方签名和买方截止条件。
所述预置模块303具体包括：卖方预置交易单确定单元，用于锁定卖出金额，确定卖方押金以及卖方惩罚承诺，并对所述卖出金额进行哈希运算，确定卖方预置交易单；签名后的卖方预置交易单确定单元，用于按照智能合约方式，根据所述卖方用户证书对所述卖方预置交易单进行签名认证，确定签名后的卖方预置交易单；买方预置交易单确定单元，用于确定买方押金以及退款承诺协议，并对所述买方押金进行承诺值证明，保证所述押金的承诺值大于0，确定买方预置交易单；签名后的买方预置交易单确定单元，用于按照智能合约方式，根据所述买方用户证书对所述买方预置交易单进行签名认证，确定签名后的买方预置交易单；预置交易单上传单元，用于将所述签名后的卖方预置交易单以及所述签名后的买方预置交易单上传至所述区块链。
所述预置模块303由电力交易参与方完成。
所述预置模块303的输入包含用户公私钥、锁定金额、交易承诺等的部分或全部信息，输出包含用户签名后的交易单的部分或全部信息。
所述预置模块303还可以包括如下步骤：
步骤1)电力交易参与方(包括电力卖出方和电力买入方)设置锁定金额，并对金额进行哈希hash运算和承诺，实现交易数据的匿名和不可篡改；
步骤2)电力交易参与方(包括电力卖出方和电力买入方)设置押金和退款承诺协议，并对押金进行承诺值证明，保证其大于0；
步骤3)电力交易参与方(包括电力卖出方和电力买入方)对以上交易信息进行签名，生成交易单，广播至区块链系统。注：该签名可以使用常规签名、群签名、盲签名、代理签名、环签名等签名算法，以增强参与方的匿名性、可追踪性等功能或性质。
交易模块304，用于根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易。
所述交易模块304具体包括：第一判断单元，用于在电力交易过程中，判断所述卖方是否按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，得到第一判断结果；第二判断单元，用于若所述第一判断结果表示为所述卖方按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，判断所述买方是否按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，得到第二判断结果；电力交易单元，用于若所述第二判断结果表示为所述买方按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，正常进行电力交易；买方押金扣除单元，用于若所述第二判断结果表示为所述买方未按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，根据所述买方预置交易单内的买方惩罚承诺扣除对应比例的所述买方押金；卖方押金扣除单元，用于若所述第一判断结果表示为所述卖方未按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，根据所述卖方预置交易单内的卖方惩罚承诺扣除对应比例的所述卖方押金。
所述交易模块304还可以包括以下步骤：
步骤1)电力交易参与方(包括电力卖出方和电力买入方)在规定时间打开自己的预置交易单。交易单信息包含交易单类型、参与方公钥和公钥地址、参与方用户证书、支付金额、参与方签名等的部分或全部信息；
步骤2)矿工收集到交易单后，对交易单进行有效性验证。
步骤3)矿工运行POW或POS等共识机制，生成新区块并形成区块链将交易单进行记录，完成交易。其中，区块包含上一区块哈希值、随机值Nonce、交易单的merkle根。
图4为本发明所提供的基于区块链的电力交易系统在实际应用中的方法流程图，如图4所示，根据图3所示的密码学基础工具构造本发明所提供的基于区块链的电力交易系统。定义Ω＝(初始化,注册,预置,交易)为基本构造，并将系统总结为4个算法模块，包括：初始化模块、注册模块、预置模块和交易模块。
其中，初始化模块用于生成系统的公共参数、注册机构的公钥和私钥、电力卖出方的公钥和私钥，以及电力买入方的公钥和私钥，具体来说，
注册机构输入包括安全参数1λ，输出包括系统公共参数Params。
注册机构调用算法Π中的秘钥生成算法KGen，输入包括安全参数1λ和公共参数Params，输出包括公钥RPK和私钥RSK，如KGen(1λ,Params)→(RPK,RSK)。
电力卖出方调用算法Π中的秘钥生成算法KGen，输入包括安全参数1λ和公共参数Params，输出包括公钥和私钥，如KGen(1λ,Params)→(PKi,SKi)。
电力买入方调用算法Π中的秘钥生成算法KGen，输入包括安全参数1λ和公共参数Params，输出包括公钥和私钥，如KGen(1λ,Params)→(PKj,SKj)。
注册模块用于系统参与方(电力卖出方和电力买入方)与注册机构交互生成该参与方的公钥证书，同时缴纳押金。具体来说，
任意系统参与方向注册机构提交的信息包括系统参与方公钥，注册机构调用算法Π1中的签名算法Sig，输入包括注册机构私钥RSK、系统参与方公钥PK，输出包括对应的公钥证书Cert，如SigRSK(PK)→Cert，生成并广播信息包括公钥列表list_pk和公钥证书列表list_Cert。注：公钥证书的生成可以使用常规签名、群签名等签名算法，以增强参与方的匿名性、可追踪性等功能或性质。
系统参与方获得证书后，向注册机构缴纳一定金额的押金。
预置模块用于电力买卖参与方设置交易单信息，其中，电力卖出方设置交易、退款及惩罚承诺、锁定卖出金额、签名和截止条件等预置信息，电力买入方设置交易、付款及惩罚承诺、锁定买入金额、签名和截止条件等预置信息，具体来说，
电力卖出方循环调用单向函数f，输入包括交易金额s。调用算法Π2中的承诺算法Commit，输入包括交易金额s等信息，输出承诺值c。同时调用算法Π1中的签名算法Sig，输入包括电力卖出方SKi和交易信息，输出包括对应的签名σ；
电力买入方循环调用单向函数f，输入包括交易金额s。调用算法Π2中的承诺算法Commit，输入包括交易金额s等信息，输出承诺值c。同时调用算法Π1中的签名算法Sig，输入包括电力买入方SKj和交易信息，输出包括对应的签名σ′。
可以使用常规签名、群签名、盲签名、代理签名、环签名等签名算法，以增强参与方的匿名性、可追踪性等功能或性质，此处举例仅使用定义中的签名算法。
交易模块用于电力买卖参与方公开预置交易单，基于智能合约执行交易，并发布记录交易与惩罚信息；不按照规则准时打开预置交易单的参与方用户或者不执行合约的参与方用户都会受到系统的惩罚，具体来说，
电力买卖参与方(包括电力卖出方和电力买入方)调用算法Π2中的承诺打开算法Open，输入承诺值c，输出包括交易金额s等信息。
区块链中矿工调用算法Π1中的验证算法Ver，输入包括电力买卖参与方公钥SKi和SKj，输出包括对交易单有效性的判断，如
Figure BDA0001863885880000131
如果电力买卖参与方不按照规则准时打开预置交易单的或者不执行合约，系统中的注册机构会从参与方注册时的押金中扣除一定比例作为惩罚。
作为一个示例，结合图3所示，初始化模块的系统初始化、实体初始化对应涉及数字签名，注册模块的系统参与方注册对应涉及数字签名，预置模块的预置信息对应涉及数字签名、单向函数和承诺协议，交易模块的信息验证对应涉及数字签名和承诺协议。下面给出这些方案的具体实例。
一个单向函数实例：哈希函数
Figure BDA0001863885880000146
输入任意长度消息{0,1}*，输出固定长度l的函数值{0,1}l，即
Figure BDA0001863885880000141
一个数字签名方案实例：Ψ＝(KGen,Sig,Ver)：令
Figure BDA0001863885880000142
为抗碰撞哈希函数，输出宽度为p；G是阶为素数p的循环乘法群，其生成元为g，则系统公共参数
Figure BDA0001863885880000143
秘钥生成算法KGen：输入安全参数和公共参数(1λ,Params)，输出公钥和私钥(y,x)，其中y＝gxmodp；
签名算法Sig：选择随机数k，其中1＜k＜p-1,gcd(k,p-1)＝1，选择消息m，计算
Figure BDA0001863885880000144
输出签名为σ＝(r,s)。
验证算法Ver：输入签名σ和公钥y，计算
Figure BDA0001863885880000145
如果等式成立，则输出1，否则输出0。
一个承诺协议实例：Φ＝(Setup,Commit,Open)：令p,q为大素数，且q|p-1；g和h是群的阶为素数q的循环子群Gq的生成元，则系统公共参数Params＝(p,q,Gq,g,h)。
承诺算法Commit：输入系统公共参数Params，选择随机数r，选择秘密值s，计算承诺值c＝gshrmodp，输出承诺值c；
承诺打开算法Open：输入系统公共参数param和承诺c，验证等式c＝gshrmodp是否成立。如果成立，则接受该承诺，否则拒绝。
图5为本发明所提供的基于区块链的电力交易方法流程图，如图5所示，一种基于区块链的电力交易方法，包括：
步骤501：向所述电力交易系统输入安全参数，并初始化所述电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；所述电力买卖参与方用户包括电力卖方用户以及电力买方用户；所述电力买卖参与方用户的公钥包括卖方公钥以及买方公钥；所述电力买卖参与方用户的私钥包括卖方私钥以及买方私钥。
步骤502：接收所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥，并在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；所述用户证书包括卖方用户证书以及买方用户证书。
所述步骤502具体包括：根据所述公共参数生成注册机构的注册公钥及注册私钥，并保存所述注册私钥，并在所述区块链上公布所述注册私钥；保存所述电力买卖参与方用户的私钥，并将所述电力买卖参与方用户的公钥发送至所述注册机构；根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书。
所述根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书，具体包括：根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥，采用群签名法、盲签名法、代理签名法或环签名法进行签名生成用户证书。
步骤503：按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单；所述卖方预置交易单包括卖方交易时间、退款、卖方惩罚承诺、锁定卖出金额、卖方签名和卖方截止条件；所述买方预置交易单包括买方交易时间、付款、买方惩罚承诺、锁定买入金额、买方签名和买方截止条件。
所述步骤503具体包括：锁定卖出金额，确定卖方押金以及卖方惩罚承诺，并对所述卖出金额进行哈希运算，确定卖方预置交易单；按照智能合约方式，根据所述卖方用户证书对所述卖方预置交易单进行签名认证，确定签名后的卖方预置交易单；确定买方押金以及退款承诺协议，并对所述买方押金进行承诺值证明，保证所述押金的承诺值大于0，确定买方预置交易单；按照智能合约方式，根据所述买方用户证书对所述买方预置交易单进行签名认证，确定签名后的买方预置交易单；将所述签名后的卖方预置交易单以及所述签名后的买方预置交易单上传至所述区块链。
步骤504：根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易。
所述步骤504具体包括：在电力交易过程中，判断所述卖方是否按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示为所述卖方按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，判断所述买方是否按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示为所述买方按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，正常进行电力交易；若所述第二判断结果表示为所述买方未按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，根据所述买方预置交易单内的买方惩罚承诺扣除对应比例的所述买方押金；若所述第一判断结果表示为所述卖方未按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，根据所述卖方预置交易单内的卖方惩罚承诺扣除对应比例的所述卖方押金。
本发明提供了一种基于区块链的电力交易系统及方法，所述电力交易系统及方法在现有区块链交易系统和智能合约的基础架构上完成。
本发明基于区块链网络的交易数据结构以及电力交易业务逻辑设计智能合约，将交易单的生成与生效通过智能合约来实现，交易单生成方即电力卖出方可以固定交易单内包括金额、电量、有效时间等具体细则，交易单买入方通过有选择地调用不同智能合约使相应交易单生效，并记录为区块链网络中的具体交易单。本发明能够抗伪造、抗篡改、超额花费等攻击，其独有特点是将交易单的生成与生效通过智能合约来实现，在区块链网络中实现商品化的交易模式，而且能保护用户隐私，支持注册机构的穿透式监管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于区块链的电力交易系统，其特征在于，包括：初始化模块、注册模块、预置模块以及交易模块；
初始化模块，用于向所述电力交易系统输入安全参数，并初始化所述电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；所述电力买卖参与方用户包括电力卖方用户以及电力买方用户；所述电力买卖参与方用户的公钥包括卖方公钥以及买方公钥；所述电力买卖参与方用户的私钥包括卖方私钥以及买方私钥；
注册模块，用于接收所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥，并在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；所述用户证书包括卖方用户证书以及买方用户证书；
预置模块，用于按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单；所述卖方预置交易单包括卖方交易时间、退款、卖方惩罚承诺、锁定卖出金额、卖方签名和卖方截止条件；所述买方预置交易单包括买方交易时间、付款、买方惩罚承诺、锁定买入金额、买方签名和买方截止条件；定义Π2＝(Setup,Commit,Open)为承诺协议，其中Setup,Commit,Open分别为参数生成算法、承诺算法和承诺打开算法，其具体结构算法如下：
参数生成算法Setup：输入公共参数1λ，输出系统公共参数param；
承诺算法Commit：输入系统公共参数param和承诺值s，输出承诺c；
承诺打开算法Open：输入系统公共参数param和承诺c，输出承诺值s；
交易模块，用于根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易。
2.根据权利要求1所述基于区块链的电力交易系统，其特征在于，所述注册模块具体包括：
注册公钥及注册私钥生成单元，用于根据所述公共参数生成注册机构的注册公钥及注册私钥，并保存所述注册私钥，并在所述区块链上公布所述注册私钥；
发送单元，用于保存所述电力买卖参与方用户的私钥，并将所述电力买卖参与方用户的公钥发送至所述注册机构；
用户证书生成单元，用于根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书。
3.根据权利要求2所述基于区块链的电力交易系统，其特征在于，所述用户证书生成单元具体包括：
用户证书生成子单元，用于根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥，采用群签名法、盲签名法、代理签名法或环签名法进行签名生成用户证书。
4.根据权利要求1所述基于区块链的电力交易系统，其特征在于，所述预置模块具体包括：
卖方预置交易单确定单元，用于锁定卖出金额，确定卖方押金以及卖方惩罚承诺，并对所述卖出金额进行哈希运算，确定卖方预置交易单；
签名后的卖方预置交易单确定单元，用于按照智能合约方式，根据所述卖方用户证书对所述卖方预置交易单进行签名认证，确定签名后的卖方预置交易单；
买方预置交易单确定单元，用于确定买方押金以及退款承诺协议，并对所述买方押金进行承诺值证明，保证所述押金的承诺值大于0，确定买方预置交易单；
签名后的买方预置交易单确定单元，用于按照智能合约方式，根据所述买方用户证书对所述买方预置交易单进行签名认证，确定签名后的买方预置交易单；
预置交易单上传单元，用于将所述签名后的卖方预置交易单以及所述签名后的买方预置交易单上传至所述区块链。
5.根据权利要求4所述基于区块链的电力交易系统，其特征在于，所述交易模块具体包括：
第一判断单元，用于在电力交易过程中，判断所述卖方是否按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，得到第一判断结果；
第二判断单元，用于若所述第一判断结果表示为所述卖方按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，判断所述买方是否按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，得到第二判断结果；
电力交易单元，用于若所述第二判断结果表示为所述买方按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，正常进行电力交易；
买方押金扣除单元，用于若所述第二判断结果表示为所述买方未按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，根据所述买方预置交易单内的买方惩罚承诺扣除对应比例的所述买方押金；
卖方押金扣除单元，用于若所述第一判断结果表示为所述卖方未按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，根据所述卖方预置交易单内的卖方惩罚承诺扣除对应比例的所述卖方押金。
6.一种基于区块链的电力交易方法，其特征在于，包括：
向所述电力交易系统输入安全参数，并初始化所述电力交易系统的公共参数、电力买卖参与方用户的公钥及电力买卖参与方用户的私钥；所述电力买卖参与方用户包括电力卖方用户以及电力买方用户；所述电力买卖参与方用户的公钥包括卖方公钥以及买方公钥；所述电力买卖参与方用户的私钥包括卖方私钥以及买方私钥；
接收所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥，并在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书；所述用户证书包括卖方用户证书以及买方用户证书；
按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单；所述卖方预置交易单包括卖方交易时间、退款、卖方惩罚承诺、锁定卖出金额、卖方签名和卖方截止条件；所述买方预置交易单包括买方交易时间、付款、买方惩罚承诺、锁定买入金额、买方签名和买方截止条件；定义Π2＝(Setup,Commit,Open)为承诺协议，其中Setup,Commit,Open分别为参数生成算法、承诺算法和承诺打开算法，其具体结构算法如下：
参数生成算法Setup：输入公共参数1λ，输出系统公共参数param；
承诺算法Commit：输入系统公共参数param和承诺值s，输出承诺c；
承诺打开算法Open：输入系统公共参数param和承诺c，输出承诺值s；
根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易。
7.根据权利要求6所述基于区块链的电力交易方法，其特征在于，所述在区块链上，根据所述公共参数、所述电力买卖参与方用户的公钥以及所述电力买卖参与方用户的私钥完成所述电力买卖参与方用户的身份认证，生成用户证书，具体包括：
根据所述公共参数生成注册机构的注册公钥及注册私钥，并保存所述注册私钥，并在所述区块链上公布所述注册私钥；
保存所述电力买卖参与方用户的私钥，并将所述电力买卖参与方用户的公钥发送至所述注册机构；
根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书。
8.根据权利要求7所述基于区块链的电力交易方法，其特征在于，所述根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥进行签名生成用户证书，具体包括：
根据所述注册私钥对所述电力买卖参与方用户的公钥，采用群签名法、盲签名法、代理签名法或环签名法进行签名生成用户证书。
9.根据权利要求6所述基于区块链的电力交易方法，其特征在于，所述按照智能合约方式，根据所述用户证书生成所述电力买卖参与方用户的预置交易单，并将所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单上传至区块链；所述预置交易单包括卖方预置交易单以及买方预置交易单，具体包括：
锁定卖出金额，确定卖方押金以及卖方惩罚承诺，并对所述卖出金额进行哈希运算，确定卖方预置交易单；
按照智能合约方式，根据所述卖方用户证书对所述卖方预置交易单进行签名认证，确定签名后的卖方预置交易单；
确定买方押金以及退款承诺协议，并对所述买方押金进行承诺值证明，保证所述押金的承诺值大于0，确定买方预置交易单；
按照智能合约方式，根据所述买方用户证书对所述买方预置交易单进行签名认证，确定签名后的买方预置交易单；
将所述签名后的卖方预置交易单以及所述签名后的买方预置交易单上传至所述区块链。
10.根据权利要求9所述基于区块链的电力交易方法，其特征在于，所述根据所述区块链上的所述卖方预置交易单以及所述买方预置交易单进行电力交易，具体包括：
在电力交易过程中，判断所述卖方是否按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述卖方按照所述卖方预置交易单内的卖方交易时间进行电力交易，判断所述买方是否按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示为所述买方按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，正常进行电力交易；
若所述第二判断结果表示为所述买方未按照所述买方预置交易单内的买方交易时间进行电力交易，根据所述买方预置交易单内的买方惩罚承诺扣除对应比例的所述买方押金；
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