CN110060042A - 基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的系统及方法，系统包括用户注册模块，用户信息采集模块，社交网络模块，用户信任度模块，用户效用模块，联盟匹配博弈模块，能源区块链模块；所述用户注册模块连接用户信息采集模块；所述用户信任度模块连接社交网络模块；所述用户效用模块连接用户信任度模块与用户信息采集模块；所述联盟匹配博弈模块连接用户效用模块；所述能源区块链模块连接联盟匹配博弈模块。方法包括根据用户的社交与推荐信息，建立用户信任度；根据用户效用函数，利用联盟匹配博弈优化用户能源交易策略；通过BLS多签名签署能源交易，然后由共识节点收集、验证网络中的交易并记录在区块链中。

Description

基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化 的系统及方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，尤其涉及一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的系统及方法。

背景技术

智能电网(Smart Grid)是下一代电力系统，它利用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。电动汽车作为智能电网的重要组成部分，由于电动汽车数量的快速增长与现有公共充电设施的不完善，将现有的私有充电桩共享为电动汽车进行充电，一方面可以提高私有充电桩的利用效率，另一方面提高电动汽车用户的体验质量。

私有充电桩共享系统包括私有充电桩和电动汽车，私有充电桩作为充电服务提供者，它选择部分电动汽车提供充电服务，电动汽车作为充电服务消费方，它选择部分私有充电桩来进行充电。一方面，由于私有充电桩共享及电动汽车充电过程可能会泄露用户的隐私并带来潜在的安全风险，需要设计相应的安全策略来提高系统的安全性。另一方面，为了优化协调电动汽车的充电过程与私有充电桩的资源分配过程，需要设计相应的能源调度与激励策略，激励电动汽车用户和私有充电桩拥有者参与充电及共享过程。区块链技术作为一种新兴的技术，通过使用分布式的账本、加密数字货币以及智能合约，可以实现网络的去中心化并抵御交易篡改、双花、单点失败、模拟攻击、重放攻击等多种攻击，以提高能源交易的安全性。然而由于电动汽车的移动性，以及电动汽车和私有充电桩的资源受限性，需要在私有充电桩共享网络中部署可行的区块链系统，提高区块链中交易签名及区块共识效率的方案。

发明内容

针对现有私有充电桩共享系统中存在的缺陷，为了提高私有充电桩共享和电动汽车充电过程的安全性、高效性，本发明的目的是提供一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化的系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化的系统，包括用户注册模块，用户信息采集模块，社交网络模块，用户信任度模块，用户效用模块，联盟匹配博弈模块，能源区块链模块；所述用户注册模块连接用户信息采集模块；所述用户信任度模块连接社交网络模块；所述用户效用模块连接用户信任度模块与用户信息采集模块；所述联盟匹配博弈模块连接用户效用模块；所述能源区块链模块连接联盟匹配博弈模块。具体地，根据社交网络中用户之间的社交关系、用户之间的历史交互情况以及用户之间的推荐信息，建立用户之间的信任度，私有充电桩与电动汽车相互选择可信的用户进行交易；根据用户信任度和采集的用户信息建立用户效用函数，采用联盟与匹配博弈对电动汽车和私有充电桩的充电策略进行联合优化，通过能源区块链技术记录分布式能源交易信息并抵御潜在的攻击及隐私泄露风险。

其中用户注册模块，用于节点注册以及身份管理；用户信息采集模块，用于采集用户的电量需求和充电价格等信息；社交网络模块，用于采集网络中用户节点的社交信息；用户信任度模块，用于根据用户间的社交关系、交互情况以及推荐信息，计算用户之间的信任度；用户效用模块，用于根据用户信任度和采集的用户信息，建立用户效用函数模型；联盟匹配博弈模块，用于根据用户的效用函数，得到私有充电桩之间的最优联盟结构，电动汽车的最优充电量需求，和电动汽车与私有充电桩联盟的最优匹配结果；能源区块链模块，用于收集验证网络中的能源交易并组装成区块通过共识机制记录在能源区块链中。

还可包括信息反馈模块与交易反馈模块，所述信息反馈模块分别与所述联盟匹配博弈模块、用户信息采集模块连接，所述交易反馈模块分别与所述能源区块链模块、用户信任度模块连接，组成闭环系统。具体地，在所述联盟匹配博弈模块后，判断网络中用户是否组成稳定的联盟结构与稳定的匹配结果，是，则进入能源区块链模块；否，则通过信息反馈模块更新采集的用户的电量需求、充电价格和联盟组成信息，并重新计算用户效用，最终得到私有充电桩与电动汽车的最优策略。在所述能源区块链模块后，根据交易反馈模块反馈交易信息给用户信任度模块，并更新用户间的信任度。

所述用户信任度模块包括本地信任度单元和推荐信任度单元；其中本地信任度单元，用于根据用户间的直接交互情况得到本地信任度；推荐信任度单元，用于根据其他用户的推荐信息，结合用户间的社交关系得到推荐信任度。所述推荐信任度单元与本地信任度单元连接。

所述联盟匹配博弈模块包括联盟单元和匹配单元；其中联盟单元，用于根据私有充电桩的效用函数得到私有充电桩的最优联盟形成结构；匹配单元，用于根据用户的效用函数和最优联盟形成结构得到电动汽车与私有充电桩联盟的最优匹配结果。所述匹配单元与联盟单元连接。

所述能源区块链模块包括多重签名单元，能源交易单元和共识单元；其中多重签名单元，用于得到私有充电桩联盟的多重签名；能源交易单元，用于生成并广播用户间的能源交易信息；共识单元，用于验证网络中的能源交易并记录在区块链中。所述能源交易单元与多重签名单元连接，所述共识单元与能源交易单元连接。

私有充电桩共享系统中安全共享与充电优化的方法，包括如下步骤：

S100.用户在注册机构注册得到密钥值、证书和钱包地址；

S200.通过用户信息采集模块采集用户节点的充电决策信息，通过社交网络模块采集网络中用户节点的社交信息；

S300.根据用户节点的社交信息，结合用户历史交互和推荐信息，建立用户之间的信任度；

S400.根据用户信任度模块和用户信息采集模块，结合用户的私有信息，计算得到用户的效用函数；

S500.根据用户的效用函数，通过用户之间的联盟和匹配博弈联合优化充电过程，计算私有充电桩的最优联盟形成策略，电动汽车的最优充电需求策略，以及电动汽车与私有充电桩联盟之间的最优匹配策略；

S600.通过能源区块链模块收集、验证网络中的能源交易并组装成区块，同时通过共识机制记录在区块链中。

在步骤S500之后还可包括步骤S500A：判断网络中用户是否组成稳定的联盟结构与匹配结果，是，则进入能源区块链模块；否，则通过信息反馈模块更新用户充电决策信息，返回步骤S200并重新计算用户效用。

在步骤S600之后还可包括步骤S600A：根据交易反馈模块反馈交易信息，返回步骤S300并更新用户间的信任度。

所述步骤S300的具体步骤为：

S310.根据用户间的直接交互情况和评分值，计算得到用户的本地信任度；

S320.根据其他用户的推荐信息，结合用户间的社交关系计算可信度，得到用户的推荐信任度；

S330.根据用户的本地信任度和推荐信任度，计算得到用户的全局信任度。

所述步骤S500的具体步骤为：

S510.根据私有充电桩的效用函数，通过联盟博弈得到私有充电桩的最优联盟形成结构；

S520.根据用户的效用函数和最优联盟形成结构，得到电动汽车与私有充电桩联盟的最优匹配结果，和电动汽车的最优充电需求策略。

所述步骤S600的具体步骤为：

S610.根据BLS多重签名技术，生成私有充电桩联盟的多重签名；

S620.生成带有用户签名的能源交易信息并广播至能源区块链网络中；

S630.通过共识机制，共识节点对网络中的能源交易进行验证、组装成区块并记录在区块链中。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明提供一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化的系统及方法，利用联盟区块链技术，实现在去中心化的私有充电桩共享网络中安全地记录用户之间的能源交易信息，可以抵御单点失败、拒绝支付、交易篡改、模拟攻击、重放攻击等安全威胁。通过用户间的社交关系、历史交互和推荐信息建立用户间的信任模型，并通过设定信任度阈值来进一步筛选出高信赖度的用户，降低恶意攻击及隐私泄露的风险。通过建立用户的效用函数，并采用联盟和匹配博弈的联合优化模型，计算得到私有充电桩与电动汽车的最优策略，提高电力资源分配、私有充电桩共享和电动汽车充电的效率。

附图说明

图1为本发明开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化系统的示意图。

图2为本发明闭环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化系统的示意图。

图3为图1或图2中用户信任度模块的具体示意图。

图4为图1或图2中联盟匹配博弈模块的具体示意图。

图5为图1或图2中能源区块链模块的具体示意图。

图6为本发明开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化方法的流程图。

图7为本发明闭环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化方法的流程图。

图8为图6或图7中步骤S300的具体流程图。

图9为图6或图7中步骤S500的具体流程图。

图10为图6或图7中步骤S600的具体流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步的说明。

在开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化的系统中，如图1所示，一种基于能源区块链的私有充电桩共享系统，包括用户注册模块100，用户信息采集模块200，社交网络模块300，用户信任度模块400，用户效用模块500，联盟匹配博弈模块600，能源区块链模块700；所述用户注册模块100与用户信息采集模块200连接，所述社交网络模块300与用户信任度模块400连接，所述用户效用模块500分别与用户信息采集模块200和用户信任度模块400连接，所述用户效用模块500连接联盟匹配博弈模块600，所述联盟匹配博弈模块600连接能源区块链模块700。

用户注册模块100，用于节点注册以及身份管理。具体地，注册机构(RegistrationAuthority，RA)选择双线性映射对e:其中，是阶为大素数q的群，g₀,g₁分别是群的生成元，H₀:和H₁:是两个哈希函数。每一个节点k需要用其真实身份RID_k在注册机构进行节点注册。然后，每个注册后的合法节点得到V个公私钥对钱包地址和注册机构签名的证书其中，私钥为 表示随机选取，公钥钱包地址证书x_RA是注册机构的私钥，T_stamp是证书生成的时间戳，T_expire是证书的到期时间(如一周、一个月等)，Sig(.)表示签名函数。

用户信息采集模块200，用于采集用户的电量需求和充电价格等信息。为了保护用户的隐私，假设私有充电桩共享系统中存在信息非对称，即电动汽车、私有充电桩和本地聚合器之间不能拥有彼此的完全信息。具体地，每个私有充电桩广播它的位置、充电状态(使用中或空闲)以及充电价格，每辆电动汽车广播自身的电量需求信息，并计算到每个私有充电桩的距离，每个本地聚合器收集在它范围内的充电请求和共享的私有充电桩的广播信息。另外，每个本地聚合器可以为其覆盖范围内的电动汽车和私有充电桩提供无线通信服务。

社交网络模块300，用于采集网络中用户节点的社交信息。具体地，根据网络中用户节点之间存在不同的社交关系以及用户节点之间的关系向量，计算得到用户之间的社交关系度。社交关系度表示网络中两个用户节点之间社交关系的强度，社交关系度越大，相应的社交关系越紧密。定义用户之间的社交图为无向加权图其中，是用户节点集合，为连接用户节点的边，sr_v,v′为节点v与v'之间的社交关系度。定义用户间的社交关系集合为不同关系的信任向量为e＝(e₁,...,e_z,...,e_Z)，节点的关系向量l_v,v'＝(l_v,v',1,...,l_v,v,z,...,l_v,v',Z)。因此，节点v与v'之间的社交关系度为sr_v,v′＝l_v,v'·e^T，其中，e_z∈[0,1],(z∈Z)为关系为z的用户v与v'之间的信任值，K＝{1,2,...,k,...,K}为用户之间关系的集合，l_v,v',z,z∈Z的值为0或1，且1表示v与v'之间有关系z，0表示两节点不具备该关系。

用户信任度模块400，用于计算用户之间的信任度。具体地，一般信任值高的高的用户具有较高的信赖度，私有充电桩和电动汽车可以通过设置信任度阈值来选取高信赖度的用户提供充电和共享服务，以降低恶意攻击及隐私泄露的风险。电动汽车用户i对私有充电桩j的全局信任度为本地信任度与推荐信任度的组合，即：其中，是权重参数。相似地，可得到私有充电桩j对电动汽车用户i的全局信任度tr_j,i。

进一步，如图3所示，用户信任度模块400包括本地信任度单元401及推荐信任度单元402。所述推荐信任度单元与本地信任度单元连接。

本地信任度单元401，用于根据用户间的历史直接交互情况得到本地信任度。具体地，定义q_i,j(t)为电动汽车i与私有充电桩j在时间段t的总充电交互次数。在每次充电服务结束后，电动汽车i生成一个对私有充电桩j的评分元组并将时间窗口T_W内全部的评分元组储存在本地评分数据库中。其中，time是元组生成的时间戳，ra∈[0,1]是第k次交互中电动汽车i对私有充电桩j的评分(表示为)。表示对充电服务决定满意，为0表示绝对不满意。当t-time＞T_W时，该条评分记录会从数据库中删除。其中，t是当前时间。相似的，在每次充电服务结束后，私有充电桩j生成一个对电动汽车i的评分元组其中是第k次交互中私有充电桩j对电动汽车i的评分。定义是第k次交互中电动汽车i对私有充电桩j的充电体验值，即其中，是电动汽车用户i在包含私有充电桩j所在的联盟Φ_n的充电量，v^max是私有充电桩的最大充电速率。

根据充电体验值及每次交互的发生时间，可得电动汽车用户i对私有充电桩用户j的本地信任值为：其中，是时间衰减函数，表示最近的交易比以前的交易更重要。λ是衰减速率，t_k是第k次交互时间。类似地，可得出私有充电桩用户j对电动汽车用户i的本地信任值LT_j,i。

推荐信任度单元402，用于根据用户间的社交关系和推荐信息得到推荐信任度。具体地，定义Λ_j为与私有充电桩j交易过的电动汽车的集合。集合Λ_j中的电动汽车i'发送推荐元组(i′→j,time,LT,q)附带其签名给电动汽车i，其中q是私有充电桩j与电动汽车i的总交互次数(表示为q_i',j)。这里使用可信度作为其他电动汽车的推荐信息的可靠性度量，它与电动汽车用户间的置信水平、社交关系和相似度的加权和有关。

电动汽车用户i对i'的置信水平与电动汽车用户i'和私有充电桩j的交互次数有关，定义为：

根据社交网络模块300可得到电动汽车用户i与i'间的社交关系度sr_i,i'。

电动汽车用户i'与私有充电桩j的相似度定义为电动汽车用户i'对私有充电桩j的本地信任度与在私有充电桩j充电的电动汽车的本地信任度的平均值的偏差，即：其中，是集合Λ_j中所有电动汽车对私有充电桩j的本地信任度的平均值。

因此，关于私有充电桩j，电动汽车用户i对电动汽车用户i'的可信度可表示为cre_i,i′,j＝acon_i′,j+bsr_i,i′+csim_i′,j。其中，a,b,c为权重参数，且a+b+c＝1。

电动汽车用户i对私有充电桩j的推荐信任度为集合Λ_j中所有电动汽车的推荐的加权和，即：其中，LT_i′,j是电动汽车用户i'对私有充电桩j的本地信任度。类似地，可得出私有充电桩用户j对电动汽车用户i的推荐信任值RT_j,i。

用户效用模块500，用于根据用户信任度和采集的用户信息，建立用户效用函数模型。具体地，用户效用函数分为电动汽车的效用函数和私有充电桩的效用函数。定义电动汽车集合为I，本地聚合器集合为M，本地聚合器m∈M下的私有充电桩集合J_m，聚合器m∈M中联盟集合为：其中且当电动汽车i向私有充电桩联盟Φ_n发送充电请求，它的效用函数为其收益与成本的差值，即：

其中，第一部分表示电动汽车的充电满意度，第二部分为相比在公共充电桩充电时的收益，第三部分为电池退化成本，第四部分为距离成本。α_i是充电满意度系数，为到达充电桩时的充电水平(state of charge，SoC)，η_i∈(0,1)是充电效率，是电动汽车i对私有充电桩联盟Φ_n的平均信任值，有 是电量需求，ε_i是电池退化成本，ξ是单位能源消耗率，是电动汽车i与联盟Φ_n的距离，δ₁是固定操作成本。同时，它需要满足一些实际约束，如下：

①电动汽车充电上限约束：

②电动汽车充电下限约束：

③电动汽车电量需求约束：

④信任度约束：

其中，为电动汽车发出充电请求时的电池初始电量，为电动汽车电池容量，vmax是私有充电桩的最大充电速率，θ_i为电动汽车i设置的信任度阈值。

对私有充电桩j，当它不加入任何联盟时，它的效用函数为：

V_j＝p_jd_i,j-c_jd_i,j-δ₂

其中，p_j是单位电量的价格，c_j是单位电量的生产成本，δ₂是固定操作费用。

对私有充电桩j，当它加入联盟Φ_n时，它的效用函数为：

其中，是私有充电桩j在联盟Φ_n中的贡献率，是私有充电桩j对联盟中其他用户信任度的平均值，是供应私有充电桩j的太阳能板的电量输出，Γ_n是在联盟Φ_n中充电的电动汽车的集合，是联盟的单位电量价格，是联盟的单位电量成本，|Φ_n|是联盟成员个数。同时，它需要满足一些实际约束，如下：

①联盟售电价格约束：

②联盟充电接口数量约束：|Γ_n|≤|Φ_n|；

③联盟供电量约束：

④信任度约束：

其中，为电网的单位电力价格，为联盟对电动汽车用户i的平均信任度，为联盟Φ_n设置的信任度阈值。

联盟匹配博弈模块600，用于根据用户的效用函数，得到最优的充电优化策略。具体地，通过联盟形成博弈得到私有充电桩之间的最优联盟结构，通过多对一匹配博弈得到电动汽车的最优充电需求和电动汽车与私有充电桩的最优匹配结果。

进一步，如图4所示，联盟匹配博弈模块600包括联盟单元601和匹配单元602。所述匹配单元与联盟单元连接。

联盟单元601，用于根据用户的效用函数得到私有充电桩之间的最优联盟结构。具体地，由于不同私有充电桩的太阳能电量供应是有限且不同的，同一个本地聚合器下的私有充电桩可相互协作形成联盟来提高自身效用并提高能源的利用率。给定一个当前的联盟结构，每个私有充电桩可选择：1)留在当前联盟；2)加入其他联盟；3)离开当前联盟。这里，给出一下合并与分离规则：

合并规则：集合S^±中多个联盟Φ_n可以形成一个新的联盟联盟中的私有充电桩选择分离为多个新的联盟如果所有的私有充电桩可获取更高的效用，即：其中，

分离规则：给定初始的联盟结构Φ_n，集合S^±中多个联盟Φ_n可以形成一个新的联盟如果所有的私有充电桩j∈Φ_n可获取更高的效用，即：其中，

匹配单元602，用于根据用户的效用函数和联盟结构得到电动汽车与私有充电桩联盟的最优匹配结果。具体地，在多对一匹配中，一个私有充电桩联盟可为多辆电动汽车提供充电服务而一辆电动汽车只能在一个联盟处进行充电。为了定义 为关键价格。电动汽车i在联盟Φ_n的最优充电量有以下三种情况：

情形1：当时，最优充电量为

情形2：当时，最优充电量为

情形3：当时，最优充电量为

为寻找稳定的联盟形成策略及稳定的匹配结果，设计联盟与匹配联合优化过程如下：

第1步，初始化每个本地聚合器m下的联盟结构为

第2步，重复以下过程：

第3步，私有充电桩j∈J_m按照合并与分离规则执行合并或者分离操作。

第4步，每个联盟广播充电价格、可用充电接口和可用电力资源信息，每个电动汽车广播电量需求信息；

第5步，每个电动汽车根据其效用函数建立对联盟的偏好列表并向偏好列表中排名最前的联盟发送充电请求信息；

第6步，每个联盟根据其效用函数建立对发送充电请求的电动汽车的偏好列表，当可用充电接口和可用电力资源信息大于等于需求时，接受这些充电请求，否则，根据在满足联盟充电接口数量约束与联盟供电量约束下，选择接受个电动汽车的充电请求并拒绝其他车；

第7步，直到形成稳定的联盟结构与匹配结果。

在闭环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化的系统中，如图2所示，与开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化系统的区别是，系统还可包括信息反馈模块800。所述信息反馈模块800分别与联盟匹配博弈模块600和用户信息采集模块200连接。具体地，判断用户是否形成稳定的联盟匹配结果，是，则进入能源区块链模块记录能源交易；否，则通过信息反馈模块800收集电动汽车用户和私有充电桩用户的充电策略，并反馈给用户信息采集模块，以重新计算用户效用。

能源区块链模块700，用于收集验证网络中的能源交易并组装成区块记录在能源区块链中。具体地，通过能源区块链实现在去中心化的私有充电桩共享网络中安全地存储并维护分布式能源交易账本数据，并提高交易的安全性、可靠性、可认证性。

进一步，如图5所示，能源区块链模块700包括多重签名单元701，能源交易单元702和共识单元703。所述能源交易单元与多重签名单元连接，所述共识单元与能源交易单元连接。

多重签名单元701，用于得到私有充电桩联盟的多重签名。具体地，联盟Φ_n中每个私有充电桩j对消息m进行签名，并生成签名联盟中委任的秘书节点计算联盟的多重签名值其中，网络中的其他验证节点可通过计算来进行验证。如果e(g₁,σ)＝e(apk,H₀(m))，则验证函数输出为1表示验证通过，否则输出为0，验证失败。

能源交易单元702，用于生成并广播用户间的能源交易信息。具体地，在每次对电动汽车的充电服务结束时，联盟Φ_n生成一条交易记录tx₁：

其中，是交易的哈希值，是电动汽车i的第v个钱包地址，w_n是联盟Φ_n的钱包地址，s_j是联盟Φ_n中每个成员j的贡献率，coin是需要支付的能源币的数量(能源交易的一种加密数字货币)，time是交易生成的时间戳，Sig_i＝σ_i是电动汽车i对交易哈希值的签名，是联盟Φ_n中所有成员对交易哈希值的多重签名。

之后，联盟Φ_n中私有充电桩j可以通过发送一笔交易tx₂来获得相应的交易报酬：

其中，coin_j＝s_j·coin为私有充电桩j应得的报酬，Sig_j＝σ_j是私有充电桩j对交易哈希值的签名。

共识单元703，用于验证网络中的能源交易并记录在区块链中。具体地，本地聚合器作为共识节点可参与共识过程及账本管理。由于电动汽车和私有充电桩的存储计算资源有限，为了提高共识效率，电动汽车和私有充电桩作为普通节点仅存储区块元数据，并负责网络中交易数据的转发。共识节点对共识时间窗口ΔT内的交易数据进行验证，并将有效的交易按照时间戳排序、压缩为默克尔树结构。所有的共识节点通过工作量证明机制同时计算区块难度值，最快计算出该难度值的共识节点将该难度值连同压缩后的交易打包成新的区块，并包含前一个区块的哈希值。网络中其他共识节点对该新区块进行验证，验证通过后该区块将以链状形式添加进区块链。共识达成后，最快算出难度值的共识节点将被奖励一定量的能源币。同时能源贡献量最大的私有充电桩联盟将被奖励少量的能源币，来激励私有充电桩提供共享充电服务。

在闭环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化的系统中，如图2所示，与开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与充电优化系统的区别是，系统还可包括交易反馈模块900。所述交易反馈模块900分别与能源区块链模块700和用户信任度模块400连接。具体地，通过交易反馈模块900收集能源区块链上记录的交易信息，并反馈给用户信任度模块，以重新计算用户信任度。

基于上述能源区块链中的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化系统，提供了一种能源区块链中私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的方法。在开环的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化系统中，如图6所示，具体步骤如下：

S100，用户注册。具体地，注册机构对合法用户进行身份注册，并配置用户的密钥、证书和钱包地址。

S200，采集用户节点的充电信息和社交信息。具体地，一方面，本地聚合器采集电动汽车用户的电量需求和私有充电桩联盟的充电价格、可用充电接口等信息；另一方面，根据网络中用户节点之间的社交关系以及用户节点之间的关系向量，计算得到用户之间的社交关系度。

S300，计算用户节点的信任度值。具体地，用户之间的信任度包括本地信任度和推荐信任度两部分。私有充电桩和电动汽车可以通过设置信任度阈值来选取高信赖度的用户提供充电和共享服务，以降低恶意攻击及隐私泄露的风险。

进一步，结合图8，步骤S300包括如下步骤：

S310，计算用户节点的本地信任度值。具体地，根据用户间的直接交互次数、评分值以及交互时间得到用户节点的本地信任度值。

S320，计算用户节点的推荐信任度值。具体地，根据其他用户的推荐信息，结合用户间的社交关系、相似度以及置信程度得到用户节点的推荐信任度。

S330，根据用户的本地信任度和推荐信任度，计算得到用户的全局信任度。

S400，计算用户节点的效用值。具体地，根据计算的用户信任度和采集的用户的公开信息，每个电动汽车用户和私有充电桩用户结合自身的私有信息分别计算得到自身的效用值。

S500，计算电动汽车和私有充电桩在充电过程中的最优策略。具体地，通过联盟形成博弈得到私有充电桩之间的最优联盟结构，通过多对一匹配博弈得到电动汽车的最优充电需求，以及电动汽车与私有充电桩联盟之间的最优匹配结果。

进一步，结合图9，步骤S500包括如下步骤：

S510，私有充电桩相互合作组成最优联盟结构。具体地，根据私有充电桩的效用函数，私有充电桩按照联盟形成博弈的合并与分离规则形成最优联盟结构来最大化自身效用。

S520，电动汽车与私有充电桩联盟相互竞争形成最优匹配结果。具体地，根据用户的效用函数和最优联盟形成结构，按照多对一匹配博弈得到电动汽车的最优充电需求及电动汽车与私有充电桩联盟的最优匹配结果。

在闭环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化方法中，如图7所示，与开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化方法的区别在于，步骤S500之后还包括：

S500A：判断网络中用户是否组成稳定的联盟结构与匹配结果，是，则进入能源区块链模块；否，则返回步骤S200，根据反馈的用户决策信息重新计算用户效用。

S600，记录能源交易在能源区块链中。具体地，通过共识机制，共识节点收集、验证网络中的能源交易并组装成区块，然后记录在不可更改的能源区块链中。通过能源区块链实现在去中心化的私有充电桩共享网络中安全地存储并维护分布式能源交易账本数据，并提高交易的安全性、可靠性、可认证性。

进一步，结合图10，步骤S600包括如下步骤：

S610，生成私有充电桩联盟的多重签名。具体地，根据BLS多重签名算法，生成私有充电桩联盟的多重签名并确定验证规则。

S620，生成并广播能源交易信息。具体地，网络中用户节点生成带有用户签名的能源交易信息并广播至能源区块链网络中。

S630，共识节点利用共识机制将交易记入区块链。具体地，共识节点对网络中的能源交易进行验证、并组装成区块，之后通过工作量证明共识机制将新区块添加到区块链中。

在闭环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化系统中，如图7所示，与开环的基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化方法的区别在于，步骤S600之后还可包括：

步骤S600A：返回步骤S300，根据反馈的交易信息更新用户间的信任度。

可见，通过私有充电桩共享网络中交易信息的反馈，用户节点之间可以获得更多的交互信息，使得信任评估模型可以更好的识别出网络中的恶意用户，从而降低私有充电桩共享网络中恶意攻击及隐私泄露的风险。

Claims (8)

1.一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的系统，其特征在于，包括用户注册模块（100），用户信息采集模块（200），社交网络模块（300），用户信任度模块（400），用户效用模块（500），联盟匹配博弈模块（600），能源区块链模块（700）；所述用户注册模块（100）与用户信息采集模块（200）连接，所述社交网络模块（300）与用户信任度模块（400）连接，所述用户效用模块（500）分别与用户信息采集模块（200）和用户信任度模块（400）连接，所述用户效用模块（500）连接联盟匹配博弈模块（600），所述联盟匹配博弈模块（600）连接能源区块链模块（700）。

2.根据权利要求1所述的一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的系统，其特征在于，还包括信息反馈模块（800）与交易反馈模块（900）；所述信息反馈模块（800）分别与所述联盟匹配博弈模块（600）、用户信息采集模块（200）连接；所述交易反馈模块（900）分别与所述能源区块链模块（700）、用户信任度模块（400）连接，组成闭环系统。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的系统，其特征在于，所述用户信任度模块（400）包括本地信任度单元（401）和推荐信任度单元（402），所述联盟匹配博弈模块（600）包括联盟单元（601）和匹配单元（602），所述能源区块链模块（700）包括多重签名单元（701），能源交易单元（702）和共识单元（703）；所述本地信任度单元（401）与推荐信任度单元（402）连接；所述联盟单元（601）与匹配单元（602）连接；所述多重签名单元（701）与能源交易单元（702）连接，所述能源交易单元（702）与共识单元（703）连接。

4.一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100.用户在注册机构注册得到密钥值、证书和钱包地址；

S200.通过用户信息采集模块（200）采集用户节点的充电信息，通过社交网络模块（300）采集网络中用户节点的社交信息；

S300.根据用户节点的社交信息，结合用户历史交互和推荐信息，建立用户之间的信任度；

S400.根据用户信息采集模块（200）和用户信任度模块（400），结合用户的私有信息，计算得到用户的效用函数；

S500.根据用户效用模块（500），通过用户之间的联盟和匹配博弈联合优化充电过程，计算私有充电桩的最优联盟形成策略，电动汽车的最优充电需求策略，以及电动汽车与私有充电桩联盟之间的最优匹配策略；

S600.通过能源区块链模块（700）收集、验证网络中的能源交易并组装成区块，同时通过共识机制记录在区块链中。

5.根据权利要求4所述的一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的方法，其特征在于，在步骤S500之后还包括步骤S500A：判断网络中用户是否组成稳定的联盟结构与匹配结果，是，则进入步骤S600；否，则返回步骤S200，根据反馈的用户决策信息重新计算用户效用；在步骤S600之后还包括步骤S600A：返回步骤S300，根据反馈的交易信息更新用户间的信任度。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的方法，其特征在于，所述步骤S300的具体步骤为：

S310.根据用户间的直接交互情况和评分值，计算得到用户的本地信任度；

S320.根据其他用户的推荐信息，结合用户间的社交关系计算可信度，得到用户的推荐信任度；

S330.根据用户的本地信任度和推荐信任度，计算得到用户的全局信任度。

7.根据权利要求4或5所述的一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的方法，其特征在于，所述步骤S500的具体步骤为：

S510.根据私有充电桩的效用函数，通过联盟形成博弈得到私有充电桩的最优联盟形成结构；

S520.根据用户的效用函数和最优联盟形成结构，得到电动汽车与私有充电桩联盟的最优匹配结果，以及电动汽车的最优充电需求策略。

8.根据权利要求4或5所述的一种基于能源区块链的私有充电桩安全共享与电动汽车充电优化的方法，其特征在于，所述步骤S600的具体步骤为：

S610.根据BLS多重签名技术，生成私有充电桩联盟的多重签名；

S620.生成带有用户签名的能源交易信息并广播至能源区块链网络中；

S630.通过共识机制，共识节点对网络中的能源交易进行验证、组装成区块并记录在区块链中。