CN110535955A - 一种基于多链的配用电数据共享系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多链的配用电数据共享系统与方法，包括数据端、配用电数据库、联盟链多链平台以及应用访问端；所述数据端用于数据的读取和发送功能，所述数据端通过HTTP协议与配用电数据库进行信息交互中；所述配用电数据库用于存储数据端上传来的数据，所述配用电数据库通过GRPC协议与联盟链多链平台交互，所述配用电数据库通过HTTP协议与应用访问端进行数据通信；所述区块链的用于信息的存储和交易功能；通过利用多链的结构将配用电数据及其相关信息存储于多条区块链上，实现分布式存储的可追溯的交易，使得数据传输更加安全。

Description

一种基于多链的配用电数据共享系统与方法

技术领域

本发明实施例涉及配用电技术领域，尤其涉及一种基于多链的配用电数据共享系统与方法。

背景技术

目前每类配用电业务系统独自通过配用电通信的通道采集和存储配用电数据，并在每两个业务系统间定制不同开放接口协议实现数据的共享，致使该过程存在数据资产的标识差异化、系统间共享协议不统一、接口协议定制开发与维护成本高、数据共享效率低、数据易被窃取与篡改等问题。而且，每类配用电业务系统里的各个部门之间也存在数据共享效率低的问题。

除此之外，现有技术的还存在一下不足之处的问题：

(1)专利号为CN104157123A的“一种智能负荷监控系统”，智能电表和监控服务器之间的数据传输是通过LTE网络实现的，从而提高配用电数据的传输速率。解决了现有技术中采用230MHZ数传电台专网进行数据传输，存在传输速率低等缺点。但是该方案在设计时并未考虑到数据传输安全可信的问题，只是用于提高配用电数据的传输效率；

(2)专利号为CN107590749A的“一种配用电数据的处理方法及系统”，采集的多源异构数据是最符合需要的数据，提高了数据的可用性，并且数据接口方案是最优方案，提高了数据采集效率，进而提高了数据集成的效率。但是此方案只是强调了采集的多源异构数据，没有考虑到数据共享的问题，若需要进行数据共享，多源异构的数据反而不合适；

(3)专利号为CN108460072A的“配用电数据检索方法和系统”，能够解决海量数据的索引问题，具有高吞吐量、高扩展性、高并发性、高容错性等特点，适合对超大数据集的并发访问，降低检索主节点的负载，并可以提高查询服务的可用性，增加服务的响应速度，改善用户的查询体验。但是，该方案只是考虑了数据的高吞吐和高并发，对于数据的安全问题并未解决。

发明内容

本发明提供一种基于多链的配用电数据共享系统与方法，通过利用多链的结构将配用电数据及其相关信息存储于多条区块链上，实现分布式存储的可追溯的交易，使得数据传输更加安全，以解决由于现有技术的方案不够完善而导致的数据传输的安全性能不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种基于多链的配用电数据共享系统，包括数据端、配用电数据库、联盟链多链平台以及应用访问端；

所述数据端用于数据的读取和发送功能，所述数据端通过HTTP协议与配用电数据库进行信息交互中；

所述配用电数据库用于存储数据端上传来的数据，所述配用电数据库通过GRPC协议与联盟链多链平台交互，所述配用电数据库通过HTTP协议与应用访问端进行数据通信；

所述联盟链多链平台用于信息的存储和交易功能；

所述应用访问端通过HTTP协议从配用电数据库读取数据。

本发明实施例的特征还在于，所述联盟链多链平台包括监控、区块链及区块链节点；

所述监控负责系统中区块链的注册和区块链节点的注册以及接受区块链节点发送的心跳；

每条所述区块链负责一种业务流程，且每条所述区块链包含多个区块链节点，且若干所述区块链节点共识。

本发明实施例的特征还在于，每一个所述区块链节点负责它所在区块链交易的共识投票以及对区块的存储。

本发明实施例的特征还在于，每条所述区块链包含有若干个区块链节点且不同的所述区块链之间没有相同的区块链节点。

本发明实施例的特征还在于，每条所述区块链包含有若干个区块链节点且不同的所述区块链有相同的区块链节点。

一种基于多链的配用电数据共享方法，包括如下步骤：

S100、监控启动，监控读取本地数据库中的区块链以及区块链节点信息并扫描区块链节点状态；

S200、区块链主节点与区块链节点启动向监控注册，加入区块链；

S300、在区块链产生交易后，交易先存储到配用电数据库中，该区块链中的区块链主节点从配用电数据库中读取交易数据，并将数据发送到区块链中的其他节点；

S400、区块链主节点根据交易数据创建新的预备区块，向本区块链内的区块链节点发送预备区块的同时开始计时，区块链节点向区块链主节点返回投票信息；

S500、区块链主节点根据收到的投票信息去进行统计，区块链主节点产生正式区块，通过广播的方式发送给本区块链其他区块链节点；

S600、区块链节点存储并向区块链主节点返回存储成功信息，区块链主节点收集所有存储信息并通知监控开始下一轮的等待交易。

本发明实施例的特征还在于，所述的区块链主节点与区块链节点连接在同一区块链上，所述的区块链主节点用于发起投票。

本发明实施例的特征还在于，S400中排除在计时时间外的所述区块链节点向区块链主节点返回投票信息。

本发明实施例的特征还在于，S400中所述区块链节点根据自己的交易数据生成交易区块并与区块链主节点发来的预备区块进行比较，若一致，则向区块链主节点发送赞同票。

本发明实施例的特征还在于，S500中所述区块链主节点统计的投票数达到总投票数的2/3，所述区块链主节点开始创建正式区块。

本发明的实施方式具有如下优点：

(1)本发明的数据共享通过利用多链的结构将配用电数据及其相关信息存储于多条区块链上，从而实现分布式存储的可追溯的交易；区块链多链结构的加入，可以使得数据传输更加安全；同时，通过多链结构，将其应用到不同的业务场景需求中，实现基于多链的配用电数据共享；

(2)本发明用户可以自定义各种多链业务，根据需要让各个节点属于不同的区块链，以适应不同的业务需求，提升了用户的自主性；

(3)本发明通过线上进行、区块链内节点参与的共识过程，有效解决了传统管理中人工成本高、流程复杂的问题，提高了配用电数据管理的效率，降低了成本。

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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。

图1为本发明提供的基于多链的配用电数据共享系统框图；

图2为本发明提供的监控与区块链关系图；

图3为本发明提供的区块链与节点关系图；

图4为本发明提供的区块链与节点关系图；

图5为本发明提供的基于多链的配用电数据共享方法的生命周期图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种基于多链的配用电数据共享系统，目的在于研究基于联盟链多链的配用电数据共享方法，通过联盟链的引入，使得不是任何人都可以注册并访问区块链，通过利用多链的结构将配用电数据及其相关信息存储于多条区块链上，从而实现分布式存储的可追溯的交易。通过区块链多链结构的加入，使得数据传输更加安全。同时通过多链结构，将其应用到不同的业务场景需求中，实现基于联盟链多链的配用电数据共享。

具体包括数据端、配用电数据库、联盟链多链平台和应用访问端。

数据端，即相关电网企业中所产生的配用电数据可以经过数据端去读取，这里主要由许多的配用电数据采集终端通过工控机和相关的设备来完成。因为相关设备的差异性，读取相关数据的协议格式差别很大，对此进行了专门的设计。通过各个配用电数据终端去读取各个电力点的电力分配与使用的数据，经过一定步骤的整理，利用Http协议，将数据上传到其相应的配用电数据的数据库中的redis缓存中，为接下来的数据共识做准备。

配用电数据的数据库，这里的主要作用是存储数据采集端上传来的数据，将数据分门别类进行整理。同时，配用电数据库参与到多链平台区块链共识的过程中，通过Grpc协议进行交互，还通过Http协议与应用访问端进行数据通信，这里用的是mysql数据库。区块链利用配用电数据库中redis缓存的数据进行区块的验证和共识，成功之后数据才会存储到正式的数据库中。

联盟链的多链平台，这里是本架构的核心。联盟链的性质使得不是所有人都能注册并访问区块链，注册者需要相应的身份条件。多链平台根据不同的业务需求，对于不同的用户根据业务情况分别划分到不同的链中，但是用户只能在限定的链中进行共识和参与投票，从而很好的保证了业务的划分。

应用访问端，这一部分主要是在访问端，通过Http协议从配用电数据库读取相应的数据，渲染到界面上，从而展示出来，实现一定的业务需求。在此处设置了几个模块去适应业务的需求。

配用电中配电指发电系统发出的电能经由输电系统的输送，最后由配电系统分配给各个用户。在我国，配电系统可划分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统三部分。而用电则是指居民或工厂等对于电力的使用情况。

总的配用电共享流程来说，是基于联盟链多链的配用电数据共享，当一条区块链中的一个区块节点，其相应的数据端产生了数据交易，那么其数据会通过Http协议上传到它相应的配用电数据库的redis缓存中，紧接着这个区块链中的主节点会将交易信息进行签名处理并发送给同链的其他区块链节点。这时，每个区块链节点均会根据交易信息生成自己的哈希区块。区块链中的各个节点要根据区块信息达成一致，达成共识后，配用电数据被存储到各个节点的数据库中，这防止了信息的篡改，实现了信息的有效共享。

如图1所示，在系统的架构中，包括数据端的将采集到的数据汇聚到配用电数据库与联盟链多链平台中，应用访问端从配用电数据库和联盟链多链平台中获取数据以及区块链平台的设计。

数据端与上层的交互。在数据端通过各种配用电的数据采集终端进行了数据的采集，去读取各个电力点的电力分配与使用的数据。具体的流程如下所述。

将发电电表、传输电表、用电电表以及其他电表的相关数据经由USB口，用自己编写的python程序读取串行端口数据，将数据写入缓存中，然后将缓存中的数据经由自己编写的java程序定时发送到配用电数据数据库。这里的python和java程序将其放在工控机中，保持程序以及系统的稳定。在这其中使用的设备可能有很大的差异性，因此采集的数据可能存在很大的格式上的差异性。所以需要将采集到的数据经过一定步骤的整理，通过Http协议汇聚到相应的配用电数据库，配用电数据库与联盟链多链平台利用Grpc协议进行数据的交互。

应用访问端获取数据。在应用访问端中，当用户需要对于一些业务数据进行查看整理时，将从联盟链多链平台中获取相应的权限以及从配用电数据库中去获取相关权限的数据，进行相应的业务操作。配用电数据库存具体的配用电数据，联盟链多链平台存相关的数据哈希等，保证数据不被篡改。这一步将通过Http协议从配用电数据库读取相应的数据，渲染到界面上，从而在前端展示出来，实现一定的业务需求。在此处设置了几个模块去适应业务的需求，分别是用户模块，业务模块，权限模块，查询模块，安全模块等。

联盟链的多链平台的设计。在多链平台中，平台的总体主要内容分为三个部分：平台监控、联盟区块链及联盟区块链节点。系统监控侧负责系统中区块链的注册和区块链节点的注册以及接受节点发送的心跳，因此这里的监控就是对于网络中区块链和区块链节点的一个实时的管理，不参与投票，相当于一个CA的角色，但又有所区别。因为是多链的结构，每条链，负责一种业务流程，每一条联盟区块链包含多个节点。联盟区块链节点负责对交易的投票以及对区块的存储功能。当然也可以根据具体情况，增加监控，以防止单点故障的产生。

如图2所示，系统中，由监控去管理若干个联盟区块链，进行联盟区块链的注册，每条联盟区块链里的配用电数据区块可放在一条链上，此时多条联盟区块链形成多链。每条联盟区块链中都有若干个联盟区块链节点，所有的节点需要向监控去注册，并不断向监控报送心跳，以便可以参与到交易的投票中。

每一条联盟区块链都有若干个区块链节点，这些节点之间是共识的，他们在完成配用电交易后，通过中心节点发起投票后，共识节点在联盟区块链内进行投票，这里利用的是PBFT算法，投票通过的的配用电交易区块便可以存储在区块链上。

区块链与区块链节点之间的关系如图3和图4所示主要分为以下两种。

如图3所示，每条联盟区块链包含有若干个区块链节点，在此条区块链中的各个节点具有对区块的投票权，可以存储配用电数据区块并进行共享，形成一条链。但是不同的区块链之间没有相同的区块链节点，即不存在交叉。

如图4所示，每条联盟区块链包含有若干个区块链节点，在此条区块链中的各个区块链节点具有投票权，可以存储配用电数据区块并进行数据共享，形成一条链。但是不同的区块链可以有相同的区块链节点，即存在交叉。一个区块链节点可以同时属于两条区块链，此区块链节点可以存不同区块链中的配用电数据区块，但是各条链间不共享，这时这个区块链的交叉节点与其他区块链节点的数据库的内容量是有差别的，这和跨链是不同的。

区块链节点负责对交易的投票以及对区块的存储功能，基于此，实现了配用电数据的共享的防篡改。即每一个区块链节点都负责它所在区块链的交易的共识投票以及对于区块的存储功能。由此可知，每个区块链节点都有对应于自己的数据库，里面存有本区块链内的区块信息，相当于做了备份，这样防止了配用电数据的丢失和防篡改。

当完成上一轮的交易后，联盟区块链进行选取主节点的过程，在这个过程中由于是联盟链结构，设计根据随机算法去选取主节点。选举完主节点后，主节点以及其他验证节点需要向监控发送心跳。当一条区块链中产生配用电交易时，此区块链中的主节点生成预备区块，并对数据进行主节点签名，将预备区块发送给区块链中可投票的其他共识节点，让在区块链中的可投票节点对预备区块发起投票，此时利用PBFT算法，其他区块链节点在收到预备区块后，首先进行哈希验证，若成功，则发送投票信息，此时的投票信息需要区块节点的签名，以保证安全可信。投票时主节点设置Timer检测收到投票的时间，若在时间外，则排除这个投票信息。主节点根据在Timer时间内区块链中共识节点的投票结果去确定是否存入这笔配用电交易到区块中，若达到三分之二的赞成比例，则主节点生成正式区块后进行签名，广播到该区块链中，各个共识节点进行签名验证，若验证成功则存储，若节点存储成功，则向主节点发送加了签名的存储成功信息。此时主节点再次设置Timer，若在Timer内收到所有节点的签名存储成功信息，则主节点也存储正式块信息到本地数据库中。此时，交易存储成功。而在应用端，可以用电脑利用Http协议访问前端可显示的信息。

如图5所示，本发明提供了一种基于多链的配用电数据共享方法：

S100、监控启动，监控根据本地数据库的情况，读取数据库中的区块链以及区块链节点信息，监控扫描各个区块链节点状态，进行监听。

S200、让区块链主节点与区块链节点启动，区块链节点根据本地的配置文件寻找监控的IP及端口，然后区块链节点向监控注册，加入其所在的区块链，监控显示区块链节点注册成功，区块链节点在给定的时间间隔内不断向监控报送心跳，来参与到新一轮的共识中。

S300、当一条区块链产生了配用电交易后，交易会先存储到Redis数据库中，紧接着该区块链中的区块链主节点从Redis数据库中读取交易数据,并将数据签名后发送到区块链中的其他节点。

S400、区块链主节点根据交易数据开始去创建新的预备区块，签名后向本区块链内的共识节点发送预备区块，并发起投票信息。于此同时主节点设置Timer开始计时(若主节点在规定时间内没收到某个共识节点的投票，则排除此共识节点，认为其在这一次的共识中发生了问题，排除其共识的权利)。共识节点根据自己数据库中的交易数据也生成交易区块，并与主节点发来的预备区块进行比较，若一致，则签名后发送赞同票。

S500、主节点根据收到的投票信息去进行统计，根据投票信息去确定是否产生正式区块。

S600、主节点统计的投票数若达到总投票数的2/3，则主节点认为此次交易得到大多数人的认同，交易成功，可以存储。主节点开始创建正式区块。

S700、主节点在创建了正式区块后进行签名，通过广播的方式发送给本区块链的共识节点。

S800、共识节点在收到主节点的正式区块后，进行存储，紧接着向主节点发回签名后的存储成功信息。

S900、主节点在收到存储成功信息后，主节点开始自己去存储正式区块信息。存储成功后去通知监控开始下一轮的等待交易。

由此系统架构可以很好的实现数据端数据采集，上传到配用电数据库与联盟链多链平台中，通过区块链平台的处理，用访问端从配用电数据库和联盟链多链平台中获取数据。此系统是多链的结构，可产生多种区块链中的交易。由于系统的多链，系统可满足不同的业务需求，增加了系统的业务应用。同时，区块链的加入，使得系统的数据安全性更强，防止了数据的篡改情况的发生。因为若发生，则区块链可以进行追溯。

根据本发明的实施例，进行了实验的仿真实现。在实验中利用Springboot框架进行了系统的Java代码实现，设计了多条区块链以及多个区块链节点，去进行配用电区块的交易。

在系统实现中，使用了服务器，其中的一些硬件和软件指标如下所示：

硬件配置，应用服务器(34):processor:Intel(R)Xeon(R)CPUE7-4820@2.00GHz2.00GHz(2processors)|Installed memory(RAM):32.0GB配置；应用服务器(51):processor:Intel(R)Xeon(R)CPUE7-4820@2.00GHz 2.00GHz(2 processors)|Installedmemory(RAM):32.0GB；

软件配置，应用服务器(34):Windows Server 2012 R2软件Standard、MySql 5.7、IE8.0配置；应用服务器(51):Windows Server 2012 R2Standard、MySq15.7、IE8.0。

基于以上的硬件和软件，进行了系统的运行测试。测试时一条链的运行情况如下。先启动监控，监控启动后，后台界面如下所示：

此界面显示了监控在等待节点的加入，以及监控一直在查询。当有节点加入后，监控显示加入区块链的节点信息。

当发生交易后，主节点创建预备区块，在区块链中发起投票。下面是主节点统计投票信息成功后去创建正式区块，并进行区块链内广播后存储区块。效果如下：

此时，交易成功，开始新的一轮交易。

本发明的技术关键点在于：

1.通过利用多链的结构将配用电数据及其相关信息存储于多条区块链上，从而实现分布式存储的可追溯的交易。同时通过区块链的加入，使得数据传输更加安全。

2.针对配用电数据，利用多链的结构，将配用电数据相关信息存储到区块链上，将其应用到不同的业务场景需求中，实现了不同部门配用电数据的共享。

本发明提出的配用电数据共享方法，其优点在于：

首先，去中心化的服务模式保证了配用电数据的安全，由于交易分布式的存储在各个节点之上，篡改所有节点的全部数据几乎不可能，因此保障了配用电数据的安全。

其次，提升了用户的自主性，在本方法下，用户可以自定义各种多链业务，根据需要让各个节点属于不同的区块链，以适应不同的业务需求。

此外，提高了配用电数据管理的效率，降低了成本。线上进行，区块链内节点参与的共识过程避免了传统管理中人工成本高，流程复杂的问题。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于多链的配用电数据共享系统，其特征在于，包括数据端、配用电数据库、联盟链多链平台以及应用访问端；

所述数据端用于实现数据的读取和发送功能，所述数据端通过HTTP协议与配用电数据库进行信息交互中；

所述配用电数据库用于存储数据端上传来的数据，所述配用电数据库通过GRPC协议与联盟链多链平台交互，所述配用电数据库通过HTTP协议与应用访问端进行数据通信；

所述联盟链多链平台用于实现信息的存储和交易功能；

所述应用访问端用于通过HTTP协议从配用电数据库读取数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于多链的配用电数据共享系统，其特征在于，所述联盟链多链平台包括监控、区块链及区块链节点；

所述监控负责系统中区块链的注册和区块链节点的注册以及接受区块链节点发送的心跳；

每条所述区块链负责一种业务流程，且每条所述区块链包含多个区块链节点，且若干所述区块链节点共识。

3.根据权利要求2所述的一种基于多链的配用电数据共享系统，其特征在于，每一个所述区块链节点负责它所在区块链交易的共识投票以及对区块的存储。

4.根据权利要求2所述的一种基于多链的配用电数据共享系统，其特征在于，每条所述区块链包含有若干个区块链节点且不同的所述区块链之间没有相同的区块链节点。

5.根据权利要求2所述的一种基于多链的配用电数据共享系统，其特征在于，每条所述区块链包含有若干个区块链节点且不同的所述区块链有相同的区块链节点。

6.一种基于多链的配用电数据共享方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、监控启动，监控读取本地数据库中的区块链以及区块链节点信息并扫描区块链节点状态；

S200、区块链主节点与区块链节点启动向监控注册，加入区块链；

S300、在区块链产生交易后，交易先存储到配用电数据库中，该区块链中的区块链主节点从配用电数据库中读取交易数据，并将数据发送到区块链中的其他节点；

S400、区块链主节点根据交易数据创建新的预备区块，向本区块链内的区块链节点发送预备区块的同时开始计时，区块链节点向区块链主节点返回投票信息；

S500、区块链主节点根据收到的投票信息去进行统计，区块链主节点产生正式区块，通过广播的方式发送给本区块链其他区块链节点；

S600、区块链节点存储并向区块链主节点返回存储成功信息，区块链主节点收集所有存储信息并通知监控开始下一轮的等待交易。

7.根据权利要求6所述的一种基于多链的配用电数据共享方法，其特征在于，所述区块链主节点与区块链节点连接在同一区块链上，所述区块链主节点用于发起投票。

8.根据权利要求6所述的一种基于多链的配用电数据共享方法，其特征在于，步骤S400中排除在计时时间外的所述区块链节点向区块链主节点返回投票信息。

9.根据权利要求6所述的一种基于多链的配用电数据共享方法，其特征在于，步骤S400中所述区块链节点根据自己的交易数据生成交易区块并与区块链主节点发来的预备区块进行比较，若一致，则向区块链主节点发送赞同票。

10.根据权利要求6所述的一种基于多链的配用电数据共享方法，其特征在于，步骤S500中所述区块链主节点统计的投票数达到总投票数的2/3，所述区块链主节点开始创建正式区块。