CN111538782A - 基于区块链的能源大数据管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于区块链的能源大数据管理系统，包括：IOT模块包括传感器组件和计算单元，传感器组件用于采集数据计算单元用于对所述数据进行计算和积压；数据传输模块用于提供安全的数据传输；IOT应用服务模块用于对IOT模块进行管理；区块链模块用于对数据进行存储以及对数据进行交易。本发明对工业现场的数据汇聚并对这些数据流进行实时计算，计算出该时间点工业生产过程中的能耗数据，并将结果进行加密处理，然后发送到区块链网络进行存储以及交易；本发明在传统的工业数据采集过程中加入了区块链钱包技术，使用相对底层的硬件技术最大限度的保证工业数据自产生之后各个环节中的可信度。

Description

基于区块链的能源大数据管理系统
技术领域
本发明属于大数据管理技术领域，具体涉及一种基于区块链的能源大数据管理系统。
背景技术
随着物联网的飞速发展，全球数据量出现了爆炸式增长。全球信息总量每两年就会增长一倍。数据量的增长已经预示着我们已经进入了一个大数据时代，那么数据的统一和处理实时性要求都极大地增加了大数据处理的复杂度。
相关技术中，大数据已经得到广泛应用，但是在能源领域，尚未建立统一的标准和规范，不利于节能减排目标的完成。在传统的工业数据采集过程中，数据可以在产生之后的各个环节中被修改，由于数据无法自证其可信度，导致工业数据难以被交易，进而其价值被严重低估。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于区块链的能源大数据管理系统，以解决现有技术中数据无法自证其可信度导致工业数据难以被交易的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于区块链的能源大数据管理系统，包括：
IOT模块，用于采集数据并对所述数据进行计算、积压和传输；
IOT应用服务模块，用于对IOT模块进行管理；
区块链模块，用于对数据进行存储以及对数据进行交易；
所述IOT应用服务模块还用于连接所述IOT模块和区块链模块；
其中，区块链模块采用树状结构区块链。
进一步的，所述IOT模块包括：
传感器组件，用于采集数据；
计算单元，用于对所述数据进行计算和积压；
以及传输单元，用于安全传输所述数据。
进一步的，所述IOT模块还包括：
安全芯片，用于存储区块链钱包私钥，以支撑数据安全上链；
处理器，用于引导所述IOT模块的应用程序进入linux环境下。
进一步的，所述采集数据并对所述数据进行计算和积压，包括：
在linux环境下，以守护进程的方式启动嵌入式应用程序，所述应用程序进入初始化；
连接所述应用程序与服务器，并进行登录认证获取登录信息；
连接所述应用程序与所述安全芯片，建立加密通道；
采用传感器组件采集数据，对所述数据进行实时计算；
计算出与时间点对应的能耗数据，并进行加密处理。
进一步的，建立加密通道，包括：
生成第一随机数，将生成过程密钥与所述第一随机数相结合生成第二随机数；
将第一随机数与第二随机数结合得到第三随机数；
采用主控密钥对第三随机数进行加密运算，得到过程密钥。
进一步的，所述计算出与时间点对应的能耗数据，并进行加密处理，包括：
将所述时间点对应的能耗数据打包为交易；
采用所述安全芯片内的过程密钥对所述交易进行签名；
将签名后的交易发送至区块链进行确认。
进一步的，所述加密处理，包括：
对称加密、同态加密。
进一步的，所述IOT模块还包括：
更新单元，用于对所述嵌入式应用程序进行更新；
所述嵌入式应用程序更新包括：软件更新、设置更新以及算法更新。
进一步的，所述传感器组件包括：
蒸汽流量传感器、蒸汽压力传感器、气体温度传感器、氧含量传感器、空气流量传感器、炉膛负压传感器、液体温度传感器。
进一步的，所述安全芯片采用的型号为SMEC98SP；
所述处理器采用的型号为AM3354。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
本申请包括IOT模块，用于采集数据并对所述数据进行计算、积压和传输；
IOT应用服务模块，用于对IOT模块进行管理；区块链模块，用于对数据进行存储以及对数据进行交易；所述IOT应用服务模块还用于连接所述IOT模块和区块链模块；其中，区块链模块采用树状结构区块链；通过上述技术方案可知本申请在系统中加入区块链，使得在传统的工业数据采集过程中加入区块链钱包技术，使用相对底层的硬件技术最大限度的保证工业数据自产生之后各个环节中的可信度。
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为本发明一种基于区块链的能源大数据管理系统的结构示意图；
图2为本发明一种基于区块链的能源大数据管理系统的步骤示意图；
图3为本发明一种基于区块链的能源大数据管理系统的另一种步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的基于区块链的能源大数据管理系统。
如图1所示，本申请实施例中提供的基于区块链的能源大数据管理系统包括：
IOT模块1，用于采集数据并对所述数据进行计算、积压和传输；
IOT应用服务模块2，用于对IOT模块进行管理；
区块链模块3，用于对数据进行存储以及对数据进行交易；
所述IOT应用服务模块2还用于连接所述IOT模块和区块链模块；
其中，区块链模块3采用树状结构区块链。
IOT模块1、区块链模块3分别与IOT应用服务模块2连接。
本申请提供的基于区块链的能源大数据管理系统的工作原理为：IOT模块1采集数据并对所述数据进行计算、积压和传输，IOT应用服务模块2对IOT模块进行管理，区块链模块3对数据进行存储以及对数据进行交易；具体的，本申请中IOT应用服务模块2可以是服务器，桥接中心化的亚马逊云服务与中心化的区块链服务，区块链模块3提供区块链网络，提供去中心化的数据存储以及数据交易服务。
本申请中的区块链模块3采用树状结构区块链，是构建于P2P网络的区块系统，同目前流行的P2P数字货币系统类似，以去中心化方式维护透明账本，实现用户数字资产自主安全管理和高效流动。树状结构的区块链系统针对IOT(Internet of Things，物联网)数据业务需求设计，利用区块技术为IOT数据业务提供去中心化安全管理平台，实现IOT模块所需高并发低延迟等性能要求。树状机构区块链具有数据快速上链、数据公证以及物联网价值流转平台的特点；其中，数据快速接入即通过良好的系统设计，为流式数据和持久化数据均提供稳定接口和后端服务使得数据快速上；数据公证即BigBang链上存储数据标识及流转记录，数据标识一旦上链就不可更改，可为需求方和提供方提供数据的一致性证明和公证信息；物联网价值流转平台即作为物联网技术底层的基础设施，为物联网上的数据传输与价值流转提供稳定可靠的技术平台。
在如今常见的区块链项目中，所有交易信息均存储在单链区块当中，使得整个系统面对不断增长的交易规模时缺乏足够的灵活性。在树形结构区块链中，主链数据与应用数据进行了分割处理，以“安全主链+多重应用支链”的树状区块结构来存储系统区块数据。安全主链主要存储交易与安全共识相关数据；应用方则通过从任意链条进行分叉，生成支链(分叉链)，专门组织和存储与应用业务相关的数据。并且随着交易规模的扩大，支链可以继续建立子级支链。通过这种类似垂直分割的方式，杜绝了传统单链结构中所有交易填充在主链区块的弊端，实现了整体系统的横向拓展。
此外，由于区块链是一种按照时间顺序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，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本，因此，本发明实施例中的于区块链的能源大数据管理系统是基于区块链技术实现了的，保证了能源大数据传输过程中的数据不可篡改。
一些实施例中，所述IOT模块1包括：
传感器组件(图中未示出)，用于采集数据；
计算单元(图中未示出)，用于对所述数据进行计算和积压；
以及传输单元(图中未示出)，用于安全传输所述数据。
具体的，传感器组件包括多个传感器，用于采集相关数据；计算单元采用高性能的计算设备，传输单元采用AWS数据传输单元，能够提供安全的数据传输服务。
一些实施例中，所述IOT模块1还包括：
安全芯片(图中未示出)，用于存储区块链钱包私钥，以支撑数据安全上链；
处理器(图中未示出)，用于引导所述IOT模块的应用程序进入linux环境下。
嵌入式系统轻钱包SDK为IOT模块1提供轻钱包API，可以通过终端服务器接入区块链网络，不需要在本地进行繁重的区块同步和区块数据存储，专注与业务相关的交易数据构造和鉴权。
一些实施例中，参见图2，所述采集数据并对所述数据进行计算和积压，包括：
S201，在linux环境下，以守护进程的方式启动嵌入式应用程序，所述应用程序进入初始化；
S202，连接所述应用程序与服务器，并进行登录认证获取登录信息；
S203，连接所述应用程序与所述安全芯片，建立加密通道；
S204，采用传感器组件采集数据，对所述数据进行实时计算；
S205，计算出与时间点对应的能耗数据，并进行加密处理。
具体的，处理器引导进入linux环境，嵌入式应用程序以守护进程的方式被启动，进入初始化阶段，应用程序与服务器通讯，完成登录认证，并获得之后操作的必要信息，应用程序与安全芯片通讯，完成加密通道建立，初始化传感器，开始数据采集，安全芯片协助完成数据的加密以及签名处理。
一些实施例中，建立加密通道，包括：
生成第一随机数，将生成过程密钥与所述第一随机数相结合生成第二随机数；
将第一随机数与第二随机数结合得到第三随机数；
采用主控密钥对第三随机数进行加密运算，得到过程密钥。
具体的，如图3所示，LWS是light wallet service的缩写，是架设在公有区块链主干网络和终端数据采集传感器组件之间的一座桥梁。通过它，核心钱包的区块和交易数据及时地更新和缓存在LWS自由的高速内存数据库及本地数据库中。
举例来说，首先生成随机数A，在安全芯片中用产生过程密钥指令A0000008+随机数A产生随机数B，由A，B得到新的随机数C＝A+B，用主控密钥对C做3DES加密运算，得到过程密钥Ks；密文读取FLASH命令B1、P1、P2、XX，读取FLASH内容D，将D用过程密钥Ks加密到密文D’，用过程密钥Ks解密D’，得到FLASH数据D。
一些实施例中，所述计算出与时间点对应的能耗数据，并进行加密处理，包括：
将所述时间点对应的能耗数据打包为交易；
采用所述安全芯片内的过程密钥对所述交易进行签名；
将签名后的交易发送至区块链进行确认。
也就是说，传感器组件采集到的原始数据经由嵌入式应用程序清洗与校准之后，被组织为区块链系统的交易形式，然后使用存储于安全芯片内的密钥进行数据签名，签名后的交易会被发送到区块链网络进行确认，成为不可篡改的历史数据。工业现场的数据汇聚于数据采集设备，采集设备对这些数据流进行实时计算，计算出该时间点工业生产过程中的能耗数据，并将结果进行加密处理然后发送到区块链网络进行存储以及交易。
优选的，加密处理的方式可以是对称加密也可以是同态加密。
一些实施例中，所述IOT模块还包括：
更新单元，用于对所述嵌入式应用程序进行更新；
所述嵌入式应用程序更新包括：软件更新、设置更新以及算法更新。
具体的，本申请中嵌入式应用程序包括：1，传感器数据采集、转换；2，传感数据本地计算，数据格式化；3，价值数据打包为交易并签名上链；4，与服务端功能组合完成出厂设置过程；5，维护上述过程的运行环境。
一些实施例中，所述传感器组件包括：
蒸汽流量传感器、蒸汽压力传感器、气体温度传感器、氧含量传感器、空气流量传感器、炉膛负压传感器、液体温度传感器。
其中，蒸汽流量传感器用于采集设备中蒸汽的流量数据；蒸汽压力传感器用于采集设备中蒸汽的压力数据；气体温度传感器用于采集设备中气体的温度数据；氧含量传感器用于采集设备中氧含量数据；空气流量传感器用于采集设备中空气流量数据；炉膛负压传感器用于采集炉膛中的负压数据；液体温度传感器用于采集液体的温度数据。
其中，蒸汽流量传感器、蒸汽压力传感器、气体温度传感器、氧含量传感器、空气流量传感器、炉膛负压传感器、液体温度传感器分别与所述处理器连接。
优选的，本申请中所述安全芯片采用的型号为SMEC98SP；
所述处理器采用的型号为AM3354。
优选的，本申请中IOT模块采用IOT设备。
综上所述，本发明提供一种基于区块链的能源大数据管理系统，包括IOT模块采集数据并对所述数据进行计算、积压和传输；IOT应用服务模块对IOT模块进行管理；区块链模块对数据进行存储以及对数据进行交易；所述IOT应用服务模块连接所述IOT模块和区块链模块；其中，区块链模块采用树状结构区块链，本申请在系统中加入区块链，使得在传统的工业数据采集过程中加入区块链钱包技术，使用相对底层的硬件技术最大限度的保证工业数据自产生之后各个环节中的可信度。
可以理解的是，上述提供的方法实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、单元(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理单元的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理单元的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理单元以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理单元上，使得在计算机或其他可编程单元上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程单元上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，包括：
IOT模块，用于采集数据并对所述数据进行计算、积压和传输；
IOT应用服务模块，用于对IOT模块进行管理；
区块链模块，用于对数据进行存储以及对数据进行交易；
所述IOT应用服务模块还用于连接所述IOT模块和区块链模块；
其中，区块链模块采用树状结构区块链。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述IOT模块包括：
传感器组件，用于采集数据；
计算单元，用于对所述数据进行计算和积压；
以及传输单元，用于安全传输所述数据。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述IOT模块还包括：
安全芯片，用于存储区块链钱包私钥，以支撑数据安全上链；
处理器，用于引导所述IOT模块的应用程序进入linux环境下。
4.根据权利要求3所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述采集数据并对所述数据进行计算和积压，包括：
在linux环境下，以守护进程的方式启动嵌入式应用程序，所述应用程序进入初始化；
连接所述应用程序与服务器，并进行登录认证获取登录信息；
连接所述应用程序与所述安全芯片，建立加密通道；
采用传感器组件采集数据，对所述数据进行实时计算；
计算出与时间点对应的能耗数据，并进行加密处理。
5.根据权利要求4所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，建立加密通道，包括：
生成第一随机数，将生成过程密钥与所述第一随机数相结合生成第二随机数；
将第一随机数与第二随机数结合得到第三随机数；
采用主控密钥对第三随机数进行加密运算，得到过程密钥。
6.根据权利要求4所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述计算出与时间点对应的能耗数据，并进行加密处理，包括：
将所述时间点对应的能耗数据打包为交易；
采用所述安全芯片内的过程密钥对所述交易进行签名；
将签名后的交易发送至区块链进行确认。
7.根据权利要求4所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述加密处理，包括：
对称加密、同态加密。
8.根据权利要求4所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述IOT模块还包括：
更新单元，用于对所述嵌入式应用程序进行更新；
所述嵌入式应用程序更新包括：软件更新、设置更新以及算法更新。
9.根据权利要求2至8任一项所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，所述传感器组件包括：
蒸汽流量传感器、蒸汽压力传感器、气体温度传感器、氧含量传感器、空气流量传感器、炉膛负压传感器、液体温度传感器。
10.根据权利要求3所述的基于区块链的能源大数据管理系统，其特征在于，
所述安全芯片采用的型号为SMEC98SP；
所述处理器采用的型号为AM3354。
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