CN112036886A - 一种基于区块链的电力大数据交换方法及系统 - Google Patents

一种基于区块链的电力大数据交换方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于区块链的电力大数据交换方法及系统，包括：数据交换单元通过数字证书加入区块链网络，构建各个数据交换单元的可信任连接关系；通过元数据对数据仓库中的数据进行描述并建立分类索引；通过数据匹配系统收集各个数据交换单元的元数据信息，建立元数据到数据交换单元的倒排序索引；数据交换单元基于分布式应用调用智能合约和区块链完成电力数据交换，基于区块链对交易数据进行加密存储和可信交换。本发明还公开了一种基于区块链的电力大数据交换系统。本发明采用元数据管理，倒排序索引、数据匹配系统和区块链网络交易系统的方式，在保证数据安全的前提下，提供了电力大数据供需匹配和可信交换方法。

Description

一种基于区块链的电力大数据交换方法及系统
技术领域
本发明涉及区块链应用技术领域，尤其是一种基于区块链的电力大数据交换方法及系统。
背景技术
新能源的崛起，带来能源行业的交易体系和能源分配方式的变化，能源的供给与消费角色发生变化，电力的分配和交易由过去集中式逐渐转变为分布式，业务的变化也带来数据交换方式的变化。由于能源的调度分配体系复杂，涉及大量的单位和机构，因此带来了电力业务的数据无法保证质量、业务无法追溯、交易无法保证正式可靠等诸多问题。目前，行业希望通过区块链保证交易的真实可信以及业务可追溯问题。但由于电力大数据的数据体量大，数据采集点众多、数据源异构等特点，区块链技术无法满足业务追溯的及时响应要求。因此需要技术手段解决以下问题：
第一，数据需求方需要主动去寻找数据的供给方，由于电力大数据的分散性，牵涉机构众多，因此需要有自动化手段检索到对应的数据提供者；
第二，由于受技术发展水平限制，当前的用于电力大数据的大数据仓库系统缺少必要的数据安全机制，难以保证数据不被篡改；
第三，数据需求方和数据供给方在进行数据交换时，基于网络的数据交换双方难以确认双方身份，信息存在被窃取冒用的风险；
第四，区块链技术无法保证大量数据交易的大规模并发，由于区块链的数据分布特征以及共识机制等技术因素影响，区块链无法直接用于电力大数据的数据交换。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种利用区块链技术连接行业内数据的供应方和需求方，提供了安全的数据交换链路，为分散在不同数据仓库的数据提供交换通道的基于区块链的电力大数据交换方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于区块链的电力大数据交换方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)将风力电机、太阳能发电单元、变配电单元、涉及电力交换的企业组织作为数据交换单元，数据交换单元为数据需求方或者数据供应方，数据交换单元通过数字证书加入区块链网络，构建各个数据交换单元的可信任连接关系；
(2)通过元数据对数据仓库中的数据进行描述并建立分类索引，建立元数据描述与数据交换单元间的对应关系；
(3)通过数据匹配系统收集各个数据交换单元的元数据信息，建立元数据到数据交换单元的倒排序索引，完成数据供求的自动匹配；
(4)数据交换单元基于分布式应用调用智能合约和区块链完成电力数据交换，基于区块链对交易数据进行加密存储和可信交换。
所述步骤(1)具体包括以下步骤：
(1a)构建数据交换单元的大数据交换联盟：采用x509证书将涉及电力数据交换的数据交换单元的数字证书置入区块链；数据交换单元通过区块链通信接口与区块链网络连接，成为区块链的对等数据节点，多个数据节点构建成大数据交换联盟；
(1b)大数据交换联盟管理者对区块链内各数据节点进行权限分配：根据网络中对等节点的证书设置节点数据访问权限并进行分配；
(1c)通道建立与节点互联：区块链根据证书建立加密的数据交换通道，参与数据交换的数据节点经由数据交换通道完成数据互换；
(1d)数据仓库与区块链网络互联：数据节点向区块链CA中心申请客户端证书和密钥文件，数据仓库验证客户端证书和密钥证明身份，允许数据节点通过区块链网络访问数据仓库。
所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2a)通过元数据对数据仓库的数据内容、用途、来源、存取位置、存取方法、数据量大小、数据权限信息、数据组织、所有者信息进行描述，将元数据描述置入数据目录，用于进行数据检索；
(2b)建立数据仓库摘要：根据数据仓库内的数据，通过布隆过滤器生成数据仓库内元数据的摘要；
(2c)构建元数据索引：使用B树构建数据仓库内基于元数据的索引树；
(2d)区块链中数据供应方被称为数据组织，通过元数据对数据组织的名称、数据资源、关联的数据仓库摘要进行信息描述，数据组织的描述信息采用用布隆过滤器生成数据组织摘要；
(2e)将数据组织的元数据摘要更新至区块链网络的数据目录中，用于数据检索需要。
所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)构建倒排序索引：数据匹配系统收集网络中各个数据组织的元数据索引信息，遍历所有元数据列表，通过布隆过滤器快速构建元数据到数据组织的倒排序索引；
(3b)需求筛选：数据需求方向数据匹配系统提交元数据标识的电力大数据查询请求，根据倒排序索引寻找出所有持有该类数据的数据组织；
(3c)数据匹配：基于元数据的数据查询请求被发送到各个持有该类数据的数据组织，各个数据组织通过B树寻找对应的元数据描述，若成功查找到所需数据，则将数据关键信息采用公钥加密并返回数据匹配系统；
所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4a)数据需求方确认所要交换的数据，基于数字证书和密钥完成区块链身份认证,认证完成后通过分布式应用调用智能合约发起数据交换请求，并在请求中声明需要的数据内容；
(4b)数据供应方查看数据交换请求方案，通过对数据价值的评估以及数据需求方付出物信息的分析来确定是否按数据请求提供数据；如果请求失败，数据需求方重复步骤(3a)至步骤(3b)寻找其他数据供应方，直至所有数据请求失败；
(4c)数据供应方根据数据请求寻找对应数据内容，并经由区块链向数据需求方发送数据交易信息；
(4d)数据需求方发起数据交易，通过区块链的分布式应用调用智能合约约束数据交易内容，并由区块链共识机制完成数据交易内容的公证；
(4e)数据交换双方利用区块链提供的加密数据通道完成数据交易；
(4f)数据供应方调用分布式应用调用智能合约，写入数据摘要作为数据需求方的验证依据和交易凭证。
本发明的另一目的在于提供一种实施基于区块链的电力大数据交换方法的系统，包括：
数据需求方，是发出数据内容请求的数据单元，得到正确响应后，根据数据供应方提供数据获得方式，从数据仓库获取所需的数据内容；
数据供应方，是提供数据内容的数据单元，根据数据需求方发出的数据请求，提供符合其要求的数据获取方式；
区块链数据通道，基于区块链基础设施提供的用于数据供应方、数据需求方交换数据的点对点加密通讯线路；
数据匹配系统，包含数据目录，根据数据需求方所需数据内容检索数据目录，查找能够提供数据内容的数据供应方；
数据仓库，用于管理、存储数据的大数据基础设施，并提供访问数据内容的数据接口。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明采用元数据管理，倒排序索引、数据匹配系统和区块链网络交易系统的方式，在保证数据安全的前提下，提供了电力大数据供需匹配和可信交换方法；第二，本发明在电力大数据仓库中增加了元数据分类处理，减少管理和查找数据所需的时间开销，针对元数据管理，建立基于B树的索引结构，可以快速的筛选数据仓库内的数据存储，对电力大数据需求进行响应；第三，本发明的交易匹配系统基于倒排序索引和布隆过滤器可以实现元数据持有者的快速定位，缩小数据检索范围，加快数据匹配。避免了电力大数据的全局检索，从而提高了数据检索的效率和精度；第四，本发明基于区块链和智能合约实现了交易的请求和确认，并且通过非对称加密的方式保证了数据传输过程的安全性，并通过区块链网络存证数据摘要的方式保证了数据的完整性和防篡改，从而完成数据的可信交换。
附图说明
图1为本发明的整体系统架构图；
图2为本发明的数据目录结构图；
图3为本发明中数据检索流程图；
图4为本发明中数据交换请求的协商流程图。
具体实施方式
一种基于区块链的电力大数据交换方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)将风力电机、太阳能发电单元、变配电单元、涉及电力交换的企业组织作为数据交换单元，数据交换单元为数据需求方或者数据供应方，数据交换单元通过数字证书加入区块链网络，构建各个数据交换单元的可信任连接关系；
(2)通过元数据对数据仓库中的数据进行描述并建立分类索引，建立元数据描述与数据交换单元间的对应关系；
(3)通过数据匹配系统收集各个数据交换单元的元数据信息，建立元数据到数据交换单元的倒排序索引，完成数据供求的自动匹配；
(4)数据交换单元基于分布式应用调用智能合约和区块链完成电力数据交换，基于区块链对交易数据进行加密存储和可信交换。
所述步骤(1)具体包括以下步骤：
(1a)构建数据交换单元的大数据交换联盟：采用x509证书将涉及电力数据交换的数据交换单元的数字证书置入区块链；数据交换单元通过区块链通信接口与区块链网络连接，成为区块链的对等数据节点，多个数据节点构建成大数据交换联盟；
(1b)大数据交换联盟管理者对区块链内各数据节点进行权限分配：根据网络中对等节点的证书设置节点数据访问权限并进行分配；
(1c)通道建立与节点互联：区块链根据证书建立加密的数据交换通道，参与数据交换的数据节点经由数据交换通道完成数据互换；
(1d)数据仓库与区块链网络互联：数据节点向区块链CA中心申请客户端证书和密钥文件，数据仓库验证客户端证书和密钥证明身份，允许数据节点通过区块链网络访问数据仓库。
所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2a)通过元数据对数据仓库的数据内容、用途、来源、存取位置、存取方法、数据量大小、数据权限信息、数据组织、所有者信息进行描述，将元数据描述置入数据目录，用于进行数据检索；数据目录结构如图2所示；
(2b)建立数据仓库摘要：根据数据仓库内的数据，通过布隆过滤器生成数据仓库内元数据的摘要；
(2c)构建元数据索引：使用B树构建数据仓库内基于元数据的索引树；
(2d)区块链中数据供应方被称为数据组织，通过元数据对数据组织的名称、数据资源、关联的数据仓库摘要进行信息描述，数据组织的描述信息采用用布隆过滤器生成数据组织摘要；
(2e)将数据组织的元数据摘要更新至区块链网络的数据目录中，用于数据检索需要。
所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)构建倒排序索引：数据匹配系统收集网络中各个数据组织的元数据索引信息，遍历所有元数据列表，通过布隆过滤器快速构建元数据到数据组织的倒排序索引；
(3b)需求筛选：数据需求方向数据匹配系统提交元数据标识的电力大数据查询请求，根据倒排序索引寻找出所有持有该类数据的数据组织；
(3c)数据匹配：基于元数据的数据查询请求被发送到各个持有该类数据的数据组织，各个数据组织通过B树寻找对应的元数据描述，若成功查找到所需数据，则将数据关键信息采用公钥加密并返回数据匹配系统；
如图4所示，所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4a)数据需求方确认所要交换的数据，基于数字证书和密钥完成区块链身份认证,认证完成后通过分布式应用调用智能合约发起数据交换请求，并在请求中声明需要的数据内容；
(4b)数据供应方查看数据交换请求方案，通过对数据价值的评估以及数据需求方付出物信息的分析来确定是否按数据请求提供数据；如果请求失败，数据需求方重复步骤(3a)至步骤(3b)寻找其他数据供应方，直至所有数据请求失败；
(4c)数据供应方根据数据请求寻找对应数据内容，并经由区块链向数据需求方发送数据交易信息；
(4d)数据需求方发起数据交易，通过区块链的分布式应用调用智能合约约束数据交易内容，并由区块链共识机制完成数据交易内容的公证；
(4e)数据交换双方利用区块链提供的加密数据通道完成数据交易；
(4f)数据供应方调用分布式应用调用智能合约，写入数据摘要作为数据需求方的验证依据和交易凭证；数据供应方利用数据加密密钥通过非对称加密算法加密数据，通过指定方式完成数据交换。
如图1所示，本系统包括：
数据需求方，是发出数据内容请求的数据单元，得到正确响应后，根据数据供应方提供数据获得方式，从数据仓库获取所需的数据内容；
数据供应方，是提供数据内容的数据单元，根据数据需求方发出的数据请求，提供符合其要求的数据获取方式；
区块链数据通道，基于区块链基础设施提供的用于数据供应方、数据需求方交换数据的点对点加密通讯线路；
数据匹配系统，包含数据目录，根据数据需求方所需数据内容检索数据目录，查找能够提供数据内容的数据供应方；
数据仓库，用于管理、存储数据的大数据基础设施，并提供访问数据内容的数据接口。
数据需求方在获取数据仓库中的数据之前需要先通过数据匹配系统检索数据，具体步骤如图3所示：
(1)数据需求方提交需求数据的元数据信息；
(2)数据匹配系统根据元数据信息进行检索，筛选出包含所有请求元数据的数据组织列表；
(3)数据匹配系统将数据需求信息发送到上一步中的数据组织列表的各个数据仓库中；
(4)各个数据组织根据元数据信息定位到数据索引B树，在树中查找该类元数据是否存在；
(5)若数据不存在则返回空数据到数据匹配系统，若数据存在则对数据中的关键信息进行隐藏处理，生成唯一ID后返回到数据匹配系统；
(6)数据匹配系统收集各个数据组织返回的数据进行展示，数据需求方可以对数据进行二次筛查。
综上所述，本本发明采用元数据管理，倒排序索引、数据匹配系统和区块链网络交易系统的方式，在保证数据安全的前提下，提供了电力大数据供需匹配和可信交换方法；本发明在电力大数据仓库中增加了元数据分类处理，减少管理和查找数据所需的时间开销，针对元数据管理，建立基于B树的索引结构，可以快速的筛选数据仓库内的数据存储，对电力大数据需求进行响应。

Claims (5)

1.一种基于区块链的电力大数据交换方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)将风力电机、太阳能发电单元、变配电单元、涉及电力交换的企业组织作为数据交换单元，数据交换单元为数据需求方或者数据供应方，数据交换单元通过数字证书加入区块链网络，构建各个数据交换单元的可信任连接关系；
(2)通过元数据对数据仓库中的数据进行描述并建立分类索引，建立元数据描述与数据交换单元间的对应关系；
(3)通过数据匹配系统收集各个数据交换单元的元数据信息，建立元数据到数据交换单元的倒排序索引，完成数据供求的自动匹配；
(4)数据交换单元基于分布式应用调用智能合约和区块链完成电力数据交换，基于区块链对交易数据进行加密存储和可信交换。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的电力大数据交换方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括以下步骤：
(1a)构建数据交换单元的大数据交换联盟：采用x509证书将涉及电力数据交换的数据交换单元的数字证书置入区块链；数据交换单元通过区块链通信接口与区块链网络连接，成为区块链的对等数据节点，多个数据节点构建成大数据交换联盟；
(1b)大数据交换联盟管理者对区块链内各数据节点进行权限分配：根据网络中对等节点的证书设置节点数据访问权限并进行分配；
(1c)通道建立与节点互联：区块链根据证书建立加密的数据交换通道，参与数据交换的数据节点经由数据交换通道完成数据互换；
(1d)数据仓库与区块链网络互联：数据节点向区块链CA中心申请客户端证书和密钥文件，数据仓库验证客户端证书和密钥证明身份，允许数据节点通过区块链网络访问数据仓库。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的电力大数据交换方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2a)通过元数据对数据仓库的数据内容、用途、来源、存取位置、存取方法、数据量大小、数据权限信息、数据组织、所有者信息进行描述，将元数据描述置入数据目录，用于进行数据检索；
(2b)建立数据仓库摘要：根据数据仓库内的数据，通过布隆过滤器生成数据仓库内元数据的摘要；
(2c)构建元数据索引：使用B树构建数据仓库内基于元数据的索引树；
(2d)区块链中数据供应方被称为数据组织，通过元数据对数据组织的名称、数据资源、关联的数据仓库摘要进行信息描述，数据组织的描述信息采用用布隆过滤器生成数据组织摘要；
(2e)将数据组织的元数据摘要更新至区块链网络的数据目录中，用于数据检索需要。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的电力大数据交换方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)构建倒排序索引：数据匹配系统收集网络中各个数据组织的元数据索引信息，遍历所有元数据列表，通过布隆过滤器快速构建元数据到数据组织的倒排序索引；
(3b)需求筛选：数据需求方向数据匹配系统提交元数据标识的电力大数据查询请求，根据倒排序索引寻找出所有持有该类数据的数据组织；
(3c)数据匹配：基于元数据的数据查询请求被发送到各个持有该类数据的数据组织，各个数据组织通过B树寻找对应的元数据描述，若成功查找到所需数据，则将数据关键信息采用公钥加密并返回数据匹配系统；
所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4a)数据需求方确认所要交换的数据，基于数字证书和密钥完成区块链身份认证,认证完成后通过分布式应用调用智能合约发起数据交换请求，并在请求中声明需要的数据内容；
(4b)数据供应方查看数据交换请求方案，通过对数据价值的评估以及数据需求方付出物信息的分析来确定是否按数据请求提供数据；如果请求失败，数据需求方重复步骤(3a)至步骤(3b)寻找其他数据供应方，直至所有数据请求失败；
(4c)数据供应方根据数据请求寻找对应数据内容，并经由区块链向数据需求方发送数据交易信息；
(4d)数据需求方发起数据交易，通过区块链的分布式应用调用智能合约约束数据交易内容，并由区块链共识机制完成数据交易内容的公证；
(4e)数据交换双方利用区块链提供的加密数据通道完成数据交易；
(4f)数据供应方调用分布式应用调用智能合约，写入数据摘要作为数据需求方的验证依据和交易凭证。
5.一种实施如权利要求1所述的基于区块链的电力大数据交换方法的系统，其特征在于：包括：
数据需求方，是发出数据内容请求的数据单元，得到正确响应后，根据数据供应方提供数据获得方式，从数据仓库获取所需的数据内容；
数据供应方，是提供数据内容的数据单元，根据数据需求方发出的数据请求，提供符合其要求的数据获取方式；
区块链数据通道，基于区块链基础设施提供的用于数据供应方、数据需求方交换数据的点对点加密通讯线路；
数据匹配系统，包含数据目录，根据数据需求方所需数据内容检索数据目录，查找能够提供数据内容的数据供应方；
数据仓库，用于管理、存储数据的大数据基础设施，并提供访问数据内容的数据接口。
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