CN112380549A - 一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法。通过建立基于区块链的电网投资工程项目数据管理框架，能够通过运用数据证书、数据加密、工作量认证、分布式共识和智能合约等手段，在分布式节点/部门无需完全相互信任的分布式系统中，实现基于去中心化的数据共享及数据安全存储，为解决集中式数据平台存在的高成本、低效率等问题提供了有效可行的解决方法，为促进电网工程项目精益化数据管理，提高项目流程管理的规范性提供了基础。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程领域，具体涉及一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法。
背景技术
近几年，电网投资金额逐年攀升，呈现出项目金额小、数量多、流程复杂的特征，精确数据管理统计的难度爆发性增长。目前电网工程项目投资统计数据流程的管理大多基于集中式的信息管理平台实现数据的统一管理及录入，通过建立以单个项目编码为主线、里程碑为关键节点的项目信息管理架构，基于集中式的云平台对投资统计数据进行全过程管理，如图1所示。传统集中式的业务数据管理平台采用基于云平台的数据共享框架，具有以下几方面不足：1)大多仅针对某一具体的应用场景，适用范围较窄，不适用于业务繁多、流程繁琐的电网工程项目；2)电网工程项目的参与部分多、涉及范围，将产生海量的工程投资统计数据，在中心化数据处理的模式下，其基础设施投入和运维成本高、效率低；3)缺乏有效的数据安全保障机制，难以确保接入节点/用户的身份合法性、身份的实时性、信息有效性，以及信息在传输过程中的真实一致性。
区块链作为一种去中心化、不可篡改、可追溯、可信的分布式数据库，其公开透明、不可篡改、自动执行的特征与投资统计业务存在较高的契合性，基于区块链的电网工程项目由每个参与业务部门的节点记录、上传、存储关键投资统计信息，所有参与的部门或节点共同维护数据库，可有效保证数据的高可靠及高品质。但是，区块链技术在电网投资项目数据管理方面现阶段仍处于空白状态，亟待探索与应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，通过建立基于区块链的电网投资工程项目数据管理框架，能够通过运用数据证书、数据加密、工作量认证、分布式共识和智能合约等手段，在分布式节点/部门无需完全相互信任的分布式系统中，实现基于去中心化的数据共享及数据安全存储，为解决集中式数据平台存在的高成本、低效率等问题提供了有效可行的解决方法，为促进电网工程项目精益化数据管理，提高项目流程管理的规范性提供了基础。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，包括如下步骤：
步骤S1、建立面向电网工程数据管理的联盟区块链，包括授权认证机构、数据上链模块、智能合约模块以及Fabric区块链底层平台；
步骤S2、实现电网工程项目投资统计数据的数据上链与分布式存储，建立面向同一业务链条的多节点间数据共享：
S21、数据上链与分布式存储：
S211、采用Boneh-Boyen短签名技术实现区块链系统的初始化，相关业务部门经过授权认证机构的身份认证后，成为合法节点，获取加密数据的公钥、私钥合及其证书，表示为{Pi,Si,Ci}，其中i表示为其中一业务部门的节点用户编号；
S212、节点用户i向本地区块链服务器Ni发送请求，以生成服务器端的公私钥；
S213、本地区块链服务器Ni接收到请求后，验证该节点的证书及其身份信息，在确认其合法性后，产生服务器端的公私钥对并发送给对应节点；
S214、节点用户i基于当前假名公钥Pi加密感知数据Data，与此同时附上该节点用户面向加密数据Data的数字签名，进一步基于本地数据服务器Ni的公钥
对上传记录进行加密，由此可确定最终上链数据；
S215、本地区块链服务器Ni收集上传数据，并进行安全验证，若安全有效，即可存储到本地记录池；若不是安全有效的数据，则直接忽略；
S216、本地区块链服务器工作量证明：本地区块链服务器Ni把固定时间段内所收集到节点上传的有效数据整合成一个数据集合，基于PoW以确定该时间段内数据的记账管理权限；若该区块链服务器工作量足够，则该区块链服务器可选定为主节点，并得到预定奖励，以此保障数据集合的合法性和可验证性；
S217、多区块链服务器间的共识过程：定位有效工作量证明的区块链服务器为主节点，定位其余区块链服务器为从节点，采用拜占庭容错共识机制进行多区块间的共识；
S22、数据共享：
S221、本地区块链服务器Nm向本地区块链服务器Ni请求数据共享，区块链服务器Ni在确认区块链服务器Nm身份安全无误后，针对区块链服务器Nm授权访问并制定访问的约束条件，将被访问数据区块的假名私钥Si发送给邻近区块链服务器Nj；
S222、区块链服务器Nj接收到验证信息后，执行智能合约模块中的智能合约，根据区块链服务器Nj设定的访问约束条件及对称密钥，解密共享数据，使用访问节点区块链服务器的公钥
对共享数据进行非对称加密，进一步输出结果；
S223、数据访问服务器Nm收到数据区块后，基于自身私钥
解密数据，实现对数据的访问。
在本发明一实施例中，步骤S1中，授权认证机构负责为区块链网络中包括各组织、节点、用户生成数字证书以及身份证明。
在本发明一实施例中，步骤S1中，数据上链模块包括应用模块和加密传输模块，应用模块调用授权认证机构相关接口以生成证书并实现用户的注册，进一步基于智能合约模块中的自动化程序实现数据上链及查询；加密传输模块对每一次数据信息实现加密，并上传到区块链P2P网络，保证上链数据不会泄露给非相关节点。
在本发明一实施例中，步骤S1中，智能合约模块可实现数据上链和查询的功能，各链条的参与组织及主体一旦制定智能合约并建立合约容器，合约条例将无法擅自修改。
在本发明一实施例中，步骤S1中，Fabric区块链底层平台实现：1)通过多链条多通道隔离机制，为每个业务链条过程创建专属通道实现数据隔离及数据保护；2)基于分布式账本技术实现包括区块索引、状态数据、历史数据的多类型数据统分布式存储；3)通过共识机制实现各分布式区块链服务器工作量认证。
在本发明一实施例中，步骤S217中，采用拜占庭容错共识机制进行多区块间的共识的方式如下：
a)主节点通过收集从节点的数据集合，将收集到的数据整合为一个新的数据区块block，并附上主节点的数字签名和新数据区块的哈希值；
b)主节点向各从节点发送新生成的数据区块block，以待从节点查验；
c)从节点接收数据区块block，基于该block的哈希值及数字签名验证该数据集合的合法性和正确性，并将其的验证结果发送给其余从节点；
d)从节点接收并汇总其他从节点的验证结果后，与该节点本身的验证结果进行对比并分析，并向主节点回复最终验证结果，其中包括：该节点自身的验证结果及数字签名，与其余节点验证正确性判据的对比结果；
e)主节点汇总所有来源于从节点的验证回复；如果全部从节点皆认同该数据区块block的合法性及正确性，则该block将以整合的时间先后顺序上链，存储在该业务流程的联盟区块链对应链条中；
f)若部分从节点不认同该数据区块block的合法性及正确性，则主节点开展第二次数据验证，只要超过预定比例的从节点对该block表示认可，则将该数据区块按照e)中步骤上链到该业务流程的联盟区块链对应链条中；与此同时，主节点将开展少数不认同从节点的验证结果分析流程，若这部分从节点有恶意行为，则剔除非法从节点或执行预定的惩罚措施，从而保证整个区块链系统的安全规范运行。
在本发明一实施例中，步骤S221中，数据共享的内容包括数据访问目的、次数及时间。
在本发明一实施例中，步骤S221中，访问的约束条件包括共享数据区块编码、时效、次数。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，基于区块链分布式账本，实现投资统计数据去中心化分布式存储，解决云平台集中式存储的安全性低的问题；基于区块链智能合约设置数据共享约束，实现面向投资统计各业务链条不同部门间数据的高效访问；基于工作量认证及分布式共识技术，在电网工程项目各部门无需完全相互信任的环境下，实现数据充分的共享。
附图说明
图1为电网投资统计数据管理框架(以配网为例)图。
图2为本发明方法整体框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，包括如下步骤：
步骤S1、建立面向电网工程数据管理的联盟区块链，包括授权认证机构、数据上链模块、智能合约模块以及Fabric区块链底层平台；
步骤S2、实现电网工程项目投资统计数据的数据上链与分布式存储，建立面向同一业务链条的多节点间数据共享。
具体的本发明实现如下：
1、整体架构
电网项目工程投资管理集成了包括财务、基建、物资、设备等相关部门等多种业务角色，为理清数据业务流程及分工，构建项目工程投资管理里程碑链条、资金链条、投资控制链条、物流链条四个链条，基于Fabric联盟区块链平台的多链多通道机制，为每个项目工程关键链条创建一条通道，每个通道只包含该业务链条全过程涉及的组织部门/节点。其中，财务、基建、物资、设备等相关部门可映射为Fabric中的多组织，多组织被赋予对等的地位，搭建联盟式管理框架，共同参与电网项目工程联盟链的管理及维护。
如图2所示，本发明提出的面向电网工程数据管理的联盟区块链可主要分为以下几个模块：授权认证机构、数据上链模块、智能合约模块以及Fabric区块链底层平台。
(1)证书中心机构(CA)负责为区块链网络中各组织、节点、用户等生成数字证书以及身份证明。其中，财务、基建、物资等每个组织内有一个CA。
(2)数据上链模块包括应用模块和加密传输模块。应用模块调用CA相关接口以生成证书并实现用户的注册，进一步基于智能合约中的自动化程序实现数据上链及查询。加密传输模块对每一次数据信息(如项目计划、工程进度、投资金额等)实现加密，并上传到区块链P2P网络，保证上链数据不会泄露给非相关节点。
(3)智能合约模块可实现数据上链和查询的功能，各链条的参与组织及主体一旦制定智能合约并建立合约容器，合约条例将无法擅自修改。
(4)Fabric底层区块链平台主要包含三个方面的功能，1)通过多链条多通道隔离机制，为每个业务链条过程创建专属通道实现数据隔离及数据保护；2)基于分布式账本技术实现区块索引、状态数据、历史数据等多类型数据统分布式存储；3)通过共识机制实现各分布式区块链服务器工作量认证。
2、为实现电网工程项目投资统计数据的数据上链与分布式存储，建立面向同一业务链条的多节点间数据共享，其具体步骤如下：
2.1、数据上链与储存
1)采用Boneh-Boyen短签名技术以实现区块链系统的初始化。财务、基建、物资、设备等相关业务部门经过CA的身份认证后，成为合法节点，获取加密数据的公钥、私钥合及其证书，表示为{Pi,Si,Ci}，其中i表示为某一业务部门的节点编号。
2)节点用户i向本地区块链服务器Ni发送请求，以生成服务器端的公私钥。
3)本地区块链服务器Ni接收到请求后，验证该节点的证书及其身份信息，在确认其合法性后，产生服务器端的公私钥对并发送给对应节点。
4)节点用户i基于当前假名公钥Pi加密感知数据Data，与此同时附上该节点用户面向加密数据Data的数字签名，进一步基于本地数据服务器Ni的公钥
对上传记录进行加密，由此可确定最终上链数据。
5)本地区块链服务器Ni收集上传数据，并进行安全验证，若安全有效，即可存储到本地记录池；若不是安全有效的数据，则直接忽略。
6)本地区块链服务器工作量证明:本地区块链服务器Ni把固定时间段(10min)内所收集到节点上传的有效数据整合成一个数据集合，基于PoW以确定该时间段内数据的记账管理权限。若该区块链服务器工作量足够，则该区块链服务器可选定为主节点，并得到一定的奖励，以此保障数据集合的合法性和可验证性。
7)多区块链服务器间的共识过程:定位有效工作量证明的区块链服务器为主节点，定位其余区块链服务器将为从节点，采用拜占庭容错共识机制进行多区块间的共识：
a)主节点通过收集从节点的数据集合，将收集到的数据整合为一个新的数据区块block(附上主节点的数字签名和新数据区块的哈希值)
b)主节点向各从节点发送新生成的数据区块block，以待从节点查验。
c)节点接收数据区块block，基于该block的哈希值及数字签名验证该数据集合的合法性和正确性，并将其的验证结果发送给其余从节点。
d)从节点接收并汇总其他从节点的验证结果后，与该节点本身的验证结果进行对比并分析，并向主节点回复最终验证结果，其中包括：该节点自身的验证结果及数字签名，与其余节点验证正确性判据的对比结果。
e)主节点汇总所有来源于从节点的验证回复。如果全部从节点皆认同该数据区块block的合法性及正确性，则该block将以整合的时间先后顺序上链，存储在该业务流程的联盟区块链对应链条中。
f)若部分从节点不认同该数据区块block的合法性及正确性，则主节点开展第二次数据验证，只要超过一定比例的从节点对该block表示认可，则将该数据区块按照e)中步骤上链到该业务流程的联盟区块链对应链条中。与此同时，主节点将开展少数不认同从节点的验证结果分析流程，若这部分从节点有恶意行为，则剔除非法从节点或执行一定的惩罚措施，从而保证整个区块链系统的安全规范运行。
2.2、数据共享
智能合约大多在满足一定的逻辑判据下，自动执行各节点对应的数据访问及共享请求，其具体步骤如下：
1)本地区块链服务器Nm向本地区块链服务器Ni请求数据共享，包含数据访问目的、次数及时间等。区块链服务器Ni在确认区块链服务器Nm身份安全无误后，针对区块链服务器Nm授权访问并制定访问的约束条件(如共享数据区块编码、时效、次数等)，将被访问数据区块的假名私钥Si发送给邻近区块链服务器Nj。
2)区块链服务器Nj接收到验证信息后，执行智能合约，根据区块链服务器Nj设定的访问约束条件及对称密钥，解密共享数据，使用访问节点区块链服务器的公钥
对共享数据进行非对称加密，进一步输出结果。
3)数据访问服务器Nm收到数据区块后，基于自身私钥
解密数据，实现对数据的访问。
本发明方法具有以下特点：
1)本发明所提基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理平台采取联盟链的形式，基于智能合约逻辑推演实现数据共享，可限制不相关节点随意访问数据区块链，并可有效剔除区块链中恶意节点。
2)联盟链多链多通道机制，保证电网投资管理业务里程碑链条、投资控制链条、资金链条、物流链条四大链条每一链条中的相关参与部门才能实现数据共享，可有效实现数据隔离，有助于电网全面梳理投资统计业务流程。
3)基于工作量证明机制，加密数据由预选的区块链主节点进行公开验证及投票审计，可保证数据的安全性、合法性及有效性。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、建立面向电网工程数据管理的联盟区块链，包括授权认证机构、数据上链模块、智能合约模块以及Fabric区块链底层平台；
步骤S2、实现电网工程项目投资统计数据的数据上链与分布式存储，建立面向同一业务链条的多节点间数据共享：
S21、数据上链与分布式存储：
S211、采用Boneh-Boyen短签名技术实现区块链系统的初始化，相关业务部门经过授权认证机构的身份认证后，成为合法节点，获取加密数据的公钥、私钥合及其证书，表示为{Pi,Si,Ci}，其中i表示为其中一业务部门的节点用户编号；
S212、节点用户i向本地区块链服务器Ni发送请求，以生成服务器端的公私钥；
S213、本地区块链服务器Ni接收到请求后，验证该节点的证书及其身份信息，在确认其合法性后，产生服务器端的公私钥对并发送给对应节点；
S214、节点用户i基于当前假名公钥Pi加密感知数据Data，与此同时附上该节点用户面向加密数据Data的数字签名，进一步基于本地数据服务器Ni的公钥PNi对上传记录进行加密，由此可确定最终上链数据；
S215、本地区块链服务器Ni收集上传数据，并进行安全验证，若安全有效，即可存储到本地记录池；若不是安全有效的数据，则直接忽略；
S216、本地区块链服务器工作量证明：本地区块链服务器Ni把固定时间段内所收集到节点上传的有效数据整合成一个数据集合，基于PoW以确定该时间段内数据的记账管理权限；若该区块链服务器工作量足够，则该区块链服务器可选定为主节点，并得到预定奖励，以此保障数据集合的合法性和可验证性；
S217、多区块链服务器间的共识过程：定位有效工作量证明的区块链服务器为主节点，定位其余区块链服务器为从节点，采用拜占庭容错共识机制进行多区块间的共识；
S22、数据共享：
S221、本地区块链服务器Nm向本地区块链服务器Ni请求数据共享，区块链服务器Ni在确认区块链服务器Nm身份安全无误后，针对区块链服务器Nm授权访问并制定访问的约束条件，将被访问数据区块的假名私钥Si发送给邻近区块链服务器Nj；
S222、区块链服务器Nj接收到验证信息后，执行智能合约模块中的智能合约，根据区块链服务器Nj设定的访问约束条件及对称密钥，解密共享数据，使用访问节点区块链服务器的公钥
对共享数据进行非对称加密，进一步输出结果；
S223、数据访问服务器Nm收到数据区块后，基于自身私钥
解密数据，实现对数据的访问。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S1中，授权认证机构负责为区块链网络中包括各组织、节点、用户生成数字证书以及身份证明。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S1中，数据上链模块包括应用模块和加密传输模块，应用模块调用授权认证机构相关接口以生成证书并实现用户的注册，进一步基于智能合约模块中的自动化程序实现数据上链及查询；加密传输模块对每一次数据信息实现加密，并上传到区块链P2P网络，保证上链数据不会泄露给非相关节点。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S1中，智能合约模块可实现数据上链和查询的功能，各链条的参与组织及主体一旦制定智能合约并建立合约容器，合约条例将无法擅自修改。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S1中，Fabric区块链底层平台实现：1)通过多链条多通道隔离机制，为每个业务链条过程创建专属通道实现数据隔离及数据保护；2)基于分布式账本技术实现包括区块索引、状态数据、历史数据的多类型数据统分布式存储；3)通过共识机制实现各分布式区块链服务器工作量认证。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S217中，采用拜占庭容错共识机制进行多区块间的共识的方式如下：
a)主节点通过收集从节点的数据集合，将收集到的数据整合为一个新的数据区块block，并附上主节点的数字签名和新数据区块的哈希值；
b)主节点向各从节点发送新生成的数据区块block，以待从节点查验；
c)从节点接收数据区块block，基于该block的哈希值及数字签名验证该数据集合的合法性和正确性，并将其的验证结果发送给其余从节点；
d)从节点接收并汇总其他从节点的验证结果后，与该节点本身的验证结果进行对比并分析，并向主节点回复最终验证结果，其中包括：该节点自身的验证结果及数字签名，与其余节点验证正确性判据的对比结果；
e)主节点汇总所有来源于从节点的验证回复；如果全部从节点皆认同该数据区块block的合法性及正确性，则该block将以整合的时间先后顺序上链，存储在该业务流程的联盟区块链对应链条中；
f)若部分从节点不认同该数据区块block的合法性及正确性，则主节点开展第二次数据验证，只要超过预定比例的从节点对该block表示认可，则将该数据区块按照e)中步骤上链到该业务流程的联盟区块链对应链条中；与此同时，主节点将开展少数不认同从节点的验证结果分析流程，若这部分从节点有恶意行为，则剔除非法从节点或执行预定的惩罚措施，从而保证整个区块链系统的安全规范运行。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S221中，数据共享的内容包括数据访问目的、次数及时间。
8.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电网工程项目投资统计数据管理方法，其特征在于，步骤S221中，访问的约束条件包括共享数据区块编码、时效、次数。
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