CN112733211A - 一种基于区块链的智能电网数据存储方案 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数据隐私与安全技术领域，具体涉及一种智能电网中用户电力数据存储方案。该方法主要包括以下步骤：步骤1：系统初始化，对设备进行认证并生成证书；步骤2：生成用电数据，主要记录该时段内用户的用电数据；步骤3：上报用电数据，将智能电表采集的数据附上签名及证书发送至系统中的主节点；步骤4：电力数据收集，区块链主节点验证数据是否正确，并生成新区块数据；步骤5：电力数据存储，主节点向所有从节点广播新数据区块，达成共识后写入区块链帐本中；该方案利用区块链技术的安全性、不可篡改性、可溯性等，实现智能电网中电力数据的安全存储，有效地保护了用户数据的安全性、隐私性、机密性。

Description

一种基于区块链的智能电网数据存储方案
技术领域：
本发明属于数据隐私与安全技术领域，具体涉及一种智能电网中用户电力数据存储方案。
背景技术：
智能电网各种基础设施不断的建设，特别是变电站智能电表的大规模部署，构成了智能电网中电力数据的重要来源，电力数据作为国家基础性能源隐私数据，其安全状况是国民经济健康、稳定、持续发展的重要保障。智能电表产生的低频数据记录的用户总用电数据需上传至控制中心并存储在中心服务器中，恶意者可能会对服务器中的数据进行篡改，一旦中心平台出现故障或彻底崩溃，将会影响到电力数据的安全性与可靠性，这可能给整个系统带来严重的安全问题。
区块链技术是利用加密链式区块结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用自动化脚本代码(智能合约)来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式。此定义明确了区块链技术是由安全散列算法、非对称加密等密码学原理、分布式共识算法以及智能合约等技术巧妙组合而成的一种去中心化的技术框架，针对传统的电力数据中心化存储导致电力数据可能被攻击者非法篡改，数据中心出现服务器故障等风险，利用区块链技术的安全、不可篡改等特性存储智能电表数据，对提升智能电网的安全性与稳定性具有重要意义。
发明内容
针对以上智能电网电力数据中心化存储过程中存在的问题，本方案的目的在于利用新兴的联盟区块链技术，使得电力数据以非中心化的方式安全存储，利用区块链技术的安全性、不可篡改等特性解决数据集中式存储的潜在安全风险，在数据存储联盟链中存储用户电力数据，实现数据安全有效的共享访问，有效地保护了用户电力数据安全。
本发明的技术方案如下：
S1：系统初始化。主要系统进行初始化，并对入网设备进行认证并生成证书；
S2：用电数据生成。按照系统规定的格式生成对应的数据，例如电表ID、用电量、电价等信息；
S3：用电数据上报。通过智能电表将其采集的电力数据发送给区块链网络中的主节点进行审核与验证；
S4：电力数据收集。区块链主节点接收到上传的用电数据后，首先对数据进行检查，验证数据的签名是否正确，并将正确的数据打包生成新区块数据；
S5：电力数据存储。主节点将电力数据打包成一个新数据区块后，所有从节点广播新数据区块，同时附上自己的数字签名以便从节点进行验证。当系统中超过半数的节点达成共识后，由主节点将此区块写入区块链分布式总帐本中存储，维护电力系统安全稳定运行；
S6：PBFT共识算法。共识过程主要分为五个阶段：广播新区块阶段、检查阶段、验证阶段、确认阶段和存储阶段。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案以及有益效果更加清晰，本发明提供如下附图进行说明：
图1智能电网电力数据存储方案模型
图2用户注册流程图
图3电力数据存储PBFT共识流程
具体实施过程：
本发明涉及一种智能电网实时用电数据聚合方案，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，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行更为清楚、完整详细地的描述。
下面通过一个实施实例对本发明进行进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的研究内容而非限制本发明的保护范围。一个智能电网数据存储方案具体步骤如下：
S1：系统初始化。主要对入网设备进行认证并生成证书，控制中心选择两个大的素数p,q满足p≠q并利用RSA密钥模块生成公钥和私钥分别为e,d，选择SHA-256哈希函数H并公布系统的参数e,H，最后对用户的注册请求进行处理，并为合法设备颁发证书；
S2：用电数据生成。主要包含时间段、发电量、发电价格、能源类型、用电量、用电价格、电力来源、电表ID、时间戳等，不仅记录了此段时间内的用电量和电力来源，同时也记录了该段时间内用户向电网的输电量和电力类型，满足分布式能源背景下所有用户均可作为产消者的数据存储需求；
S3：上报用电数据。为减小区块链网络规模，提高系统可扩展性，电力用户通过智能电表将其采集的电力数据以及证书并附上自己的签名发送给对应的集中器，由集中器发送给区块链网络中的主节点进行审核验证；而供电企业通过智能电表将其采集的电力数据以及证书并附上自己的签名发送给区块链网络中的主节点进行审核与验证；
S4：电力数据收集。区块链主节点接收到上传的用电数据后，首先对数据进行检查，验证数据的签名是否正确，并将正确的数据打包生成新区块数据；
S5：电力数据存储。主节点将电力数据打包成一个新数据区块后，所有从节点广播新数据区块，同时附上自己的数字签名以便从节点进行验证。当系统中超过半数的节点达成共识后，由主节点将此区块写入区块链分布式总帐本中存储，维护电力系统安全稳定运行；
S6：PBFT共识算法。共识过程主要分为五个阶段：广播新区块阶段、检查阶段、验证阶段、确认阶段和存储阶段，即：
1)主节点收集用户、电力企业的电力数据，对数据进行哈希处理并生成一个Merkle树，然后封装前一区块哈希值、Merkle根哈希值和时间戳等信息生成一个新数据区块，主节点向所有从节点广播新数据区块，同时附上自己的数字签名以便从节点进行验证。
2)当从节点接收到主节点发送的数据后，检查数据区块的签名，哈希值、时间戳等信息以验证数据区块的正确性与合法性，并将审计结果(Result)发送给其他从节点，同时附上自己的数字签名，实现从节点之间的相互监督。
3)所有从节点将自己的检查结果(my_Result)和从其他从节点接收到的所有检查结果(recv_Results)进行对比，生成相应的共识结果，并将其结果信息附上自己的签名后发送给主节点。
4)主节点收集并汇总所有从节点的反馈结果。主节点对接收到的反馈结果进行检查，如果所有从节点都同意该数据区块的合法性和完整性，并比较其结果。
5)如果超过半数节点认为数据合法即达成共识，则主节点按时间顺序将该数据块存储在数据存储联盟链中，同时将该数据块发送给所有从节点。如果其中一些从节点不同意检查结果，主节点检查这些次级节点的反馈信息，并再次将数据区块发送给从节点用于检查，如果仍有从节点不同意检查结果，则根据少数服从多数的原则，并由主节点判断这些从节点是否有恶意行为，剔除有恶意行为的从节点。
需要特别说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于区块链的智能电网数据存储方案，其特征在于，包含以下几个步骤：
S1：系统初始化与注册。主要对入网设备进行认证并生成证书，控制中心利用RSA密钥模块生成公私钥对，完成系统中其他设备接入网络的认证并颁发给其对应的证书，建立区块链网络；
S2：生成用电数据。主要包含时间段、发电量、发电价格、能源类型、用电量、用电价格、电力来源、电表ID、时间戳等，不仅记录了此段时间内的用电量和电力来源，同时也记录了该段时间内用户向电网的输电量和电力类型，满足分布式能源背景下所有用户均可作为产消者的数据存储需求；
S3：上报用电数据。为减小区块链网络规模，提高系统可扩展性，电力用户通过智能电表将其采集的电力数据以及证书并附上自己的签名发送给对应的集中器，由集中器发送给区块链网络中的主节点进行审核验证；而供电企业通过智能电表将其采集的电力数据以及证书并附上自己的签名发送给区块链网络中的主节点进行审核与验证；
S4：电力数据收集。区块链主节点接收到上传的用电数据后，首先对数据进行检查，验证数据的签名是否正确，并将正确的数据打包生成新区块数据；
S5：电力数据存储。主节点将电力数据打包成一个新数据区块后，所有从节点广播新数据区块，同时附上自己的数字签名以便从节点进行验证。当系统中超过半数的节点达成共识后，由主节点将此区块写入区块链分布式总帐本中存储，维护电力系统安全稳定运行；
S6：PBFT共识算法。共识过程主要分为五个阶段：广播新区块阶段、检查阶段、验证阶段、确认阶段和存储阶段。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能电网数据存储方案，其特征在于，所述步骤S1中：
系统初始化与注册。主要对入网设备进行认证并生成证书，控制中心利用RSA密钥模块生成公私钥对，完成系统中其他设备接入网络的认证并颁发给其对应的证书，建立区块链网络。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能电网数据存储方案，其特征在于，所述步骤S2中：
生成用电数据。主要包含时间段、发电量、发电价格、能源类型、用电量、用电价格、电力来源、电表ID、时间戳等，不仅记录了此段时间内的用电量和电力来源，同时也记录了该段时间内用户向电网的输电量和电力类型，满足分布式能源背景下所有用户均可作为产消者的数据存储需求。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能电网数据存储方案，其特征在于，所述步骤S3中：
上报用电数据。为减小区块链网络规模，提高系统可扩展性，电力用户通过智能电表将其采集的电力数据以及证书并附上自己的签名发送给对应的集中器，由集中器发送给区块链网络中的主节点进行审核验证；而供电企业通过智能电表将其采集的电力数据以及证书并附上自己的签名发送给区块链网络中的主节点进行审核与验证。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能电网数据存储方案，其特征在于，所述步骤S4中：
电力数据收集。区块链主节点接收到上传的用电数据后，首先对数据进行检查，验证数据的签名是否正确，并将正确的数据打包生成新区块数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能电网数据存储方案，所述步骤S5中：
电力数据存储。主节点将电力数据打包成一个新数据区块后，所有从节点广播新数据区块，同时附上自己的数字签名以便从节点进行验证。当系统中超过半数的节点达成共识后，由主节点将此区块写入区块链分布式总帐本中存储，维护电力系统安全稳定运行。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能电网数据存储方案，所述步骤S6中：
PBFT共识算法。共识过程主要分为五个阶段：广播新区块阶段、检查阶段、验证阶段、确认阶段和存储阶段。
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