CN113935588A - 数字币/碳排放的多线程计算网络 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种利用数字币算力节点构造碳排放相关区块的计算网络，首先在所有分布式电站及其附近区域安装气象仪，定期采集当地的气象参数，其次依据临近位置及同气象区划分计算区域，区域的同类节点依据气象参数，定期生成电力产出曲线与电参数报表，各节点相互记账并做报表的对比计算，互相校验发电数据的真实性，汇总后由核心节点写入碳排放预备区块，各节点执行哈希运算，完成规定难度的哈希值求解，第一个求解成功的节点获得区块的记账权。本发明实现数字币与碳排放的工作量对应，建立去中心化的交互认证机制，动员数字币算力深度参与低碳建设的伟大事业。

Description

数字币/碳排放的多线程计算网络

(一)技术领域

本发明是一种利用数字币算力节点构造碳排放相关区块的计算网络，目的是在新能源系统建立数字货币与碳排放的工作量对应关系，属于能源大数据技术领域。本发明利用现有的数字币算力网络，建立分布式电站的电力认证体系，运算器是数字币计算机，计算依据来自于现场安装的气象仪，一对一构成算力节点，真实节点是分布式电站，模拟节点是计算机上运行的电站模型。同区域的节点间做点对点的数据交换，互相校验发电数据的真实性，汇总后写入碳排放区块，由各节点执行哈希运算，竞争该区块的记账权。本发明并行碳排放认证与数字币计算，使碳排放锚定主流的数字货币，具备可定量的客观价值。

(二)背景技术

数字币是去中心化数字货币，现有的数字币都建立在多边认证体系中，工作量证明是核心要点，需要持续做设定哈希值的重复计算，以此证明工作量，获得相应的数字币。这些解密运算除了费电，没有真实价值，这是数字币最受非议的地方。

世界范围的新能源投资正方兴未艾，带来大量新增的分布式电站，各国对新能源电站的绿色电力如何折算碳排放，方法论和项目实践区别很大，无法形成全球统一的标准。分布式电站的并网计量都是由各国的供电部门负责，安装规定的设备，以中心化的方式确认发电量。这种方式导致电力认证人为分割，各国无法互信，难以构筑全球统一的碳市场。区块链是去中心化可信认证的典型技术，将区块链引入新能源系统，建立全球自治与互信的绿电认证网络，打破国家隔离，已经是当务之急。区块链的去中心化认证能够记录各电站的发电量，且无法篡改，进而把碳排放认证与数字币计算的工作量协调起来，实现交互认证，理论上就能够建立碳指标与数字币之间的兑换率。

注意到上述问题，本发明提出一种利用数字币算力节点构造碳排放相关区块的计算网络，首先在所有分布式电站及其附近区域安装气象仪，其次依据临近位置及同气象区划分计算区域，区域的同类节点依据气象参数，定期生成统计报表，各节点相互记账并做报表的对比计算，互相校验发电数据的真实性，汇总后由核心节点写入碳排放预备区块，最后各节点执行哈希运算，第一个求解成功的节点获得碳排放区块的记账权。本发明并行数字币计算与碳排放认证两类运算，实现数字币与碳排放的工作量对应。

(三)发明内容

数字币的区块主要包括五个部分：魔数、区块大小、区块头、交易计数器及交易信息，其中，“魔数”是一个值为0xD9B4BEF9的常数；“区块体积”是本区块所有数据的总体积；“区块头”可以看作是整个区块的缩略信息；“交易计数器”用来记录区块中交易的数量；“交易信息”是区块所包含的所有交易数据，包括 Coinbase奖励部分。

在数字币区块中，区块头最为关键，包含整个区块的所有特征信息：区块版本号，用于追踪数字币协议的升级和更新情况；前一个区块的哈希值，用来定位上一个区块；根哈希值，为所有交易数据创建的哈希值，是以前全部交易的指纹，防止逆修改；时间戳，创建预备区块的时间；当前目标哈希值，协议规定，预备区块的哈希值小于目标哈希值时，预备区块才算有效，合法加入区块链；随机数，又叫Nonce，用来调整预备区块的哈希值。核心节点构建好预备区块后，就会将区块头信息下发给各节点，各节点通过不断调整区块头中的随机数来变更预备区块的哈希值，当预备区块的哈希值低于当前目标哈希值时，区块建立合法，该节点获得数字币奖励。

根据协议，大约10分钟记账一次，产生一个合法区块。网络算力是持续波动的，系统通过难度目标的调整，使得平均出块时间维持在10分钟左右。就是说，每10分钟找到一个随机数Nonce，这一数字是唯一的，且不能改变。要充分利用数字币的庞大算力，本发明需要按照数字币的规则构造新的区块，区块字段写入碳排放的内容，按照同样的算法取得记账权。这种区块可以是数字币的技术分叉，也可以是独立运行的区块链。

本发明在每个分布式电站安装气象仪，测量的气象参数至少包含温度/湿度/光照度/风速/风向，光伏、风力等新能源发电与气象条件直接相关，其次在分布式电站的电力产出端安装感知器，测量的电气数据至少包含电压/电流/功率/线路温升，再次在计算机上安装计算平台与数据模块，数据模块定期接收指定的气象仪与感知器的数据，计算平台依据特定算法生成电力产出曲线与电参数报表，并建立电参数与气象参数的对应关系。这是本发明定义的真实节点。

进一步，本发明在电站的附近地区安装气象仪，数量不限，形成对有关区域的全面覆盖，然后在计算机上安装计算平台与数据模块，参照真实电站在计算机上建立虚拟电站，装机容量是具有对比性的数值，工程参数完全相同，包含但不限于安装方式、接线方式、工作模式、发电设备类型，数据模块定期接收指定的气象仪的数据，计算平台依据接收的气象参数，计算这一时刻的模拟电气数据并生成统计报表。这是本发明定义的模拟节点。

系统依据临近位置及同气象区，动态划定合适的计算区域，每个节点都归属不同的计算区域。同区域的光伏或风力电站，在类似的气象条件下，它们的电力产出曲线应该趋同，电气数据应该表现出特征的一致性，节点间的互相对比计算，能够确认各节点数据的真实性。在任何时刻，区域内的大多数节点(>50％) 具有同样的电气特征，可以认为是常态，个别节点出现大的偏差，可能是测量失误，也可能有故障，可以在持续计算中鉴别出来。模拟节点依据的气象参数来自计算区域内多个地点，具有很强的参考价值，大量模拟节点的加入，弥补了真实电站数量的不足，对可信认证至关重要。经过认证的发电量数据会定期写入各节点，所有节点的碳排放数据库保持一致，确保全网可信与不可篡改。

进一步，节点自身是数字币网络的组成部分，它们早就建立了点对点的记账体系。数字币网络平均10 分钟产生一个合法区块，加入认证的碳排放节点按照同样的时间，生成一个碳排放预备区块。这个区块的字段结构包括五个部分：魔数、区块大小、区块头、交易计数器及交易信息，记载的交易信息至少包含各分布式电站在每个10分钟内产生的发电量及汇总数据。

其中最核心的数据段是区块头，也是新区块认证计算的连接点。区块版本号，前一个区块的哈希值，时间戳，当前目标哈希值，随机数，这五项与数字币格式一致，根哈希值变更为汇总的发电量的哈希值，是以前全部发电量的指纹。

碳排放预备区块生成后，各节点根据区块头信息做哈希运算，通过不断调整区块头中的随机数来计算预备区块的哈希值，直到哈希值低于当前目标哈希值，新区块建立合法，该节点获得新区块的记账权，绿色电力对应的碳指标，有一部分是对记账的奖励。

进一步，碳排放区块链可以从一个数字币父区块开始，这个创世区块是区块分叉的源头，碳排放代码合法加入数字币网络，认证计算成为数字币的一部分，也可以在代码上完全隔离，从创世区块开始，加入碳排放认证的计算器同时执行数字币与碳排放的计算。由此，计算器并行碳排放认证与数字币计算，两者的工作量完全协同，数字币与碳指标的对应关系真实建立，数字币算力将为低碳事业做出巨大的贡献。

综上所述，本发明是数字币计算与碳排放认证创新融合的产物，实现数字币与碳排放在全球的协同计算与去中心化认证，加入计算的节点越多，接入的电站越广泛，碳排放认证的结果越准。碳指标从新能源发电中产生，认证计算依托数字币的庞大网络，为低碳经济提供创新性的认证技术。

(四)有益效果

本发明提出一种利用数字币算力节点构造碳排放相关区块的计算网络，首先在所有分布式电站及其附近区域安装气象仪，定期采集当地的气象参数。其次依据临近位置及同气象区划分计算区域，区域的同类节点依据气象参数，定期生成电力产出曲线与电参数报表，各节点相互记账并做报表的对比计算，互相校验发电数据的真实性，汇总后由核心节点写入碳排放预备区块，区块的字段及格式与数字币一致，最后各节点执行哈希运算，第一个求解成功的节点获得区块的记账权。本发明使各节点并行数字币计算与碳排放认证，实现数字币与碳排放的工作量对应，建立去中心化的交互认证机制，动员数字币算力深度参与低碳建设的伟大事业。

(五)附图说明

以下结合附图对本发明加以说明，图1是碳排放区块链示意图与分布式电站的实施例，图2是碳排放计算机的构成示意图，图3是碳排放区块的字段构成图。

具体实施方式

图1说明算力节点如何组成碳排放区块链。算力节点分为真实节点与模拟节点两类，真实节点是分布式电站，包括光伏节点2与风力节点3，均在电站里安装气象仪，在电力产出端安装感知器，通过有线/无线方式与计算机建立数据连接。模拟节点1是计算机，对应的气象仪4安装在电站的附近地区，通过有线 /无线方式与计算机建立数据连接。两类节点都是现成的算力，它们都在全球的数字币网络5中。计算机上安装计算平台与数据模块，碳排放算法分为两种，真实节点的数据模块定期接收指定的气象仪与感知器的数据，计算平台依据特定算法生成电力产出曲线与电参数报表，并建立电参数与气象参数的对应关系，模拟节点的数据模块定期接收指定的气象仪的数据，计算平台依据接收的气象参数，计算这一时刻的模拟电气数据并生成报表。

定期测量的气象参数至少包含温度/湿度/光照度/风速/风向，定期测量的电气数据至少包含电压/电流/ 功率/线路温升。模拟节点的计算机上建立虚拟电站，装机容量是具有对比性的数值，工程参数完全相同，包含但不限于安装方式、接线方式、工作模式、发电设备类型，模拟节点没有真实的发电设备，但计算依据是现场实测的气象参数。计算机与气象仪是一对一的关系，无论哪类节点，一台计算机只对应一套气象仪。如果某个计算机算力足够大，可以允许接入多个气象仪的数据，同时担任多个节点，可在计算网络达到一定规模后实施。

系统依据临近位置及同气象区，动态划定合适的计算区域，每个节点都归属不同的计算区域，各节点互相读取数据，建立点对点的记账体系，同区域的同类节点做电力产出曲线与电参数报表的对比分析，互相校验发电数据的真实性，从而实现节点间的可信认证，经过认证的发电量数据会定期写入各节点，由核心节点汇总发电量数据。

图2说明计算机如何变成碳排放认证节点。计算机6具有哈希运算优化的CPU与GPU芯片构成的数字算力8，与全球的数字币网络5保持连接。计算机6增加碳算力9，由计算平台和数据模块组成，分别对应新增的软件和硬件，碳算力9与碳排放网络7保持连接。由此可见，通过增加软硬件，各节点同时加入数字币与碳排放两个计算网络，并行两类区块链计算。

图3说明碳排放区块的数据特征，这是调用数字币算力加入碳排放认证的核心技术。碳排放区块的字段结构包括五个部分：魔数、区块大小、区块头、交易计数器及交易信息，记载的交易信息至少包含各分布式电站在每个10分钟内产生的发电量及汇总数据。最核心的数据段是区块头，区块版本号，前一个区块的哈希值，时间戳，当前目标哈希值，随机数，这五项与数字币格式一致，根哈希值变更为碳排放哈希值，即汇总的发电量，是以前全部发电量的指纹。

核心节点生成上述格式的碳排放预备区块后，各节点根据区块头信息做哈希运算，通过不断调整区块头中的随机数来计算预备区块的哈希值，直到哈希值低于当前目标哈希值，新区块建立合法，第一个求解成功的获得新区块的记账权，绿色电力对应的碳指标，有一部分是对记账的奖励。

本发明中，碳排放区块链可以从一个数字币父区块开始，这个创世区块是区块分叉的源头，碳排放代码合法加入数字币网络，认证计算成为数字币的一部分，也可以在代码上完全隔离，从创世区块开始，加入碳排放认证的计算器同时执行数字币与碳排放的计算。由此，计算器并行碳排放认证与数字币计算，两者的工作量完全协同，数字币与碳指标的对应关系真实建立。

图1还是建立分布式电站区块链的实施例。网络纳入多种新能源，包括但不限于光伏节点2与风力节点3，这些真实节点都安装气象仪与采集器，与计算机建立数据连接。模拟节点1数量不限，它们都是节点上建立的虚拟电站，适应多种新能源，并与真实安装的气象仪建立一对一的对应关系。系统把每个节点都归属不同的计算区域，同区域的同类节点互相校验发电数据的真实性，从而实现节点间的可信认证。经过认证的发电量数据会定期写入各节点，由核心节点汇总发电量数据。

数字币网络平均10分钟产生一个合法区块，碳排放网络按照同样的时间，产生一个碳排放区块。所有预备区块的字段结构与数字币保持一致，区块头中的根哈希值变更为碳排放哈希值，即汇总的发电量。各节点执行同样的的哈希运算，通过寻找随机数，使的某次运算的哈希值低于当前目标哈希值，预备区块建立合法，第一个求解成功的节点获得记账权。接着，这个区块成为前一个区块，核心节点产生下一个预备区块，写入新的碳排放哈希值，计算器执行同样的运算。运算难度的调整与数字币保持一致，根据现有算力，动态调整当前目标哈希值，保证平均10分钟产生一个碳排放区块。

本发明的技术特征同样适用其他数字货币，能够与任何区块链类型的货币建立交互认证体系。

Claims (10)

1.一种利用数字币算力节点构造碳排放相关区块的计算网络，实现数字币与碳排放在全球的协同计算与去中心化认证，其特征是：

算力节点分为真实节点与模拟节点两类，真实节点是分布式电站，均在电站里安装气象仪，在电力产出端安装感知器，通过有线/无线方式与计算机建立数据连接，模拟节点是计算机，对应的气象仪安装在电站的附近地区，通过有线/无线方式与计算机建立数据连接；

计算机上安装计算平台与数据模块，真实节点的数据模块定期接收指定的气象仪与感知器的数据，计算平台依据特定算法生成电力产出曲线与电参数报表，模拟节点的数据模块定期接收指定的气象仪的数据，计算平台依据接收的气象参数，计算这一时刻的模拟电气数据并生成报表；

系统依据临近位置及同气象区，动态划定合适的计算区域，每个节点都归属不同的计算区域，同区域的同类节点做电力产出曲线与电参数统计报表的对比分析，互相校验发电数据的真实性，从而实现节点间的可信认证，经过认证的发电量数据会定期写入各节点，由核心节点汇总发电量数据；

碳排放区块的字段结构中，最核心的数据段是区块头，区块版本号，前一个区块的哈希值，时间戳，当前目标哈希值，随机数，这五项与数字币格式一致，根哈希值变更为碳排放哈希值，即汇总的发电量，是以前全部发电量的指纹；

核心节点生成上述格式的碳排放预备区块后，各节点根据区块头信息做哈希运算，通过不断调整区块头中的随机数来计算预备区块的哈希值，直到哈希值低于当前目标哈希值，新区块建立合法，第一个求解成功的节点获得新区块的记账权。

2.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是定期测量的气象参数至少包含温度/湿度/光照度/风速/风向，定期测量的电气数据至少包含电压/电流/功率/线路温升。

3.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是模拟节点的计算机上建立虚拟电站，装机容量是具有对比性的数值，工程参数完全相同，模拟节点没有真实的发电设备，但计算依据是现场实测的气象参数。

4.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是计算机与气象仪是一对一的关系，无论哪类节点，一台计算机只对应一套气象仪。

5.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是计算机具有哈希运算优化的CPU与GPU芯片构成的数字算力，与全球的数字币网络保持连接。

6.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是计算机增加碳算力，由计算平台和数据模块组成，分别对应新增的软件和硬件，碳算力与碳排放网络保持连接。

7.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是碳排放区块的字段结构包括五个部分：魔数、区块大小、区块头、交易计数器及交易信息，记载的交易信息至少包含各分布式电站在每个10分钟内产生的发电量及汇总数据。

8.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是碳排放区块链可以从一个数字币父区块开始，这个创世区块是区块分叉的源头，碳排放代码合法加入数字币网络，认证计算成为数字币的一部分，也可以在代码上完全隔离，从创世区块开始，加入碳排放认证的计算机同时执行数字币与碳排放的计算。

9.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是模拟节点数量不限，它们都是计算机上建立的虚拟电站，适应多种新能源，并与真实安装的气象仪建立一对一的对应关系。

10.根据权利要求1所述的计算网络，其特征是数字币网络平均10分钟产生一个合法区块，节点计算机按照同样的时间，产生一个碳排放区块。

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