CN114971625A - 一种基于区块链技术的微网绿电交易系统及数据存储与结算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及区块链技术，尤其是一种基于区块链技术的微网绿电交易系统及数据存储与结算方法，包括：区块链数据层、区块链网络层、区块链共识层、区块链合约层、区块链服务层、区块链应用层和大数据服务层。本发明还涉及利用上述电力交易系统下以用户为中心的数据存储方法以及面向竞价机制的交易结算方法。本发明以低成本、高效率解决了绿电交易中不同角色间的信任问题，从技术上实现了交易数据的高可扩展和结算合约的智能处理，并可确保行为的不可抵赖和可追溯。

Description

一种基于区块链技术的微网绿电交易系统及数据存储与结算 方法

技术领域

本发明涉及区块链技术，尤其是一种基于区块链技术的微网绿电交易系统及数据存储与结算方法。

背景技术

微网，也称微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。它在一定区域内利用可控分布式电源，结合供需市场的价格变化以及用户需求，实现电能的输送与供给。此外，微电网还可根据实际需要与外部电网并网同步运行。另一方面，绿电则是指依托特定的发电设备，实现将太阳能、风能等转化成电能。相对于常规的火力发电，绿电的优势在于发电过程中极少产生对环境有害的排放物，更加有利于环境保护和可持续发展。可以说，作为将绿电应用于微电网中对外提供服务的微网绿电，代表了未来能源的发展趋势。

传统微网绿电的交易模式大多是围绕单个、集中式的交易中心进行，其业务流程不仅处理时间长、环节多，而且在效能、安全、透明和溯源等方面的局限性，导致电力交易效率较低，能源流和资金流清分程序也变得较为复杂。此外，微网绿电交易市场不仅涉及售电公司和终端用户，还会涉及电厂、电网、监管中心、认证中心等诸多主体。这些主体因其关注点和利益诉求各异，使得在业务处理的过程中存在协同效率不高、遇事推诿、职责不清等现象。因此需要对绿电交易市场主体间的矛盾进行高效自主调节，以充分发挥分布式发电在经济性、安全性上的优势。在此基础上，针对绿电在登记发行、买卖交易、使用计费、费用收缴、支付清算等重要交易场景，在促进微电网用户间电力交易、增加售电用户用电效益、降低购电用户购电费用、减少交易摩擦、提高清结算效率等方面，亟需建立更为开放、对等、透明的分布式电力交易体系。

区块链技术的出现，为解决上述问题带来了可能。区块链首次从技术上解决了基于信任的中心化模型带来的安全问题。它综合采用分布式存储、一致性验证和非对称密码等技术，提供了一种分布式资源存储、数据保护和历史追溯的新型解决方案。这种基于区块链架构所解决的，正是在分布式场景下的交易信用与安全问题，具有广阔的应用领域和重要的应用价值。将区块链技术应用于电力交易结算业务领域中，可以有效解决数据篡改、历史追溯、有效监管、交易信任所面临的一系列问题。

目前，针对区块链数据存储与结算的方法大多还是沿用数字货币下的区块链软件架构及其实现方法。也就是说，现有的研究成果，如区块链的底层数据组织，并没有针对实际业务场景(如绿电交易)所呈现的特征进行考虑，其效能存在瓶颈，特别是面对海量数据共享和频繁信息交互等实际需求，需要通过设计和提出更为高效的区块数据模型以及市场驱动的去中心化结算机制，确保在电力交易参与主体隐私和交易过程不被篡改的前提下，高效支撑微网绿电交易。

鉴于此提出本发明。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服现有传统电力交易集中管理的不足，提供一种基于区块链技术的微网绿电交易系统，解决涉及参与多方、且多方不互信前提下的交易流程，为低成本、高效率、安全性的分布式交易提供解决方案。

本发明的第二个目的在于提供一种基于区块链技术的数据存储方法，设计在可扩展、高性能方面更加适配上层业务需求的数据存储机制。

本发明的第三个目的在于提供一种基于区块链技术的交易结算方法，用于解决不同参与者在市场交易过程中的合理快速达成、行为不可抵赖问题，以智能合约的形式实现对交易结算的有效验证，防止结算过程无法追溯，解决信任问题。

为了实现第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于区块链技术的微网绿电交易系统，包括以下部分：

区块链数据层，至少提供链式结构对交易信息进行存储管理，以最大限度保证数据的可追溯和高效的查询检索；

区块链网络层，至少提供对区块链分布式节点的网络安全通信；

区块链共识层，至少提供对区块链各节点数据共识的有效达成，包括对新区块的一致性确认和记账功能；

区块链合约层，至少保证电力交易在满足设定条件下自动触发执行流程，实现在申报、竞价、出清、结算等环节的合理公正；

区块链服务层，为交易业务提供模块化、松耦合的服务能力支撑，至少包括对账户管理和身份认证的服务；

区块链应用层，将为电力交易双方提供交易发布、交易撮合、交易结算等服务，至少要保证参与方可调用API接口实现对区块链服务的业务处理、数据分析与数据可视化，直接参与电力交易；

大数据服务层，将区块链中的账本数据与数据处理引擎解耦，至少保证为海量电力数据的统计分析与机器学习提供服务，以及支撑服务所需的并行处理框架和数据流引擎。通过对请求任务规模及相关数据量的预判断，采用并行处理框架的全表扫描方式，并结合索引访问方式来实现，以支撑对海量电力数据的多维度(高并发访问/高通量批处理)请求。

进一步，所述区块链数据层，至少包括数据区块、链式结构、时间戳、哈希函数、Merkle树和非对称加密，将电力交易数据以链式结构写入账本。

进一步，所述区块链网络层，至少包括权限控制、隐私保护和验证机制，以此来保障传输通信的安全性。

进一步，所述区块链共识层，至少包括PoW、PoS、DPoS和PBFT等主流算法，并可依据不同应用场景对共识算法进行调度，最终使区块节点达成共识/一致。

进一步，所述区块链合约层，至少包括电力交易逻辑、图灵完备保障和链上代码管理，并用数字化编码将清算、结算规则写入区块链，交易双方在区块链网络中自定义智能合约；从达成合约协议开始，合约中约定的条件事项的发生将自动触发合约的执行程序。在此基础上，通过原子操作来确保智能合约执行过程中的完备性和不可逆性。

进一步，区块链服务层，至少包括账户管理服务、账本检索服务、身份认证服务、密钥管理服务、合约配置服务和资源配置服务。通过对这些服务进行合理的资源调度，实现对其参数配置与状态监测，以便更好的支撑上层交易结算业务。

进一步，区块链应用层，至少包括业务处理、数据分析和数据可视化。电力交易参与方通过调用API接口实现电力实时交易、批量数据挖掘和结果可视化展示。

为了实现第二目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于区块链技术的数据存储方法，包括以下步骤：

步骤一、用户向区块链网络提交必要的主体信息进行注册，以获得电力交易许可。相关信息包括用户名、别名、描述、交易角色、法人代表、社会识别码、地址、电话、邮箱、银行账户等。注册成功后，用户可获得公私密钥对；

步骤二、用户将自身属性映射为其唯一标识，利用该标识与用户的交易记录(包含用户标识、交易标识和时间戳等)相关联，写入区块链账本。由于每个记账节点均拥有其私钥，且每个区块头中包含了本节点私钥的签名，则区块内数据的修改都可以通过签名进行校验。为确保用户标识拥有全球唯一性，将采用如下方法生成：

。其中，全球唯一的ID可由硬件ID、时间戳、随机数共同生成。时间戳大概率可保证全球唯一的ID，但多个完全同步的节点可用会存在相同的时间戳，因此加入节点的硬件信息，可进一步保证全球范围内的唯一性。此外，用带规模参数τ和形状参数β的维布尔分布来刻画该全球唯一ID的单调递增特性；

步骤三、将电力交易的详情信息、特别是非结构化数据，存储至大数据服务层。之后运行Hash算法生成数据摘要，上传至区块链各个节点的账本中。并以每个用户标识为单位，独立形成区块主链。一旦大数据服务层的信息被恶意修改，可通过链上账本进行校验，确保数据的不可篡改；

步骤四、区块链网络中与需求方和供应方相关的交易记录一旦被网络中所有节点所验证，该笔交易将会被分别插入到需求方和供应方各自的区块主链队列中；

步骤五、对于经过验证的某一方(如需求方)而言，对该笔交易进行哈希摘要，将涉及需求方的连续多笔交易组织在一起。在链式结构下，考虑到任意一笔交易的修改均会给最终哈希值带来较大的变化，可确保信息难以被篡改，从而构建区块内的Merkle树。同理，交易的另一方(如供应方)执行类似操作；

步骤六、当某一用户当前的区块已经达到交易上限时，利用其私钥对当前最新区块进行加密，从而可确保信息不会泄露给未经授权的任何其它节点。通过以上方法，将传统区块链的单一主链，拆分成N个主链(N为网络中的用户数量)。

为了实现第三目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于区块链技术的交易结算方法，包括以下步骤：

步骤一、区块链所有节点均需要先支付交易保证金D_i＝D×r_i/(d_i×L_i)。式中D_i为节点i的交易保证金，D为基准的交易保证金，r_i为响应时间成本，d_i为市场交易价值，L_i为节点信用等级。显然，节点如果信用等级越高，抑或是其交易价值越大，其所需支付的保证金就越少。此外，可定义

式中

为完成交易后节点i获得的好评数，

为节点i实际完成的交易数量，

为节点i参加与竞价的交易数量，N(i)表示与节点i相关联的节点总数，α为可调整的参数(0≤α≤1)。可见，L_i取决于节点交易的好评度和节点交易的灵活度，交易越频繁、好评度越高节点的信用等级越高；

步骤二、电力需求方提出业务需求，发布所需电力类型、用电时间、用电时长等基本信息。交易需求将触发供应方进行电力准备，包括需求电力的匹配查询、业务安全评估、可行性评估、经济效益评估等方面；

步骤三、符合条件的供应方均可通过竞价机制参与交易。在竞价机制中，供需双方则按照价格至上的规定进行排序，买方价格从高到低排序。不失一般性，假设U_s是供应方，U_b是需求方。U_s支付一笔保证金D_s，并提供可出售的电能W以及可接受的最低成本C，而需求方i则支付愿意支付的费用B_i。

步骤四、竞价开始时，买方纷纷提交出价。竞价模型以所给出需求方的出价和供应方的要求作为输入，且满足：B_j≥C。然后对每一位U_b的出价B_j按从大到小排序，且满足：B₁≥B₂≥B₃≥…≥B_j；

步骤五、当交易周期结束时，若U_b所出最高报价B_max大于等于U_s的最低售价C时，即可发生交易，称为完成一轮交易。在交易过程中，各参与方可以观察到每笔交易中供应方售价以及各需求方报价，并根据市场信息及自身情况采用合适的报价策略不断调整自身报价进行下一轮交易；

步骤六、在微网绿电交易系统中，每个用户均作为独立的电力供应商或客户，可以自行定价。设m_i(t)是用户i给出的价格，E_i,j(t)是用户从其他电力供应方购买的电量，S_i(t)是用户产生和销售的电量。如果在某个时间段内，用户i从其他N(i)个电力供应方购买了电量，则其计费函数为

而用户i向电力供应方j支付的金额为

步骤七、用户依据计费函数，以广播消息的形式更新其余额，待该消息被区块链节点经共识验证并通过后，该交易信息会最终记入账本。

可见，通过引入信用等级以及交易保证金制度，可以有效限制恶意节点的加入以及拒绝服务攻击，提高电能交易的成功率。此外，采用竞价机制还可使电能的供应方获得更为合理的市场回报效益。

综上所述，本发明从提升电力交易服务效率和市场合理性的角度出发，摒弃传统技术中仅仅依赖集中式管理节点的交易组织模式，取而代之采用一种基于区块链技术、更加适配上层业务的链上-链下架构，既充分利用区块链平台数据不可篡改、行为可追溯的特点，又可利用大数据平台高并发、可扩展的特点。在此基础上，提出以用户为中心的数据存储方法和面向竞价机制的交易结算方法，为涉及不同角色用户的电力交易提供一个高效的业务处置平台，提升业务间协同效率，将有助于打破原有单一的组织管理模式，建立面向市场可自行定价的微网绿电交易新模式。

采用本发明所述的技术方案后，可带来以下有益效果：

本发明具有大数据分析能力，同时存储的电力交易信息可以防篡改、行为可追溯，又可进行批量统计和分析挖掘，并可结合市场需求，支持不同角色用户间的协同交易。不同用户利用本发明可以实现对电价的灵活设定，有效提升了用户间的服务效率，而且发挥出了数据的潜在价值和市场的能动性，为电力行业的升级迭代提供了技术支撑，解决了电力部门各用户间的信任问题，有力推动了微网绿电交易在区块链技术下的数字化转型。

附图说明

图1：本发明的系统框图；

图2：本发明的一种基于区块链技术的数据存储方法的流程图；

图3：本发明的一种基于区块链技术的交易结算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，一种基于区块链技术的微网绿电交易系统，包括：区块链数据层、区块链网络层、区块链共识层、区块链合约层、区块链服务层、区块链应用层和大数据服务层。所述区块链数据层，至少提供链式结构对交易信息进行存储管理，以最大限度保证数据的可追溯和高效的查询检索。具体地，区块链数据层包括数据区块、链式结构、时间戳、哈希函数、Merkle树和非对称加密，将电力交易数据以链式结构写入账本。所述数据区块和链式结构是指每个区块中保存一定容量的交易信息，它们按照各自产生的时间顺序连接成链条。这个链条被保存在所有的服务器中，只要整个系统中有一台服务器可以工作，整条区块链就是安全的。如果要修改区块链中的信息，必须征得半数以上节点的同意并修改所有节点中的信息，而这些节点通常掌握在不同的主体手中，因此篡改区块链中的信息是一件极其困难的事；所述哈希函数包括MD5、SHA1、SHA256和SHA512等。其中，MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。SHA1代表安全哈希算法1，它是一种加密哈希函数，接受输入并生成一个称为消息摘要的160位哈希值。此外，它还以十六进制数(长度为40位)呈现，速度相对MD5较慢，但是更加安全。目前SHA1的应用较为广泛，主要应用于CA和数字证书中。与SHA1相比，SHA256和SHA512的区别仅在于生成摘要的长度更长，分别为256位和512位，从而导致算法SHA512要更为安全。对于数据处理性能要求较高的业务场景可采用MD5或者是SHA1算法进行处理，对于数据安全性要求较高的业务场景可采用SHA256或者是SHA512算法进行处理；所述Merkle树则是一种哈希二叉树，可用于快速归纳和校验大规模数据的完整性。这种二叉树包含加密哈希值，被用来归纳一个区块中的所有交易，同时生成整个交易集合的数字指纹，且提供了一种校验区块是否存在某交易的高效途径；所述非对称加密则常用于在交易过程中的签名，并且只有私钥对应的公钥才能验证签名通过。

所述区块链网络层，至少包括权限控制、隐私保护和验证机制，以此来保障传输通信的安全性。具体地，所述权限控制不仅要负责相关参与主体的权限管理，还要负责共识节点分配的权限管理。与此同时，在权限控制中的角色设定是用于实现对注册用户的角色分配，比如依据用户的性质将其设定为绿电交易需求方、供应方、监管方等，并赋予对应的功能和数据权限；所述隐私保护包括身份隐私和交易隐私，需要对网络层、交易层和应用层所面临的隐私威胁进行预防：所述验证机制则是指所有区块链网络中的参与者都要随时监听新的交易与新的区块。一旦接收到新的交易或者新的区块均需首先验证它们的正确性，如果正确后再向自己的临近节点进行传播。如果接收到的新交易无效，则需立即抛弃，不再将它们转给临近节点，以免浪费计算资源。对于新交易的验证，根据基于区块链应用事先达成的各种验证协议来进行，比如交易的格式、交易的数据结构、格式的语法结构、输入输出、数字签名的正确性等。

所述区块链共识层，至少利用分布式算法协议使各区块节点达成共识/一致。当各区块节点达成共识/一致后，才能将需要存储的数据写入区块节点中，并最终写入账本。

所述区块链合约层，通过封装各类脚本代码、算法以及更为复杂的智能合约，以实现灵活编程和操作数据。合约层是建立在区块链虚拟机之上的商业逻辑和算法，是实现区块链系统灵活编程和操作数据的基础。包括比特币在内的数字加密货币大多采用非图灵完备的简单脚本代码来编程控制交易过程，这也是智能合约的雏形。随着技术的发展，目前已经出现以太坊等图灵完备的可实现更为复杂和灵活的智能合约的脚本语言，使得区块链能够支持宏观金融和社会系统的诸多应用。该层至少包括电力交易逻辑、图灵完备保障和链上代码管理，并用数字化编码将清算、结算规则写入区块链，交易双方在区块链网络中自定义智能合约；从达成合约协议开始，合约中约定的条件事项的发生将自动触发合约的执行程序。在此基础上，通过原子操作来确保智能合约执行过程中的完备性和不可逆性。

所述区块链服务层，至少包括账户管理服务、账本检索服务、身份认证服务、密钥管理服务、合约配置服务和资源配置服务。通过对这些服务进行合理的资源调度，实现对其参数配置与状态监测，以便更好的支撑上层交易结算业务。

所述区块链应用层，至少包括业务处理、数据分析和数据可视化。电力交易参与方通过调用API接口实现电力实时交易、批量数据挖掘和结果可视化展示。

所述大数据服务层，将区块链中的账本数据与数据处理引擎解耦。通过对请求任务规模及相关数据量的预判断，采用并行处理框架的全表扫描方式，并结合索引访问方式来实现，以支撑对海量电力数据的多维度(高并发访问/高通量批处理)请求。

如图2所示，本发明还涉及一种基于区块链技术、以用户为中心的数据存储方法，该存储方法包括以下步骤：

步骤一、用户向区块链网络提交必要的主体信息进行注册，以获得电力交易许可。相关信息包括用户名、别名、描述、交易角色、法人代表、社会识别码、地址、电话、邮箱、银行账户等。注册成功后，用户可获得公私密钥对；

步骤二、用户将自身属性映射为其唯一标识，利用该标识与用户的交易记录(包含用户标识、交易标识和时间戳等)相关联，写入区块链账本。由于每个记账节点均拥有其私钥，且每个区块头中包含了本节点私钥的签名，则区块内数据的修改都可以通过签名进行校验。为确保用户标识拥有全球唯一性，将采用如下方法生成：

。其中，全球唯一的ID可由硬件ID、时间戳、随机数共同生成。时间戳大概率可保证全球唯一的ID，但多个完全同步的节点可用会存在相同的时间戳，因此加入节点的硬件信息，可进一步保证全球范围内的唯一性。此外，用带规模参数τ和形状参数β的维布尔分布来刻画该全球唯一ID的单调递增特性；

步骤三、将电力交易的详情信息、特别是非结构化数据，存储至大数据服务层。之后运行Hash算法生成数据摘要，上传至区块链各个节点的账本中。并以每个用户标识为单位，独立形成区块主链。一旦大数据服务层的信息被恶意修改，可通过链上账本进行校验，确保数据的不可篡改；

步骤四、区块链网络中与需求方和供应方相关的交易记录一旦被网络中所有节点所验证，该笔交易将会被分别插入到需求方和供应方各自的区块主链队列中；

步骤五、对于经过验证的某一方(如需求方)而言，对该笔交易进行哈希摘要，将涉及需求方的连续多笔交易组织在一起。在链式结构下，考虑到任意一笔交易的修改均会给最终哈希值带来较大的变化，可确保信息难以被篡改，从而构建区块内的Merkle树。同理，交易的另一方(如供应方)执行类似操作；

步骤六、当某一用户当前的区块已经达到交易上限时，利用其私钥对当前最新区块进行加密，从而可确保信息不会泄露给未经授权的任何其它节点。通过以上方法，将传统区块链的单一主链，拆分成N个主链(N为网络中的用户数量)。

优选地，所述步骤一至步骤六在执行过程中，假设区块链网络中有N个用户且每个区块内最多存储M笔交易，若当前网络中有B个区块，且与同一用户关联的区块最多为B′个，则检索某个用户交易信息所耗时间最多B′log M。相比较而言，传统单一块链结构下，检索某个用户交易信息所耗时间最多为BlogM，显然有B′＜＜B。由此可见，在针对某个用户进行交易查询时，以用户为中心的数据存储方法，其检索效率要远高于传统区块数据存储的检索效率，且随着网络中用户量的增多，效果就越发明显。

如图3所示，本发明还涉及一种基于区块链技术、面向竞价机制的交易结算方法，主要利用上述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，该方法包括以下步骤：

步骤一、区块链所有节点均需要先支付交易保证金D_i＝D×r_i/(d_i×L_i)。式中D_i为节点i的交易保证金，D为基准的交易保证金，r_i为响应时间成本，d_i为市场交易价值，L_i为节点信用等级。显然，节点如果信用等级越高，抑或是其交易价值越大，其所需支付的保证金就越少。此外，可定义

式中

为完成交易后节点i获得的好评数，

为节点i实际完成的交易数量，

为节点i参加与竞价的交易数量，N(i)表示与节点i相关联的节点总数，α为可调整的参数(0≤α≤1)。可见，L_i取决于节点交易的好评度和节点交易的灵活度，交易越频繁、好评度越高节点的信用等级越高；

步骤二、电力需求方提出业务需求，发布所需电力类型、用电时间、用电时长等基本信息。交易需求将触发供应方进行电力准备，包括需求电力的匹配查询、业务安全评估、可行性评估、经济效益评估等方面；

步骤三、符合条件的供应方均可通过竞价机制参与交易。在竞价机制中，供需双方则按照价格至上的规定进行排序，买方价格从高到低排序。不失一般性，假设U_s是供应方，U_b是需求方。U_s支付一笔保证金D_s，并提供可出售的电能W以及可接受的最低成本C，而需求方i则支付愿意支付的费用B_i。

步骤四、竞价开始时，买方纷纷提交出价。竞价模型以所给出需求方的出价和供应方的要求作为输入，且满足：B_j≥C。然后对每一位U_b的出价B_j按从大到小排序，且满足：B₁≥B₂≥B₃≥…≥B_j；

步骤五、当交易周期结束时，若U_b所出最高报价B_max大于等于U_s的最低售价C时，即可发生交易，称为完成一轮交易。在交易过程中，各参与方可以观察到每笔交易中供应方售价以及各需求方报价，并根据市场信息及自身情况采用合适的报价策略不断调整自身报价进行下一轮交易；

步骤六、在微网绿电交易系统中，每个用户均作为独立的电力供应商或客户，可以自行定价。设m_i(t)是用户i给出的价格，E_i,j(t)是用户从其他电力供应方购买的电量，S_i(t)是用户产生和销售的电量。如果在某个时间段内，用户i从其他N(i)个电力供应方购买了电量，则其计费函数为

而用户i向电力供应方j支付的金额为

步骤七、用户依据计费函数，以广播消息的形式更新其余额，待该消息被区块链节点经共识验证并通过后，该交易信息会最终记入账本。

下面以发生一笔与用户S(卖方)和用户B(买方)相关的交易为例，完整的对本发明做进一步解释说明。

S1：卖方S支付一笔保证金D_s，并提供可出售的电能W以及C，而买方B则支付愿意支付的货款B_i。每一位买方B提供的价格是代理人根据自身要求提出的B_j(B_j>0)表示U_bj的出价；

S2：拍卖开始时，买方B纷纷提交出价。竞价模型以所给出买方B的出价和卖方S的要求作为输入，且满足：B_j≥C；

S3：对每一位U_b的出价B_j进行排序，且满足：B₁≥B₂≥B₃≥…≥B_j。当该交易周期结束时，若U_b所出最高报价B_max大于等于卖方S的最低售价C时，即可发生交易，称为完成一轮交易。其中，在交易过程中的市场参与方可以观察到每笔交易中卖家售价以及各买家报价，并根据市场信息及自身情况采用合适的报价策略不断调整自身报价进行下一轮交易；

S4：区块链网络中与用户S和用户B相关的交易记录一旦被网络中节点所验证，该笔交易将会被分别插入到节点S和节点B各自的区块主链队列中；

S5：对于用户S而言，对该笔交易进行哈希摘要，将涉及用户S的连续多笔交易组织在一起。在链式结构下，考虑到任意一笔交易的修改均会给最终哈希值带来较大的变化，因而可确保信息不会被篡改，从而构建区块内的Merkle树。相应的，用户B执行类似操作；

S6：若用户S当前的区块已经达到M笔交易上限，利用私钥对当前最新区块进行加密，从而可确保信息不会泄露给未经授权的任何其他节点。

通过以上方法，将传统区块链的单一主链，拆分成了N个主链，虽然在一定程度上增加了区块管理的复杂度，但大大提升对特定用户的查询检索效率，可有力支撑微网绿电交易的上层业务。

以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于，包括：

区块链数据层，至少提供链式结构对交易信息进行存储管理，以最大限度保证数据的可追溯和高效的查询检索；

区块链网络层，至少提供对区块链分布式节点的网络安全通信；

区块链共识层，至少提供对区块链各节点数据共识的有效达成，包括对新区块的一致性确认和记账功能；

区块链合约层，至少保证电力交易在满足设定条件下自动触发执行流程，实现在申报、竞价、出清、结算等环节的合理公正；

区块链服务层，为交易业务提供模块化、松耦合的服务能力支撑，至少包括对账户管理和身份认证的服务；

区块链应用层，将为电力交易双方提供交易发布、交易撮合、交易结算等服务，至少要保证参与方可调用API接口实现对区块链服务的业务处理、数据分析与数据可视化，直接参与电力交易；

大数据服务层，至少保证为海量电力数据的统计分析与机器学习提供服务，以及支撑服务所需的并行处理框架和数据流引擎。

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述区块链数据层，至少包括数据区块、链式结构、时间戳、哈希函数、Merkle树和非对称加密，将电力交易数据以链式结构写入账本。

3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述区块链网络层，至少包括权限控制、隐私保护和验证机制，以此来保障传输通信的安全性。

4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述区块链共识层，至少包括PoW、PoS、DPoS和PBFT等主流算法，并可依据不同应用场景对共识算法进行调度，最终使区块节点达成共识/一致。

5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述区块链合约层，至少包括电力交易逻辑、图灵完备保障和链上代码管理，并用数字化编码将清算、结算规则写入区块链，交易双方在区块链网络中自定义智能合约；从达成合约协议开始，合约中约定的条件事项的发生将自动触发合约的执行程序；在此基础上，通过原子操作来确保智能合约执行过程中的完备性和不可逆性。

6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述区块链服务层，至少包括账户管理服务、账本检索服务、身份认证服务、密钥管理服务、合约配置服务和资源配置服务；通过对这些服务进行合理的资源调度，实现对其参数配置与状态监测，以便更好的支撑上层交易结算业务。

7.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述区块链应用层，至少包括业务处理、数据分析和数据可视化；电力交易参与方通过调用API接口实现电力实时交易、批量数据挖掘和结果可视化展示。

8.根据权利要求1所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，其特征在于：所述大数据服务层，将区块链中的账本数据与数据处理引擎解耦；通过对请求任务规模及相关数据量的预判断，采用并行处理框架的全表扫描方式，并结合索引访问方式来实现，以支撑对海量电力数据的多维度(高并发访问/高通量批处理)请求。

9.一种基于区块链技术的数据存储方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，该存储方法包括以下步骤：

步骤一、用户向区块链网络提交必要的主体信息进行注册，以获得电力交易许可；相关信息至少包括用户名、别名、描述、交易角色、法人代表、社会识别码、地址、电话、邮箱、银行账户；注册成功后，用户可获得公私密钥对；

步骤二、用户将自身属性映射为其唯一标识，利用该标识与用户的交易记录(包含用户标识、交易标识和时间戳等)相关联，写入区块链账本；由于每个记账节点均拥有其私钥，且每个区块头中包含了本节点私钥的签名，则区块内数据的修改都可以通过签名进行校验；为确保用户标识拥有全球唯一性，将采用如下方法生成：

；其中，全球唯一的ID可由硬件ID、时间戳、随机数共同生成；时间戳大概率可保证全球唯一的ID，但多个完全同步的节点可用会存在相同的时间戳，因此加入节点的硬件信息，可进一步保证全球范围内的唯一性；此外，用带规模参数τ和形状参数β的维布尔分布来刻画该全球唯一ID的单调递增特性；

步骤三、将电力交易的详情信息、特别是非结构化数据，存储至大数据服务层；之后运行Hash算法生成数据摘要，上传至区块链各个节点的账本中；并以每个用户标识为单位，独立形成区块主链；一旦大数据服务层的信息被恶意修改，可通过链上账本进行校验，确保数据的不可篡改；

步骤四、区块链网络中与需求方和供应方相关的交易记录一旦被网络中所有节点所验证，该笔交易将会被分别插入到需求方和供应方各自的区块主链队列中；

步骤五、对于经过验证的某一方(如需求方)而言，对该笔交易进行哈希摘要，将涉及需求方的连续多笔交易组织在一起；在链式结构下，考虑到任意一笔交易的修改均会给最终哈希值带来较大的变化，可确保信息难以被篡改，从而构建区块内的Merkle树；同理，交易的另一方(如供应方)执行类似操作；

步骤六、当某一用户当前的区块已经达到交易上限时，利用其私钥对当前最新区块进行加密，从而可确保信息不会泄露给未经授权的任何其它节点；通过以上方法，将传统区块链的单一主链，拆分成N个主链(N为网络中的用户数量)。

10.一种基于区块链技术的交易结算方法，其特征在于，利用如权利要求1-8任一项所述的基于区块链技术的微网绿电交易系统，该方法包括以下步骤：

步骤一、区块链所有节点均需要先支付交易保证金D_i＝D×r_i/(d_i×L_i)；式中D_i为节点i的交易保证金，D为基准的交易保证金，r_i为响应时间成本，d_i为市场交易价值，L_i为节点信用等级；显然，节点如果信用等级越高，抑或是其交易价值越大，其所需支付的保证金就越少；此外，可定义

式中

为完成交易后节点i获得的好评数，

为节点i实际完成的交易数量，

为节点i参加与竞价的交易数量，N(i)表示与节点i相关联的节点总数，α为可调整的参数(0≤α≤1)；可见，L_i取决于节点交易的好评度和节点交易的灵活度，交易越频繁、好评度越高节点的信用等级越高；

步骤二、电力需求方提出业务需求，发布所需电力类型、用电时间、用电时长等基本信息；交易需求将触发供应方进行电力准备，包括需求电力的匹配查询、业务安全评估、可行性评估、经济效益评估等方面；

步骤三、符合条件的供应方均可通过竞价机制参与交易；在竞价机制中，供需双方则按照价格至上的规定进行排序，买方价格从高到低排序；不失一般性，假设U_s是供应方，U_b是需求方；U_s支付一笔保证金D_s，并提供可出售的电能W以及可接受的最低成本C，而需求方i则支付愿意支付的费用B_i；

步骤四、竞价开始时，买方纷纷提交出价；竞价模型以所给出需求方的出价和供应方的要求作为输入，且满足：B_j≥C；然后对每一位U_b的出价B_j按从大到小排序，且满足：B₁≥B₂≥B₃≥…≥B_j；

步骤五、当交易周期结束时，若U_b所出最高报价B_max大于等于U_s的最低售价C时，即可发生交易，称为完成一轮交易；在交易过程中，各参与方可以观察到每笔交易中供应方售价以及各需求方报价，并根据市场信息及自身情况采用合适的报价策略不断调整自身报价进行下一轮交易；

步骤六、在微网绿电交易系统中，每个用户均作为独立的电力供应商或客户，可以自行定价；设m_i(t)是用户i给出的价格，E_i,j(t)是用户从其他电力供应方购买的电量，S_i(t)是用户产生和销售的电量；如果在某个时间段内，用户i从其他N(i)个电力供应方购买了电量，则其计费函数为

而用户i向电力供应方j支付的金额为

步骤七、用户依据计费函数，以广播消息的形式更新其余额，待该消息被区块链节点经共识验证并通过后，该交易信息会最终记入账本。

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