CN118134588A - 基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，包括交易者向背书节点发送报价信息，由排序节点排序后提交到联盟链账本；交易者通过背书节点查看报价信息，需求匹配后通过双边协商生成最终意向订单，将最终意向订单提交给排序节点进行安全校核，签订电子交易合同，能源监管机构数字签名后由IPFS存储，再由排序节点对最终意向订单生成区块分发。本发明基于噪声差分隐私技术处理协商信息，通过在联盟链上应用私有数据，点对点地传播协商信息，避免了为实现信息隔离而额外创建联盟链，有效减少运营成本；同时采用IPFS存储交易合同，利用数字签名强化了电子合同合法性的验证，实现了电子化合同上链存证，有效降低了监管成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力交易网络安全技术领域，尤其涉及一种基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法。
背景技术
随着可再生能源和分布式能源的快速增长，传统的中心化电力交易方式正面临安全方面的挑战。集中化的数据存储和管理导致电力市场更容易成为网络攻击的目标，信息泄漏或篡改可能对市场造成严重影响，从而带来安全性风险。电力市场交易参与者难以监控和验证交易的公正性，导致交易参与者对市场运作的信任问题。
基于联盟链技术的电力交易方法可以通过智能合约自动地执行交易，采用分布式数据库和加密技术防止数据被篡改，从而提高了整个交易过程的透明度，确保数据的一致性和真实性。目前大部分基于联盟链的电力交易平台研究工作都采用单个或多个区块链协同运行，背书策略只可以在通道级别或链码级别进行定义。
在现实业务场景中，联盟链上的所有参与者都可以查看所有的交易数据，导致一些商业敏感信息的泄露，例如电价、交易策略等。创建单独的区块链能够实现信息隔离，但是在维护智能合约和账本方面会产生额外的管理开销。不同的电力市场和交易参与方有不同的隐私需求和合规要求，而现有的基于联盟链的电力交易平台无法满足需求。
中国专利申请CN115660857A公开了一种基于区块链的电力交易系统，该系统包括匹配电力终端和哈希上链两个阶段，在匹配电力终端阶段，电力供应信息和需求信息按照预先设定的匹配策略进行匹配，匹配成功后若电力供应方通过身份验证，生成第一公钥和第一私钥，电力供应信息通过第一私钥加密后发送至区块链模块，在哈希上链阶段，区块链模块通过第一公钥对电力供应信息解密，并将解密后的电力供应信息的哈希值写入区块链。然而上述方法中的私钥加密公钥解密机制，只用于用户匹配结果和用电数据的哈希上链存证，没有实现交易全过程链上可追溯，难以保障链下匹配过程的透明和高效。
中国专利申请CN109376549A公开了一种基于差分隐私保护的电力交易大数据发布方法，该方法包括生成待定数据集、添加噪声和生成预测模型三个阶段。在生成待定数据集阶段，选取电力交易大数据中相关性低的数据记录，生成待定数据集；在添加噪声阶段，利用查询函数询问待定数据集的敏感度，进行Laplace噪声的添加，获得满足差分隐私的训练样本集；在生成预测模型阶段，利用训练样本集训练Lasso回归算法模型，生成预测模型，然而上述方法中采用差分隐私保护并不能达到非常完美的效果，且用大数据训练模型不满足用户信息隐私的要求和应对电力市场的实时多变。因此现有技术需要一种强化信息隐私和统计数据的方法，来应对电力交易的要求，并且需要基于Laplace噪声的差分隐私保护方法，来保障电力交易者隐私安全。[1-3]
[1]魏之千,华昊辰,王同贺等.新基建下我国“区块链+能源互联网”工程建设现存难点综述及应对措施[J].南方电网技术,2023,17(10):152-169.DOI:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2023.10.015.
[2]颜拥,陈星莺,文福拴等.从能源互联网到能源区块链：基本概念与研究框架[J].电力系统自动化,2022,46(02):1-14.
[3]蒋正威,吉斌,金学奇等. 基于混合区块链的信息存储方法、装置、设备及介质[P]. 浙江省：CN115292744A,2022-11-04.
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决现有基于区块链的电力交易平台存在的隐私保护和商业敏感信息泄露等问题的，基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，应用于电力交易平台上的交易者，所述交易者包括供应商和消费者，包括以下步骤；
S1，交易者向背书节点发送报价信息，由排序节点将报价信息排序并提交到联盟链账本，所述报价信息包括意向电量、意向电价、送电时间范围、交易者地理位置、交易者的标识信息，所述标识信息用于表示交易者为供应商或消费者；
S2，交易者通过背书节点查看报价信息，需求匹配后生成交易双方的意向订单，交易者通过修改意向订单中的意向电量和意向电价进行双边协商，将协商一致的意向订单作为最终意向订单；
双边协商过程中，基于噪声差分隐私技术处理意向订单，将处理过程中生成的噪声数据存储在私有数据集合中；
S3，交易者通过电力交易平台在联盟链上将最终意向订单提交给排序节点进行安全校核；
S4，安全校核通过后，交易双方签订电子交易合同，经能源监管机构数字签名后上传至IPFS，IPFS返回一个唯一的内容标识符；
能源监管机构使用RSA公钥对内容标识符加密，并存储于联盟链；
排序节点将通过安全校核的最终意向订单进行排序、打包，形成一个区块，将生成的区块分发给联盟链上的各个背书节点，使所有背书节点都获得相同的交易信息。
作为优选：所述排序节点使用Raft共识算法。
作为优选：交易者i的报价信息为其中，P为意向电价，Q为意向电量，T为送电时间范围，/>为交易者的地理位置，ID i 为交易者i的标识信息，用于表示交易者i为供应商或消费者。
作为优选：S2中，私有数据集合由交易双方的背书节点构成，联盟链智能合约生成交易者i和交易者j的意向订单，其中，P为意向电价，Q为意向电量，T为送电时间范围，ID i 、ID j 分别为交易者i、交易者j的标识信息，用于表示二者为供应商或消费者；
基于噪声差分隐私技术处理意向订单，具体为，在生成意向订单时，对/>、添加随机Laplace噪声，得到加噪后的意向电价/>和加噪后的意向电量/>，添加的随机Laplace噪声构成噪声数据，存储在私有数据集合中，其中在私有数据集合的存储操作具体为：
交易者i调用生成私有数据的提案来发送一份带有私有数据的事务给背书节点Edi，所述私有数据为噪声数据，Edi模拟执行事务，并将私有数据存储在Edi内的临时存储数据库中；
Edi通过Gossip协议将事务发送给交易双方的背书节点，所述交易双方的背书节点向Edi返回背书响应，所述背书响应包含此次背书的读写数据集合，所述读写数据集合包含私有数据计算得到的哈希值，不包含私有数据；
交易者i将事务提交给排序节点，所述事务包含读写数据集合，排序节点将事务打包进区块发送给所有的背书节点，每个背书节点验证区块中私有数据哈希值与临时存储数据库中该私有数据计算得到的哈希值是否一致；
若每个背书节点验证的结果均一致，则验证通过，Edi将私有数据从临时存储数据库中移动到私有数据库中，并删除临时存储数据库中的数据。
作为优选：S3中，排序节点进行安全校核，包括：
预设电力供需匹配的市场规则、预设意向电价的价格区间、意向电价与实时市场电价的价格比例；
解析最终意向订单，检查电力供需匹配是否符合预设的市场规则、验证供应商提供的意向电量是否满足消费者的需求，意向电价是否在预设的价格区间；
实时市场数据对比：意向电量与市场实时电价的价格比例是否满足预设比例；
交易双方的身份验证；
上述均满足，则排序节点安全校核通过，否则拒绝申报交易。
作为优选：S4中，交易双方签订电子交易合同，所述电子交易合同为供应商、消费者和电力交易平台的三方合同。
作为优选：S4中，所述能源监管机构数字签名并上传至IPFS包括a1~a3；
a1，IPFS使用RSA算法生成密钥对，包括RSA私钥和RSA公钥，并将RSA私钥授予能源监管机构；
a2，能源监管机构对电子交易合同的内容进行哈希运算得到哈希值H，再用RSA私钥对H加密，生成数字签名；
a3，将a2得到的电子交易合同上传至IPFS，并将数字签名附加到电子交易合同的元数据中。
作为优选：S4中，所述IPFS返回一个唯一的内容标识符包括b1~b3；
b1，对上传的电子交易合同进行分块操作，并存储于多个IPFS节点上；
b2，电子交易合同分块后，对每块数据进行哈希运算得到对应的一个哈希值；
b3，对所有块的哈希值一起进行哈希运算，得到合同唯一的内容标识符。
作为优选：还包括以下步骤：
S5，能源监管机构基于唯一的内容标识符下载电子交易合同、验证其合法性，验证通过后基于电子交易合同进行争端处理；
所述验证其合法性为：能源监管机构用RSA公钥对数字签名进行解密，若解密后的哈希值与电子交易合同的哈希值H匹配，则数字签名有效，电子交易合同合法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用私有数据集合来支持电能的供应商和消费者之间的双边协商交易。电能交易者之间自主协商形成交易意向，通过电力交易平台进行申报确认，经能源监管机构安全校核后，形成双边协商交易结果。基于噪声差分隐私技术处理协商信息，在能源监管机构统计数据的同时，增加了对协商信息的保护；通过在联盟链上应用私有数据，点对点地传播协商信息，从而降低了网络负担，避免了为实现信息隔离而额外创建联盟链，有效减少了运营成本；同时采用IPFS存储交易合同，利用数字签名强化了电子合同合法性的验证，基于IPFS去中心化存储和不可篡改的特性，实现了电子化合同上链存证，有效降低了监管成本。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明架构图；
图3为基于噪声差分隐私技术处理意向订单的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图3，一种基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，应用于电力交易平台上的交易者，所述交易者包括供应商和消费者，包括以下步骤；
S1，交易者向背书节点发送报价信息，由排序节点将报价信息排序并提交到联盟链账本，所述报价信息包括意向电量、意向电价、送电时间范围、交易者地理位置、交易者的标识信息，所述标识信息用于表示交易者为供应商或消费者；
S2，交易者通过背书节点查看报价信息，需求匹配后生成交易双方的意向订单，交易者通过修改意向订单中的意向电量和意向电价进行双边协商，将协商一致的意向订单作为最终意向订单；
双边协商过程中，基于噪声差分隐私技术处理意向订单，将处理过程中生成的噪声数据存储在私有数据集合中；
S3，交易者通过电力交易平台在联盟链上将最终意向订单提交给排序节点进行安全校核；
S4，安全校核通过后，交易双方签订电子交易合同，经能源监管机构数字签名后上传至IPFS，IPFS返回一个唯一的内容标识符；
能源监管机构使用RSA公钥对内容标识符加密，并存储于联盟链；
排序节点将通过安全校核的最终意向订单进行排序、打包，形成一个区块，将生成的区块分发给联盟链上的各个背书节点，使所有背书节点都获得相同的交易信息。
所述排序节点使用Raft共识算法。
交易者i的报价信息为其中，P为意向电价，Q为意向电量，T为送电时间范围，/>为交易者的地理位置，ID i 为交易者i的标识信息，用于表示交易者i为供应商或消费者。
S2中，私有数据集合由交易双方的背书节点构成，联盟链智能合约生成交易者i和交易者j的意向订单，其中，P为意向电价，Q为意向电量，T为送电时间范围，ID i 、ID j 分别为交易者i、交易者j的标识信息，用于表示二者为供应商或消费者；
基于噪声差分隐私技术处理意向订单，具体为，在生成意向订单时，对/>、添加随机Laplace噪声，得到加噪后的意向电价/>和加噪后的意向电量/>，添加的随机Laplace噪声构成噪声数据，存储在私有数据集合中，其中在私有数据集合的存储操作具体为：
交易者i调用生成私有数据的提案来发送一份带有私有数据的事务给背书节点Edi，所述私有数据为噪声数据，Edi模拟执行事务，并将私有数据存储在Edi内的临时存储数据库中；
Edi通过Gossip协议将事务发送给交易双方的背书节点，所述交易双方的背书节点向Edi返回背书响应，所述背书响应包含此次背书的读写数据集合，所述读写数据集合包含私有数据计算得到的哈希值，不包含私有数据；
交易者i将事务提交给排序节点，所述事务包含读写数据集合，排序节点将事务打包进区块发送给所有的背书节点，每个背书节点验证区块中私有数据哈希值与临时存储数据库中该私有数据计算得到的哈希值是否一致；
若每个背书节点验证的结果均一致，则验证通过，Edi将私有数据从临时存储数据库中移动到私有数据库中，并删除临时存储数据库中的数据。
S3中，排序节点进行安全校核，包括：
预设电力供需匹配的市场规则、预设意向电价的价格区间、意向电价与实时市场电价的价格比例；
解析最终意向订单，检查电力供需匹配是否符合预设的市场规则、验证供应商提供的意向电量是否满足消费者的需求，意向电价是否在预设的价格区间；
实时市场数据对比：意向电量与市场实时电价的价格比例是否满足预设比例；
交易双方的身份验证；
上述均满足，则排序节点安全校核通过，否则拒绝申报交易。
S4中，交易双方签订电子交易合同，所述电子交易合同为供应商、消费者和电力交易平台的三方合同。
S4中，所述能源监管机构数字签名并上传至IPFS包括a1~a3；
a1，IPFS使用RSA算法生成密钥对，包括RSA私钥和RSA公钥，并将RSA私钥授予能源监管机构；
a2，能源监管机构对电子交易合同的内容进行哈希运算得到哈希值H，再用RSA私钥对H加密，生成数字签名；
a3，将a2得到的电子交易合同上传至IPFS，并将数字签名附加到电子交易合同的元数据中。
S4中，所述IPFS返回一个唯一的内容标识符包括b1~b3；
b1，对上传的电子交易合同进行分块操作，并存储于多个IPFS节点上；
b2，电子交易合同分块后，对每块数据进行哈希运算得到对应的一个哈希值；
b3，对所有块的哈希值一起进行哈希运算，得到合同唯一的内容标识符。
本实施例中，IPFS使用RSA算法生成密钥对，将RSA私钥授予能源监管机构，当能源监管机构使用RSA私钥对H加密生成数字签名并附加到电子交易合同的元数据中以后，任何对电子交易合同的篡改都将使数字签名失效，从而确保能源监管机构访问到的是原始、完整的电子合同。
IPFS技术防范了单一节点故障和信息泄露，数字签名的失效机制防范了任何对合同内容的篡改，保证能源监管机构访问到的是原始和完整的电子合同，联盟链负责存储IPFS的传输记录，增强了交易的可追溯性和透明度，通过集成以上技术，电力交易平台在安全性、可追溯性和公平方面达到较高标准；
实施例2：图1到图3，在实施例1的基础上，可能存在交易者违约或陷入争端的情况，此时需能源监管机构介入，故本实施例增加增加步骤S5如下：
S5，能源监管机构基于唯一的内容标识符下载电子交易合同、验证其合法性，验证通过后基于电子交易合同进行争端处理；
所述验证其合法性为：能源监管机构用RSA公钥对数字签名进行解密，若解密后的哈希值与电子交易合同的哈希值H匹配，则数字签名有效，电子交易合同合法。
所述争端处理包括：基于电子合同的哈希地址下载电子合同，基于电子合同记录的违约的条件、后果和争端解决机制，提供双方认可的依据，采用经过交易双方同意的方法对争端进行处理。
实施例3：参见图1到图3，基于实施例1，实施例3还有部分改进如下：
步骤S2中，关于双边协商：交易者通过背书节点查看报价信息，假设有消费者看到有供应商的报价信息满足自己的需求，则认为需求匹配，消费者就生成一意向订单，假设消费者为交易者i，供应商为交易者j，就会生成意向订单，这样，交易双方可以自主进行多轮的修改，这种自主修改的过程称为双边协商，直到意向电量、意向电价都符合双方的意愿，认为双边协商一致，将协商一致的意向订单作为最终意向订单；
步骤S2中，关于噪声差分隐私技术，通过对、/>添加随机Laplace噪声，实现对原始数据的扰动，在保证了用户数据隐私性的同时，数据特征并未遭到破坏，能源监管机构仍可以实时对交电时间数据进行分析，辅助电力调度；添加的Laplace噪声越大，数据的隐私保护强度就越高，数据可用性降低，添加的噪声越小，数据的保护强度下降，但可用性提高，根据不同交易者的隐私需求情况，添加符合需求的噪声水平，在隐私保护级别和数据可用性上达到平衡。添加随机Laplace噪声可根据下式实现：
=P+Lap(ΔfP/ε)
=Q+Lap(ΔfQ/ε)
Lap(ΔfP/ε)、Lap(ΔfQ/ε)分别为向P和Q添加的Laplace噪声，二者构成噪声数据。
ΔfP、ΔfQ分别是P和Q相关函数的敏感度，表示函数在相邻数据集上的最大变化，ΔfP、ΔfQ由先后相邻两次意向订单（两轮报价）相关数据计算得来，假设第一轮和第二轮，则ΔfP、ΔfQ可根据下式得到：
ΔfP=|P1–P2|
ΔfQ=|Q1–Q2|
式中，P1、P2分别为第一次和第二次意向订单中的意向电价，Q1、Q2分别为第一次和第二次意向订单中的意向电量。
ε是差分隐私参数，控制Laplace噪声的强度。ε本身是一个非负实数，由用户决定，ε越小噪声数据越大，提供较强的隐私保护，适用于对隐私要求较高的用户，ε越大噪声数据越小，提供较弱的隐私保护，适用于对隐私要求较低的用户。
最终，将和/>存储于联盟链账本，Lap(ΔfP/ε)和Lap(ΔfQ/ε)存储于私有数据集合。
步骤S42中，得到电子交易合同唯一的内容标识符，目的是作为解决潜在纠纷的可信依据，本发明所述的潜在纠纷包括：供应商未及时支付款项、消费者未按时提供承诺的电量、交易的实际交付金额与合同规定的数量不符、交易的实际交付电量与合同规定的质量不符、交易双方之间的任何其他未能协商解决的纠纷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，应用于电力交易平台上的交易者，所述交易者包括供应商和消费者，其特征在于：包括以下步骤；
S1，交易者向背书节点发送报价信息，由排序节点将报价信息排序并提交到联盟链账本，所述报价信息包括意向电量、意向电价、送电时间范围、交易者地理位置、交易者的标识信息，所述标识信息用于表示交易者为供应商或消费者；
S2，交易者通过背书节点查看报价信息，需求匹配后生成交易双方的意向订单，交易者通过修改意向订单中的意向电量和意向电价进行双边协商，将协商一致的意向订单作为最终意向订单；
双边协商过程中，基于噪声差分隐私技术处理意向订单，将处理过程中生成的噪声数据存储在私有数据集合中；
S3，交易者通过电力交易平台在联盟链上将最终意向订单提交给排序节点进行安全校核；
S4，安全校核通过后，交易双方签订电子交易合同，经能源监管机构数字签名后上传至IPFS，IPFS返回一个唯一的内容标识符；
能源监管机构使用RSA公钥对内容标识符加密，并存储于联盟链；
排序节点将通过安全校核的最终意向订单进行排序、打包，形成一个区块，将生成的区块分发给联盟链上的各个背书节点，使所有背书节点都获得相同的交易信息。
2.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：所述排序节点使用Raft共识算法。
3.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：交易者i的报价信息为其中，P为意向电价，Q为意向电量，T为送电时间范围，/>为交易者的地理位置，ID i 为交易者i的标识信息，用于表示交易者i为供应商或消费者。
4.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：S2中，私有数据集合由交易双方的背书节点构成，联盟链智能合约生成交易者i和交易者j的意向订单，其中，P为意向电价，Q为意向电量，T为送电时间范围，ID i 、ID j 分别为交易者i、交易者j的标识信息，用于表示二者为供应商或消费者；
基于噪声差分隐私技术处理意向订单，具体为，在生成意向订单时，对/>、/>添加随机Laplace噪声，得到加噪后的意向电价/>和加噪后的意向电量/>，添加的随机Laplace噪声构成噪声数据，存储在私有数据集合中，其中在私有数据集合的存储操作具体为：
交易者i调用生成私有数据的提案来发送一份带有私有数据的事务给背书节点Edi，所述私有数据为噪声数据，Edi模拟执行事务，并将私有数据存储在Edi内的临时存储数据库中；
Edi通过Gossip协议将事务发送给交易双方的背书节点，所述交易双方的背书节点向Edi返回背书响应，所述背书响应包含此次背书的读写数据集合，所述读写数据集合包含私有数据计算得到的哈希值，不包含私有数据；
交易者i将事务提交给排序节点，所述事务包含读写数据集合，排序节点将事务打包进区块发送给所有的背书节点，每个背书节点验证区块中私有数据哈希值与临时存储数据库中该私有数据计算得到的哈希值是否一致；
若每个背书节点验证的结果均一致，则验证通过，Edi将私有数据从临时存储数据库中移动到私有数据库中，并删除临时存储数据库中的数据。
5.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：S3中，排序节点进行安全校核，包括：
预设电力供需匹配的市场规则、预设意向电价的价格区间、意向电价与实时市场电价的价格比例；
解析最终意向订单，检查电力供需匹配是否符合预设的市场规则、验证供应商提供的意向电量是否满足消费者的需求，意向电价是否在预设的价格区间；
实时市场数据对比：意向电量与市场实时电价的价格比例是否满足预设比例；
交易双方的身份验证；
上述均满足，则排序节点安全校核通过，否则拒绝申报交易。
6.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：S4中，交易双方签订电子交易合同，所述电子交易合同为供应商、消费者和电力交易平台的三方合同。
7.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：S4中，所述能源监管机构数字签名并上传至IPFS包括a1~a3；
a1，IPFS使用RSA算法生成密钥对，包括RSA私钥和RSA公钥，并将RSA私钥授予能源监管机构；
a2，能源监管机构对电子交易合同的内容进行哈希运算得到哈希值H，再用RSA私钥对H加密，生成数字签名；
a3，将a2得到的电子交易合同上传至IPFS，并将数字签名附加到电子交易合同的元数据中。
8.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：S4中，所述IPFS返回一个唯一的内容标识符包括b1~b3；
b1，对上传的电子交易合同进行分块操作，并存储于多个IPFS节点上；
b2，电子交易合同分块后，对每块数据进行哈希运算得到对应的一个哈希值；
b3，对所有块的哈希值一起进行哈希运算，得到合同唯一的内容标识符。
9.根据权利要求1所述的基于联盟链私有数据集合的双边协商电力交易方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S5，能源监管机构基于唯一的内容标识符下载电子交易合同、验证其合法性，验证通过后基于电子交易合同进行争端处理；
所述验证其合法性为：能源监管机构用RSA公钥对数字签名进行解密，若解密后的哈希值与电子交易合同的哈希值H匹配，则数字签名有效，电子交易合同合法。
Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication |