基于區(qū)塊鏈技術(shù)的用戶電量結(jié)算技術(shù)研究

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(深圳供電局有限公司，518001； 深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司，518034，)

0 引言

自2008年區(qū)塊鏈技術(shù)誕生以來(lái)，社會(huì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在塊鏈技術(shù)方案中沒(méi)有中央服務(wù)器。每個(gè)塊鏈軟件的計(jì)算設(shè)備是塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的對(duì)等節(jié)點(diǎn)之一。不需要在節(jié)點(diǎn)之間建立信任關(guān)系[1]。系統(tǒng)中的任意多個(gè)節(jié)點(diǎn)用于通過(guò)密碼學(xué)算法計(jì)算和記錄一段時(shí)間內(nèi)的所有信息的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊(Qu Kuai)和由數(shù)據(jù)塊生成的指紋(哈希)用于鏈接下一個(gè)數(shù)據(jù)塊和檢查，通過(guò)集體驗(yàn)證和維護(hù)來(lái)建立可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)[2]。

利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的分布式賬本， 將交易中心提供的結(jié)算依據(jù)數(shù)據(jù)、營(yíng)銷部門提供的用戶用電數(shù)據(jù)保存在區(qū)塊鏈共享賬本上， 從而打通從支付計(jì)劃、記賬、付款、結(jié)算、清分到核算、紕漏、分析、預(yù)測(cè)的各個(gè)財(cái)務(wù)業(yè)務(wù)處理環(huán)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)購(gòu)電費(fèi)、售電公司服務(wù)費(fèi)的安全、高效結(jié)算， 提高財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的透明度和可審計(jì)性[3]。利用區(qū)塊鏈自動(dòng)共享、不可篡改的記錄保管方式， 簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)， 規(guī)避因人為操作造成的錯(cuò)誤。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

1.1 區(qū)塊鏈定義

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分散的、分散的、分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)維護(hù)[4]。它由一系列基于密碼方法的數(shù)據(jù)塊組成，每一塊都是區(qū)塊鏈中的一個(gè)塊。根據(jù)生產(chǎn)時(shí)間的順序，將區(qū)塊連接在一起以形成數(shù)據(jù)鏈[5]。

1.2 區(qū)塊鏈現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展和實(shí)踐，對(duì)塊鏈技術(shù)的理解越來(lái)越深入，許多領(lǐng)域都在以Bitcoin塊鏈為基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。目前，分塊鏈已經(jīng)從比特幣的完全集中化發(fā)展成為公共塊狀鏈，發(fā)展了側(cè)鏈附于公共鏈和非集中化的民營(yíng)鏈[6]。公共區(qū)塊鏈(公共區(qū)塊鏈)是塊鏈的初始形式，是一個(gè)完全分散的中央存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。任何人都可以訪問(wèn)公共塊鏈上的數(shù)據(jù)和交換值，并通過(guò)密碼技術(shù)保證信任機(jī)制的建立。側(cè)鏈(側(cè)鏈)是公用塊鏈的延伸。它是在公用閉塞鏈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)公共塊鏈的值與多塊鏈中其他書(shū)籍的值之間的傳遞[7]。在使用公共塊鏈支持來(lái)證明信用的同時(shí)，側(cè)鏈技術(shù)可以支持更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。

私有區(qū)塊鏈(private block chain)是公共區(qū)塊鏈更進(jìn)一步的變形，參與節(jié)點(diǎn)僅僅是用戶本身，數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和使用是由權(quán)限嚴(yán)格管理的。砌塊鏈技術(shù)處于理論階段，需要進(jìn)行實(shí)踐[8]。國(guó)內(nèi)外對(duì)塊鏈接技術(shù)的投入和使用已逐步擴(kuò)大，但尚未得到充分應(yīng)用的結(jié)果。從發(fā)展的角度來(lái)看，塊鏈接技術(shù)還處于理論階段，未來(lái)的技術(shù)改造還需要很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐。

2 區(qū)塊鏈記賬技術(shù)

2.1 區(qū)塊鏈架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

本節(jié)以Bitcoin和Ethernet塊鏈架構(gòu)為例，詳細(xì)描述了塊鏈接技術(shù)的基礎(chǔ)架構(gòu)、基本原理和核心技術(shù)[9]。比特幣和以太工作坊是2種有代表性的塊鏈技術(shù)應(yīng)用，一是區(qū)塊鏈技術(shù)的起源，二是區(qū)塊鏈的應(yīng)用，另一方面是區(qū)塊鏈技術(shù)在市場(chǎng)上的使用類似于數(shù)字貨幣。比特幣和以太網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線顯示了以太網(wǎng)和比特幣之間的區(qū)別，如圖1所示。

圖1 比特幣和以太坊的基礎(chǔ)架構(gòu)

2.2 分布式記賬本

使用分布式簿記代替塊鏈?zhǔn)菂^(qū)分窄塊鏈和廣義塊鏈技術(shù)。前者是一個(gè)分布式帳簿，一個(gè)順序鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，后者是一個(gè)完整的系統(tǒng)框架，具有數(shù)學(xué)證明[10]。窄區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)如圖2所示。

鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)：除了創(chuàng)建塊外，所有塊通過(guò)包含上塊的散列值形成塊鏈。同時(shí)，由于時(shí)間戳，塊鏈有時(shí)也被排序。在較長(zhǎng)的時(shí)間塊之后鏈接的塊越多，修改塊的成本就越高[11]。在這里，通過(guò)使用圖像比喻，塊鏈就像地殼一樣，它越下降，時(shí)間越長(zhǎng)，越穩(wěn)定，它就越不穩(wěn)定。

當(dāng)塊鏈被添加到新的塊中時(shí)，存在很小的“分叉”概率，也就是說(shuō)，同時(shí)挖掘出2個(gè)所需的塊[12]?！胺植妗钡慕鉀Q方案是延長(zhǎng)時(shí)間，等待下一個(gè)塊生成，并選擇最長(zhǎng)的分支鏈添加到主鏈?！胺植妗钡母怕屎苄?，多個(gè)分岔的概率是可以忽略的，“分叉”只是一個(gè)短狀態(tài)，而最后的塊鏈?zhǔn)俏ㄒ坏淖铋L(zhǎng)鏈。生成塊：每個(gè)塊鏈都有一個(gè)特殊的頭塊，不管哪個(gè)塊被跟蹤，最終都會(huì)到達(dá)頭塊[13]，即創(chuàng)世區(qū)塊。

3 跨區(qū)域用戶電量結(jié)算

3.1 發(fā)電權(quán)交易

中國(guó)的發(fā)電交易以來(lái)，國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)頒布2008發(fā)電交易監(jiān)管暫行辦法的實(shí)施，并已在多個(gè)省市推廣全國(guó)。發(fā)電權(quán)交易在節(jié)能降耗中的作用也迎合了當(dāng)前國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注趨勢(shì)。2015年3月，中央委員會(huì)對(duì)中國(guó)共產(chǎn)黨和國(guó)務(wù)院出臺(tái)一些對(duì)電力體制改革的進(jìn)一步深化評(píng)論([ 2015 ]9號(hào))，指出了需要完善跨省、跨境電商的交易機(jī)制推進(jìn)跨境電力市場(chǎng)交易[14]。在優(yōu)化資源配置和新能源消耗方面，將進(jìn)行跨境發(fā)電交易。更重要的是扮演更重要的角色。因此，發(fā)電交易是電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電資源優(yōu)化配置和節(jié)能減排的重要市場(chǎng)手段，在改革的大環(huán)境中應(yīng)引起高度重視。電力系統(tǒng)。

圖2 分布式記賬模型

在傳統(tǒng)的發(fā)電交易中，交易是在電力交易組織中進(jìn)行的，具有操作維護(hù)成本高、交易信息存儲(chǔ)不安全等缺點(diǎn)[15]。近年來(lái)，新的塊鏈技術(shù)可以解決這些問(wèn)題。塊鏈本質(zhì)上是與密碼方法相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊串，每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含關(guān)于一段時(shí)間內(nèi)所有比特幣交易的信息，以驗(yàn)證其信息的有效性和真實(shí)性，并生成下一個(gè)塊。在分塊鏈中，每一個(gè)事務(wù)都是可追蹤的，難以篡改，具有集中性和安全性的特點(diǎn)。

3.2 電量結(jié)算問(wèn)題

由于各省區(qū)電價(jià)水平差異較大，國(guó)家批復(fù)的省區(qū)間交易價(jià)格也各不相同，因此跨省區(qū)交易電量結(jié)算辦法將直接影響到交易各方的經(jīng)濟(jì)利益，成為跨省區(qū)電力交易相關(guān)各方所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。從當(dāng)前來(lái)看，制定一套公平、科學(xué)、合理的跨省區(qū)交易結(jié)算辦法已經(jīng)成為交易各方的共同需要。

3.3 區(qū)塊鏈解決方案

由于塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)，智能合同正從理論知識(shí)向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)變。與之相關(guān)的以太網(wǎng)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)使智能合同的應(yīng)用更加方便，使得交易能夠在特定的觸發(fā)條件下自動(dòng)執(zhí)行，解決了雙方之間的信任問(wèn)題。利用這些優(yōu)勢(shì)，分塊鏈技術(shù)被廣泛應(yīng)用于金融領(lǐng)域的積木鏈證券交易平臺(tái)等領(lǐng)域，應(yīng)用于資產(chǎn)管理領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，將塊鏈技術(shù)應(yīng)用于新的審計(jì)公平。在數(shù)據(jù)識(shí)別領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，并將塊鏈技術(shù)應(yīng)用于電力領(lǐng)域。發(fā)電權(quán)交易可以保證數(shù)據(jù)的安全性，簡(jiǎn)化發(fā)電權(quán)交易的管理。

4 區(qū)塊鏈分布式電量記賬技術(shù)

4.1 區(qū)塊鏈與電力交易結(jié)算的匹配度分析

從電改9號(hào)文相關(guān)內(nèi)容以及國(guó)外的改革經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，市場(chǎng)的開(kāi)放不可能一步到位，必然要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡期才會(huì)進(jìn)入全面推廣。因此，未來(lái)電力交易市場(chǎng)化改革將是一個(gè)逐步推進(jìn)的過(guò)程，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)會(huì)存在多種業(yè)務(wù)模式并存的局面，包含輸配售一體、輸配一體售電分開(kāi)、輸配分離等模式，如圖3所示。

圖3 電費(fèi)結(jié)算業(yè)務(wù)模式

輸配售一體的業(yè)務(wù)模式相對(duì)傳統(tǒng);輸配一體售電分開(kāi)模式中，允許電源與售電公司協(xié)商定價(jià)，結(jié)算主體為電網(wǎng)公司，需要根據(jù)市場(chǎng)用戶的銷售收入和電源結(jié)算購(gòu)電費(fèi)，與售電公司結(jié)算服務(wù)費(fèi)，與政府結(jié)算政府基金，與管制用戶結(jié)算交叉補(bǔ)貼等等;輸配分離模式的結(jié)算主體為配售電公司，通過(guò)與市場(chǎng)用戶協(xié)商定價(jià)結(jié)算銷售收入，通過(guò)與電源協(xié)商定價(jià)結(jié)算購(gòu)電費(fèi)，與電網(wǎng)公司結(jié)算輸配電服務(wù)費(fèi)，與政府結(jié)算政府基金等等。由此可見(jiàn)，市場(chǎng)化結(jié)算模式在市場(chǎng)成員、交易合同和交易品種等方面對(duì)應(yīng)用和系統(tǒng)提了新的要求：市場(chǎng)成員增多、交易品種逐步發(fā)展，要求結(jié)算系統(tǒng)能夠靈活拓展，根據(jù)電能計(jì)量系統(tǒng)提供的有效電能數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)交易和實(shí)時(shí)交易中的電價(jià)數(shù)據(jù)、運(yùn)行評(píng)估系統(tǒng)中記錄的檢查數(shù)據(jù)、相關(guān)數(shù)據(jù)(包括電價(jià))，電力市場(chǎng)運(yùn)行、電能結(jié)算、電費(fèi)結(jié)算等應(yīng)實(shí)行電價(jià)、計(jì)量點(diǎn)等規(guī)定[16]。

塊鏈共享、可信性和可追溯性的特點(diǎn)使其在結(jié)算、結(jié)算等領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。使其在清、結(jié)算等領(lǐng)域具備顯著的優(yōu)勢(shì)。運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的智能合約能將合同規(guī)則代碼化，并構(gòu)造一個(gè)去中心化的可信履約環(huán)境。區(qū)塊鏈與電力市場(chǎng)交易結(jié)算的匹配度分析如下：

(1) 區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)共享式的公共賬本，可打通不同的系統(tǒng)，從而提升溝通效率，降低成本;

(2) 區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)交易的時(shí)候，基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的共識(shí)機(jī)制實(shí)際上可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)清算和結(jié)算，提高清算、結(jié)算的效率;

(3) 區(qū)塊鏈能完整記錄每一筆歷史交易記錄，并且可追溯，更能可靠地登記各種信息，具有高審計(jì)性[12];

(4) 利用區(qū)塊鏈的智能合約[13]，能將原有的繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、業(yè)務(wù)手續(xù)繁雜的清算用計(jì)算機(jī)代碼的方式保存在區(qū)塊鏈上，自動(dòng)觸發(fā)執(zhí)行，使得結(jié)算過(guò)程變得簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)化，能減少清算過(guò)程中的摩擦;同時(shí)將原有的電子表格存儲(chǔ)方式以及手動(dòng)記錄的操作方式變?yōu)榉植际?、不?duì)稱加密的賬本，通過(guò)自動(dòng)共享不可篡改的交易記錄提高透明度和可審計(jì)性。

4.2 智能合約

未來(lái)的電力市場(chǎng)包括電廠、售電公司、電網(wǎng)、用戶、交易中心等交易主體，在區(qū)塊鏈上這些交易主體之間可以自由地定制交易智能合約，在合約中寫入購(gòu)售電交易的清算、結(jié)算規(guī)則;利用會(huì)員制身份管理判斷交易雙方的市場(chǎng)身份，并匹配對(duì)應(yīng)的智能合約;用戶通過(guò)區(qū)塊鏈平臺(tái)自定義智能合約，實(shí)現(xiàn)高效率的電費(fèi)清算、結(jié)算。如圖4所示。

圖4 基于智能合約的電力市場(chǎng)交易模型

將購(gòu)售電交易電費(fèi)結(jié)算模型用計(jì)算機(jī)代碼表示為智能合約，并事先寫入到區(qū)塊鏈的分布式網(wǎng)絡(luò)體系中;當(dāng)合同發(fā)生時(shí)，智能合同將被觸發(fā)，相應(yīng)的合同條款將自動(dòng)執(zhí)行。會(huì)員制服務(wù)負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)上的身份識(shí)別、隱私與機(jī)密。在合約發(fā)生前，會(huì)員制身份管理首先識(shí)別交易雙方的市場(chǎng)身份，并匹配對(duì)應(yīng)的智能合約;同時(shí)，會(huì)員機(jī)制也保證未授權(quán)的第三方不能獲悉有關(guān)身份、交易模式、交易內(nèi)容等機(jī)密信息。

4.3 區(qū)塊鏈記賬局限性

區(qū)塊鏈技術(shù)還處于發(fā)展的初期階段，存在許多問(wèn)題。

(1) 效率問(wèn)題

分布占數(shù)據(jù)量。分布式簿記記錄從出生到當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)的整個(gè)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的所有事務(wù)記錄。在保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不被篡改的同時(shí)，也帶來(lái)了存儲(chǔ)和同步的問(wèn)題。(2) 中央集權(quán)問(wèn)題已被證明是不平等的。

理論上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中被同等對(duì)待，但是為了獲得采礦的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，硬件競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間的不等價(jià)性(使用挖掘機(jī)器的節(jié)點(diǎn)自然比CPU節(jié)點(diǎn)更容易挖掘)。

(3) 隱私和安全問(wèn)題

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)使用了與密碼相關(guān)的技術(shù)，但它具有很高的安全性，但是整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在隱私和安全方面仍然有一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。

(4) 公共鏈、聯(lián)盟鏈和私人鏈存在的問(wèn)題

根據(jù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的集中程度不同，劃分了不同應(yīng)用場(chǎng)景下的3種區(qū)塊鏈：允許任何節(jié)點(diǎn)加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，允許授權(quán)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò);所有網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都被掌握在一家公司或機(jī)構(gòu)手中。

5 總結(jié)

本文系統(tǒng)地介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)的原理、技術(shù)及應(yīng)用。區(qū)塊鏈技術(shù)的基本理論和技術(shù)研究還處于起步階段，雖然許多商業(yè)產(chǎn)品采用區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但缺乏理論研究。

(1) 分區(qū)塊鏈的智能化合同和集散化在發(fā)電交易中的應(yīng)用、分區(qū)塊鏈技術(shù)的集中化、自動(dòng)執(zhí)行和高安全性為解決交易摩擦提供了重要途徑。

(2) 將區(qū)塊鏈技術(shù)引入發(fā)電交易和其他電力交易中還存在許多問(wèn)題。相關(guān)法律法規(guī)體系必須進(jìn)一步完善;分區(qū)塊鏈技術(shù)本身計(jì)算能力較弱，響應(yīng)速度慢，缺乏解決方案和技術(shù)措施來(lái)應(yīng)對(duì)故障。