基于區(qū)塊鏈技術(shù)的碳排放機(jī)制設(shè)計(jì)探討

孔德昌

摘要：對(duì)于碳排放權(quán)交易，是促進(jìn)實(shí)踐節(jié)能、低碳市場(chǎng)的重要政策工具，所以在工作實(shí)踐中，應(yīng)該采用科學(xué)方法對(duì)碳排放機(jī)制進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)此，本文介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)，分析了區(qū)塊鏈特性，提出了碳排放機(jī)制中區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)策略，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù);碳排放機(jī)制;設(shè)計(jì)分析

前言：在我國環(huán)保戰(zhàn)略不斷實(shí)施過程中，促使發(fā)電生產(chǎn)形成的碳化物不斷進(jìn)入嚴(yán)格、精細(xì)付費(fèi)管理時(shí)期，而在市場(chǎng)化運(yùn)營模式下的碳排放權(quán)交易工作將會(huì)緊密結(jié)合電力市場(chǎng)化。在2011年之后，我國設(shè)置了7個(gè)碳權(quán)市場(chǎng)試點(diǎn)，同時(shí)組織進(jìn)行碳權(quán)交易。但是在發(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)支撐技術(shù)不足，也是沒有在我國進(jìn)行全面推廣的關(guān)鍵因素。而區(qū)塊鏈技術(shù)屬于分布式共享信息庫技術(shù)，可以建立透明、公開交易環(huán)境，可以針對(duì)交易數(shù)據(jù)設(shè)置防篡改以及溯源功能，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理目標(biāo)[1]。

1 區(qū)塊鏈介紹

區(qū)塊鏈技術(shù)最初是比特幣的底層技術(shù)，在2008年獲得廣泛關(guān)注，由于其具有共識(shí)機(jī)制、防篡改、去中心化以及數(shù)據(jù)可追溯技術(shù)特征，所以獲得各個(gè)行業(yè)關(guān)注?，F(xiàn)階段，在數(shù)據(jù)查證、產(chǎn)品溯源以及金融等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，具有數(shù)據(jù)安全、效率高等優(yōu)勢(shì)。按照區(qū)塊鏈特征，能夠把其分為聯(lián)盟鏈、私有鏈與公有鏈類型。（1）聯(lián)盟鏈。其網(wǎng)絡(luò)主要是允許注冊(cè)成員的參與，對(duì)于鏈上數(shù)據(jù)查、改、刪、增等權(quán)限主要是通過聯(lián)盟管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行制定，各個(gè)主體之間的數(shù)據(jù)權(quán)限存在差異。（2）公有鏈。并沒有準(zhǔn)入要求，用戶建立節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到公有鏈網(wǎng)絡(luò)，就能夠以匿名方式參與公有鏈應(yīng)用數(shù)據(jù)中，不同主體節(jié)點(diǎn)均能夠自由進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)中。（3）私有鏈。在私有組織中具有廣泛應(yīng)用，鏈上數(shù)據(jù)查看與操作權(quán)限根據(jù)管理員提供的鏈碼開展執(zhí)行工作[2]。

在上述三種區(qū)塊鏈中，聯(lián)盟鏈對(duì)于業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)、執(zhí)行效率以及權(quán)限管理等方面的優(yōu)勢(shì)較為突出，在“多對(duì)多”分布式交易中具有良好適用性。

2 區(qū)塊鏈特性

對(duì)于聯(lián)盟鏈，不僅具有區(qū)塊鏈基本特征，同時(shí)具有鏈碼服務(wù)、策略服務(wù)與身份服務(wù)等功能。第一，身份服務(wù)。主要是為了保證聯(lián)盟鏈的權(quán)限管理、針對(duì)接入系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)展開權(quán)限分配與身份識(shí)別等。第二，策略服務(wù)。主要是借助策略驅(qū)動(dòng)手段，提供系統(tǒng)功能管理以及配置策略，一般是面向業(yè)務(wù)授權(quán)管理以及訪問控制，讓聯(lián)盟鏈應(yīng)用轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)入?yún)^(qū)塊鏈，涵蓋系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)退出和加入、身份注冊(cè)以及驗(yàn)證、保密與隱私以及其他共識(shí)策略，確保聯(lián)盟鏈數(shù)據(jù)可管、可控、安全，實(shí)現(xiàn)分布式共享。鏈碼即智能合約，主要是在驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行，對(duì)于特定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)執(zhí)行，智能合約規(guī)定的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)即能夠?qū)~本數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)更新[3]。

3 碳排放機(jī)制中區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)分析

3.1碳排放政務(wù)的區(qū)塊鏈技術(shù)方案設(shè)計(jì)

對(duì)于區(qū)塊鏈，主要是對(duì)交易數(shù)據(jù)區(qū)塊中基于時(shí)間順序組合的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行記錄，以本質(zhì)角度分析，屬于分布式、去中心化的數(shù)據(jù)庫，通過默克樹以及非對(duì)稱加密審技術(shù)，確保信息數(shù)據(jù)不會(huì)受到外部攻擊以及黑客篡改，進(jìn)而為數(shù)據(jù)安全提供保障。聯(lián)盟鏈一般需要通過注冊(cè)許可，一般是限于聯(lián)盟中權(quán)限達(dá)標(biāo)的成員參與其中，在跨機(jī)構(gòu)協(xié)同辦公、結(jié)算以及交易等方面具有良好適用性。

對(duì)于碳排放第一階段，主要任務(wù)就是保證在信息缺乏對(duì)稱性影響出現(xiàn)的數(shù)據(jù)造假問題得到有效解決。區(qū)塊鏈?zhǔn)欠来鄹牡臄?shù)據(jù)庫，其中涵蓋前沿探測(cè)技術(shù)，對(duì)溫室氣體的排放信息進(jìn)行核查，同時(shí)，借助不同傳感器直接上鏈采集的數(shù)據(jù)，借助共識(shí)機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，達(dá)成共識(shí)之后進(jìn)行區(qū)塊打包并開展儲(chǔ)存操作，可以充分提高數(shù)據(jù)的真實(shí)性。同時(shí)，區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)與加密算法能夠保證碳排放數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可追溯與安全目標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)中，相關(guān)部門能夠獲得真實(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)碳排數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)管以及核查。碳排企業(yè)排放數(shù)據(jù)屬于第一手資源，基于真實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，政府能夠結(jié)合歷史排放信息科學(xué)開展配額分配工作。

對(duì)于碳排第二階段，主要任務(wù)就是合理分配碳配額。現(xiàn)階段，我國并未建立總碳配額分配方案。其中，政府分配合理性一般會(huì)受到機(jī)制設(shè)計(jì)合理性影響，屬于動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，分配方案能夠借助區(qū)塊鏈中智能合約進(jìn)行設(shè)計(jì)。第一階段借助區(qū)塊鏈技術(shù)上鏈排放數(shù)據(jù)，建立共享平臺(tái)，采集各個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)于第二階段，選擇第一階段中共享平臺(tái)，根據(jù)基準(zhǔn)線法、歷史排放以及拍賣機(jī)制等方法，控排企業(yè)行業(yè)基線向智能合約中編入，進(jìn)而合理分配減排企業(yè)與控排企業(yè)配額。完成配額分配之后，減排企業(yè)與控排企業(yè)得到相應(yīng)配額，基于全網(wǎng)廣播輸入到區(qū)塊，可以選擇自己將配額消耗掉，也能夠?yàn)樘寂沤灰滋峁┝己脺?zhǔn)備[4]。

3.2碳交易所中區(qū)塊鏈技術(shù)方案設(shè)計(jì)

碳交所是配額流轉(zhuǎn)的重要場(chǎng)所，對(duì)于碳市場(chǎng)中交易主體，涵蓋配額賣方與買方，同時(shí)涵蓋清結(jié)算專業(yè)機(jī)構(gòu)、市場(chǎng)組織人員以及中介結(jié)構(gòu)等。這些主體根據(jù)交易流程與規(guī)則，借助碳市場(chǎng)交易活動(dòng)，對(duì)所持配額自發(fā)調(diào)節(jié)，基于總排放量消減以及控制背景，不斷追求經(jīng)濟(jì)效益。

在碳交所應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)過程中，主要涵蓋2部分內(nèi)容。首先多方參與;其次，分布式交易。第一部分，清結(jié)算機(jī)構(gòu)、市場(chǎng)組織者以及中介機(jī)構(gòu)等主體加入?yún)^(qū)塊鏈，建立聯(lián)盟鏈，實(shí)現(xiàn)多方參與。另外，市場(chǎng)組織者能夠?qū)β?lián)盟會(huì)員登記等環(huán)節(jié)進(jìn)行審核。第二部分，分布式交易主要是通過配額交易環(huán)節(jié)中區(qū)塊鏈分布式節(jié)點(diǎn)對(duì)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，達(dá)成共識(shí)之后向區(qū)塊存入的過程主要涵蓋以下步驟。

（1）按照配額的分配方案，減排企業(yè)和控排企業(yè)將初始配額錄入其中，通過區(qū)塊鏈廣播達(dá)成共識(shí)，之后向區(qū)塊中寫入。

（2）對(duì)于配額的賣方與買方，參與配額交易活動(dòng)，上鏈配額價(jià)格、數(shù)量與其它信息，建立區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)層，同時(shí)上鏈數(shù)據(jù)時(shí)，借助加密法處理交易數(shù)據(jù)，進(jìn)而充分提高數(shù)據(jù)安全性。分布式數(shù)據(jù)，完成區(qū)塊鏈共識(shí)層設(shè)計(jì)，達(dá)成共識(shí)后向區(qū)塊鏈中寫入，完成交易后，將智能合約觸發(fā)，交易完成之后，可以保證貨款兩清，即區(qū)塊鏈合約層[5]。

（3）在交易所中，核查機(jī)構(gòu)主要是對(duì)交易合同與交易數(shù)據(jù)真實(shí)性進(jìn)行核查，區(qū)塊記錄交易數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行區(qū)塊打包，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建共享系統(tǒng)。共享平臺(tái)能夠充分提高鏈上交易的透明性與公開性，并且通過鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，能夠有效追溯交易數(shù)據(jù)，為核查機(jī)構(gòu)提供良好依據(jù)。

3.3碳交易中區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

將區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)為底層技術(shù)，交易區(qū)塊生產(chǎn)主要涵蓋3個(gè)步驟，第一，交易發(fā)生;第二，認(rèn)證過程;第三，挖礦記賬。見下圖。

以配額賣方B與配額買方A交易為例，在兩者發(fā)生交易之后即會(huì)形成交易數(shù)據(jù)，系統(tǒng)借助非對(duì)稱加密技術(shù)有效加密數(shù)據(jù)明文，進(jìn)而產(chǎn)生數(shù)據(jù)密文。對(duì)于認(rèn)證節(jié)點(diǎn)，選擇買賣雙方公開公鑰將密文獲得的數(shù)據(jù)明文公開。對(duì)交易數(shù)據(jù)的輸入輸出地址、字節(jié)大小、結(jié)構(gòu)、輸入輸出金額以及語法等信息進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)結(jié)果達(dá)標(biāo)，那么在待記賬交易池中加入該數(shù)據(jù)，等待節(jié)點(diǎn)對(duì)交易進(jìn)行確定。在上個(gè)區(qū)塊形成過程中，即啟動(dòng)下個(gè)區(qū)塊挖礦過程。按照初始難度值，挖礦過程中需要持續(xù)10min左右。挖礦節(jié)點(diǎn)借助哈希算法確定滿足要求的Nounce數(shù)，促使區(qū)塊頭的哈希值比目標(biāo)哈希小，同時(shí)在全網(wǎng)中廣播該Nounce值率。驗(yàn)證所有節(jié)點(diǎn)，如果區(qū)塊哈希值比目標(biāo)哈希值小，同時(shí)區(qū)塊字節(jié)大小、時(shí)間戳以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息有效，那么共識(shí)達(dá)成，此挖礦節(jié)點(diǎn)得到記賬權(quán)，同時(shí)獲得獎(jiǎng)勵(lì)與交易費(fèi)。此時(shí)，買賣雙方完成交易，同時(shí)該區(qū)塊在不同節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行分布式儲(chǔ)存。

結(jié)語：綜上所述，本文以聯(lián)盟鏈技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了碳排放機(jī)制。主要涵蓋碳排放政務(wù)的區(qū)塊鏈技術(shù)方案設(shè)計(jì)、碳交易所中區(qū)塊鏈技術(shù)方案設(shè)計(jì)、碳交易中區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)現(xiàn)三方面內(nèi)容，可以為分布式碳交易市場(chǎng)中相關(guān)參與主體帶來良好市場(chǎng)收益。

參考文獻(xiàn)

[1]魏彬，劉曉鋒，茍航.基于公有鏈的分布式鏈上能源交易模式探究[J].長春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，39（02）：41-47

[2]云圖. 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源數(shù)字化的應(yīng)用前景分析[A]. 國際清潔能源論壇（澳門）.智慧能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展報(bào)告（2018）[C].國際清潔能源論壇（澳門）：國際清潔能源論壇（澳門）秘書處，2018：15.

[3]杜曉麗，梁開榮，李登峰.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力行業(yè)碳減排獎(jiǎng)懲及碳交易匹配模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2020，44（19）：29-35.

[4]王輝，廖昆，陳波波，金彬斌.低碳形勢(shì)下基于區(qū)塊鏈技術(shù)的含微電網(wǎng)電力市場(chǎng)交易出清模型[J].現(xiàn)代電力，2019，36（01）：14-21.

[5]周洪益，錢葦航，柏晶晶，衛(wèi)志農(nóng)，孫國強(qiáng)，臧海祥.能源區(qū)塊鏈的典型應(yīng)用場(chǎng)景分析及項(xiàng)目實(shí)踐[J].電力建設(shè)，2020，41（02）：11-20.