基于区块链的变电站点表和虚端子管理系统展望

张文 郭文坤 陈萍 黄晓博

摘要：在传统的电力系统数据管理体系中，电力数据类的敏感数据存在因可复制而易被滥用等问题。为利用区块链技术的密码算法、多中心对等架构、分布式多方共识协议，使电力建设参与各方仅需通过对区块链技术的信赖建立多方信任关系。为此，提出了基于区块链技术的变电站点表和虚端子管理系统。提出以联盟链为框架，借助区块链的技术特性实现了电力数据交易业务的安全、透明、可追溯、不可篡改，并加入了监管机制。该系统模型评估结果表明，该系统满足了电力数据维护和更改需求，维护成本低，安全性提升。相较于传统数据管理系统，基于区块链的变电站点表和虚端子管理系统涵盖了综合的功能，具有安全便捷的优势。

关键字：点表和虚端子;数据管理;区块链;系统设计与实现

中图分类号：TM63 文献标识码：A文章编号：

0引言

2008年，日本学者中本聪发表了《比特币：一种点对点式的电子现金系统》（Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic CashSystem）的论文，在论文详细描述了被起名为“比特币”的电子加密货币以及这种货币形成的算法结构。区块链拥有极强自治化、安全性、可信性等优点，使得能源互联网向更加自动化、智能化方向发展，尽量减少人为的干扰。本文的应用方案中应用区块链智能合约实现变电站点表和虚端子的管理系统。通过介绍区块链的基本概念、基本原理和核心技术，探索在变电站点表和虚端子管理中的应用方案，研究区块链在电力数据管理中面临的挑战，基于“区块链技术+电力数据”的管理理念与架构搭建，提升电力数据的透明度和可信度，发挥区块链技术在配置资源、优化策略、推动改革、降本增效方面的重要作用。

1区块链技术

从广义上来讲，区块链是一种融合了一系列信息技术的数据库技术，它可以在分布式的网络环境中保证数据的可靠存储和安全传输。从数据存储角度来看，区块链的基本数据结构保障了存储的数据不可篡改和可追溯。从价值转移角度来看，基于区块链技术可以发行通证，实现资产数字化，结合智能合约等技术可以提高资产流通的效率，降低信用成本。

自从比特币的创世区块诞生以来，区块链的新块不断增加，创世区块被称为块0，是后续所有块构建的基础。区块链是依据区块+链的数据结构命名的，由此可见，区块+链的数据结构是区块链很重要的一环，正是这一数据结构保障了链上数据不可篡改的特性。

每个区块由2个部分组成：区块头和区块体。区块体中包含了当前某个时间区间内的所有数据（存证数据和通证数据），利用哈希函数对区块主体的数据进行计算，得到当前区块的哈希值，在区块头中会记录这个哈希值，同时也会记录上一个区块的哈希值，这样各个区块就通过这些哈希值链接起来组成一条链，这条链就是区块链。区块链上的各个参与节点只认可拥有最多区块的链，这也是所谓的最长链共识。结合最长链共识，如果某个区块中的数据被恶意篡改，那么区块的哈希值也会发生变化，这也意味着这个区块所在的链断开，这条被篡改过的链将不是最长的链，将会被抛弃。

2区块链在点表和虚端子管理系统

1）分布式账本作为点表和虚端子管理系统的基础。分布式账本是由网络中的各个参与者、各个节点独自储存和更新的分布式数据库，区块链中账本的分布记录不再是传统的中心化与每个节点进行通信，而是每个节点独立的点对点的互相通信，也就是区块链网络中每个节点处理自己的事务，与任意其他节点可以共享数据。本系统中，分布式账本记录电力工程参与者之间的数据更新及交换，即点表和虚端子的管理和交互，分布式账本的架构体系和特点可以有效减少信任成本，使区块链网络的安全性和一致性达到很高的层次。

2）非对称加密的应用，保证点表和虚端子数据安全。非对称加密指用一个密钥对进行加密和解密，加密和解密使用不同的密钥，由加密密钥不能推算出解密密钥，反之亦然。非对称加密在非安全的信道通信中，密钥交换更具有安全性，所以区块链网络中更推荐使用非对称加密技术，常见的非对称加密算法有RSA和ECC。

3）共识机制确保点表和虚端子数据的可信度。共识机制是一种区块链治理体系，是通过结合经济学、博弈论等多学科设计的一套保证区块链中各节点都能积极维护区块链系统的方法。共识机制主要遵循“少数服从多数”和“人人平等”2个哲学原则，通过一定规则，使系统中各个参与者快速就系统中记录的数据达成一致。其中，“少数服从多数”不仅局限于竞争节点数量，系统中的各个节点也可通过竞争计算能力、权益凭证数量或其他可竞争参数以取得其他节点的支持;“人人平等”意味着网络中记账节点的地位是平等的，所有节点都有机会优先获得提前写入数据的权利。

4）智能合约使电力数据管理平台具有通用性和不可篡改。智能合约是在外界触发下，能够完成事先设定交互的一段可执行的程序。该程序对于给定的输入，在任何时间/任何地点输出都是一致的，智能合约最典型的应用就是自动售货机。智能合约不是产生于区块链，智能合约的概念早在1995年由Nick Szabo首次提出，他在自己网站上发表了几篇文章提到了智能合约的理念。 本质上，智能合约是一个数字合约，只有在满足要求的情况下才能运作，否则不会产生结果。将编写完成的智能合约存储在区块链网络中，区块链就赋予了智能合约不可篡改性，使得智能合約有一个很重要的特性：代码公开不可篡改=代码即法律。

3区块链应用于点表管理的展望

3.1 点表和虚端子区块库的搭建

3.2 点表和虚端子的上链存证

传统的中心化数据采集方式导致采集成本高、隐私难保证、各部门间信息不流通等弊端，使得数据的真实性、可信度存疑，而区块链为解决这一难题提供了思路。区块链独有的多点分布、时间戳和智能合约等特征，既能有效保护数据隐私，又能实现可管控的信用数据共享和验证，从而打破“数据孤岛”现象。

点表和虚端子数据需要通过连接各个参与方的节点服务器进行上链存证，为了满足数据隐私性和安全性要求，预先在各个节点服务器上安装区块链中间件服务软件，在数据上链之前会先调用中间件服务软件提供的接口，中间件服务软件先将上链数据进行对称加密，并将加密密钥存储在相关参与方的本地数据库中，每条上链数据都会有一个对应的加密密钥。因此所有上链的数据都是加密之后的数据，不存在隐私数据泄露的问题。例如调试方需要查看其他部门上传的数据，可以通过发起授权请求给数据所有者，数据所有者审核通过后，数据查看方才能通过区块链中间件服务软件请求索要查看数据的加密密钥，并对数据进行解密以此查看内容。在区块链环境中，使用数据加密和解密技术既保证数据隐私安全，又能达到数据共享的效果。

3.3 电力数据应用区块链通证记账

在电网企业信用背书的前提下，引入区块链通证记录数据，生成通证实质上就是一种在区块链上发行的数字资产，对应的实物就是点表数据、虚端子数据。该通证不仅记录了数据的价值，还可以回溯到数据产生的背景，包含创建、修改、流向等信息，是原生的、包含全量信息的、以数字形式展现和流转的数据。

发行区块链通证，对数据产生和流转情况进行记账，保证账目的准确性。通证是数字权益证明，也就是说通证必须是以数字形式存在的权益凭证，它代表的是一种权利，一种固有和内在的价值。在电力建设工程中，将电力数据通证化使数据管理过程具有特有的价值。

3.4 基于区块链的变电站点表和虚端子分析报表和展示

依据上链数据信息，按需求提取并生成数据分析报表，按需求的数据分析示例：设计点表;调试点表;竣工图点表;归档虚端子等。各种表单可以以可视化图例的方式展示于页面中。

3.5 区块链在电力数据管理中面临的挑战

1）可扩展性问题。让区块链系统承担起大量的传输和去中心化应用，必须在兼顾去中心化、安全性 的同时，实现可扩展、高性能的区块链系统。以比特币为例，可以通过增大系统的区块大小或缩短出块时间，提高系统的吞吐率，同时研究区块链分片技术解决区块链扩容问题。

2）监管审计问题。由于区块链上用户匿名、信息不可篡改，因而如何监管链上行为和电力数据确保系统良性发展是区块链技术存在的重要问题。区块链的监管与审计可以通过分析区块链电力交易数据及时识别用户行为并预警非法行为（如欺詐行为链上数据的异常行为等）。在管理用户时，可以借助第三方数字签章保护隐私，同时还可以为监管提供方法。

3）区块链智能合约开发与保障问题。高效地开发安全、可靠的智能合约是促进区块链技术应用发展的重要因素。保证智能合约与用户期望的一致性，确保合约按用户要求准确执行;在智能合约开发过程中优化其开发编译及部署运行，设计高效的智能合约，降低计算消耗，节省合约资源开销。

4结语

本文提出了区块链在变电站点表和虚端子管理中的应用方案。为了证明区块链在电力数据管理中的价值，设计了基于区块链的点表和虚端子管理总体框架，将点表和虚端子数据上链存证，应用区块链智能合约实现点表和虚端子的设计、管理和流转，同时通过对上链传输相关数据的统计和分析，能够完成事前、事中和事后的全流程监管。经过对区块链在电力数据管理中面临的挑战以及区块链的优化建议，说明区块链在电力数据管理中还有很长的路要走，未来还需要进一步拓展。

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作者简介：张 文（1985-），男，硕士，高级工程师，主要从事智能电网和区块链等领域的研究和设计工作。