基于区块链技术的电网安全技术分析

孙俊晖 蒋云昊 胡睿 伍科

[摘    要]与传统的中心服务器相比，区块链技术可以让所有的参与方在底层技术上建立相互信任的关系。在基于区块链技术的系统中，所有交易者的身份都是保密的，交易时区块链内部的全部节点都会共同参与解决数据交易的一致性问题。正是由于区块链技术的以上特性，作為一种分布式的数据储存技术，区块链技术可以被应用在许多行业和领域。为了促进我国电力行业的稳定发展，使得电网的安全性得到保障，区块链技术开始应用于电网行业。基于此，阐述了区块链技术的相关概念，对基于区块链技术的电网安全技术分析，以促进我国电网行业的安全发展。

[关键词]区块链技术;电网安全技术;电网系统

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）01–0–03

[Abstract]Compared with the traditional central server， blockchain technology allows all participants to establish a mutual trust relationship on the underlying technology. In the system based on blockchain technology， the identities of all traders are confidential， and all nodes in the block chain will jointly participate in solving the consistency problem of data transaction. Due to the above characteristics of blockchain technology， as a distributed data storage technology， blockchain technology can be applied in many industries and fields. In order to promote the stable development of China's power industry and ensure the security of the power grid， blockchain technology has been applied to the power grid industry. Based on this， this paper first expounds the relevant concepts of blockchain technology， and then analyzes the power grid security technology based on blockchain technology， in order to provide some reference for the security development of China's power grid industry.

[Keywords]blockchain technology; power grid security technology; grid system

1 区块链技术的概述

1.1 区块链技术的概念

区块链指的是分布式的节点，即在区块链内所包含的全部节点都处于平等的地位，不存在中心处理器，所有的节点都没有被中心处理器控制。由于区块链内所包含的全部信息的处理程序都是透明、平等、公开的，所以基于区块链技术的数据信息是可靠的、低风险的、有较高安全性。相比于传统的中央处理器对数据信息的处理流程，区块链技术对于数据信息的处理，完美地避免了传统中央处理器处理信息过程中出现的存储扎堆问题，从而提高了分析和处理数据信息的效率。区块链内所包含的所有节点都可以处理数据信息，甚至所有节点都可以对数据信息进行编码。综上所述，相较于传统的中心服务器来说，区块链技术可以更加高效地对搜集到的数据信息进行处理，同时区块链技术的信息处理也减少了中心服务器的压力，使得数据信息的储存和安全性都得到了保障。区块链技术可以在确保数据信息真实可靠、信息内容保密的前提下，对大量数据进行分析与管理，同时尽可能降低数据管理的成本。

区块链技术可以建构一种按照时间记录、保证数据信息真实可靠，以及可以高效地对数据信息进行分析处理的数据库。基于区块链技术的数据库不仅可以对所有的数据信息进行充分的记录，同时还可以对数据信息进行处理、管控、分类和加密，从而保证数据信息的可靠性和真实性。

1.2 区块链技术的特点

1.2.1 去中心化

区块链技术不存在中心处理器，不需要借助第三方就可以完成点对点的交易，进行一定的协调和合作。在基于区块链技术的系统中，不存在一个单独的机构或者个人可以全面控制所有的节点和数据。同时，区块链内所包含的任何一个节点停止工作也会不影响区块链系统的正常运行。正是区块链技术这种去中心化的特征极大地提高了数据信息的安全性。

1.2.2 不可篡改性

区块链系统可以利用加密技术来分析和储存数据信息，利用分布式共识算法来搜集和更新数据信息。对于一个交易的进行，区块链技术需要所有的节点参与并且对交易进行验证，一旦任何数据发生了修改，那么就需要更改后续所有的记录。同时，仅仅是对单个节点的数据进行修改，并不会影响到区块链系统中的最终数据信息。

1.2.3 公开透明性

区块链内所包含的所有节点都会对各个区块的内容进行单独记录，每个节点都包括最新的完整数据库拷贝，而且节点中所包含的全部信息记录都是透明公开的，任何人利用透明公开的接口都可以查询到节点数据。

1.2.4 集体维护性

区块链技术分布式的特点使得它具有集体维护性。区块链技术不需要中心处理器，因此区块链技术需要以平等的方式由各个参与方进行统一的维护，所有参与方权责分明，不需要向除了参与方之外的第三方机构让渡权限，具备一定的集体维护性。

2 区块链技术在电网系统的应用

2.1 基于区块链的电网系统

随着我国电网系统的不断更新和改革，以及区块链技术的快速发展。基于区块链技术，电网系统可以构建一个分布式的电力交易市场，通过电力交易市场可以将电网系统与科技通信技术进行一定的融合，为我国电网系统的各方参与者构建一个可靠性更高的交易和支付平台。区块链去中心化的特征可以帮助分布在各地的能源用户交易电力能源，从而减少电力在传输过程中的资源消耗。

基于区块链技术，可以将电表信息与区块链内部的各个节点进行连接，使得所有的电表数据信息存储于区块链系统中，从而取代传统人工方式搜集电表信息，进而提高电力信息数据搜集的效率。区块链技术所具备的公开透明性和不可篡改性，也保障了我国电力市场的公开透明，以及数据库中电力信息的真实性和可靠性。区块链技术具备集体维护性的特征，这就要求所有的由区块链系统连接起来的电力参与者履行各自的责任，从而提高了电网系统的管理效率。

2.2 区块链技术提升电网安全风险管控水平

通过区块链技术可以实现交易票据数字化，提高电网系统的安全生产治理能力。区块链技术具有去中心化、公开透明性、不可篡改等特点，因此在电力系统的安全管控工作中，借助区块链技术、生物识别技术以及身份认证等科技手段，可以实现将票据、实际电力勘察数据等票据执行程序进行记录，从而保证所有工作票据的负责人员、签发人员等工作人员的身份信息是正确可靠的。在电网系统中采用基于区块链技术的身份认证功能，可以有效地避免出现人票无法匹配的现象，降低电网系统中的管理漏洞，提升电网系统安全风险管控水平，增强电网系统的安全生产治理能力。

2.3 构建电力能源互联网

随着互联网的快速发展，互联网的优势也逐渐显现出来，互联网可以为企业提供一个覆盖范围广泛、资源消耗低、工作效率高的平台。因此，对于电网行业来说，区块链技术的发展为电网行业带来了新的机遇。借助于区块链技术，电网系统可以构建一个电力能源的互联网，电力能源互联网可以聚集全国各个地区可以转化为电能的资源，可以高效地连接各类能源所处的地区，从而實现能源的准确调配与高效使用。由于全球各个地区的运输距离较远、通讯数据难以有效的传达，导致蕴藏在全球各个地区的大量资源难以高效的交换，进而造成了各个地区电能分布不均匀的情况，有些地区电能富裕，而有些地区电能匮乏，并且电能也很难实现有效的调配。然而区块链技术的发展，使得构建全球各地电能互联网成为现实。在电力能源互联网中收集了世界各地各种各样的电力设备和能源，这些数据信息可以长期记录在互联网中，并且可以有效地对这些数据进行管理，从而优化各地的电能管理与调配。

由于区块链技术是分布式的，所以电力能源互联网也是分布式的，因此就无需在线下建立一个统一的第三方机构进行管理，只需要电力能源互联网的各个参与方进行相互的协调与管理。基于区块链技术构建的电力能源数据库可以提高电网数据的安全性，因为数据库中的数据信息是公开透明、可溯源的。同时，区块链技术的分布式特点也使得数据库可以自动分区块管理，各个地区的电网企业可以自主地对所在地区的电力能源进行管理。

2.4 区块链降低电能消耗

区块链技术可以帮助电网企业建构更加可靠、高效的融合物联网。区块链技术所具备的去中心化特征和分布式特征可以有效调节电网电能，帮助电网企业建立分布式的用电模式，帮助企业实现绿色环保的用电模式。目前，以区块链物联网技术和大数据技术构建成的微电网已经被有效应用到电网系统的建设当中，与传统的电网系统相比，微电网具备电力能源分散、负荷分散、电力能源就近消耗的特征，是对传统电网系统的创新和优化。借助微电网可以使得远端供电变成现实，为我国电网系统提供了更加稳定的、安全的、可靠的电力系统运输环境，解决了偏僻地区以及海岛地区无法通电的现实问题。

2.5 区块链助力电网优质服务

家电企业拥有家电的各项运行和控制数据，有实现家电节能减排的技术实力，电网拥有居民家庭用电的数据，同时有着能耗节省、负荷降低的需求。基于区块链技术，可以把两者的优势和需求充分地融合起来。利用区块链技术，家电企业和电网可以在保障各自的数据权益和安全的前提下，实现家用电器各项数据的可信共享。基于更完备的数据，可进一步推动家电智能化水平的提升，提升客户体验;家电可以及时响应用电负荷需求，更好地实现节能减排，客户也可以从电网获得一定的节能补贴等实惠。在这个场景中，基于区块链技术的互信机制，较好解决了客户隐私保护、家电厂家和电网数据互信共享的难题，可以说通过区块链技术的应用，三方都能各取所需、互利共赢。针对分布式光伏电站数量多、范围大、分散广，缺乏有效监管和运行维护难度大等问题。国家电网公司建设了基于可信区块链的新能源云，以电网为枢纽，全面实现电源端、客户端泛在连接，通过“横向协同、纵向贯通”的管理体系，实现了全生态、全场景的新能源服务体系。①它可为政府部门、电网公司、发电企业提供可靠数据和政策分析，引导新能源规划布局;②可为新能源厂商、发电企业、设备供应商及运行维护商提供开放交易平台。

3 基于区块链技术的电网安全技术分析

3.1 建立安全可靠的区块链保障体系

区块链技术虽然取得了迅速的发展，但是区块链技术目前尚未发展成熟，因此需要根据区块链技术现有的可靠性特征和潜在的安全威胁，分别从物理安全、数据信息安全、密钥安全以及应用安全四个层面建构更加可靠的区块链体系。通过建立主动免疫框架和可信任务计算，实现网络攻击黑客无法侵入、非授权者无法接收关键信息、无法解除密钥取得隐私数据信息、无法非法篡改数据信息、工作系统不会出现异常瘫痪等安全防护目标。

3.2 电网区块链安全性评估

智能电表的设计往往存在着安全漏洞。随着越来越多的联网用能机器设备不断地接入到电网中，增大了网络攻击给电网带来的潜在风险。然而区块链技术拥有着诸多优势，网络危险防御功能也是区块链技术的特点之一，主要是因为区块链技术具备不可篡改数据、完整数据可用性、冗余性、隐私与控制和外包计算的特点。

防止篡改数据指的是，区块链技术在得到合理的应用之后，全部的计算都会以散列模式开展，自数据形成开始就已经具有了不可篡改性，这就保证了区块链中的数据信息在传输过程中不会被篡改，提高了数据信息的安全性。完整数据可用性是指区块链技术具有分布式的特点，区块链内部的信息是以分布式的形式存储在多个节点中。在分布式管理下，即便是某个或者某几个节点遭到了外来的侵入，也不会对整体的数据信息造成影响，从而保证了完整数据可用性。冗余性，区块链在运行的过程中是不存在中心故障点的，区块链正是由于这种冗余性的特征，使其非常安全。隐私与控制，区块链用户具备对数据的控制能力，用户可以选择对部分数据进行隐私加密，只给特定的接受者看特定的内容。外包计算是指区块链内加密的信息可以传输给第三方机构处理，而且在传输的过程中数据信息的内容是一直处于加密状态的。

在数据通讯漏洞修复层面，区块链技术可以将电力批发市场与结算功能整合成一个可靠、安全的区块链系统，从而有效地减少虚假数据信息的流入和电力价格操控的潜在风险。区块链系统可以保障各个交易方之间的数据信息或通讯系列的固定性，同时，提高存储数据的保密性和可靠性。区块链技术具备的防御网络危险的功能可以有效地应用到电力系统的保护上，从而降低恶意网络攻击对电网系统的破坏。

随着能源系统数据化和去中心化水平的提高，电网系统应对网络攻击的可靠防御的需求大幅增加。如果得到恰当的应用，区块链技术能够修复联网和数据通信的漏洞，提高数据机密性与私密性，从而有力地防御来自内部和外部的各种威胁。区块链技术和那些旨在将其更广泛地推向大众化应用的技术正在为实现一种新型用户身份验证模式铺平道路。当前的用户名/密码组合系统已经过时多年。公钥-私钥对（也被称作公开秘钥加密）是一种更加安全的身份验证模式，也是像比特币和以太坊等系統的默认身份验证模式。随着这些区块链技术应用的用户友好程度提高，所有登录系统都将自然而然地完成向这种更现代、更安全的模式的转变。

4 结语

随着区块链技术的快速发展，以及区块链技术所具备不可篡改性、去中心化、可追溯性的特点，使得区块链技术在我国多个领域得到了充分的应用。尤其是在我国的电网行业，区块链技术的应用可以为整个电网系统带来收益，增加电网系统运行管理的可靠性和稳定性，提高电网的安全性，同时可以为广大的电力用户提供高效、可靠、方便的电能使用环境。在未来，区块链技术的有效应用可以使得我国电力能源的高效分配变为现实，可以精确地分析我国各个地区电力市场和电力的使用情况，节省电网行业的管理成本，对我国电网行业的发展有着重要的意义。

参考文献

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