联盟链区块链公司_ 工业物联网安全能源交易联盟区块链

1引用

Zhetao Li，Member，IEEE，Jiawen Kang，Rong Yu，Member，IEEE，Rong Yu，qingYong，Yan Zhang，Senior Member，IEEE。

2摘要

在工业物流网络中，对等能源交易正在发生在各种各样的场合。 例如微电网、能量收集网络、车辆对电网。 但在这种情况下，不可靠、不透明的能源市场带来了共同的安全和隐私挑战。 为了应对这些安全挑战，我们利用联盟分块链技术提出了被称为能源分块链的安全能源交易系统。 该能源分块链广泛应用于P2P能源交易摆脱可靠中介的一般场合。 另外，为了减少能源块链交易的确认延迟引起的交易限制，我们提出了基于信用的支付计划，支持了迅速、频繁的能源交易。 提出了使用基于信用贷款的Stackelberg游戏的最优定价策略。 基于实际数据集的安全性分析和数值结果表明，提出的能源分块链和基于信用的支付计划在IIoT中安全有效。

三区块链支持IIOT的能源交易

3.1统一的P2P能源交易框架

在IIoT中，为了平衡能源供求，P2P能源交易活动需要在IIoT节点之间无处不在，提出统一的能源交易框架，为安全的能源交易建立能源阻断链。 统一能源事务框架由三个通用实体组成:

能源节点: IIoT节点在P2P能源交易中扮演着不同角色，不从其他节点购买能源，也不向其他节点销售能源的能源购买者、卖方、闲置节点。

energyaggregationer:energyaggregationer作为能源代理管理与交易相关的事件，并向IIoT节点提供无线通信服务。

智能仪表:每个IIoT节点内置的智能仪表实时计算和记录交易能量。

3.2统一能源区块链是安全的P2P能源交易

为了支持安全的P2P能源交易，我们利用联合块链建立了基于统一P2P能源交易框架的能源块链。 在传统的块链中，在交易记录形成块链之前实行重要的交易审计阶段，被称为协商过程。 这个阶段是常规块链中的所有节点协同完成的，成本高昂。 与此不同，能源区块链在预先选定的EAGs上以适当的成本执行协议程序。 这些EAGs收集和管理当地交易记录。 交易记录在EAGs之间的协商完成后被分块，存储在存储池中。

在EAGs的帮助下，能量封锁链的重要操作详情如下所示。 表I列出了能量块链的主要项目。

表1

1 )系统初始化:在能量块链中，使用有效的Boneh-Boyen短签名方案初始化了系统。

2 )能源事务处理中的角色选择:对于P2P能源事务处理，能源节点根据其当前能源状况和未来能源需求的工作计划来选择其角色。 具有剩馀能源的能源节点有可能成为满足当地能源购买者的能源需求的能源销售者。

3 )买卖双方之间的能源交易:能源要求包含来自能源购买者的能量，被送到附近的EAG的交易服务器。 EAG的交易服务器作为控制器，计算总能源需求，向当地的能源销售店播放这些需求。 EAG作为能源节点的能源经纪人，根据现在的能源市场设定交易价格，鼓励当地的能源销售商参加。 能源销售者决定他们的销售能源，反馈给控制器。 控制器实现了能源节点间能源供求的匹配。 然后，能源通过电力线和无线传输，从能源的卖方传输到适当的买方。

4 )能源货币的支付:如图1所示，能源购买者将能源货币从钱包移动到能源销售者指定的钱包地址。 没有足够能量硬币的能源购买者可以根据信用等级向信用银行申请代币完成支付。 能源销售商从EAGs的存储池中获取最新的块链数据以验证该支付活动。 能源购买者创造了新的交易记录。 这些交易记录由能源销售者进行验证和数字签名，上传到EAGs进行审计。 此后，能源卖方和买方的信用价值分别增加。

图1

5 )在能量块链上构建块: EAGs在一段时间内收集并加密所有本地交易记录，并对这些记录进行数字签名，以保证真实性和准确性。 图1显示了事务记录被阻止。

6 )执行共识程序:共识程序由被认可的EAG和EAG中最快、有效工作量证明的领导进行。 如图2所示，leader将块数据、时间戳及其工作证书广播到其他许可的EAGs中进行验证和监视。 为了进行交互监视和验证，这些EAGs审核块数据，并相互广播审核结果和签名。 在收到审查结果后，各EAG将其审查结果与其他审查结果进行比较，并将结果反馈给读者。 如果所有eams都同意block数据，则leader会将包含当前审计block数据的记录及其相应签名发送给所有授权的eams并保存。 然后，这个区域存储在基金会的区域链中，由能源代理授予leader。 如果eams的某些部分与块数据不匹配，则leader将分析审计结果，并在必要时再次向eams发送块数据以进行审计。

图2

基于4信用的高速P2P能源交易支付

在能源块链中，所有授权的EAGs都必须检查和验证新块的事务记录。 完成协议一致过程需要一定的时间，称为交易确认时间。 因此，用于交易支付的能源货币最终到达相应钱包的地址。 我们能源分块链的交易确认时间比比特币的交易确认时间短，但IIoT节点频繁交易能源依然不方便而不实用。 一些能源购买者没有经常交易能源的能源货币。 为了解决这一问题，我们设计了基于信用的支付计划，支持快速交易，以能源货币贷款实现了频繁的P2P能源交易。

在图3中，每个授权EAG的信用银行用作具有足够能量货币的可信银行节点。 信用银行根据信用价值向能源节点提供能源货币贷款，将能源货币从信用银行帐户转移到信用银行和借款人共享的钱包地址。

图3

五本文主要作出贡献

本文为了在各种典型的IIoT场景下进行安全的能源交易，提出了基于联合块链的统一能源块链。 我们设计了基于信用的支付计划，克服交易确认延迟造成的交易限制，支持能源节点之间的基于信用的支付，进行迅速、频繁的能源交易。 为了最大化信用银行的经济效益，提出了基于Stackelberg博弈的能源货币贷款最优定价策略。 我们对能源分块链和基于信用的支付方案进行了安全性和性能分析。 安全分析表明，我们的能源封锁链实现了安全的能源交易，数值结果表明，能源封锁链和基于信用的支付方案对能源交易有效、高效。 有几个有趣的问题。 例如，选择最佳能量集成器、设计为极端场景的特定方案等。

道谢

本文介绍南京大学软件工程系2016本科生徐介辉翻译。