發(fā)布時(shí)間：2020-01-11所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：區(qū)塊鏈作為比特幣這類數(shù)字貨幣的底層技術(shù)，可能會對現(xiàn)有的信息互聯(lián)網(wǎng)帶來沖擊和影響，正因?yàn)槠渚邆淞诵庞玫墓δ埽瑢⒋龠M(jìn)互聯(lián)網(wǎng)向著價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。同時(shí)，隨著新能源的興起，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，能源的交易日益活躍，能源流、信息流、價(jià)值流的融合也
摘要：區(qū)塊鏈作為比特幣這類數(shù)字貨幣的底層技術(shù)，可能會對現(xiàn)有的信息互聯(lián)網(wǎng)帶來沖擊和影響，正因?yàn)槠渚邆淞诵庞玫墓δ埽瑢⒋龠M(jìn)互聯(lián)網(wǎng)向著價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。同時(shí)，隨著新能源的興起，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，能源的交易日益活躍，能源流、信息流、價(jià)值流的融合也急需破解，能源互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的結(jié)合而出現(xiàn)能源區(qū)塊鏈一詞。人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的結(jié)合也有了超級人工智能一說，區(qū)塊鏈的分布式、共識機(jī)制、加密算法等值得探討和研究，區(qū)塊鏈在信息安全等方面也有著廣泛的應(yīng)用空間。本文描述了區(qū)塊鏈的概念和關(guān)鍵技術(shù)，闡述了區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的關(guān)系，對能源互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈結(jié)合的能源區(qū)塊鏈進(jìn)行了探討、提出了區(qū)塊鏈與信息安全方面的的應(yīng)用場景，并通過一個(gè)具體實(shí)踐案例進(jìn)行應(yīng)用的可行性探索。
關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);區(qū)塊鏈;能源交易;能源區(qū)塊鏈;物聯(lián)網(wǎng);超級人工智能;綜合能源系統(tǒng)
0 前言
區(qū)塊鏈(英文名稱 Blockchain)作為比特幣這類數(shù)字貨幣的底層技術(shù)，可能會對現(xiàn)有的信息互聯(lián)網(wǎng)帶來沖擊和影響，正因?yàn)槠渚邆淞诵庞玫墓δ埽瑢⒋龠M(jìn)互聯(lián)網(wǎng)向著價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。同時(shí)，隨著新能源的興起，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，能源的交易日益活躍，能源流、信息流、價(jià)值流的融合也急需破解，能源互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的結(jié)合而出現(xiàn)能源區(qū)塊鏈一詞。人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的結(jié)合也有了超級人工智能一說，區(qū)塊鏈的分布式、共識機(jī)制、加密算法等值得探討和研究，區(qū)塊鏈在信息安全等方面也有著廣泛的應(yīng)用空間。
“能源互聯(lián)網(wǎng)”是以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征的一種新的能源利用體系，未來，電力輸送網(wǎng)絡(luò)將會變成信息能源網(wǎng)絡(luò)，任何能源生產(chǎn)者都能夠?qū)⑺a(chǎn)的能源通過一種外部網(wǎng)格式的智能型分布式電力系統(tǒng)與他人分享。區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域可用于構(gòu)筑包含能源微網(wǎng)、金融輸電權(quán)、線損公證、調(diào)度決策、智能售電、儲電分享授權(quán)的業(yè)務(wù)體系 [1]。文獻(xiàn) [2] 提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的初步定義、基本架構(gòu)，針對廣域內(nèi)分布式設(shè)備的協(xié)調(diào)與控制、電力系統(tǒng)與交通系統(tǒng)的融合、電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)的融合、信息物理建模及安全等幾個(gè)核心問題，探討了能源互聯(lián)網(wǎng)研究中可能面臨的主要挑戰(zhàn)。
區(qū)塊鏈?zhǔn)菢?gòu)建比特幣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及交易體系的基礎(chǔ)技術(shù)。相比傳統(tǒng)技術(shù)體系，區(qū)塊鏈擁有三個(gè)方面的比較優(yōu)勢：一是相對安全，區(qū)塊鏈可以確保交易不可被偽造，虛假交易不能被記錄，并且歷史交易不能被修改;二是相對透明，為降低信任帶來的摩擦，區(qū)塊鏈為交易各方提供透明的各方不可抵賴的分布式數(shù)據(jù)賬本，相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)被業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的單獨(dú)一方所掌握，透明度得以提升;三是相比高效，區(qū)塊鏈的智能合約可以減少資金的周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)以及人工對賬過程，業(yè)務(wù)結(jié)算和清算的效率得以提升。并因?yàn)閿?shù)據(jù)在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)圈內(nèi)的交換和流通，對于在生態(tài)圈業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行業(yè)務(wù)革新和創(chuàng)新提供了可能性。
能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，能源交易將呈現(xiàn)“七化” 趨勢，即交易主體多元化、交易商品多樣化、交易決策分散化、交易信息透明化、交易時(shí)間及時(shí)化、交易管理市場化、交易約束層次化 [3]。為使交易更加便捷且低成本，未來能源互聯(lián)網(wǎng)交易模式趨勢之一將是扁平化和‘去中心化’的，從這個(gè)意義出發(fā)，區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的相結(jié)合而構(gòu)成能源區(qū)塊鏈。
1 區(qū)塊鏈的提出及其關(guān)鍵技術(shù)
區(qū)塊鏈在英語里叫 Blockchain。區(qū)塊鏈作為比特幣這類數(shù)字貨幣的底層技術(shù)為新的價(jià)值傳遞帶來了曙光。所有的交易不再依賴第三方中介機(jī)構(gòu)的存在，交易的相關(guān)方是不需要相互信任的，或者說在整個(gè)交易網(wǎng)絡(luò)中，不需要獨(dú)立的第三方來提供信任的擔(dān)保。正因?yàn)檫@樣，也許區(qū)塊鏈并不是價(jià)值傳遞的最終方案，但區(qū)塊鏈為實(shí)現(xiàn)一個(gè)成本低廉且可靠的高速價(jià)值傳遞通道提供了解決問題的曙光，區(qū)塊鏈技術(shù)有可能成為構(gòu)建全新的價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。
區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N全新的分布式架構(gòu)計(jì)算方式，其特點(diǎn)有 [4]：
1.1 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)
1)利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證于存儲數(shù)據(jù);
2)利用分布式節(jié)點(diǎn)共識算法來生成和更新數(shù)據(jù);
3)利用密碼學(xué)的方式來保存數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全;
4)利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)。也就是說區(qū)塊鏈并不是某一種特定技術(shù)，而是由多種技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù) 系 統(tǒng)。 從 另 外 一 個(gè) 角 度 看， 區(qū) 塊 鏈 是 一種由多方參與并共同維護(hù)的分布式賬本技術(shù)(Distributed ledger technology, DLT)，其關(guān)鍵是通過在點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建立分布式共識機(jī)制，并最終實(shí)現(xiàn)參與各方的信任關(guān)系。區(qū)塊鏈的邏輯架構(gòu)如圖 1 所示。
.從圖 1 可以看出，區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)包含四方面：分布式賬本、共識機(jī)制、智能合約以及加密算法。
1.1.1 分布式賬本
區(qū)塊鏈系統(tǒng)中數(shù)據(jù)以塊(Block)的形式存儲，分為區(qū)塊頭和區(qū)塊體。區(qū)塊頭包含當(dāng)前區(qū)塊的 Hash 值以及前一區(qū)塊的 Hash 值。通過鏈接上一區(qū)塊的 Hash 值，使得所有區(qū)塊形成一個(gè) Hash 鏈，如圖 2 所示。
區(qū)塊體存儲所有賬本交易信息。存于區(qū)塊體中每一筆交易對應(yīng)一個(gè)密碼算法數(shù)字簽名，系統(tǒng)通過數(shù)字簽名確保區(qū)塊體中的數(shù)據(jù)不被篡改。最終，區(qū)塊鏈上所有參與方，通過一套可靠的點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議，存儲和維護(hù)一個(gè)統(tǒng)一的賬本，確保全網(wǎng)賬本一致性。
1.1.2 共識機(jī)制
在分布式網(wǎng)絡(luò)中，由參與者發(fā)起交易并交由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中其它參與者共同確定交易的真實(shí)性、正確性，并最終將交易記錄到每個(gè)參與者的本地賬本的過程就是共識機(jī)制。共識的目的是確保賬本更新得到足夠多的參與方的確認(rèn)，以及何時(shí)、以相同順序更新相同的交易。但在以比特幣為代表的區(qū)塊鏈構(gòu)建的體系中，采用 PoW 共識機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)上眾多機(jī)構(gòu)的大部分操作除了挖礦外并無其他益處，并且 PoW 需要大量的計(jì)算能力，消耗巨大的能源，這種資源浪費(fèi)備受爭議。
1.1.3 智能合約
區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)最大創(chuàng)新在于引入了智能合約機(jī)制，智能合約是一段在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行的應(yīng)用代碼，具有自我執(zhí)行(Self-executing)和自我強(qiáng)制(Self-enforcing)的特性。智能合約的執(zhí)行無需第三方干預(yù)，這是一種防欺詐的協(xié)議。在區(qū)塊鏈上，所有賬本數(shù)據(jù)的更新操作必須通過智能合約進(jìn)行，也就是說，應(yīng)用通過調(diào)用智能合約實(shí)現(xiàn)與賬本的交互，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。
1.1.4 加密算法
非對稱加密算法被公認(rèn)為當(dāng)前加密成本低、 傳 播 安 全、 高 效 率 的 加 密 算 法。 在 區(qū) 塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，選用橢圓曲線密碼 (elliptic curve cryptography，ECC) 算法及數(shù)字簽名技術(shù)，確保交易發(fā)布和傳輸、智能合約執(zhí)行、共識消息傳播、交易廣播過程的安全性、不可抵賴性。
1.2 區(qū)塊鏈存在的問題及解決方向
去中心化是區(qū)塊鏈最大的特色，但是也是它的問題所在，去中心化是目前區(qū)塊鏈成本高、效率低的根源，因?yàn)橐胱尫植荚谌澜绮豢芍姆⻊?wù)器都同步數(shù)據(jù)和交易信息，成本非常高。目前一個(gè)簡單的方法，就是在邏輯上采用去中心化的方式，在物理上依然把區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)放到某個(gè)大公司的數(shù)據(jù)中心(可以與云計(jì)算很好結(jié)合)，并且在那里完成交易。這樣就解決了效率問題。由于區(qū)塊鏈?zhǔn)羌用艿模切┐娣艛?shù)據(jù)的大公司并不能看里面的內(nèi)容，從這個(gè)角度講是安全的。
區(qū)塊鏈有很高的風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)不光是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，也有政策風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)就是機(jī)會，就是誰解決了這個(gè)問題，誰就得到了機(jī)會。它的交易成本也很高，所以誰能夠開發(fā)出新的底層技術(shù)，把這個(gè)交易成本降下來，誰將來就有很多獲利。
解決的方向目前重點(diǎn)在：
1)技術(shù)上是提升交易的速度(目前已至秒級)。
2)解決區(qū)塊鏈平臺法制規(guī)范的問題。
2 超級人工智能
以下公式，較好的把人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和超級人工智能進(jìn)行了詮釋：
AI+ IoT+ Blockchain = Super AI(人工智能 + 物聯(lián)網(wǎng) + 區(qū)塊鏈 = 超級人工智能)
人工智能相當(dāng)于生產(chǎn)力，它能夠提高效率，使得創(chuàng)造財(cái)富的速度能夠增加。區(qū)塊鏈相當(dāng)于生產(chǎn)關(guān)系，它較好地解決了數(shù)據(jù)(生產(chǎn)資料)所有權(quán)、數(shù)據(jù)的存儲、共享、交易、交換和價(jià)值的問題。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的興起，萬物互聯(lián)已成必然，人(含人工智能)、設(shè)備(含虛擬和智能設(shè)備)必將構(gòu)成一個(gè)數(shù)以十億計(jì)的數(shù)字世界(見圖 3)，而“數(shù)字世界民主化” 最大的挑戰(zhàn)不是簡單地建立一個(gè)去中心化的物聯(lián)網(wǎng)，而是建立一個(gè)規(guī)模可以不斷擴(kuò)展的通用物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)保證隱私、安全和無需信任交易。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)以千億計(jì)的參與者不都是值得信任的，有些甚至是惡意者，所以需要某種形式的驗(yàn)證和共識機(jī)制。對于這個(gè)問題，區(qū)塊鏈提供了一種非常優(yōu)雅的解決方案。(互聯(lián)網(wǎng)原本是建立在信任的基礎(chǔ)上的。在后斯諾登時(shí)代，很明顯人們不再信任互聯(lián)網(wǎng)了。中心化的需要信任第三方的物聯(lián)網(wǎng)解決方案現(xiàn)在成了一種不切實(shí)際的幻想。現(xiàn)在大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)解決方案為無論是政府、生產(chǎn)廠商或者服務(wù)提供者等中心化的機(jī)構(gòu)提供了未經(jīng)用戶授權(quán)，就能夠通過收集和分析用戶數(shù)據(jù)，接近和控制用戶的設(shè)備的能力 )。
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區(qū)塊鏈技術(shù)是一個(gè)技術(shù)突破，從本質(zhì)上改變了我們對中心化機(jī)構(gòu)的理解。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋�(gè)通用的數(shù)字賬本，在例如比特幣這樣的去中心化金融系統(tǒng)和許多其它去中心化的系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用。
區(qū)塊鏈記錄了每一個(gè)參與者的每一筆交易。密碼學(xué)被用于確認(rèn)交易和保證區(qū)塊鏈上信息的私密性。許多參與者確認(rèn)每一筆交易，提供高度冗余的確認(rèn)，同時(shí)參與者還會因?yàn)楦冻隽擞?jì)算力，獲得相應(yīng)的獎勵。通過使用去中心化的共識確認(rèn)交易，區(qū)塊鏈消除了對信任的需要
盡管區(qū)塊鏈作為長期的價(jià)值貯藏手段(例如比特幣)可能會帶來監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，但是它作為一種交易處理工具是革命性的創(chuàng)新。在去中心化的物聯(lián)網(wǎng)中，區(qū)塊鏈?zhǔn)悄軌虼龠M(jìn)交易處理和交互設(shè)備之間協(xié)作的基礎(chǔ)架構(gòu)。每個(gè)區(qū)塊鏈管理自己的行為，發(fā)揮自身的作用，這樣就會形成一個(gè)“去中心化的自治物聯(lián)網(wǎng)”，從而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字世界的民主”(見圖 4)。[6]
3 應(yīng)用前景
3.1 能源區(qū)塊鏈
區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)有著很好的契合度，可以構(gòu)建實(shí)現(xiàn)能源流與信息流融合的能源區(qū)塊鏈，通過能源區(qū)塊鏈將大量由分布式能量采集裝置，分布式能量儲存裝置和各種類型負(fù)載構(gòu)成的新型電力網(wǎng)絡(luò)、石油網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)等能源節(jié)點(diǎn)互聯(lián)起來，以電力系統(tǒng)為紐帶，利用互聯(lián)網(wǎng)思維和技術(shù)改造能源產(chǎn)業(yè)，從而構(gòu)建橫向多元互補(bǔ)、縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)、能源與信息高度融合的新型能源供用體系，構(gòu)建基于信任的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，搭建扁平化的能源交易平臺，實(shí)現(xiàn)能源交易和決算的智能化管控 [7]。為此，本文設(shè)計(jì)了如圖 5 所示的能源區(qū)塊鏈以實(shí)現(xiàn)能源交換、信息交互和價(jià)值交易。
根據(jù)能源的屬性和現(xiàn)實(shí)情況設(shè)計(jì)了能源主鏈和電、熱、油氣等多個(gè)側(cè)鏈，可以不打破現(xiàn)有的業(yè)務(wù)體系和格局。主鏈和側(cè)鏈通過區(qū)塊鏈多通道技術(shù)實(shí)現(xiàn)一定程度的隔離和分區(qū)，將共識服務(wù)和交易服務(wù)(總賬)分開維護(hù)。這樣做技術(shù)上可以提升安全性、性能和效率;業(yè)務(wù)上進(jìn)行了隔離以簡化業(yè)務(wù)，降低信任和共識的成本。各鏈可根據(jù)業(yè)務(wù)域或連接關(guān)系自由組成不同的業(yè)務(wù)鏈，經(jīng)過區(qū)塊鏈認(rèn)證的智能表計(jì)等能量數(shù)據(jù)被區(qū)塊鏈打上永久標(biāo)記并隨能源流同步流動，流動和交易由區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)信息的可追溯和價(jià)值的交換。交易機(jī)構(gòu)提供預(yù)測和交易服務(wù)，制定規(guī)則或建立共識機(jī)制，最終交易由供需雙方按市場交易規(guī)則自動達(dá)成，通過智能合約分別對各參與方的貢獻(xiàn)加以確認(rèn)和決算。合約可以是購電智能合約、輸電智能合約、零售智能合約、直接交易智能合約等。調(diào)度機(jī)構(gòu)提供安全和輔助服務(wù)并制定負(fù)責(zé)能源交換安全和規(guī)則，調(diào)度協(xié)議和并網(wǎng)規(guī)則通過智能合約的形式進(jìn)行共識、固化并自動執(zhí)行;數(shù)據(jù)或信息通過交互產(chǎn)生價(jià)值可以為信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商帶來價(jià)值以提供更好的網(wǎng)絡(luò)信息支撐;能源供應(yīng)方(電廠、冷熱廠站、儲能站、風(fēng)光等廠站)、能源網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方(電網(wǎng)公司、管網(wǎng)公司)、各能源服務(wù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所提供的服務(wù)按一定的規(guī)則或共識向能源消費(fèi)者收取一定的服務(wù)費(fèi)，費(fèi)用的決算通過智能合約及時(shí)完成。這樣以計(jì)量表計(jì)為能源的節(jié)點(diǎn)記錄信息，該信息隨能源的流動和交換可以通過區(qū)塊鏈加以記錄、能源交換的價(jià)值根據(jù)信息流動的路徑或服務(wù)通過共識或價(jià)值模型加以確認(rèn)，通過智能合約進(jìn)行及時(shí)決算。此方案中，區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了很好的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)能源流、信息流、價(jià)值流的有效統(tǒng)一。
