發布時間：2020-01-11所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：區塊鏈作為比特幣這類數字貨幣的底層技術，可能會對現有的信息互聯網帶來沖擊和影響，正因為其具備了信用的功能，將促進互聯網向著價值互聯網轉變。同時，隨著新能源的興起，能源互聯網應運而生，能源的交易日益活躍，能源流、信息流、價值流的融合也
摘要：區塊鏈作為比特幣這類數字貨幣的底層技術，可能會對現有的信息互聯網帶來沖擊和影響，正因為其具備了信用的功能，將促進互聯網向著價值互聯網轉變。同時，隨著新能源的興起，能源互聯網應運而生，能源的交易日益活躍，能源流、信息流、價值流的融合也急需破解，能源互聯網與區塊鏈的結合而出現能源區塊鏈一詞。人工智能、物聯網和區塊鏈的結合也有了超級人工智能一說，區塊鏈的分布式、共識機制、加密算法等值得探討和研究，區塊鏈在信息安全等方面也有著廣泛的應用空間。本文描述了區塊鏈的概念和關鍵技術，闡述了區塊鏈、物聯網、人工智能的關系，對能源互聯網與區塊鏈結合的能源區塊鏈進行了探討、提出了區塊鏈與信息安全方面的的應用場景，并通過一個具體實踐案例進行應用的可行性探索。
關鍵詞：能源互聯網;區塊鏈;能源交易;能源區塊鏈;物聯網;超級人工智能;綜合能源系統
0 前言
區塊鏈(英文名稱 Blockchain)作為比特幣這類數字貨幣的底層技術，可能會對現有的信息互聯網帶來沖擊和影響，正因為其具備了信用的功能，將促進互聯網向著價值互聯網轉變。同時，隨著新能源的興起，能源互聯網應運而生，能源的交易日益活躍，能源流、信息流、價值流的融合也急需破解，能源互聯網與區塊鏈的結合而出現能源區塊鏈一詞。人工智能、物聯網和區塊鏈的結合也有了超級人工智能一說，區塊鏈的分布式、共識機制、加密算法等值得探討和研究，區塊鏈在信息安全等方面也有著廣泛的應用空間。
“能源互聯網”是以新能源技術和信息技術的深入結合為特征的一種新的能源利用體系，未來，電力輸送網絡將會變成信息能源網絡，任何能源生產者都能夠將所生產的能源通過一種外部網格式的智能型分布式電力系統與他人分享。區塊鏈在能源領域可用于構筑包含能源微網、金融輸電權、線損公證、調度決策、智能售電、儲電分享授權的業務體系 [1]。文獻 [2] 提出了能源互聯網的初步定義、基本架構，針對廣域內分布式設備的協調與控制、電力系統與交通系統的融合、電力系統與天然氣網絡的融合、信息物理建模及安全等幾個核心問題，探討了能源互聯網研究中可能面臨的主要挑戰。
區塊鏈是構建比特幣數據結構及交易體系的基礎技術。相比傳統技術體系，區塊鏈擁有三個方面的比較優勢：一是相對安全，區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，區塊鏈為交易各方提供透明的各方不可抵賴的分布式數據賬本，相比傳統的數據被業務網絡中的單獨一方所掌握，透明度得以提升;三是相比高效，區塊鏈的智能合約可以減少資金的周轉環節以及人工對賬過程，業務結算和清算的效率得以提升。并因為數據在業務網絡生態圈內的交換和流通，對于在生態圈業務網絡中進行業務革新和創新提供了可能性。
能源互聯網系統中，能源交易將呈現“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、交易時間及時化、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，未來能源互聯網交易模式趨勢之一將是扁平化和‘去中心化’的，從這個意義出發，區塊鏈與能源互聯網的相結合而構成能源區塊鏈。
1 區塊鏈的提出及其關鍵技術
區塊鏈在英語里叫 Blockchain。區塊鏈作為比特幣這類數字貨幣的底層技術為新的價值傳遞帶來了曙光。所有的交易不再依賴第三方中介機構的存在，交易的相關方是不需要相互信任的，或者說在整個交易網絡中，不需要獨立的第三方來提供信任的擔保。正因為這樣，也許區塊鏈并不是價值傳遞的最終方案，但區塊鏈為實現一個成本低廉且可靠的高速價值傳遞通道提供了解決問題的曙光，區塊鏈技術有可能成為構建全新的價值互聯網的一個基礎設施。
區塊鏈是一種全新的分布式架構計算方式，其特點有 [4]：
1.1 區塊鏈關鍵技術
1)利用塊鏈式數據結構來驗證于存儲數據;
2)利用分布式節點共識算法來生成和更新數據;
3)利用密碼學的方式來保存數據傳輸和訪問的安全;
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據。也就是說區塊鏈并不是某一種特定技術，而是由多種技術組成的網絡數 據 系 統。 從 另 外 一 個 角 度 看， 區 塊 鏈 是 一種由多方參與并共同維護的分布式賬本技術(Distributed ledger technology, DLT)，其關鍵是通過在點對點網絡環境建立分布式共識機制，并最終實現參與各方的信任關系。區塊鏈的邏輯架構如圖 1 所示。
.從圖 1 可以看出，區塊鏈技術的關鍵點包含四方面：分布式賬本、共識機制、智能合約以及加密算法。
1.1.1 分布式賬本
區塊鏈系統中數據以塊(Block)的形式存儲，分為區塊頭和區塊體。區塊頭包含當前區塊的 Hash 值以及前一區塊的 Hash 值。通過鏈接上一區塊的 Hash 值，使得所有區塊形成一個 Hash 鏈，如圖 2 所示。
區塊體存儲所有賬本交易信息。存于區塊體中每一筆交易對應一個密碼算法數字簽名，系統通過數字簽名確保區塊體中的數據不被篡改。最終，區塊鏈上所有參與方，通過一套可靠的點對點通信協議，存儲和維護一個統一的賬本，確保全網賬本一致性。
1.1.2 共識機制
在分布式網絡中，由參與者發起交易并交由區塊鏈網絡中其它參與者共同確定交易的真實性、正確性，并最終將交易記錄到每個參與者的本地賬本的過程就是共識機制。共識的目的是確保賬本更新得到足夠多的參與方的確認，以及何時、以相同順序更新相同的交易。但在以比特幣為代表的區塊鏈構建的體系中，采用 PoW 共識機制，網絡上眾多機構的大部分操作除了挖礦外并無其他益處，并且 PoW 需要大量的計算能力，消耗巨大的能源，這種資源浪費備受爭議。
1.1.3 智能合約
區塊鏈技術的一個最大創新在于引入了智能合約機制，智能合約是一段在區塊鏈網絡中執行的應用代碼，具有自我執行(Self-executing)和自我強制(Self-enforcing)的特性。智能合約的執行無需第三方干預，這是一種防欺詐的協議。在區塊鏈上，所有賬本數據的更新操作必須通過智能合約進行，也就是說，應用通過調用智能合約實現與賬本的交互，從而保證了數據的安全性。
1.1.4 加密算法
非對稱加密算法被公認為當前加密成本低、 傳 播 安 全、 高 效 率 的 加 密 算 法。 在 區 塊鏈網絡中，選用橢圓曲線密碼 (elliptic curve cryptography，ECC) 算法及數字簽名技術，確保交易發布和傳輸、智能合約執行、共識消息傳播、交易廣播過程的安全性、不可抵賴性。
1.2 區塊鏈存在的問題及解決方向
去中心化是區塊鏈最大的特色，但是也是它的問題所在，去中心化是目前區塊鏈成本高、效率低的根源，因為要想讓分布在全世界不可知的服務器都同步數據和交易信息，成本非常高。目前一個簡單的方法，就是在邏輯上采用去中心化的方式，在物理上依然把區塊鏈的數據放到某個大公司的數據中心(可以與云計算很好結合)，并且在那里完成交易。這樣就解決了效率問題。由于區塊鏈是加密的，那些存放數據的大公司并不能看里面的內容，從這個角度講是安全的。
區塊鏈有很高的風險，這個風險不光是技術風險，也有政策風險，但風險就是機會，就是誰解決了這個問題，誰就得到了機會。它的交易成本也很高，所以誰能夠開發出新的底層技術，把這個交易成本降下來，誰將來就有很多獲利。
解決的方向目前重點在：
1)技術上是提升交易的速度(目前已至秒級)。
2)解決區塊鏈平臺法制規范的問題。
2 超級人工智能
以下公式，較好的把人工智能、物聯網、區塊鏈和超級人工智能進行了詮釋：
AI+ IoT+ Blockchain = Super AI(人工智能 + 物聯網 + 區塊鏈 = 超級人工智能)
人工智能相當于生產力，它能夠提高效率，使得創造財富的速度能夠增加。區塊鏈相當于生產關系，它較好地解決了數據(生產資料)所有權、數據的存儲、共享、交易、交換和價值的問題。同時，隨著物聯網和人工智能的興起，萬物互聯已成必然，人(含人工智能)、設備(含虛擬和智能設備)必將構成一個數以十億計的數字世界(見圖 3)，而“數字世界民主化” 最大的挑戰不是簡單地建立一個去中心化的物聯網，而是建立一個規�？梢圆粩鄶U展的通用物聯網，同時保證隱私、安全和無需信任交易。換句話說，物聯網中數以千億計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證和共識機制。對于這個問題，區塊鏈提供了一種非常優雅的解決方案。(互聯網原本是建立在信任的基礎上的。在后斯諾登時代，很明顯人們不再信任互聯網了。中心化的需要信任第三方的物聯網解決方案現在成了一種不切實際的幻想�，F在大多數物聯網解決方案為無論是政府、生產廠商或者服務提供者等中心化的機構提供了未經用戶授權，就能夠通過收集和分析用戶數據，接近和控制用戶的設備的能力 )。
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區塊鏈技術是一個技術突破，從本質上改變了我們對中心化機構的理解。區塊鏈是一個通用的數字賬本，在例如比特幣這樣的去中心化金融系統和許多其它去中心化的系統中發揮核心作用。
區塊鏈記錄了每一個參與者的每一筆交易。密碼學被用于確認交易和保證區塊鏈上信息的私密性。許多參與者確認每一筆交易，提供高度冗余的確認，同時參與者還會因為付出了計算力，獲得相應的獎勵。通過使用去中心化的共識確認交易，區塊鏈消除了對信任的需要
盡管區塊鏈作為長期的價值貯藏手段(例如比特幣)可能會帶來監管和經濟風險，但是它作為一種交易處理工具是革命性的創新。在去中心化的物聯網中，區塊鏈是能夠促進交易處理和交互設備之間協作的基礎架構。每個區塊鏈管理自己的行為，發揮自身的作用，這樣就會形成一個“去中心化的自治物聯網”，從而實現“數字世界的民主”(見圖 4)。[6]
3 應用前景
3.1 能源區塊鏈
區塊鏈與能源互聯網有著很好的契合度，可以構建實現能源流與信息流融合的能源區塊鏈，通過能源區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載構成的新型電力網絡、石油網絡、天然氣網絡等能源節點互聯起來，以電力系統為紐帶，利用互聯網思維和技術改造能源產業，從而構建橫向多元互補、縱向源網荷儲協調、能源與信息高度融合的新型能源供用體系，構建基于信任的能源互聯網生態系統，搭建扁平化的能源交易平臺，實現能源交易和決算的智能化管控 [7]。為此，本文設計了如圖 5 所示的能源區塊鏈以實現能源交換、信息交互和價值交易。
根據能源的屬性和現實情況設計了能源主鏈和電、熱、油氣等多個側鏈，可以不打破現有的業務體系和格局。主鏈和側鏈通過區塊鏈多通道技術實現一定程度的隔離和分區，將共識服務和交易服務(總賬)分開維護。這樣做技術上可以提升安全性、性能和效率;業務上進行了隔離以簡化業務，降低信任和共識的成本。各鏈可根據業務域或連接關系自由組成不同的業務鏈，經過區塊鏈認證的智能表計等能量數據被區塊鏈打上永久標記并隨能源流同步流動，流動和交易由區塊鏈實現信息的可追溯和價值的交換。交易機構提供預測和交易服務，制定規則或建立共識機制，最終交易由供需雙方按市場交易規則自動達成，通過智能合約分別對各參與方的貢獻加以確認和決算。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。調度機構提供安全和輔助服務并制定負責能源交換安全和規則，調度協議和并網規則通過智能合約的形式進行共識、固化并自動執行;數據或信息通過交互產生價值可以為信息網絡服務提供商帶來價值以提供更好的網絡信息支撐;能源供應方(電廠、冷熱廠站、儲能站、風光等廠站)、能源網絡服務方(電網公司、管網公司)、各能源服務節點根據所提供的服務按一定的規則或共識向能源消費者收取一定的服務費，費用的決算通過智能合約及時完成。這樣以計量表計為能源的節點記錄信息，該信息隨能源的流動和交換可以通過區塊鏈加以記錄、能源交換的價值根據信息流動的路徑或服務通過共識或價值模型加以確認，通過智能合約進行及時決算。此方案中，區塊鏈與能源互聯網實現了很好的結合，可實現能源流、信息流、價值流的有效統一。
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