區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架

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摘要:為解決智能電網(wǎng)在數(shù)據(jù)管理過程中的數(shù)據(jù)安全性沒有保障且準確率較低的問題，提出基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架。以智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為研究對象，以區(qū)塊鏈技術為核心，通過區(qū)塊鏈與智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的融合分析與安全性分析2方面討論區(qū)塊鏈技術在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中的應用可行性。分別研究數(shù)據(jù)采集層、場景應用層等2個層級的核心功能，形成一個能夠保障數(shù)據(jù)安全與準確率的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架，一次性解決智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的信息存儲、安全管理、精密度提高等問題。

關鍵詞:區(qū)塊鏈技術;智能電網(wǎng);數(shù)據(jù)管理;框架研究

我國進入信息化時代后，各行各業(yè)都開始進行企業(yè)數(shù)據(jù)管理的更新?lián)Q代，智能電網(wǎng)系統(tǒng)與電力設備信息系統(tǒng)也都有大量的數(shù)據(jù)等待分析和處理。尤其是在工業(yè)大力發(fā)展的21世紀，電力信息較以往更加復雜，其信息源與信息結構都與以往存在較大差異，因此智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理急需一種能夠快速高效地整理追溯電力信息以及無法被撤銷與修改的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理手段［1］。本文首先對區(qū)塊鏈技術在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中的應用可行性進行分析，通過區(qū)塊鏈技術對智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的提升作用來確定兩者之間的兼容性;然后通過具體公式描述現(xiàn)階段智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的安全性;最后分別論述數(shù)據(jù)采集層、場景應用層等2個層級的管理流程，實現(xiàn)2個層級之間的相互配合，構建基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架。

1應用可行性分析

1.1融合分析

區(qū)塊鏈技術通常被認為是“互聯(lián)網(wǎng)+”思維的延伸，在現(xiàn)代智能化、互聯(lián)網(wǎng)化的社會中被廣泛應用［2］。智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理通常需要較高的精密度和安全性，而區(qū)塊鏈技術作為一種能夠使信息數(shù)據(jù)具備不可修改特性的技術，在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中具有巨大的應用價值［3］。如果將這種去中心化的數(shù)據(jù)信息管理技術應用于智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架中，就能夠一次性解決智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的信息存儲、安全管理、精密度提高等問題。

1.2安全性分析

智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)是國家的機密信息，需要極強的保密性，但是區(qū)塊鏈技術自帶互聯(lián)性，如果將區(qū)塊鏈技術融入智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中，就需要確保區(qū)塊鏈技術的安全性。基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠實現(xiàn)扁平化的管理，使所有節(jié)點都能夠一同實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作，不需要第三方機構介入，直接實現(xiàn)互相之間的共享交流，不存在能夠集中處理所有信息的中心節(jié)點。只有將一半以上的節(jié)點同時消除，才能夠對智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全造成威脅［4］，但是許多黑客還是能通過信息鏈長度對基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進行攻擊，并且可以得到:式中:Pn為在進攻過程中，黑客能夠攻擊n個節(jié)點的概率;P為智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點進行真實信息交流的概率;Q為黑客攻擊該節(jié)點得到信息交流能力的概率，且P+Q=1。一般通過Maple軟件計算節(jié)點之間電網(wǎng)數(shù)據(jù)被修改或非法追溯成功的概率，根據(jù)式(1)計算基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)被修改的成功率如圖1所示。由圖1可知，數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)目與數(shù)據(jù)被修改的成功率成反比［5］，當智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點足夠多時，數(shù)據(jù)被修改的概率就會無限降低，以目前智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)目，基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)幾乎沒有被修改或追溯的可能，具備足夠的安全性。

2技術框架研究

基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架分為數(shù)據(jù)采集層、場景應用層2個層級［6］。a.數(shù)據(jù)采集層研究數(shù)據(jù)采集層是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架的基礎模塊，其主要功能是將智能電網(wǎng)一段時間內(nèi)的運行情況進行信息提取，通過特定函數(shù)轉化為固定格式的數(shù)學進制，并應用區(qū)塊鏈技術統(tǒng)一加密處理，具體流程如圖2所示。 由圖2可知，基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集主要通過加密技術得到密鑰和密文，完成本層數(shù)據(jù)管理的數(shù)字簽名和信息加密［7］。傳統(tǒng)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理需要設置一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡傳輸管理機構作為網(wǎng)絡傳輸中心，而區(qū)塊鏈技術能夠將這個傳輸點的任務平均分配給每個區(qū)塊節(jié)點，使這些節(jié)點既承擔了數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿眨簿邆渎酚善骶W(wǎng)絡協(xié)議以及區(qū)塊信息認證的任務。這樣可以使區(qū)塊節(jié)點依據(jù)時間序列存儲在主體中，在區(qū)塊節(jié)點被同時破壞50%以上之前都能不受干擾繼續(xù)傳輸網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，也能使所有的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)做到有據(jù)可查，同時還能保障智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的安全，確?；趨^(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)不會被任意修改或非法追溯［8］。b.場景應用層研究場景應用層是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架最外部的結構，封裝著各種智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的應用模式，也包含區(qū)塊鏈技術在智能電網(wǎng)中的交互處理框架，各應用主要包括靜態(tài)電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理模塊、動態(tài)電網(wǎng)自動化監(jiān)測模塊等［9］。基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架通常受到較多的信息波動影響，若信息波動頻率較大，則其應用價值也會逐漸增加。場景應用層通常依據(jù)傳輸節(jié)點對智能電網(wǎng)系統(tǒng)運轉做出良性引導，同時形成分析報告。在這個過程中若出現(xiàn)意外，智能電網(wǎng)系統(tǒng)會自動響應做出綜合判斷，為分布式處理和計算提供保障。

3結束語

近些年區(qū)塊鏈技術經(jīng)過飛速發(fā)展，尤其是在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理領域達到一個新的高度。本文對基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理框架進行研究，完成了數(shù)據(jù)采集層、場景應用層的功能搭建，并對這2個層級的運行機制和關鍵技術進行研究，分析了數(shù)據(jù)傳輸和保護的基本流程。但本文只是構建了基于區(qū)塊鏈技術的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的簡單框架，對于其詳細模式還需要進行進一步研究。

作者：胡畔 薄玨 劉育博 劉曉強 曲睿婷 單位：國網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司