電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)中區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用

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【摘要】為了利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全，還能夠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)等。本文主要以電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)中區(qū)塊鏈技術(shù)為研究對象，通過介紹電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)中區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用，提出電力通信網(wǎng)管區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用方案，分析電力通信網(wǎng)中數(shù)據(jù)一致性、不可篡改性、可追溯性等優(yōu)勢，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士提供參考與借鑒的作用。

【關(guān)鍵詞】電力通信網(wǎng)管；數(shù)據(jù)；區(qū)塊鏈

0引言

目前隨著人們對通信技術(shù)的需求量不斷增加，通信網(wǎng)絡(luò)也變得越來越復(fù)雜，而我國的電力通信網(wǎng)絡(luò)起源較晚，存在非常多的問題和漏洞，這些漏洞不可避免會帶來很多問題，使電力通信網(wǎng)絡(luò)存在很多的安全隱患。為了解決這些問題，就必須引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，區(qū)塊鏈技術(shù)以其數(shù)據(jù)一致性、不可篡改性、可追溯性等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，為電力通信網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的現(xiàn)實(shí)作用。

1電力通信網(wǎng)元數(shù)據(jù)分布式存儲概述

對于電力通信網(wǎng)來說，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的根本目的是要通過區(qū)塊鏈技術(shù)中所具有的“一致性”“不可篡改性”等特點(diǎn)，確保電力通信的穩(wěn)定性和安全性。對于電力通信網(wǎng)來說，其數(shù)據(jù)的安全性至關(guān)重要，是確保電網(wǎng)業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性可以利用數(shù)據(jù)分布式存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用時(shí)會對網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)按照不同方式（包括：“交易+鏈”“區(qū)塊+鏈”“區(qū)塊+交易”）進(jìn)行建立。區(qū)塊鏈技術(shù)有其特殊的結(jié)構(gòu)，主要是以多節(jié)點(diǎn)全分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，最終會建立起某時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性，最終通過哈希算子等方式來確保MerkleTree組成數(shù)據(jù)的安全性（不可偽造和逆轉(zhuǎn)）。從另一個(gè)角度來看，區(qū)塊可以當(dāng)作分布式的數(shù)據(jù)記賬本，可以將電力通信網(wǎng)每一個(gè)網(wǎng)元作為區(qū)塊節(jié)點(diǎn)，通過不同類型數(shù)據(jù)（包括：原數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)頭、數(shù)據(jù)增量變化的數(shù)據(jù)等）形成區(qū)塊體。而后繼區(qū)的數(shù)據(jù)頭主要包括：前置區(qū)塊的哈希值、隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳、難度目標(biāo)、MerkleTree等，這些不同類型數(shù)據(jù)頭會和前個(gè)區(qū)塊進(jìn)行連接，在整個(gè)時(shí)間區(qū)段范圍內(nèi)每個(gè)區(qū)塊都反映著一次數(shù)據(jù)增量的改變，并且會將變化值存儲在區(qū)塊當(dāng)中。對于電力通信網(wǎng)來說，區(qū)塊鏈技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會從客戶端發(fā)出相應(yīng)的業(yè)務(wù)指令，之后廣播到通信網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)等待節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。每一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)在獲取等待確認(rèn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，會將其進(jìn)行整體打包并形成范圍更大的候選區(qū)塊，每一個(gè)區(qū)塊的“前區(qū)哈希值”字段都會匹配相應(yīng)區(qū)塊頭的全部數(shù)據(jù)實(shí)施SHA256計(jì)算獲取的結(jié)果，此字段會將不同網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)形成的區(qū)塊鏈進(jìn)行有效鏈接，從而確保前后區(qū)塊鏈核心字段的有效性。參照前區(qū)塊的相應(yīng)內(nèi)容（包括隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳、難度目標(biāo)字段、新區(qū)塊等）建立起全新區(qū)塊的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要是利用哈希等密碼學(xué)算子通過不同網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)所計(jì)算形成的。對于電力通信網(wǎng)管來說，利用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠確保各個(gè)增量數(shù)據(jù)信息全面的記錄在每一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)中，同時(shí)也可以確保不會由于單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失而引發(fā)整個(gè)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，并且也可以確保數(shù)據(jù)的安全性。

2電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)一致性對比算法分析

對于電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)來說，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用過程中的核心內(nèi)容就是形成分布式存儲方式，同時(shí)在整個(gè)過程中確保全局一致性（主要保障增量數(shù)據(jù)變化、域名管理、數(shù)據(jù)上傳以及更改等），而通過拜占庭一致性的方式可以有效處理非安全分布式環(huán)境中數(shù)據(jù)一致性問題。所謂的拜占庭算法初期更多是通過指數(shù)級算法來實(shí)現(xiàn)的，隨著其不斷發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)在傳統(tǒng)算法基礎(chǔ)上優(yōu)化成為多項(xiàng)式級別的協(xié)議算法，在很大程度上減少了一致性對比過程中算力資源的消耗，通過多項(xiàng)式算法可以確保分布式算法的有效進(jìn)行。一般情況下，可以利用“單節(jié)點(diǎn)一致性驗(yàn)證”以及“混合節(jié)點(diǎn)一致性驗(yàn)證”等方法來實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)管區(qū)塊數(shù)據(jù)一致性比對，其中“單節(jié)點(diǎn)一致性驗(yàn)證”主要是利用通信網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)數(shù)低碳技術(shù)據(jù)來進(jìn)行的，需要在審核以及下發(fā)等階段提交協(xié)議來確保區(qū)塊數(shù)據(jù)的一致性。在這兩個(gè)階段中需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增量變化的分發(fā)，以此實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)一致性比對。在此過程中區(qū)塊鏈服務(wù)器會向所有網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)廣播審核請求，若是區(qū)塊鏈服務(wù)器接收到全部網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)反饋的完成區(qū)塊變化同意信息后就完成了一致性驗(yàn)證工作。而“混合節(jié)點(diǎn)一致性驗(yàn)證”主要是對拜占庭容錯協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對于主從模式以及參與網(wǎng)元數(shù)進(jìn)行限定（一般限定人數(shù)為2n+1、限定總網(wǎng)元數(shù)為3n+1，n表示出錯網(wǎng)元數(shù)量）。一旦網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元獲取網(wǎng)元控制請求之后就會向覆蓋范圍受控網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)發(fā)送預(yù)準(zhǔn)備信號，同時(shí)會對所在區(qū)域其他網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)信號進(jìn)行匯總。所在區(qū)域網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)在獲取預(yù)準(zhǔn)備信號之后，若是滿足設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)就會向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)發(fā)送預(yù)準(zhǔn)備信號，其他節(jié)點(diǎn)會向服務(wù)器傳遞同意信號。一旦服務(wù)器所得網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)所發(fā)執(zhí)行信號數(shù)量在2n個(gè)之上，那么此網(wǎng)元就會實(shí)施數(shù)據(jù)變更?？偟膩碚f，PBFT協(xié)議針對的是容錯網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)為1/3的錯誤網(wǎng)元，同時(shí)需通過兩輪交互來確定數(shù)據(jù)一致性問題。

3電力通信網(wǎng)管區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用方案分析

對于電力通信網(wǎng)來說，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用時(shí)是建立在共識機(jī)制、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、網(wǎng)元分布式存儲等技術(shù)基礎(chǔ)之上來進(jìn)行的，其關(guān)鍵點(diǎn)就是網(wǎng)元的分布式存儲、傳輸和加密一致性等。對于完整的網(wǎng)絡(luò)來說，其中每一個(gè)網(wǎng)元都可以看作同等級別的計(jì)算機(jī)，通過點(diǎn)對點(diǎn)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)去中心化模式，能夠提升網(wǎng)絡(luò)的保密性。每一個(gè)網(wǎng)元都具有多種功能（包括：傳播、路由、新建節(jié)點(diǎn)信息等），通過網(wǎng)元之間的關(guān)聯(lián)來確保區(qū)塊變化后實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。電力通信網(wǎng)管區(qū)塊鏈對于網(wǎng)元信息數(shù)據(jù)傳播協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。關(guān)鍵內(nèi)容包括：（1）在進(jìn)行網(wǎng)元數(shù)據(jù)變更時(shí)，主要是通過電力通信網(wǎng)絡(luò)以點(diǎn)對點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)，確保覆蓋到每一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)。（2）在網(wǎng)元接收到廣播數(shù)據(jù)之后，第一步就是要驗(yàn)證其合法性，主要驗(yàn)證所發(fā)數(shù)據(jù)在非對稱加密機(jī)制下網(wǎng)元數(shù)據(jù)變更信息簽名和數(shù)據(jù)之間的匹配性問題。驗(yàn)證通過后就要對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，同時(shí)將此數(shù)據(jù)以MerkleTree的方式加入到區(qū)塊當(dāng)中。另外，需要將時(shí)間戳以及區(qū)塊頭（利用哈希加密算法計(jì)算所得）寫入到區(qū)塊當(dāng)中，并且對其實(shí)施封裝。如果所驗(yàn)證的數(shù)據(jù)合法性存在問題，那么作為無效數(shù)據(jù)棄用。（3）在網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)完成哈希計(jì)算之后，要建立起為解決區(qū)塊哈希算子所用計(jì)算資源的工作量證明信息。需要在限定時(shí)間之內(nèi)對每一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)塊計(jì)算，之后對區(qū)塊數(shù)據(jù)實(shí)施封裝，利用后續(xù)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳播，覆蓋到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。（4）每一個(gè)網(wǎng)元在經(jīng)過以上區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)驗(yàn)證之后，通過MerkleTree對數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行對比分析，以此來判定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。若是電力通信網(wǎng)管區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)發(fā)生相應(yīng)變更，一般都是通過該范圍之內(nèi)8個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)施區(qū)塊確認(rèn)，一定要確保1/2之上的網(wǎng)元在受到其他因素影響時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確恢復(fù)，并且要進(jìn)一步增加節(jié)點(diǎn)確認(rèn)數(shù)，可以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能（在此過程中會一定程度增加計(jì)算資源的消耗）。（5）以時(shí)間戳作為控制方式，網(wǎng)元在進(jìn)行后續(xù)區(qū)塊計(jì)算時(shí)往往是建立在上次所得哈希值基礎(chǔ)上的，所以后續(xù)區(qū)塊計(jì)算和上次計(jì)算結(jié)果具有緊密關(guān)聯(lián)。

4結(jié)語

總的來說，在電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)更多是要形成去中心化結(jié)構(gòu)，使所有網(wǎng)元數(shù)據(jù)都會形成較為獨(dú)立并且相同的存儲結(jié)構(gòu)，同時(shí)能夠完全實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式，這些也是保證區(qū)塊鏈技術(shù)有效應(yīng)用的基礎(chǔ)。對于電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)來說，通過區(qū)塊鏈技術(shù)的有效應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)更加安全可靠的管理方式，能夠?yàn)榻窈笾悄茈娋W(wǎng)的安全運(yùn)行提供更加科學(xué)、更加安全的保障?；诖耍疚闹饕獙^(qū)塊鏈技術(shù)在電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)一致性、加密算法等方面進(jìn)行相應(yīng)的分析，對于后續(xù)充分研究電力通信網(wǎng)管數(shù)據(jù)中區(qū)塊鏈技術(shù)的深入應(yīng)用提供一定參考和幫助。

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作者:蒲華 單位:四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司