基于区块链的电力数据安全共享研究

基于区块链的电力数据安全共享研究

佟芳,徐铁军,林鑫,王忠花,马丽瑞

国网青海信通公司 810000  

摘要：电力大数据可以在宏观经济运行监测、推动产业集群发展、助力营商环境改革，对电力数据有着广泛的应用需求。

关键词：区块链；电力数据；安全共享

引言

随着信息和通信技术的不断发展，电力公司和客户之间实现了双向通信。智能电表已广泛应用于电力服务。为了实现最优调度，在用户家中安装了大量的短信息系统，以按需或按计划收集近实时的用电量数据。根据采集到的数据，控制中心可以提供动态电价，用户可以通过改变用电行为从中受益。比如，一些用户在用电高峰时段，如果意识到用电成本过高，就会调整用电行为。此外，还可以根据总用电需求提前制定用电计划。

1研究背景

打造电力大数据服务能力体系，通过电力数据汇聚、存储与处理，完成客户用电、缴费等业务数据接入，通过面向时标分层数据的数据存储及并行交叉处理的方法，有效解决由于数据模型存储冗余带来的空间利用率和资源利用率较低问题；基于电力数据构建电能预测、企业上下游用电分析、行业发展监测等模型，通过基于新型集成学习算法进行客户用能趋势预测的方法，提高企业用能量化评估和趋势预测的准确度；数据共享与安全防护方面，利用基于联邦学习算法和节点相似度集成网络嵌入模型的跨域电力数据共享安全防护技术，建立共享数据策略，共享过程不发生数据转移，从而保护用户隐私。

2区块链技术

区块链技术是一种“链”式结构，由一系列数据块按照创建顺序有序排列在一起组成的数据块链。每个数据块都含有索引、哈希值，前一个块的哈希值、时间戳、证明和打包的交易记录。区块链技术具有6层：即数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层。数据层主要是链式结构和数据区块以及相关的数据加密技术、哈希算法和时间戳等基本算法，维护用户数据的安全，保证用户数据真实性和数据有效性；网络层是指计算机网络系统中整个网络通信层，包含分布式的组网机制、数据的传递交换机制以及数据的校验交换机制等，从而可以完成分布式组网、传输交换以及数据校验交换等功能。公有链的节点上可允许任何人之间相互交易且这些交易都可同时被系统有效地确认，但其过程会要耗费大量计算节点资源，所以需要激励层通过内部激励机制来提高运算链节点收益，保证系统稳定性与安全性；合约层奠定了区块链可编程控制的基础特性；应用层为行业区块链中开发的各类去中性化应用。

3基于区块链的电力数据安全共享

3.1数据共享与安全防护

利用基于联邦学习算法和节点相似度集成网络嵌入模型的跨域电力数据共享安全防护技术，建立共享数据策略，共享过程不发生数据转移，保护用户隐私。基于联邦学习算法的跨域数据样本训练方法。在联邦机制下，各参与者的身份和地位相同，可建立共享数据策略。由于数据不发生转移，因此不会泄露用户隐私或影响数据规范。为了保护数据隐私、满足合法合规的要求，在联邦学习系统下，各个数据源方进行数据预处理，共同建立及其学习模型，并将输出结果反馈给用户。联邦学习算法应用有三大构成要素：数据源、联邦学习系统、用户。在联邦学习系统下，各个数据源方进行数据预处理，共同建立及其学习模型，并将输出结果反馈给用户。同时，通过构建对文件结构的节点相似度集成网络嵌入模型对于所选节点相似度的每个组合，生成潜在空间作为网络的视图。基于典型相关分析的方法提取潜在空间对齐的公共结构，基于神经网络的方法通过测量节点高斯分布的非对称KL散度来提取视图特定的潜在结构。将多个视图的公共结构和视图特定结构合并，以隐匿整个网络全局信息。最大化的实现非结构化文本数据对齐，同时保护协同作用域内各自数据的安全，避免隐私泄露，实现跨域电力数据共享。

3.2区块链同步调度系统总体模型

区块链技术在数据同步方面的优势，为解决不同系统、不同平台之间的数据共享中数据互信、数据安全、数据壁垒等问题提供了可行性。区块链网络层的传播机制是实现不同节点之间数据传播的基础。区块链网络层中有3类传播算法：流言算法、泛洪路由算法、定向扩散路由算法。流言（gossip）算法完全去中心化，不存在任何中心节点，其余每个节点均对等，能够实时同步数据。泛洪（flooding）路由算法中各节点都使用广播转发收到的数据包，若收到重复分组则进行丢弃处理。泛洪路由算法有简单、鲁棒性高、时延短、路径容错能力高的优势，能解决实时数据同步问题。定向扩散（directeddiffusion，DD）路由算法与Gossip和泛洪路由算法最大的不同是其引入了梯度的概念，其执行由兴趣扩散过程、梯度建立过程及路径加强过程组成。

3.3基于区块链的分布式电源调度与交易体系架构

针对分布式电源调度与交易的研究需求，需要收集各类数据，例如分布式电源产能数据、配电网运行数据、用户用能数据等，建立考虑分布式电源调度与交易服务的能源区块链服务框架。框架整体基于公有链结构，共分为5个层次。数据层：将边缘端采集到的数据进行存储与分发；网络层：构建区块链信息传输网络，电力数据通过P2P能源网络进行传输；技术层：基于Solidity语言，建立调度与交易业务智能合约模板，将区块链激励机制与通证经济结合，实现上层对区块链节点的行为干预；服务层：构建电网公司、电力产消者、政府监管机构等多主体的服务体系，设计各主体不同业务的应用交互界面，实现能源信息的有效输出与输入；应用层：构建分布电源调度与交易应用场景，监测模型的实际效果。

3.4挖掘节点选择

身份认证完成后，所有用户都会确定挖掘节点，并对自己的用电数据进行聚合，将这些数据记录到区块链中。首先，每个用户根据所有接收到的数据计算平均用电量数据。其次，选择数据最接近平均值的节点作为挖掘节点。可能有多个匿名的平均用电量数据与平均值的距离相同，这意味着所有匿名都将是该时隙中的挖掘节点。然而，这种特殊情况并不影响新块的生成，因为每个挖掘节点生成的新块是相同的。在从组中的所有用户收集数据之前，没有人知道平均值的具体数字，因此，恶意攻击用户很难成为挖掘节点。

3.5基于通证经济的激励机制

激励机制是通过一套理性化的制度来反映激励主体与激励客体相互作用的方式。激励机制一旦形成，就会影响组织系统本身，激励机制的作用具有两种性质，即助长性和致弱性。在区块链中，激励机制具有重要作用，只有合理有效的激励机制才能助长区块链节点行为的可预期性，而节点的可预期才能保证区块链的可信任性。

结束语

综上所述，本文以格密码为基础构建用于能源互联网下电力区块链信息的加密算法。时刻掌握用电终端用电信息，可以为电力调度提供帮助，保护原始数据不会受到盗取、更改及违法利用。通过实验结果可看出，所提方法具有较高的数据加密与解密效率，能够在短时间内实现对产生数据的管控，且承受攻击能力大幅提高，能够较好地保护用电终端信息安全，为相关人员或单位提供帮助。

参考文献

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佟芳（1986.04） 女 蒙古族 内蒙古巴彦淖尔 本科 国网青海信通公司工程师                                                               徐铁军（1980.6.10）女 河北昌黎 硕士 国网青海信通公司工程师                                                    林鑫（1998.8.8） 男 青海西宁 本科 国网青海信通公司助理工程师                                                   王忠花（1996.6.23）女 回 青海化隆 本科 国网青海信通公司助理工程师                                                               马丽瑞（1999.10.27）女 回 青海东海 本科 国网青海信通公司员工