CN108961048B - 一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统及方法，发明通过应用DPoS区块链的方式解决了现有能源交易管理方法采用高耗能的PoW共识算法，导致的节点的运算组件成本高昂，且消耗大量电力资源的问题；也通过预设代理节点、异常节点自动淘汰解决了现有的DPoS区块链缺乏能源交易管理的应用方法中，记账节点、代理节点设置困难，代理节点异常难以解决的问题，同时降低了资源冗余率；本发明可有效降低节点运算压力，降低运算组件成本，减少电力消耗。

Description

一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统及方法

技术领域

本发明涉及能源领域，特别是涉及一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统及方法。

背景技术

当前我国的的能源交易方式依然以大型能源供应商自建的交易系统为主，基于一个中心进行多方能源交易管理。随着市场的发展和能源形式的变化，能源交易逐渐多元化，各种能源交易关系错综复杂，中小型企业参与能源交易的数量快速增长，新能源产品形态多样、需求多元，交易频率也高速增长。因此，市场不能依赖某一个交易方建立的中心系统去管理能源交易，而是需要一种去中心化的、开放的系统来管理这些交易。

目前业内已经有基于区块链技术的能源交易管理方法，但在实际使用中出现了节点成本高、资源消耗多的问题。具体地，目前基于区块链技术的能源交易管理方法均基于PoW共识算法，而非DPoS共识算法。PoW共识算法要求区块链节点进行复杂运算才可得到结果，这导致了节点的运算组件成本高昂，且消耗大量电力资源。在常规区块链应用领域中，此技术缺陷是可接受的，但在区块链应用于能源领域时，PoW共识算法的缺陷则难以接受。

DPoS共识算法是一种无需进行复杂运算的共识算法，其将节点分为交易节点、记账节点和代理节点。交易节点生成包含执行智能合约的交易请求，并将交易请求广播到区块链网络中；记账节点接收到交易请求后，根据交易请求执行智能合约，将产生的合约执行结果和交易请求存储在新生成的区块中，并将区块广播到区块链网络中；代理节点接收到区块后，根据交易请求执行智能合约，并验证合约执行结果。

DPoS共识算法不需要交易节点参与运算需求合约执行结果，同时代理节点验证合约执行结果的运算简单，不需要成本高昂的运算组件，也不需要消耗大量电力资源。

目前基于区块链技术的能源交易管理方法均基于PoW共识算法，而非DPoS共识算法，其原因为DPoS共识算法将节点分为交易节点、记账节点和代理节点。在实际应用过程中，设置记账节点、代理节点困难，代理节点出现异常的解决方案不成熟，导致基于区块链技术的能源交易管理方法难以应用DPoS共识算法。

具体地，在设置记账节点、代理节点时，现有的DPoS共识算法要求由每个交易节点人工投票选举出记账节点和代理节点。在DPoS区块链应用在能源交易管理领域时，由于现有能源交易管理领域的交易节点均为计量表、智能终端等无人值守的自动化设备，无法实现人工投票选举出记账节点和代理节点的要求。因此，在DPoS共识算法在能源交易管理领域的实际应用过程中，存在设置记账节点、代理节点困难的问题。

具体地，代理节点出现异常时，现有的DPoS共识算法要求每个交易节点人工投票选举记账节点和代理节点，从而使得出现异常的代理节点落选淘汰，并选举其他冗余节点成为代理节点。在DPoS区块链应用在能源交易管理领域时，由于现有能源交易管理领域的交易节点均为计量表、智能终端等无人值守的自动化设备，无法实现人工投票选举出记账节点和代理节点的要求，从而造成了异常代理节点无法及时被淘汰。此外，DPoS共识算法要求区块链网络具备冗余节点，才可选举其从成为代理节点并替代异常代理节点。在代理节点无异常时，冗余节点则造成了资源浪费。因此，在DPoS共识算法在能源交易管理领域的实际应用过程中，存在代理节点出现异常的解决方案不成熟的问题，即代理节点无人值守投票淘汰以及冗余节点资源的两方面问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于DPoS区块链的能源交易管理方法。

本发明提供了一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统，其特征在于：该系统包括交易节点和代理节点；所述的交易节点为发起交易的节点，其包括计量模块、智能合约交易请求模块。计量模块具备计量能源生产量和消耗量的功能，智能合约交易请求模块具备互联网通信功能和向区块链网络广播智能合约交易请求的功能；计量模块的输出端与智能合约交易请求模块输入端连接，智能合约交易请求模块将输入的能源计量数据、交易账户信息转换为符合智能合约交易的格式，并发起智能合约交易请求；

所述代理节点为区块链网络中负责交易运算和记账的节点，其包括智能合约交易运算模块、智能合约交易校验模块、智能合约交易结果记账模块；

所述代理节点的智能合约交易运算模块具备接受区块链网络中智能合约交易请求的功能，获取智能合约交易请求中的能源计量数据、交易账户信息，并进行交易运算；在完成交易运算后，代理节点的智能合约交易运算模块具备向区块链网络广播交易运算结果的功能。

所述代理节点的智能合约交易校验模块具备校验交易运算结果的功能，其具备接受区块链网络中智能合约交易请求的功能，并从区块链网络中接受其他代理节点广播的交易运算结果，并校验其交易运算结果是否与合约交易请求相匹配，如匹配则将校验结果输出至记录至智能合约交易结果记账模块，并将校验结果广播至区块链网络；若不匹配则不将校验结果输出至智能合约交易结果记账模块，但仍需将校验结果广播至区块链网络；所述代理节点的智能合约交易校验模块的输出端与合约交易结果记账模块的输入端相连。

一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统的管理方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：交易节点中双向计量表的计量模块获取能源使用量和能源生产量数据，并对采集的数据进行转换、汇总、统计，并提供统计结果数据至智能合约交易请求模块。

步骤二：交易节点智能合约交易请求模块获取经过数字签名的交易数据，并对数据进行清洗，判断其数据格式是否符合智能合约的约定格式，提供计算的结果数据通过互联网广播至全网代理节点智能合约交易运算模块。

步骤三：代理节点智能合约交易运算模块通过远程网络获取交易信息，并对数据进行清洗、转换、关联、提取、汇总，并将结果提供给智能合约交易校验模块。

步骤四：智能合约交易校验模块校验交易运算结果是否与合约交易请求相匹配，如匹配则将校验结果输出至记录至智能合约交易结果记账模块，并将校验结果广播至区块链网络；若不匹配则不将校验结果输出至智能合约交易结果记账模块，但仍需将校验结果广播至区块链网络。校验过程中采用DPoS共识算法；在代理节点未遇到恶意攻击、意外损坏的情况下，持续作为代理节点为区块链网络提供代理和记账功能，进入步骤七；在遇到恶意攻击、意外损坏的异常情况后，转入步骤五异常处理。

步骤五：在遇到恶意攻击或意外损坏的异常情况后，异常代理节点给出的错误交易运算结果将被所述其他代理节点的智能合约交易校验模块校验为异常状态。若存在半数以上代理节点的智能合约交易校验模块认为某一代理节点给出了的错误交易运算结果，则该代理节点和某一随机的正常代理节点同时冻结，即此时有效代理节点数量减少2个。有效代理节点数量低于阈值T时，则认定遇到了严重的异常情况，则需进行人工处理，其中T为奇数。

步骤六：被冻结后的异常代理节点将由人工检查、修复处理后，重新激活参与到区块链网络的运算中。重新激活检修后的代理节点，需将当前检修后的代理节点状态标志为待激活，并检查当前区块链网络中是否有其他待激活代理节点。如有则同时激活偶数个检修后的代理节点，若无则停止操作，并等待其他检修操作激活本代节点，以保证区块链网站中代理节点数量的奇偶性保持不变。

步骤七：交易结果记账模块接受智能合约交易校验模块的交易结果，在确认区块链网络中超过半数的代理节点验证通过后，将交易结果记录固化至本地账本，完成能源交易过程，用于交易的查询和追溯；如果区块链网络中不足半数的代理节点验证通过，则拒绝记账。

本发明通过应用DPoS区块链的方式解决了现有能源交易管理方法采用高耗能的PoW共识算法，导致的节点的运算组件成本高昂，且消耗大量电力资源的问题；也通过预设代理节点、异常节点自动淘汰解决了现有的DPoS区块链缺乏能源交易管理的应用方法中，记账节点、代理节点设置困难，代理节点异常难以解决的问题，同时降低了资源冗余率；本发明可有效降低节点运算压力，降低运算组件成本，减少电力消耗。

附图说明

图1基于DPoS区块链的能源交易管理方法的全局架构图

图2基于DPoS区块链的能源交易管理方法的全局流程图

图3基于DPoS区块链的能源交易管理方法代理节点异常解决方案流程图

具体实施方式

本发明提供了一种基于DPoS区块链的能源交易管理方法。下面结合流程图给出本发明的较佳实施例，详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统，该系统包括交易节点和代理节点；所述的交易节点为发起交易的节点，其包括计量模块、智能合约交易请求模块。计量模块具备计量能源生产量和消耗量的功能，智能合约交易请求模块具备互联网通信功能和向区块链网络广播智能合约交易请求的功能；计量模块的输出端与智能合约交易请求模块输入端连接，智能合约交易请求模块将输入的能源计量数据、交易账户信息转换为符合智能合约交易的格式，并发起智能合约交易请求；

所述代理节点为区块链网络中负责交易运算和记账的节点，其包括智能合约交易运算模块、智能合约交易校验模块、智能合约交易结果记账模块；

所述代理节点的智能合约交易运算模块具备接受区块链网络中智能合约交易请求的功能，获取智能合约交易请求中的能源计量数据、交易账户信息，并进行交易运算；在完成交易运算后，代理节点的智能合约交易运算模块具备向区块链网络广播交易运算结果的功能。

所述代理节点的智能合约交易校验模块具备校验交易运算结果的功能，其具备接受区块链网络中智能合约交易请求的功能，并从区块链网络中接受其他代理节点广播的交易运算结果，并校验其交易运算结果是否与合约交易请求相匹配，如匹配则将校验结果输出至记录至智能合约交易结果记账模块，并将校验结果广播至区块链网络；若不匹配则不将校验结果输出至智能合约交易结果记账模块，但仍需将校验结果广播至区块链网络；所述代理节点的智能合约交易校验模块的输出端与合约交易结果记账模块的输入端相连。

如图2、图3所示，一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统的管理方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：交易节点中双向计量表的计量模块获取能源使用量和能源生产量数据，并对采集的数据进行转换、汇总、统计，并提供统计结果数据至智能合约交易请求模块。

步骤二：交易节点智能合约交易请求模块获取经过数字签名的交易数据，并对数据进行清洗，判断其数据格式是否符合智能合约的约定格式，提供计算的结果数据通过互联网广播至全网代理节点智能合约交易运算模块。

步骤三：代理节点智能合约交易运算模块通过远程网络获取交易信息，并对数据进行清洗、转换、关联、提取、汇总，并将结果提供给智能合约交易校验模块。

步骤四：智能合约交易校验模块校验交易运算结果是否与合约交易请求相匹配，如匹配则将校验结果输出至记录至智能合约交易结果记账模块，并将校验结果广播至区块链网络；若不匹配则不将校验结果输出至智能合约交易结果记账模块，但仍需将校验结果广播至区块链网络。校验过程中采用DPoS共识算法；在代理节点未遇到恶意攻击、意外损坏的情况下，持续作为代理节点为区块链网络提供代理和记账功能，进入步骤七；在遇到恶意攻击、意外损坏的异常情况后，转入步骤五异常处理。

步骤五：在遇到恶意攻击或意外损坏的异常情况后，异常代理节点给出的错误交易运算结果将被所述其他代理节点的智能合约交易校验模块校验为异常状态。若存在半数以上代理节点的智能合约交易校验模块认为某一代理节点给出了的错误交易运算结果，则该代理节点和某一随机的正常代理节点同时冻结，即此时有效代理节点数量减少2个。有效代理节点数量低于阈值T时，则认定遇到了严重的异常情况，则需进行人工处理，其中T为奇数。

步骤六：被冻结后的异常代理节点将由人工检查、修复处理后，重新激活参与到区块链网络的运算中。重新激活检修后的代理节点，需将当前检修后的代理节点状态标志为待激活，并检查当前区块链网络中是否有其他待激活代理节点。如有则同时激活偶数个检修后的代理节点，若无则停止操作，并等待其他检修操作激活本代节点，以保证区块链网站中代理节点数量的奇偶性保持不变。

步骤七：交易结果记账模块接受智能合约交易校验模块的交易结果，在确认区块链网络中超过半数的代理节点验证通过后，将交易结果记录固化至本地账本，完成能源交易过程，用于交易的查询和追溯；如果区块链网络中不足半数的代理节点验证通过，则拒绝记账。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种基于DPoS区块链的能源交易管理系统的管理方法，其特征在于：该方法使用的管理系统包括交易节点和代理节点；所述的交易节点为发起交易的节点，其包括计量模块、智能合约交易请求模块；计量模块具备计量能源生产量和消耗量的功能，智能合约交易请求模块具备互联网通信功能和向区块链网络广播智能合约交易请求的功能；计量模块的输出端与智能合约交易请求模块输入端连接，智能合约交易请求模块将输入的能源计量数据、交易账户信息转换为符合智能合约交易的格式，并发起智能合约交易请求；

所述代理节点为区块链网络中负责交易运算和记账的节点，其包括智能合约交易运算模块、智能合约交易校验模块、智能合约交易结果记账模块；

所述代理节点的智能合约交易运算模块具备接受区块链网络中智能合约交易请求的功能，获取智能合约交易请求中的能源计量数据、交易账户信息，并进行交易运算；在完成交易运算后，代理节点的智能合约交易运算模块具备向区块链网络广播交易运算结果的功能；

所述代理节点的智能合约交易校验模块具备校验交易运算结果的功能，其具备接受区块链网络中智能合约交易请求的功能，并从区块链网络中接受其他代理节点广播的交易运算结果，并校验其交易运算结果是否与合约交易请求相匹配，如匹配则将校验结果输出至记录至智能合约交易结果记账模块，并将校验结果广播至区块链网络；若不匹配则不将校验结果输出至智能合约交易结果记账模块，但仍需将校验结果广播至区块链网络；所述代理节点的智能合约交易校验模块的输出端与合约交易结果记账模块的输入端相连；

该系统的管理方法具体包括以下步骤：

步骤一：交易节点中双向计量表的计量模块获取能源使用量和能源生产量数据，并对采集的数据进行转换、汇总、统计，并提供统计结果数据至智能合约交易请求模块；

步骤二：交易节点智能合约交易请求模块获取经过数字签名的交易数据，并对数据进行清洗，判断其数据格式是否符合智能合约的约定格式，提供计算的结果数据通过互联网广播至全网代理节点智能合约交易运算模块；

步骤三：代理节点智能合约交易运算模块通过远程网络获取交易信息，并对数据进行清洗、转换、关联、提取、汇总，并将结果提供给智能合约交易校验模块；

步骤四：智能合约交易校验模块校验交易运算结果是否与合约交易请求相匹配，如匹配则将校验结果输出至记录至智能合约交易结果记账模块，并将校验结果广播至区块链网络；若不匹配则不将校验结果输出至智能合约交易结果记账模块，但仍需将校验结果广播至区块链网络；校验过程中采用DPoS共识算法；在代理节点未遇到恶意攻击、意外损坏的情况下，持续作为代理节点为区块链网络提供代理和记账功能，进入步骤七；在遇到恶意攻击、意外损坏的异常情况后，转入步骤五异常处理；

步骤五：在遇到恶意攻击或意外损坏的异常情况后，异常代理节点给出的错误交易运算结果将被所述其他代理节点的智能合约交易校验模块校验为异常状态；若存在半数以上代理节点的智能合约交易校验模块认为某一代理节点给出了的错误交易运算结果，则该代理节点和某一随机的正常代理节点同时冻结，即此时有效代理节点数量减少2个；有效代理节点数量低于阈值T时，则认定遇到了严重的异常情况，则需进行人工处理，其中T为奇数；

步骤六：被冻结后的异常代理节点将由人工检查、修复处理后，重新激活参与到区块链网络的运算中；重新激活检修后的代理节点，需将当前检修后的代理节点状态标志为待激活，并检查当前区块链网络中是否有其他待激活代理节点；如有则同时激活偶数个检修后的代理节点，若无则停止操作，并等待其他检修操作激活本代节点，以保证区块链网站中代理节点数量的奇偶性保持不变；

步骤七：交易结果记账模块接受智能合约交易校验模块的交易结果，在确认区块链网络中超过半数的代理节点验证通过后，将交易结果记录固化至本地账本，完成能源交易过程，用于交易的查询和追溯；如果区块链网络中不足半数的代理节点验证通过，则拒绝记账。

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