一种应用于区域能源互联网的区块链共识方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于区域能源互联网的区块链共识方法，其包括如下步骤：针对能源交易场景的不同，依据信誉值和随机数值对共识组节点进行动态选取；交易发起节点私钥签名能源交易记录，并广播至共识组节点；共识组节点针对能源交易记录进行拜占庭共识验证；共识组节点将共识结果消息广播到所有节点；所有节点依据收到的共识结果消息对共识结果进行判定存储，并修改本地信誉值列表中共识组节点的信誉值。本发明专利技术既降低了共识组节点出现拜占庭节点的概率，又避免了固定共识组节点导致的共识组节点过度中心化的问题，同时有效避免了采用PBFT共识算法时共识组节点数量增多导致的共识效率降低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于区域能源互联网的区块链共识方法
本专利技术属于能源互联网
，涉及一种应用于区域能源互联网的区块链共识方法。
技术介绍
能源互联网是一种综合运用先进的电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能源采集装置、分布式能源存储装置以及各种负载主体构成的各种类型的能源网络的能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。随着更多的产消者加入区域能源互联网，造成大量的能源电力交易共识。目前，针对区域能源互联网场景的共识算法，主要包括PoW、PoS、DPoS和PBFT等几种，以及在原有共识算法的基础上改进的一些共识算法。针对能源交易的PoW共识算法及其改进算法，保证了各个节点记账的平等性，但是PoW共识过程需要耗费大量的算力，造成不必要的能耗。能源交易场景中的PoS和DPoS共识算法，在一定程度少减小了PoW共识的算力浪费，但由于“权益”的积累，易造成超级节点，使节点之间权利不对等，进而影响共识结果。针对微电网能源交易，部分研究选取定量的能源监管主体或数据中心节点，采用PBFT共识算法以及基于其改进的共识算法，然而，该类算法存在如下缺陷：1.需要预先指定共识节点，不仅牺牲了系统去中心化的特性，还难以保证选举的共识节点长期可信，并且随着共识组节点数量的增多，共识效率会不断下降；2.可扩展性差。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提出一种应用于区域能源互联网微电网内部交易的区块链共识方法，该方法通过动态选取共识组节点，以解决固定共识组节点导致的共识组节点过度中心化的问题；同时，由于本专利技术方法采用局部定量、高信誉值的共识组节点参与共识，因而避免了PBFT共识算法中共识组节点数量增多，导致共识效率降低的问题。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种应用于区域能源互联网微电网内部交易的区块链共识方法，包括如下步骤：I.1.从微电网内部动态选取n个节点作为共识组节点，选取过程如下：I.1.1.选取微电网内部，除交易节点之外所有信誉值达标的节点；其中，信誉值达标的节点是指信誉值超过设定的信誉值阈值T0的节点，70≤T0<100；I.1.2.利用随机算法为选取的每个信誉值达标的节点分配一个随机数值X；其中，随机数值X的取值范围为：T0≤X≤100；I.1.3.将选取的每个信誉值达标的节点的信誉值与为该信誉值达标的节点分配的随机数值相加，并按照由大到小的顺序对相加后的结果进行排序；I.1.4.从相加后的结果中按照由大到小的顺序选取前n个，将与这n个结果一一对应的n个信誉值达标的节点，作为参与本次微电网内部交易共识过程的共识组节点；I.2.交易发起节点，私钥签名能源交易记录，并将其广播至所有共识组节点；I.3.所有共识组节点针对能源交易记录进行拜占庭共识验证；I.4.每个共识组节点分别将经过所述拜占庭共识验证后生成的对应所述能源交易记录的共识结果消息，广播至区域能源互联网中除自身之外的其他节点；其中，区域能源互联网中除自身之外的其他节点包括交易发起节点、其他共识组节点、除交易发起节点和共识组节点之外的其他微电网内部节点以及微电网外部节点；I.5.区域能源互联网中所有节点依据收到的所述共识结果消息，进行共识结果判定并存储，同时修改本地信誉值列表中各个所述共识组节点的信誉值。优选地，信誉值指的是依据节点参与共识的历史数据得出的诚信度；信誉值的大小依据节点背书结果与共识结果是否相同来修改，正常完成一次能源交易共识背书信誉值+1，背书错误一次，信誉值-10；其中，信誉值的初始值为100，信誉值达到100之后不再增加。优选地，区域能源互联网由多个独立的微电网组建而成；每个微电网内部均包含：多个能源发、售电接入主体及与各个能源发、售电接入主体一一对应的售电节点，以及多个能源购电接入主体及与各个能源购电接入主体一一对应的购电节点；步骤I.2中，交易发起节点是指微电网内部的购电节点。优选地，步骤I.2中，能源交易记录包括交易记录ID、购电用户ID、售电用户ID、购电用户私钥签名、售电用户私钥签名、交易单价、交易量以及交易金额；步骤I.3中，拜占庭共识验证包括预准备阶段以及准备阶段两个过程；其中：预准备阶段过程如下：交易发起节点将能源交易记录发送给共识组节点，共识组节点验证能源交易记录中的私钥签名以及交易金额，验证通过之后，对能源交易记录进行背书；准备阶段过程如下：每个共识组节点将背书之后的能源交易记录发送给除自身之外的其他共识组节点；共识组节点验证收到的已背书的能源交易记录，若收到的记录数量大于2f+1，则生成对应能源交易记录的共识结果消息；其中，共识结果消息指的是包含能源交易记录的确认消息，3f+1≥n。优选地，步骤I.5中，共识结果判定并存储是指节点收集到的共识结果消息的数量若大于n/2，则判定为正确消息，并将能源交易记录存储到本地区块链中；步骤I.5中，信誉值列表是指对应区域能源互联网中所有区块链节点信誉值的列表。本专利技术的目的之二在于提出一种应用于区域能源互联网微电网外部交易的区块链共识方法，该方法通过动态选取共识组节点，以解决固定共识组节点导致的共识组节点过度中心化的问题；同时，由于本专利技术方法采用局部定量、高信誉值共识组节点参与共识，因而避免了PBFT共识算法中共识组节点数量增多，导致共识效率降低的问题。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种应用于区域能源互联网微电网外部交易的区块链共识方法，包括如下步骤：II.1.从参与交易的多个微电网中动态选取n个节点作为共识组节点，选取过程如下：II.1.1.将n个共识组节点的名额平均、或者相对平均的分配给参与交易的各个微电网，然后从各个微电网中依次选取相应数量的共识组节点；设定参与交易的微电网数量为m，第i个微电网分配的共识组节点数量为ni，1≤i≤m；则第i个微电网中共识组节点的选取过程如下述步骤II.1.2至步骤II.1.5所示；II.1.2.选取第i个微电网内部，除交易节点之外所有信誉值达标的节点；其中，信誉值达标的节点是指信誉值超过设定的信誉值阈值T0的节点，70≤T0<100；II.1.3.利用随机算法为选取的每个信誉值达标的节点分配一个随机数值X；其中，随机数值X的取值范围为：T0≤X≤100；II.1.4.将选取的每个信誉值达标的节点的信誉值与为该信誉值达标的节点分配的随机数值相加，并按照由大到小的顺序对相加后的结果进行排序；II.1.5.从相加后的结果中按照由大到小的顺序选取前ni个，将与这ni个结果一一对应的ni个信誉值达标的节点，作为第i个微电网内部选出的共识组节点；II.1.6.待各个微电网内部共识组节点选取完成后，将所有参与交易的微电网中选出的共识组节点，共同作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于区域能源互联网微电网内部交易的区块链共识方法，其特征在于，/n包括如下步骤：/nI.1.从微电网内部动态选取n个节点作为共识组节点，选取过程如下：/nI.1.1.选取微电网内部，除交易节点之外所有信誉值达标的节点；其中，信誉值达标的节点是指信誉值超过设定的信誉值阈值T0的节点，70≤T0<100；/nI.1.2.利用随机算法为选取的每个信誉值达标的节点分配一个随机数值X；/n其中，随机数值X的取值范围为：T0≤X≤100；/nI.1.3.将选取的每个信誉值达标的节点的信誉值与为该信誉值达标的节点分配的随机数值相加，并按照由大到小的顺序对相加后的结果进行排序；/nI.1.4.从相加后的结果中按照由大到小的顺序选取前n个，将与这n个结果一一对应的n个信誉值达标的节点，作为参与本次微电网内部交易共识过程的共识组节点；/nI.2.交易发起节点，私钥签名能源交易记录，并将其广播至所有共识组节点；/nI.3.所有共识组节点针对所述能源交易记录进行拜占庭共识验证；/nI.4.每个共识组节点分别将经过所述拜占庭共识验证后生成的对应所述能源交易记录的共识结果消息，广播至区域能源互联网中除自身之外的其他节点；/n区域能源互联网中除自身之外的其他节点包括交易发起节点、其他共识组节点、除交易发起节点和共识组节点之外的其他微电网内部节点以及微电网外部节点；/n其中，微电网外部节点是指不参与所述能源交易的微电网中的所有节点；/nI.5.区域能源互联网中所有节点依据收到的所述共识结果消息，进行共识结果判定并存储，同时修改本地信誉值列表中各个所述共识组节点的信誉值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于区域能源互联网微电网内部交易的区块链共识方法，其特征在于，
包括如下步骤：
I.1.从微电网内部动态选取n个节点作为共识组节点，选取过程如下：
I.1.1.选取微电网内部，除交易节点之外所有信誉值达标的节点；其中，信誉值达标的节点是指信誉值超过设定的信誉值阈值T0的节点，70≤T0<100；
I.1.2.利用随机算法为选取的每个信誉值达标的节点分配一个随机数值X；
其中，随机数值X的取值范围为：T0≤X≤100；
I.1.3.将选取的每个信誉值达标的节点的信誉值与为该信誉值达标的节点分配的随机数值相加，并按照由大到小的顺序对相加后的结果进行排序；
I.1.4.从相加后的结果中按照由大到小的顺序选取前n个，将与这n个结果一一对应的n个信誉值达标的节点，作为参与本次微电网内部交易共识过程的共识组节点；
I.2.交易发起节点，私钥签名能源交易记录，并将其广播至所有共识组节点；
I.3.所有共识组节点针对所述能源交易记录进行拜占庭共识验证；
I.4.每个共识组节点分别将经过所述拜占庭共识验证后生成的对应所述能源交易记录的共识结果消息，广播至区域能源互联网中除自身之外的其他节点；
区域能源互联网中除自身之外的其他节点包括交易发起节点、其他共识组节点、除交易发起节点和共识组节点之外的其他微电网内部节点以及微电网外部节点；
其中，微电网外部节点是指不参与所述能源交易的微电网中的所有节点；
I.5.区域能源互联网中所有节点依据收到的所述共识结果消息，进行共识结果判定并存储，同时修改本地信誉值列表中各个所述共识组节点的信誉值。


2.根据权利要求1所述的微电网内部交易的区块链共识方法，其特征在于，
所述信誉值指的是依据节点参与共识的历史数据得出的诚信度；
所述信誉值的大小依据节点背书结果与共识结果是否相同来修改，正常完成一次能源交易共识背书信誉值+1，背书错误一次，信誉值-10；
其中，所述信誉值的初始值为100，信誉值达到100之后不再增加。


3.根据权利要求1所述的微电网内部交易的区块链共识方法，其特征在于，
所述区域能源互联网由多个独立的微电网组建而成；每个微电网均包括：
多个能源发、售电接入主体及与各个所述能源发、售电接入主体一一对应的售电节点，以及多个能源购电接入主体及与各个所述能源购电接入主体一一对应的购电节点；
所述步骤I.2中，交易发起节点是指微电网内部的购电节点。


4.根据权利要求1所述的微电网内部交易的区块链共识方法，其特征在于，
所述步骤I.2中，所述能源交易记录包括交易记录ID、购电用户ID、售电用户ID、购电用户私钥签名、售电用户私钥签名、交易单价、交易量以及交易金额；
所述步骤I.3中，拜占庭共识验证包括预准备阶段以及准备阶段两个过程；其中：
所述预准备阶段过程如下：
交易发起节点将能源交易记录发送给共识组节点，共识组节点验证所述能源交易记录中的私钥签名以及交易金额，验证通过之后，对所述能源交易记录进行背书；
所述准备阶段过程如下：
每个共识组节点将背书之后的能源交易记录发送给除自身之外的其他共识组节点；
所述共识组节点验证收到的已背书的所述能源交易记录，若收到的记录数量大于2f+1，则生成对应所述能源交易记录的所述共识结果消息；
其中，共识结果消息指的是包含所述能源交易记录的确认消息，3f+1≥n。


5.根据权利要求1所述的微电网内部交易的区块链共识方法，其特征在于，
所述步骤I.5中，共识结果判定并存储是指节点收集到的所述共识结果消息的数量若大于n/2，则判定为正确消息，并将所述能源交易记录存储到本地区块链中；
所述步骤I.5中，信誉值列表是指对应区域能源互联网中所有区块链节点信誉值的列表。


6.一种应用于区域能源互联网微电网外部交易的区块链共识方法，其特征在于，
包括如下步骤：
II.1.从参与交易的多个微电网中动态选取n个节点作为共识组节点，选取过程如下：
II.1.1.将n个共识组节点的名额平均或者相对平均的分配给参与交易的...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾崧溥，胡殿凯，王同贺，曹军威，容淳铭，郑湘涵，马媛媛，
申请(专利权)人：铭数科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37