一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法及系统，涉及信息处理技术领域，区块链接收边缘服务器提供的各企业碳配额数据，更新链上数据，并定期向边缘服务器发送各企业的交易数据，更新边缘服务器数据；边缘服务器比较各企业的碳排放数据与碳配额数据；若碳排放数据大于碳配额数据，则企业需在区块链上向其他企业购买碳配额，以达到碳中和；若碳排放数据不大于碳配额数据，则企业可以在区块链上向其他企业出售剩余的碳配额，以实现碳交易；在系统中，构建了基于哈希图的分片区块链双层共识架构，在各分片中区块链采用有向无环图结构

【技术实现步骤摘要】
一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法及系统


[0001]本专利技术涉及信息处理
，尤其涉及一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法及系统
。

技术介绍

[0002]对企业实行碳排放权交易，简称碳交易，以市场手段促进企业采取节能及低碳能源发展，提高企业参与碳减排的主动性，是促进实现碳中和目标的一种方式
。
但随着碳交易市场规模的增大，如何保证交易的可信性和如何支撑大规模高并发的交易需求是碳市场目前需要考虑的问题
。
[0003]随着区块链技术的发展，区块链技术已被广泛应用在各个场景中，碳交易场景中也有涉及
。
根据现有经验来看，区块链的去中心化
、
数据不可篡改
、
数据可追溯等特点可以很好的应用在碳交易场景中，以解决碳交易中可信的问题，但面对高并发碳交易需求，以目前传统的区块链性能是无法满足业务需求的
。
[0004]为了让区块链技术能够满足当前碳市场交易需求，需要提高区块链可伸缩性和吞吐率
。
目前针对这些问题，主流的现有方案有两大类，一种是分片技术，将整个区块链网络分成不同的分片，由各分片的节点负责处理所在分片的事务和存储分片的状态
。
另一种是有向无环图（
Directed Acyclic Graph
，
DAG
）分布式账本技术，主要对区块链的状态存储进行改进，每个交易单元或包含交易单元的区块单元能够同时被多个新加入的节点引用
。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有区块链技术的性能无法满足大规模的高并发碳交易业务需求，以及大量碳排放数据
、
碳配额数据对区块链造成的存储压力问题
。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法，所述方法在区块链上执行；所述区块链连接有多个边缘服务器；所述方法包括以下步骤：接收所述边缘服务器提供的各企业碳配额数据，对链上数据进行更新；向所述边缘服务器发送各企业最新的交易数据，对所述边缘服务器内的存储数据进行更新；所述边缘服务器收集并存储各企业的碳排放数据，比较各企业对应的碳排放数据与碳配额数据；若企业的碳排放数据大于碳配额数据，则所述企业在所述区块链上向其他企业购买碳配额，以达到碳中和；若企业的碳排放数据不大于碳配额数据，则所述企业在所述区块链上向其他企业出售剩余的碳配额，以实现碳交易；其中，所述区块链采用分片式的有向无环图架构，将各企业作为节点，并按照预设规则划分全局节点和局部节点，以构建全局分片和局部分片，在所述全局分片中进行跨片交易，在所述局部分片中进行片内交易
。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，若企业的碳排放数据大于碳配额数据，所述边缘服务器向所述企业进行预警反馈
。
[0008]另一方面，本专利技术提供一种基于双层共识机制的区块链碳交易系统，其特征在于，所述系统用于实现如上文中任一项所述基于双层共识机制的区块链碳交易方法，所述系统包括：数据采集层；所述数据采集层用于采集各企业产生的碳排放数据，并根据各企业所属的行业类型进行分类；边缘层；所述边缘层包括多个边缘服务器，所述边缘服务器用于存储管控部门对各企业发放的碳配额数据，以及所述数据采集层采集得到的碳排放数据；区块链层；所述区块链层采用分片式的有向无环图架构，将各企业作为节点，并按照预设规则划分全局节点和局部节点，以构建全局分片和局部分片，在所述全局分片中进行跨片交易，在所述局部分片中进行片内交易，实现碳交易任务；所述边缘层和所述区块链层通过网络进行连接，相互分享并更新各自存储数据
。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述区块链的全局分片和局部分片均采用预设的哈希图共识算法，所述哈希图共识算法使用八卦协议
。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，对所述区块链进行分片划分时，根据各企业的地理位置以及所属行业类型进行分片划分，其中，不同分片之间能够并行处理片内碳交易业务
。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，采用基于椭圆曲线的随机可验证算法选取所述全局节点
。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，选取方法包括以下步骤：生成各节点的公私钥对
、
随机数和证明数；将预设区间划分为多个小区间，每个小区间表示一个值域；将各节点的随机数映射至所述预设区间，与每个小区间进行对比，将满足预设对比条件的节点作为候选节点；对所述候选节点的随机数和证明数进行匹配验证，将通过验证的候选节点作为所述全局节点，并舍弃未通过验证的候选节点
。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，基于所述预设的哈希图共识算法，共识方法包括以下步骤：采用所述八卦协议对各节点的本地哈希图进行广播并更新，以实现各节点之间的数据同步；按照现有哈希图共识算法的定义确认事件的创建轮次和接受轮次；其中，若超过预设轮次还未确认所述事件的接受轮次，则从所述预设轮次中随机选择一个轮次作为所述事件的接受轮次；按照接受轮次
、
共识时间戳
、
数字签名的优先级顺序确定共识顺序
。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，确实所述共识顺序的方法包括以下步骤：根据所述接受轮次进行排序，优先处理所述接受轮次小的事件；当所述事件的接受轮次相同时，找到所述事件接受轮次证人的直接祖先和所述事件的后代，求取所述直接祖先和所述后代的时间戳的中位数，将所述中位数作为所述事件的共识时间戳，优先处理所述共识时间戳早的事件；当所述事件的共识时间戳相同时，按照所述事件的数字签名进行排序，优先处理
排名靠前的事件；当所述事件的数字签名相同时，使用一个随机数进行异或运算，将结果从小到大进行排序，优先处理排序靠前的事件
。
[0015]另一方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上文中提及的任意一项所述方法的步骤
。
[0016]本专利技术的有益效果至少是：本专利技术提供一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法及系统，包括：区块链接收边缘服务器提供的各企业碳配额数据，更新链上数据，并定期向边缘服务器发送各企业的交易数据，更新边缘服务器内的存储数据；通过链上链下的数据协同存储，减轻区块链链上数据存储压力
。
边缘服务器比较各企业的碳排放数据与碳配额数据；若企业的碳排放数据大于碳配额数据，则企业需在区块链上向其他企业购买碳配额，以达到碳中和；若企业的碳排放数据不大于碳配额数据，则企业可以在区块链上向其他企业出售剩余的碳配额，以实现碳交易
。
在系统中，构建了基于哈希图的分片区块链双层共识架构，并在各分片中，区块链采用有向无环图结构；使用基于椭圆曲线的随机可验证算法选取全局节点构建全局分片处理跨片交易，简化跨片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于双层共识机制的区块链碳交易方法，其特征在于，所述方法在区块链上执行；所述区块链连接有多个边缘服务器；所述方法包括以下步骤：接收所述边缘服务器提供的各企业碳配额数据，对链上数据进行更新；向所述边缘服务器发送各企业最新的交易数据，对所述边缘服务器内的存储数据进行更新；所述边缘服务器收集并存储各企业的碳排放数据，比较各企业对应的碳排放数据与碳配额数据；若企业的碳排放数据大于碳配额数据，则所述企业在所述区块链上向其他企业购买碳配额，以达到碳中和；若企业的碳排放数据不大于碳配额数据，则所述企业在所述区块链上向其他企业出售剩余的碳配额，以实现碳交易；其中，所述区块链采用分片式的有向无环图架构，将各企业作为节点，并按照预设规则划分全局节点和局部节点，以构建全局分片和局部分片，在所述全局分片中进行跨片交易，在所述局部分片中进行片内交易
。2.
根据权利要求1所述的基于双层共识机制的区块链碳交易方法，其特征在于，若企业的碳排放数据大于碳配额数据，所述边缘服务器向所述企业进行预警反馈
。3.
一种基于双层共识机制的区块链碳交易系统，其特征在于，所述系统用于实现如权利要求1至2中任一项所述基于双层共识机制的区块链碳交易方法，所述系统包括：数据采集层；所述数据采集层用于采集各企业产生的碳排放数据，并根据各企业所属的行业类型进行分类；边缘层；所述边缘层包括多个边缘服务器，所述边缘服务器用于存储管控部门对各企业发放的碳配额数据，以及所述数据采集层采集得到的碳排放数据；区块链层；所述区块链层采用分片式的有向无环图架构，将各企业作为节点，并按照预设规则划分全局节点和局部节点，以构建全局分片和局部分片，在所述全局分片中进行跨片交易，在所述局部分片中进行片内交易，实现碳交易任务；所述边缘层和所述区块链层通过网络进行连接，相互分享并更新各自存储数据
。4.
根据权利要求3所述的基于双层共识机制的区块链碳交易系统，其特征在于，所述区块链的全局分片和局部分片均采用预设的哈希图共识算法，所述哈希图共识算法使用八卦协议
。5.
根据权利要求3所述的基于双层共识机制的区块链碳交易系统，其特征在于，对所述区块链进行分片划分时，根据各企业的地理位置以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊翱，宋雨，邱雪松，郭少勇，王栋，李达，郭庆雷，陈平，周志成，
申请(专利权)人：国网数字科技控股有限公司国网北京市电力公司国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：