深度文章｜区块链与电力交易融合需要研究啥？

1）应用区块链可信链接入技术打通源荷终端。每个发电和用电终端将自身系统或物联网设备与区块链进行对接，无须与其他终端进行多对多对接，在技术层面上简化了对接工作、提高了对接效率。将射频识别、视觉感知等物联网技术与区块链相结合，将每个终端的信息保存为结构化数据上链，为交易过程中的终端相关信息全程追溯并为源荷高效互动管理奠定技术基础。

2）应用区块链智能合约技术进行源荷互动交易组织。设计市场规则，将交易规则编写为智能合约，写入区块链。引导市场主体主动参与交易，达到合约条件的交易，在链上自动执行交易结果，提高交易的组织效率。交易申报、出清、执行、补偿等信息全部上链，经所有节点共识，对所有参与方公开，保证源荷互动交易的透明度和可信度。

2.6 市场主体信用评价业务

电力交易市场主体信用评价工作对于促进电力市场健康发展、助推国家信用体系建设具有重要意义。目前的市场主体信用评价业务中面临以下难点：①外信用数据来源于多行业、多部门，目前主要由市场主体自行申报，数据真实性难以保证；②各信用评级机构的系统独立，不同评级机构因为掌握的信息或评价的体系不同，可能给出差别较大的评级结果；③信用数据割裂，难以实现比对验证和共享互用，将影响信用评价结果的准确性。

1）应用区块链数据确权和存证溯源技术进行信用数据确权归集。以电力交易中心为例，可以将交易结算的信用评级规则写入智能合约，在每次结算后自动履行并计算交易双方的信用积分，累计信用评价结果，生成市场主体的信用画像。将电力交易信用信息与工商信息、银行信用信息、企业纳税信息、第三方信用平台信息等信用信息一起上链，一方面实现数据确权、提高可信度，另一方面利用区块链实现各单位信用数据高效共享。

2）应用区块链数据共享技术进行信用评价结果共享应用。由电力交易中心牵头组织相关评级机构组建的信用评价联盟链如图4所示。以对用户X进行信用评价为例，其原有的信用评价数据分别独立存储在信用评价机构A和B的数据库内。当需要对用户X的信用进行综合评价时，通过前置终端将经过哈希运算和电子签名的信用评价数据发送给用户X，经用户同意后上传至区块链，作为该评价机构对于用户X的评价元数据。之后，再通过基于代理重加密的数据共享[51]，在联盟链主体间进行数据共享，由电力交易中心汇总后形成综合评价结果。用户X本人可以通过专用通道访问链上数据完成个人信用评价报告的查验，以此做到安全、可信的综合各机构信用评价结果，同时只有用户本人拥有自己的数据访问权限，提高数据的安全性与私密性。

图4基于数据共享的市场主体信用评价

Fig.4Credit evaluation of market participant based on data sharing

市场主体在金融、工商、税务等行业的信用评价结果，共享至电力交易平台，可以丰富市场主体场外信息，更为全面、客观地评价市场信用，助推评价结果应用。同样，电力交易信用信息也可共享纳入金融等征信系统，有助于金融机构全面掌握企业经营情况，服务信贷业务，助推全社会信用体系建设。

区块链技术在电力交易中的应用场景、对应的业务需求和技术特点如表1所示。

表1区块链技术在电力交易中的应用场景

Table 1Application scenarios of blockchain technology in electricity trading

3 区块链技术在电力交易应用中的相关问题探讨

3.1 区块链的运算处理性能问题

区块链分布式记账与多节点共识计算对系统处理性能造成一定影响。结合第2章中的分析，全国范围的可再生能源超额消纳凭证智能双边交易是一个典型的高负载应用场景。以105级消纳责任主体、每户日均交易5次估算，单日在线交易量约为 50万笔。若交易开市时间为每天09:30—12:00时段，根据“二八原则”（80%的业务量发生在20%的业务时间内）进行推算，则区块链服务网关应满足每秒事务处理数为222。

目前商业运营的5共识节点区块链，在生产环境下实测每秒事务处理数约为500，可以满足现阶段电力交易应用需求。随着区块链技术的不断发展，通过混合型存储、多级缓存、内置合约、分层分区共识等技术，优化共识算法，可有效提升处理性能，满足未来电力交易高并发业务需求。

3.2 区块链的存储容量问题

区块链技术对于底层的数据存储具有一定的要求，分布式记账带来更庞大的存储容量需求[52-54]。结合北京电力交易中心规划开展的区块链相关交易业务，估算区块链存储容量需求如下。

1）基础数据。主要包括市场主体基础信息、数字身份信息以及日志信息。根据数据模型设计，单个用户基础信息及身份信息约为0.5 MB，基本保持不变；单个用户每月产生的日志信息约为20 KB。以106级市场主体预估，3年基础数据存储需求约为1.5 TB。

2）业务数据。可再生能源超额消纳凭证交易业务，全国年度可再生能源消纳电量约为2000TW⋅h2000TW⋅h，若其中10%电量以1MW⋅h1MW⋅h为单位发行凭证，则每年发证2亿个。每个凭证初始发行信息约为5 KB，每个凭证单次交易流通信息约为 3 KB，假设每个凭证年均交易5次，则3年存储需量约为12 TB。分布式发电市场化交易业务，以105级市场主体规模测算，每个市场主体单月业务数据量约为1 MB，则3年存储需量约为3.5 TB。零售代理、信用评价等其他业务，每个市场主体按每年 2 MB测算，则106级市场主体3年存储量约为6 TB。综上，业务数据对区块链3年存储需求约为21.5 TB。

3）业务存证及跨链交互信息存储。业务存证基于哈希算法不可逆原理将信息摘要以散列值方式存储，映射后的数据量通常为原数据量的25%以内。跨链信息交互一般包含与联盟链及异构链之间数据交互或信息共识，交互内容通常占业务数据量的10%。因此，预估业务存证及跨链交互信息存储 3年需求总量约为7.5 TB。

综上，电力交易业务在区块链系统中3年的存储需求总量约为30.5 TB，一般区块链系统均可满足。后续随着市场主体增长以及业务扩展，一方面可灵活扩展存储空间，满足业务需求；另一方面，也可通过研发新型存储技术，如混合型存储、分级存储和数据归档技术等，提升存储性能。

3.3 区块链的安全风险问题

区块链通过共识算法在分布式节点间达成一致性，建立信任。目前虽然有多种共识算法可供选择，但是难以兼顾性能和安全要求。针对具体的应用场景需要选择适当的共识算法，例如，对于高频小额交易，可以在主链的基础上加入侧链结合一定授信机制的设计，并定期与主链同步数据，以保障交易快速完成[55-56]；对于相对封闭环境中的数据共享，可以通过在一定程度内降低安全保证的方式来提升系统性能；对于大容量的数据上链存证，将计算数据的哈希值而非数据原文上链存证，确保上链的哈希值不可篡改等[57]；对于区块链的监管，可以引入双链模型，确保所有交易都通过监管机构认可后方可执行，同时保证用户层面的身份隐私性。

比起底层协议，区块链的上层智能合约和应用较为复杂，程序更多样，更容易受到攻击，包括交易顺序依赖合约、时间戳依赖合约、误操作异常、可重入攻击等，都是典型的智能合约安全漏洞[58]。如果区块链中调配和交易自动化系统的智能合约遭受攻击，那么整个电力调配系统有可能全部瘫痪，进而造成混乱。此外，区块链的密钥失窃会导致链上节点被恶意控制并且向智能合约输入假数据、外部数据和指令的真伪及目的难以确定，这种风险目前还难以避免，也是智能合约设计和验证时需要仔细考虑的问题。