基于区块链与K-means算法的智能电表密钥管理方法

随着电力物联网建设的推进,电力系统高级计量体系逐渐形成了由海量智能电表、边缘计算装置和云端主站构成的"云-边-端"三层架构体系。在此背景下,针对传统集中式智能电表密钥管理机制存在主站依赖度高、密钥存储效率差、响应速度慢的问题,提出一种基于区块链与K-means算法的智能电表分布式密钥管理方法。考虑到传统区块链建链过程中区块节点数量对建链时效性影响较大以及未考虑到节点通信传输资源有限的问题,首先利用K-means算法对智能电表集群按空间位置进行聚类,并提出采用图中央点算法确定边缘计算装置的位置,从而降低区块链规模;然后,提出计及智能电表通信带宽的按需传输机制,以最小化边缘计算装置的负载均衡度为目标规划区块链节点中的传输路径,从而提升传输时效性;最后,基于Hyperledger Fabric平台的智能电表密钥管理算例结果表明,与传统的不考虑节点规模与信道带宽的区块链建链方法相比,当区块链节点数量增大时,所提方法的建链时间增长速率减少了8.18%以上,而负载均衡度增长速率降低了42.16%以上;所提智能电表密钥管理方法具有更快的建链速度以及更优的网络性能,因而具备更好的可行性。     

区块链系统节点私钥泄露的电力数据防篡改方法与验证机制设计

基于区块链技术的电力应用系统中,私钥泄露节点的签名电力数据存在被恶意篡改或伪造的风险,且当前缺乏有效的防护措施,为此,提出数据加密方法和数据交互验证机制.结合区块链基础加密技术原理,提出随机数与电力数据的组合方法,利用非对称加密算法和Hash算法进行多重加密,构造数据发出节点私钥泄露后的数据防篡改加密方法;为了防止恶意节点利用数据发出节点的私钥对电力数据进行伪造和替换,设计电力数据交互验证机制,利用数据发出节点私钥进行加密并利用接收节点公、私钥进行解密验证;抽象加、解密和数据交互验证机制的数据模型.算例分析验证了所提数据加密方法和数据交互验证机制的有效性.     

基于Oracle机制的电力5G可信数据上链技术

针对电力区块链系统中数据上链效率和可信性问题,研究了基于5G和Oracle机制的可信数据上链技术。首先讨论了区块链系统中数据上链方式,分析了适用于电力5G区块链应用的Oracle数据上链方法;其次提出了基于分布式Oracle的电力5G业务系统数据可信上链机制,设计了基于云-边-端一体化的系统总体架构,以及数据源注册、评估、上链的工作流程。其中,电力业务应用中分布式数据采集共享通过区块链系统实现,数据源评估采用基于门限签名算法和可验证随机函数实现,将分布式Oracle的评估过程卸载到位于边缘侧的边缘物联代理节点上,确保系统的安全性和可用性。通过基于对5G切片的任务划分和优化,实现认证数据和业务数据的高效传输。最后在基于区块链的5G电力用电信息采集系统中部署所提方案,从通信性能、业务性能、系统开销等方面进行了实验验证。验证结果表明,所提方案在高负载压力测试下数据平均传输时延约为10ms,丢包率小于0.9%,一次认证成功率高于90%。在100量级并发业务请求情况下,较已有方案性能最高提升80%,因而具有良好的可行性和推广价值。     

共识机制的身份认证算法研究*

共识机制是区块链的核心,实现整个区块链网络中高度分散节点对数据快速地达成共识,确保全网数据的一致性。随着泛在电力物联网的建设,海量终端接入系统的同时,给泛在电力物联网信息安全带来挑战。因此,文章基于区块链共识机制应用于泛在电力物联网,首先分析区块链整体架构的特性,将其应用于泛在电力物联网身份认证环节,构建基于区块链的身份认证算法,解决了终端(SM)与数据聚合器(SP)之间的身份认证问题,提高了认证的效率及安全,将认证的安全性与可靠性和区块链的安全性与可靠性保持一致。采用哈希算法签名及验签,提高区块链在泛在电力物联网认证的效率及认证过程的可扩展性,认证过程应用RSA算法进行非对称加密。最后,进行了安全分析和效率方面分析论证,指出了未来泛在电力物联网身份管理系统建设的趋势,并阐述了如何构建泛在电力物联网完整身份认证系统,论文的研究成果可为区块链在泛在电力物联网身份认证领域的应用提供参考。     

联盟链框架下主动配电网电力交易主体合作演化策略

传统电力交易模式中,集中化的交易数据以及中心化的监管机构会带来数据安全性较低、监管机构信任危机等问题,区块链技术的兴起和发展为解决上述问题提供新的思路和方法。首先通过分析主动配电网中各电力交易主体的行为特征,建立基于联盟区块链的电力市场交易体系。该体系将各电力交易主体预授权为半开放的本地节点,通过动态选取联盟节点,可实现交易数据分布式存储并无需设置额外的第三方监管机构。同时基于上述交易体系,提出联盟链框架下主动配电网电力交易的详细认证方法。进而在此基础上,建立基于合作演化博弈的主动配电网电力交易优化模型,并采用基于分解的多目标进化算法进行求解。模型求解结果可作为生成智能合约的依据,最终实现联盟链框架下主动配电网电力交易的决策优化。算例结果验证了所提合作演化策略的有效性和合理性。     

基于共识机制的电力物联网群组密钥管理研究

随着电力物联网的建设,终端接入数量的大量增加,实现低延迟和提供实时服务是传统电力物联网面临的两大挑战。虽然在电力物联网系统中已经有一些加密方案被设计来促进安全通信,但是现有的方案通常不支持匿名和灵活的密钥管理。文中基于区块链的共识机制,在电力物联网系统中保证了分散节点在区块链系统中实现一致性。提出了一种基于区块链的智能电网系统互认证和密钥方案,基于区块链共识机制的特性,所提方案可以支持高效的条件匿名和密钥管理,对终端(TA)与数据聚合器(DA)之间安全私有通信和密钥管理问题提出解决方案,提供了一个有效的密钥更新和撤销算法。对所提出方案的存储成本及时间成本进行了实验数据分析,实验结果与其他文献分别提出的三个密钥管理认证方案进行了对比,结果表明所提方案在存储成本及时间成本有明显优势。最后,进行了安全和效率之间的讨论分析,对未来电力物联网建设方面提出了建设性意见。     

基于区块链与数据湖的电力数据存储与共享方法

针对电力物联网边设备之间、云主站平台营配调各系统之间的数据存储和共享的需求,提出了一种基于区块链与数据湖的电力数据存储与共享方法。首先,设计边缘层分布式电力数据存储架构,通过环签名和CryptoNote协议对边设备存储节点间的数据交互进行加密,实现双方身份认证,并基于区块链智能合约实现电力数据安全存储系统中节点间的数据共享。然后,基于数据湖与智能合约构建营配调平台间的数据共享和访问控制模型,其中在区块链中存储数据的哈希值,并在可信执行环境下将加密后的原始数据存储在数据湖中,以实现数据跨平台跨域安全共享和访问。最后,搭建实验平台对所提方法进行论证,结果表明,所提方法的最高存储延迟时间不高于25ms、并且吞吐量和安全性也较高。     

基于云边协同和区块链的分布式能源交易系统设计

分布式能源的广泛发展使其成为电力市场的考虑重点,而传统的数据交互平台无法满足大规模分布式能源交易高效灵活、安全可靠的需求。为解决高信息处理复杂度与安全快速交易需求之间的矛盾,文中提出基于云边协同和区块链的分布式能源交易系统架构和整体设计方案。首先设计了云计算与边缘计算协同并结合两层区块链的系统架构,利用区块链技术实现交易去中心化,提高了交易的自主高效性,利用云边协同提升海量数据的处理能力和交易系统的扩展能力。然后基于双向竞价和预测补偿设计了分布式能源的交易机制,进一步对区块链的核心共识算法进行分析,并采用改进委托权益证明(delegated proof of stake,DPoS)作为交易系统的高效率、高可靠共识算法,实现大规模分布式能源的高效可靠交易,促进分布式能源参与电网调节,提高电网稳定运行水平。最后通过应用实例验证了所提系统对大规模分布式能源交易的适应性和优越性。     

基于区块链的电力物联终端信任共识方法

电力物联网(PIoT)智能终端安全机制是当前能源互联网发展的难点与热点.信任管理是提高终端攻击防御能力的关键环节,但目前已有方法缺少对信任参数的安全存储和多元评价主体的相关研究.文中提出一种基于区块链的电力物联终端信任共识方法,能够评估终端可信度并应对多种恶意攻击.首先,基于联盟区块链设计PIoT信任共识系统架构,增强信任参数的可靠性.其次,基于Beta分布建立多元信任评价主体机制,用熵值为不同评价主体分配动态权重,得出更准确的综合信任值.然后,提出5条共识机制准则和记账权选择机制,深度融合区块链技术与信任管理方法,为电力终端安全提供双重保障.最后,通过实验验证了所提方法的有效性.     

基于权威证明的微电网分层交易策略

随着电力体制改革的不断深入,分布式发电市场化交易进入了全新的时代。针对传统中心化交易模式存在的诸多问题,区块链因其去中心化、公开透明、不可篡改等特点被广泛地运用到电力市场交易中。鉴于此,提出了一种基于权威证明的微电网分层交易策略,选择权威证明算法构建区块链网络,以用户需求为依据对用户进行分层,结合信用机制对权威证明算法验证人选举制定了参考依据,设计了"价格为主,信用为辅"的双向拍卖机制,运用智能合约编写了交易策略并部署在区块链网络中。实验模拟了13个节点的交易网络,并对比了不同共识算法区块链网络的差异。实验结果证明了所提交易策略的可行性与高效性。     

基于区块链的电力物联网信任网关设计与实现

为保障大电网安全,解决电力物联网复杂通信网络中网关抗攻击能力弱、设备集中式接入认证方式导致认证中心负荷大、效率低、存在安全隐患等问题,提出了一种基于区块链的分布式动态网关架构以及接入认证机制。将区块链的共识机制运用到主网关的动态切换过程,形成了分布式的动态网关结构;结合门限秘密共享算法提出一种可信、灵活的分布式接入认证方式,并将接入认证过程中所涉及的设备ID等数字信息存入区块链数据存储结构中以提高认证过程的安全性。为了从理论和实践上说明该方法的有效性,进行了安全性分析与实验。结果表明,所提出的动态网关架构可以抵御物联网常见攻击,接入认证机制可以为电力物联网设备提供高度安全的接入认证保障。     

基于区块链动态合作博弈的多微网共治交易模式

随着前沿信息技术在智慧能源系统中的广泛应用,能源互联网下的多能源交易市场面临着诸多新的挑战。基于区块链技术构建微网群中聚合商与多个微网2类交易主体间的共治交易环境,设计区块链聚合商–微网群联盟交易架构及区块数据结构,针对包含冷热电联供系统的微网及聚合商2类区块链节点,以多能互补为基本原则建立考虑碳配额机制及环境标识因数的节点模型;基于聚合商及微网节点间的能源交易新模式,设计动态合作博弈的环境标识因数激励机制及多目标进化算法支撑的智能合约,并提出共治系数用以评估所提微网群运营策略的有效性;最后,经算例仿真验证表明,区块链共治交易模式在保证各交易节点效用的基础上,可为多能源协调优化互补提供有力支撑,促进可再生能源发电就地消纳,有助于微网群的低碳可持续发展。     

基于区块链下光伏微电网交易市场化中的应用分析

实现光伏发电特别是分布式光伏发电市场化交易具有广阔前景。基于能源互联网条件下的电力市场化交易也是未来光伏新能源的发展方向。基于区块链典型特征,分析了区块链和能源互联网交易的共同属性,验证了能源互联网领域区块链的安全性能;根据分布式光伏电站分布范围广、非随机平稳特征等特点,提出具有储能设施的分布式光伏电站微电网区块链交易模型,并应用于实际微电网分布式光伏电站中。实验结果表明,文中所提出的交易模型在交易效率、交易成本方面具有一定优势,可为分布式光伏电站区块链交易实现提供一定实践基础。     

基于函数挖掘的能源信息物理系统数据安全风险识别算法

数据安全风险评估对于能源信息物理系统安全稳定运行至关重要。现有的从二次设备、信息等角度来分析数据安全风险已经无法满足能源信息物理系统广泛的能源接入和各能源之间的能量、信息交互需求。首先提出基于粗糙集的数据安全风险要素特征选择算法,对影响能源信息物理系统中数据的安全风险特征集进行特征选择,降低能源信息物理系统数据安全风险要素集的维度;在此基础上,利用基因表达式编程（gene expression programming, GEP）的函数挖掘特性,提出基于混合GEP的能源信息物理系统数据安全风险识别算法,通过设计小生境种群生成策略以及动态自适应变异概率动态调整策略来提高数据安全风险识别的准确率和效率。仿真实验结果表明,所提算法对于复杂高维的能源信息物理系统数据安全风险集的识别和预测具有较高的准确率和较强的实用性,可为下一步制定能源信息物理系统数据安全防护策略提供理论方法支撑。     

基于区块链技术的电网灾害预警决策系统

为了进行电网自然灾害风险预警,减少自然灾害对电网的影响,研究了基于区块链(block chain,BC)技术的电网灾害预警决策系统。首先,根据电网与自然灾害之间的耦合作用关系,挖掘电网智能设备采集数据及自然气象等信息资源,搭建了区块链支持的电网灾害预警决策系统的总体架构。然后,以电网冰灾为例,根据气象预报和微地形等信息,利用模型预测控制(model prediction control,MPC)算法修正了电网输电线路覆冰模型,建立了由线路覆冰过重、舞动以及绝缘子闪络引发的线路故障概率模型。最后,通过MPC算法求解输电线路覆冰预警模型,实现了线路故障预警。以某市西北部和中部几条220kV线路为例进行覆冰预测分析,验证了提出的基于区块链的电网灾害预警决策系统对覆冰厚度进行预测的可行性和有效性。     

基于匹配理论的分布式能源交易区块链分片技术研究

以区块链为代表的去中心化技术因其突出的可靠性和安全性已被广泛应用于分布式能源领域。区块链分片技术可以克服传统区块链系统低吞吐量、低可扩展性的性能缺陷,然而现有区块链分片系统大多采用随机分片模式,没有考虑系统中节点的能力差异以及分片的安全隐患。为了解决这类问题,文中提出了一种在分布式能源交易场景下区块链分片的匹配算法,该方法充分考虑了分布式能源交易中节点对节点间电气距离和分片内交易数的偏好,以降低能源传输损耗和交易成本,同时考虑节点信誉值,以反映其过去在交付承诺能源方面的表现,保证分片的安全性,并将问题抽象为具有外部性的多对一匹配模型进行求解,最后通过仿真实验验证了所提出的区块链分片方法优于传统的分片方法,具有良好的应用价值。