基于区块链的虚拟电厂模型研究

新能源技术和互联网技术推动了电力系统由智能电网向能源互联网进化,未来能源互联网将以分布式能源作为主要的一次能源。虚拟电厂技术能够聚合分布式能源并建立虚拟电力资源交易,逐步成为分布式能源高渗透情况下的核心并网技术。针对以实时电价为驱动的未来能源互联网,结合区块链这一安全、透明、去中心化的分布式计算范式,建立基于区块链的虚拟电厂模型,通过区块链的激励机制将虚拟电厂协调控制手段和分布式能源独立并网行为有机联动,从而实现高效的分布式调度计算。仿真实验表明,所提模型满足能源互联网中分布式能源高渗透率、高自由度、高交易频率、高响应速度的并网需求。     

一种基于DHT的区块链数据归档

区块链是具有去中心化、不可篡改的一种分布式账本,网络中每个节点都保存了相同的区块数据。但是,随着区块链运行时间的增长,区块链中节点需要保存和同步的数据随着时间暴涨,甚至超过存储介质容量增长的速度。针对此存储方面的性能问题,从区块链数据存储方面进行研究,通过分析当前区块链网络中每个节点保存相同数据的存储冗余状态,提出基于...     

基于区块链的分布式离链存储框架设计

随着分布式存储技术的不断发展,越来越多的企业、政府机构用户将数据保存在云端,实现大数据的分布式存储和数据资源共享。区块链技术的去中心化、可追溯、不可篡改、数据一致性等特点,为解决云存储存在的隐私和安全挑战问题带来了新的契机。文章提出了一种基于区块链的分布式离链存储框架。在区块链中部署区块节点和存储节点,其中区块节点用于执行底层区块链运行机制,存储节点用于存储数据和文件,通过将区块和存储功能区分开实现了离链存储,保证了区块链的运行效率。此外,文章还提出了一个使用基于经典数据占有机制的全局交互验证方法,以确保数据文件的分布、可靠和可证明的存储。用户向区块链中添加区块(存储文件)时会触发公平挑战机制的审核机制,从而隐式验证离链存储的所有文件是否完整。     

区块链的数据管理技术综述

最近几年,随着加密货币和去中心化应用的流行,区块链技术受到了各行业极大的关注.从数据管理的角度,区块链可以视作是在一个分布式环境下众多不可信节点共同维护且不可篡改的账本.由于节点间相互不可信,区块链通过共识协议,确保数据存储的一致性,实现去中心化的数据管理.针对区块链的安全性以及共识协议,已有诸多工作进行全面的分析.将从数据管理的角度,分析区块链技术与传统数据库下数据管理技术的异同.分布式数据管理的研究已经持续数十年,涵盖了数据存储模式、事务处理机制、查询执行与验证、系统可扩展性等诸多方面,并已有诸多技术广泛应用于实际的分布式数据库中.该类工作往往假定存在中心可信节点或者节点只可能发生崩溃而不存在恶意攻击.然而在区块链环境中,系统设计需考虑不可信节点可能的攻击行为以及拜占庭容错.这给数据管理带来了新的问题与挑战.因此,将梳理并分析国内外有关区块链数据管理的文献,并展望未来的研究方向.     

基于高弹性电网的虚拟电厂短期负荷预测

虚拟电厂是电厂智能发展的结果,是能源互联网的终极组态,它将需求侧资源和分布式能源与传统电网进行融合,共同满足社会发展对电力的需要。目前,虚拟电厂技术大部分应用在分布式能源的调度优化,而对用户侧需求响应的研究较少,且存在虚拟电厂需求侧资源和分布式能源的电能质量与可靠性问题。为解决上述问题,本文借助智能化技术进行调控,实现与传统电网的稳定融合,并对虚拟电厂接入的需求侧资源和分布式能源通过聚类、关联度分析、决策算法、回归算法等进行负荷预测和分析,以支撑虚拟电厂需求响应、清洁能源消纳等业务。仿真实验表明该预测模型可实现需求侧负荷、分布式电源出力的精准预测,支撑虚拟电厂实现分层分区精准调控及其他业务。     

区块链技术在电网数据分布式存储中的应用研究

智能电网数据存储技术通过直接对数据进行加密保存,实现电网数据的分布式存储,由于对数据存储节点的判定较为模糊,导致其存储延迟时间较长。对此,文章提出基于区块链技术的电网数据分布式存储技术,采用加密协议对存储节点提供签名和密钥,对数据存储节点进行加密。利用区块链技术构建出存储数据的共识机制,实现电网数据的分布式存储与共享。在实验过程中,文章对存储延迟时间进行了验证,经实验分析证明,利用提出的存储技术对电网数据进行存储,存储延迟时间较短。     

基于信誉的动态授权PBFT共识机制

区块链是一种基于零信任基础、去中心化及不可篡改的分布式账本技术。共识算法作为区块链主要技术之一,其效率直接影响区块链系统性能。针对PBFT共识算法运行效率低的问题,本文提出了基于信誉的动态授权PBFT共识机制,引入信誉评价体系对系统节点进行信誉评价,动态决定从信誉最高的节点中选取共识节点,同时实现了非停机情况下动态增删节点的功能,且随着系统长期运行,所能容忍的拜占庭节点动态增加;优化了一致性协议,将传统的一致性协议与基于speculation技术的拜占庭协议进行融合,降低了算力开销和通信代价;通过对共识节点的信誉及行为分析,进一步降低恶意节点成为共识节点的概率,解决了由拜占庭节点作为主节点带来的交易延迟增加问题。最后从算力开销、交易吞吐量和容错性能等方面进行了论证分析。     

兼容多种标识的新型根区管理技术

现有互联网域名及工业互联网标识体系根区的管理模式是一种中心化的架构,会形成一个绝对权威中心控制所有数据,权力的过于集中会存在权力滥用、缺乏监管等风险.针对这个问题,分析了互联网域名及工业互联网标识解析体系中根区顶级域或顶级节点当前的管理模式,并对这种中心化的模式进行改进,提出了一种新的兼容多种标识的根区管理技术.首先,利用区块链分布式存储、难以篡改等特性,根节点之间通过准入机制构建平等共治的联盟链,然后选择安全高效的共识机制,设计合理的数据结构,对根区数据进行注册、更新和注销,从而使顶级域或顶级节点共同参与维护根区数据,实现根区的去中心化管理,保证根区数据的一致性与安全性.     

考虑容量限制的虚拟电厂负荷功率动态分配系统

受分布式电源容量大小自身缺陷的影响，为虚拟电厂负荷功率分配带来了较大的阻碍。为此，提出考虑容量限制的虚拟电厂负荷功率动态分配系统设计。将容量限制纳入负荷功率动态分配约束条件中，以此为基础，设计系统软件模块，主要包括负荷功率运算模块、负荷功率动态分配模型搭建模块、约束模块与输出模块，通过软件模块的开发，实现了虚拟电厂负荷功率动态分配。其中，约束模块包括分布式电源出力极限约束、功率平衡约束与储能机组容量约束；输出模块结合动态规划算法与TS-SOA算法，制定负荷功率动态分配方案获取流程，执行制定流程即可获得最佳的负荷功率动态分配方案。实验数据显示：设计系统虚拟电厂能源消耗率最小值为5%,虚拟电厂经济效益最大值为90万元/月，证实了设计系统具有较佳的应用性能。     

运行于区块链上的智能分布式电力能源系统:需求、概念、方法以及展望

智能分布式电力能源系统（Intelligent distributed,electrical energy systems,IDEES）具有组件种类繁多,数量庞大,管理困难,利润低微等特点,导致传统中心化的运营管理不再适合此类系统,而区块链技术可能是推行大规模分布式智能电力能源系统重要的技术路径.由于电力能源系统是一种具有社会和技术双重属性的系统,从而注定了其在用区块链实现运行时,必然需要多种区块链来描述和建模其不同的属性,在文中称之为“区块链群”.具体来说,从底层到高层,这个区块链群由分布式数据存储与服务区块链、智能资产管理区块链、电力系统分析区块链、智能合约运营区块链和智能电力交易支付区块链组成.基于区块链技术、分布式文件服务技术、分布式电力系统分析与管理技术,这些不同层次和功能的区块链自我组织、互相协助,最后形成一个分布式自主的电力能源运行系统.在此复杂系统中,频繁而深度的计算与交互衍生出系统智能,笔者期望这种智能将促成稳定、可靠、有效的电力能源生产、传输与消费.     

基于Gossip协议的拜占庭共识算法

区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错能力低,而且对区块链系统的可扩展性差。针对这一问题,文中提出了基于Gossip协议的拜占庭共识算法,使系统可以容忍小于一半的节点为拜占庭节点,能够达到XFT共识算法的容错能力。同时,因为采用了统一的数据结构,所以系统具有更好的可扩展性,并且有利于正确节点识别区块链系统中的恶意节点。在该算法中,提案节点随着区块链长度的变化而转移,系统中所有节点都处于对等的地位,从而避免了单点故障问题,进而使得系统具有更好的动态负载均衡的性能。     

企业级区块链技术综述

在传统跨机构交易的企业应用中,各个机构都是独立记录己方的交易数据,机构间数据的差异会引起争议,通常需要人工对账或中介机构来解决,因而增加了结算时间和交易费用.区块链技术实现了交易数据在写入前共识验证、写入后不可篡改的分布式记账,可信地保证了多机构间的数据一致性,避免了人工对账和中介机构.区块链是一种去中心化、不可篡改、可追溯、可信的、多方共享的分布式数据库,企业级区块链是节点加入需经许可的适用于企业级应用的区块链技术.结合Hyperledger Fabric,Corda和Quorum等企业级区块链平台,提出了企业级区块链的系统架构;从交易流程、区块链网络、共识机制、区块链数据、智能合约、隐私保护几方面阐述了企业级区块链的原理与技术;针对企业级区块链的现状,总结了当前的研究挑战与未来的发展趋势.     

基于联盟区块链的体域网信息安全方案

针对无线体域网（Wireless Body Area Networks,WBAN）传感器数据在传输和存储过程中容易遭到劫持、篡改等问题,引入了去中心化的联盟区块链技术,提出了一种应用区块链来保障体域网数据安全的方案。通过采用Hyperledger Fabric搭建联盟区块链,利用联盟区块链的分布式记账和共识算法来保证用户生理数据的完整性和不可篡改性;再利用身份管理机制,构建联盟通道和Private Data技术来保障数据传输的隐私性。该体域网传感器节点,也是区块链的记账节点,彼此一一对应,因此还尝试将传感器之间的通信转移至区块链上来完成。实验结果表明,在使用该方案保证传感器数据安全的同时,传感器的功耗也能维持在很低的水平。     

基于信任度匹配的改进PBFT共识算法

共识算法是去中心化的区块链系统实现数据状态一致的关键。针对传统的实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识算法在可扩展性和安全性方面存在的不足,提出一种基于信任度的匹配拜占庭共识算法(Trust-based Matching Byzantine Fault Tolerance,TMBFT)。首先,通过基于信任度的邻居匹配模型来选取部分节点进行投票共识,以降低区块链网络的通信量;其次,引入信任度评价机制来监督邻居节点的行为,确保有效检测出拜占庭节点,保证节点投票的安全性;最后,设计投票计数机制保证了共识结果的一致性,并提高了共识效率。与PBFT相比,TMBFT将通信复杂度从O(N²)降到O(N log₂N),有效降低了网络中的通信开销。安全性分析表明,信任度评价机制可降低节点作恶的概率,并有效提高系统安全性。实验结果表明,TMBFT较传统拜占庭算法具有更好的性能优势。     

基于测距的无线传感器网络均衡式招募调度算法

节点调度是均衡无线传感器网络能量有效方法之一．分析基于测距的睡眠调度算法（RBSS）发现其招募节点能耗过大,造成其过早死亡,影响网络的生命周期．针对这个问题,本文在正六边形覆盖模型的基础上,基于能量均衡思想,提出基于测距的均衡式招募调度算法（RBDRS）．RBDRS算法将协作节点招募的任务转移到新招募的协作节点上,均衡网络能耗．招募节点通过测距招募距其最远的邻居节点作为协作节点,协作节点再依次为招募节点招募新的协作节点,直至无法招募到新的协作节点．仿真实验结果表明,与RBSS算法相比,在不增加额外开销的条件下,RBDRS算法能够有效减少工作节点数目,提高网络覆盖率,均衡网络能耗,延长网络生命周期.     

区块链共识算法的发展现状与展望

共识算法是区块链技术的核心要素,也是近年来分布式系统研究的热点.本文系统性地梳理和讨论了区块链发展过程中的32种重要共识算法,介绍了传统分布式一致性算法以及分布式共识领域的里程碑式的重要研究和结论,提出了区块链共识算法的一种基础模型和分类方法,并总结了现有共识算法的发展脉络和若干性能指标,以期为未来共识算法的创新和区块链技术的发展提供参考.     

基于CPCRLB和一致性算法的分散式传感器管理

针对无线传感器网络中的目标跟踪问题,基于条件后验克拉美—罗下界（CPCRLB）提出一种分散式传感器节点管理方法．基于一致性策略给出一种CPCRLB的分布式迭代算法,并且基于分布式粒子滤波器给出该算法的数值逼近实现．对层次结构的无线传感器网络,将CPCRLB作为传感器管理的准则,基于平均一致性给出一种迭代的局部搜索算法,实现了无线传感器网络下观测节点的分散式在线选择．仿真结果表明了基于CPCRLB的分散式传感器管理方法在目标跟踪精度方面的有效性．     

基于区块链的可信分布式能源共享网络研究

分布式能源共享是能源互联网发展的重要方向,而现有分布式能源供需共享网络普遍存在能源主体间难以达成信任及能源消耗高等问题.在能源共享网络中建立互信机制,基于区块链技术设计可信分布式能源共享网络,利用基于侧链技术的三层网络协同工作链码体系实现网络性能提升和主体隐私保护,通过分布式能源动态调度机制降低能源损耗并提高整体能源利...     

区块链与可信数据管理:问题与方法

作为支撑比特币实现无中心高可信的账本管理的技术,区块链在金融领域得到了广泛关注.区块链实现了不完全可信环境中的可信数据管理,具有去中心化、防篡改、不可抵赖、强一致和完整性等特性,同时也具有高延迟和低吞吐率的性能问题.在互联网技术发展,新型应用层出不穷的大背景下,借鉴区块链在数字加密货币应用中的成功经验,探索可信数据管理的理论、技术,并设计、实现系统,是学术界所面临的重要问题.本文从可信数据管理角度,介绍区块链相关的技术和研究进展,包括分布式共识、智能合约、数据溯源等,并分析应用对可信数据管理所提的需求和研究挑战.     

A Storage Optimization Scheme for Blockchain Transaction Databases

As the typical peer-to-peer distributed networks, blockchain systems require each node to copy a complete transaction database, so as to ensure new transactions can by verified independently. In a blockchain system (e.g., bitcoin system), the node does not rely on any central organization, and every node keeps an entire copy of the transaction database. However, this feature determines that the size of blockchain transaction database is growing rapidly. Therefore, with the continuous system operations, the node memory also needs to be expanded to support the system running. Especially in the big data era, the increasing network traffic will lead to faster transaction growth rate. This paper analyzes blockchain transaction databases and proposes a storage optimization scheme. The proposed scheme divides blockchain transaction database into cold zone and hot zone using expiration recognition method based on Least Recently Used (LRU) algorithm. It can achieve storage optimization by moving unspent transaction outputs outside the in-memory transaction databases. We present the theoretical analysis on the optimization method to validate the effectiveness. Extensive experiments show our proposed method outperforms the current mechanism for the blockchain transaction databases.