區塊鏈技術在碳交易中的運用

張玉皓

摘 要：能源互聯網和碳交易構成了潛在的參與群體，共享的扶持對象、通用技術、政策以及商業模式，并成一種為順應目前經濟情況，利用互聯網信息技術進行價值重塑的新的發展模式。他不但帶有互聯網信息技術的特點，還帶有可再生能源的特點，表現出由區塊鏈技術支持下的活力。在這種形式下，區塊鏈是否可以幫助中國擺脫碳市場的瓶頸，成為建設國家碳交易體系的“助燃劑”？本文主要分析區塊鏈技術在碳交易中的運用。

關鍵詞：碳交易;區塊鏈技術;能源互聯網

中圖分類號：F23 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.32.041

0 引言

當今，中國的碳交易主要是通過集中交易進行的，但集中交易的可靠性和安全性一直是相關人員關注的核心。碳交易面臨市場改革、社會期待、企業新挑戰。新的挑戰主要集中表現在在商業化、透明度和高效率這三個關鍵要素上。其中市場化是改革的主要方向，透明度是公共事業改革的必要條件。碳交易應在嚴格遵循碳市場標準化的原則上，探索碳交易與區塊鏈之間的聯系，并利用區塊鏈的優勢，使碳市場更加透明、方便、安全。區塊鏈分布式架構讓所有碳市場參與者在數據安全機制的框架內共享數據。數碳交易的數據和規則運行在區塊鏈網絡中，上傳的信息可以在節點中查詢，保持超高數據透明度，在保證安全條件的前提下進行數據共享，這是每個區塊鏈系統提高自身辨識度的重要前提。

1 區塊鏈技術的具體定義

要想更好的了解區塊鏈技術在信息安全領域中的應用，就必須要明確區塊鏈技術的定義。這種技術主要是依托于當前不斷向前發展的計算機網絡技術，利用計算機網絡建立虛擬賬戶，為了提高安全透明度產生的一種數據塊構成。利用這種技術可以查詢使用者在一定時期內的交易記錄以及財產使用情況，并且可以證明用戶的信譽程度，讓用戶在交易過程中形成一個信用評級，實現了去中心化的信用模式。這種技術可以把各種數據進行收集，并且一點一點建立數據庫，進行維護，如果其中的某些數據被篡改或者被破壞，也不會對整體數據造成嚴重影響，當前這種技術已經被運用到生產生活的各個方面，尤其是金融領域，發揮著越來越重要的作用。

2 區塊鏈的應用領域和重點行業

區塊鏈因其技術特征對金融基礎架構的建立存在著多種可能性，因此在金融領域的應用更為廣泛和成熟，而在供應鏈、公共服務、政務、醫療等領域也開始了廣泛的探索并取得初步成效。對于區塊鏈的應用領域和行業的分類并不清晰，相互之間具有交叉性以及邊界的模糊性，作為一項新技術服務于經濟社會的最終要求使其本不該只局限于某一領域，正因為融合所以帶來了更多創新的可能。在金融領域，涉及支付與結算（包括跨境支付）、證券交易、保險理賠、股權登記等;在供應鏈領域，涉及金融、防偽溯源、物流與供應鏈管理等;在公共服務領域，涉及文化產業（包括旅游、商業營銷）、教育系統、知識產權、數字身份、征信等;在政務領域，涉及電子政務、電子發票、司法存證等;在醫療領域，涉及醫療服務、醫藥制造、醫療保險等;其他涉及公益慈善的捐贈平臺、能源等領域和行業。從以上的歸納中可以看出，區塊鏈技術的逐步推廣和完善帶來的將是對整個社會各個領域和行業的革新與推動。

3 能源區塊鏈作用領域

隨著能源革命的推進，能源正在向清潔模式轉變，可再生能源在能源系統中的份額逐漸增加。分布式能源供應的大規模應用使市場漸漸轉變為集中式和分布式混合的能量供應市場格局。能源交易的多樣性和參與者的日益集中造成了核查信息真實性的困難、數據共享安全性的缺乏、高額的交易成本、效應極低協同能力等問題。而能源區塊鏈為這些問題提供了可行性方案。能源區塊鏈主要在三個方面發揮作用：（1）能源供應。利用區塊鏈的技術特性，實現各種能源系統之間的信息共享，避免因建設多余能源系統而造成的浪費。（2）能源傳輸與消費領域。利用區塊鏈技術構建各個利益個體之間的信任關系，提升供給側和消費測之間交易的透明度，實現能源之間的良性輸送，為能源的交易創造高效率傳輸的環境。（3）在能量交易領域。使用區塊鏈技術能解決雙方交易時信息不對稱的情況，協助交易安全的點對點交易，降低了交易的不必要的金錢的損失。眾所周知能源區塊鏈具有智能的合約屬性，所以能源區塊鏈背景下運作的交易均可以自動執行，提高交易雙方的合作效率。

4 區塊鏈等新興技術促進能源行業智能化發展

能源領域的改革對國家經濟和社會發展具有重要意義。目前，它已成為全球關注的一個主要問題。許多國家致力于發展能源領域，促進技術創新，不斷建設電網和通信網絡緊密相連的新基礎設施，并繼續通過互聯網進行能源轉型。隨著區塊鏈大數據、云計算、人工智能等技術的興起，能源的行業創新方向也轉向由智能化管理來優化控制的方向。于此同時進行的是信通技術融合的滲透效果愈發明顯，區塊鏈技術與互聯網技術兼容度高。智能合約為區塊鏈中實體之間的交互提供了智能規則，促使消費者在很大程度上能夠自主購買和銷售能源。區塊鏈的自然分散的特性可以促進能源供應系統的分散，并有助于簡化多層系統。區塊鏈的不能偽造的特性使其有效整合多個環節的生產、分配、消費、交易和管理，多個環節大大降低交易成本，提高交易效率。

5 區塊鏈在碳交易市場中的應用

5.1 區塊鏈技術在碳交易所中的方案設計

中國的碳排放交易所是一個有組織的排放配額轉場所。參與碳市場交易得主體不僅包括配額得買家和賣家，還包括市場交易規則組織者，負責清算和結算業務的專業機構，管理和監督配額流轉的核查機構以及專業的中介服務機構，如圖3所示。這些參與者按照嚴格的交易規則和程序，自發地通過碳市場交易活動調整自己的配額盈余和不足，在排放總量受控制和減少的大背景下追求自身經濟利益的最大化。

區塊鏈技術應用在碳交易所運行中，分兩部分進行敘述。第一部分為多方參與;第二部分為多方參與的分布式交易。第一部分：市場組織者、清結算專業機構、專業中介機構、核查機構、配額賣方和買方加入到區塊鏈中，構成聯盟鏈的多方參與。同時，市場組織者可以審核聯盟會員加入、登記等。第二部分：多方參與的分布式交易體現在企業配額交易的過程中區塊鏈的分布式節點記錄交易數據，達成共識存入區塊的過程分別為以下幾步：（1）根據國家配額分配方案，控排企業與減排企業錄入碳排放配額的初始配額，在區塊鏈中廣播實現共識后寫入區塊。（2）配額買賣雙方參與到配額的交易過程，將配額數量、價格等信息進行上鏈，構成區塊鏈數據層，并且數據上鏈的過程中對交易數據采用加密算法保證數據安全性，以配額買賣雙方A和B的交易為例實現交易數據的存儲，詳細過程如圖4所示。區塊鏈分布式的數據信息，設計好區塊鏈的共識層，在達成共識后則寫入區塊鏈。交易完成后，觸發智能合約，完成交易直接貨款兩清。這是區塊鏈的合約層。（3）核查機構在交易所中實現的是核查交易數據、合同等的真實性，區塊鏈將交易數據記錄打包成區塊進行記錄，由此建立數據共享平臺。數據共享平臺可以使得鏈上交易公開透明，而基于區塊鏈的鏈式結構，可以實現區塊鏈上交易數據的可追溯，從而輔助核查機構完成工作。另外，數據共享平臺包含有記錄的碳配額交易的價格、數量的時間序列數據，再結合人工智能、大數據可以進行碳價預測、預警體系的建立，還可以進一步結合其他能源市場的交易數據，分析能源市場之間的溢出風險。

5.2 碳交易的區塊鏈技術實現

本文以區塊鏈為底層技術，其單個交易區塊的生成過程分為三步，即交易發生、認證過程和挖礦記賬過程。

以配額買方A、配額賣方B之間的交易為例，交易數據是從A和B間的交易中生成的，使用非對稱加密技術的對交易數據進行加密，生成交易數據的密文。參與身份驗證的節點使用公鑰密碼A和公鑰密碼B來獲得交易數據的明文。檢查關鍵信息的語法、結構、字節大小、輸入地址、輸出地址、輸入金額和事務數據輸出金額。如果驗證成功，交易數據將被添加到待記賬的交易池中，等待節點確認交易。下一個區塊的挖掘過程從上一個區塊的創建開始。根據初始難度系數，開采操作過程持續約10分鐘。事先在整個網絡中傳播目標哈希值，參與挖掘的節點通過哈希算法找到塊頭哈希值小于目標哈希值的節點數量。所有節點均應驗證。如果是區塊哈希值小于目標哈希值，且數據結構，字節塊的大小均有效，則達成一致，挖掘該節點獲得記賬權，贏得交易費和獎金。到目前為止，A和B已經完成交易，區塊分散的存儲在每個節點上。配額買賣雙方達成交易。

6 能源區塊鏈發展建議

能源區塊鏈仍處于起步階段，產業的規模仍舊很小，大多企業仍處于探索階段。還有一些技術難點必須克服，例如跨鏈技術、安全性和保密性以及性能的可擴展性等。與此同時，能源系統有許多環節，各個環節的區塊鏈平臺開發不足，開發和使用困難，嚴重限制了能源區塊鏈的快速開發和應用。因此，為了促進能源區塊鏈的發展，建議能源部門進一步加強以下三個方面。（1）加強頂層設計。能源行業應加快建立公共服務平臺的建成，為公共服務，企業對石油、電力、煤炭、新能源等能源企業的發展提供了統一的公共服務平臺，達到降低使用門檻的目的。及時制定適當的政策，為區塊鏈能源開發創造相對有利的環境。（2）關鍵技術的突破。鼓勵企業與研究機構之間形成合作，協同發展，共同創新，推動能源區塊鏈技術的技術改革。其中主要是對跨鏈技術、共識機制、加密算法、分散式存儲等關鍵技術的推進，旨在加強行業創新能力，通過技術更好的服務于各個企業。（3）生態系統建設。為了積極響應國家政策，將生態文明的建設提上日程，加速區塊鏈的完善，加強對于區塊鏈技術的發展應用的指標性數據的研究，與此同時還要完善能源區塊鏈的第三方監管體系。

7 碳交易區塊鏈的發展趨勢

為了建立一個統一的碳交易區塊鏈平臺，需要制定通用標準。目前，跨平臺交易的成本很高，但中國的碳交易市場仍缺乏統一的共同標準——無法形成統一的價格，中國在國際市場上的話語權較小，國家有關部門不但要積極與國外有關單位制定相關標準和制度，提高中國話語權，實現信息共享，還要積極借鑒國際相關市場的成功經驗，制定符合我國國情的標準，構建國內碳交易區塊鏈交易網絡。同時，在構建國家乃至全球平臺時，也要注意區域法律的適用性和區域管轄權等問題。

8 結束語

本文的一些實際應用的例子說明了能源區塊鏈發展正在不斷順應處于變化階段的能源環境、改善服務質量，優化營商環境。文末提出加快發展新能源區塊鏈的提議，加快建立必要的基礎設施以促進相關標準的制定，并實現能源區域鏈從點到面的探索，以推動區塊鏈技術創新和產業鏈的創新發展，為優質經濟社會發展提供新動力。

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