基于區塊鏈技術的智能電網數據管理框架研究

胡 畔，薄 玨，劉育博，劉曉強，曲睿婷

(國網遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧 沈陽 110006)

我國進入信息化時代后，各行各業都開始進行企業數據管理的更新換代，智能電網系統與電力設備信息系統也都有大量的數據等待分析和處理。尤其是在工業大力發展的21世紀，電力信息較以往更加復雜，其信息源與信息結構都與以往存在較大差異，因此智能電網數據管理急需一種能夠快速高效地整理追溯電力信息以及無法被撤銷與修改的智能電網數據管理手段[1]。本文首先對區塊鏈技術在智能電網數據管理中的應用可行性進行分析，通過區塊鏈技術對智能電網數據管理的提升作用來確定兩者之間的兼容性；然后通過具體公式描述現階段智能電網數據管理的安全性；最后分別論述數據采集層、場景應用層等2個層級的管理流程，實現2個層級之間的相互配合，構建基于區塊鏈技術的智能電網數據管理框架。

1 應用可行性分析

1.1 融合分析

區塊鏈技術通常被認為是“互聯網+”思維的延伸，在現代智能化、互聯網化的社會中被廣泛應用[2]。智能電網數據管理通常需要較高的精密度和安全性，而區塊鏈技術作為一種能夠使信息數據具備不可修改特性的技術，在智能電網數據管理中具有巨大的應用價值[3]。如果將這種去中心化的數據信息管理技術應用于智能電網數據管理框架中，就能夠一次性解決智能電網數據管理的信息存儲、安全管理、精密度提高等問題。

1.2 安全性分析

智能電網數據是國家的機密信息，需要極強的保密性，但是區塊鏈技術自帶互聯性，如果將區塊鏈技術融入智能電網數據管理中，就需要確保區塊鏈技術的安全性。基于區塊鏈技術的智能電網數據能夠實現扁平化的管理，使所有節點都能夠一同實現數據處理工作，不需要第三方機構介入，直接實現互相之間的共享交流，不存在能夠集中處理所有信息的中心節點。只有將一半以上的節點同時消除，才能夠對智能電網數據安全造成威脅[4]，但是許多黑客還是能通過信息鏈長度對基于區塊鏈技術的智能電網數據庫進行攻擊，并且可以得到：

(1)

式中:Pn為在進攻過程中，黑客能夠攻擊n個節點的概率；P為智能電網數據節點進行真實信息交流的概率；Q為黑客攻擊該節點得到信息交流能力的概率，且P+Q=1。一般通過Maple軟件計算節點之間電網數據被修改或非法追溯成功的概率，根據式(1)計算基于區塊鏈技術的智能電網數據被修改的成功率如圖1所示。

圖1 智能電網數據被修改的成功率

由圖1可知，數據節點數目與數據被修改的成功率成反比[5]，當智能電網數據節點足夠多時，數據被修改的概率就會無限降低，以目前智能電網數據的節點數目，基于區塊鏈技術的智能電網數據幾乎沒有被修改或追溯的可能，具備足夠的安全性。

2 技術框架研究

基于區塊鏈技術的智能電網數據管理框架分為數據采集層、場景應用層2個層級[6]。

a.數據采集層研究

數據采集層是智能電網數據管理框架的基礎模塊，其主要功能是將智能電網一段時間內的運行情況進行信息提取，通過特定函數轉化為固定格式的數學進制，并應用區塊鏈技術統一加密處理，具體流程如圖2所示。

圖2 數據采集加密流程

由圖2可知，基于區塊鏈技術的智能電網數據采集主要通過加密技術得到密鑰和密文，完成本層數據管理的數字簽名和信息加密[7]。傳統的智能電網數據管理需要設置一個統一的網絡傳輸管理機構作為網絡傳輸中心，而區塊鏈技術能夠將這個傳輸點的任務平均分配給每個區塊節點，使這些節點既承擔了數據傳輸的任務，也具備路由器網絡協議以及區塊信息認證的任務。這樣可以使區塊節點依據時間序列存儲在主體中，在區塊節點被同時破壞50%以上之前都能不受干擾繼續傳輸網絡數據，也能使所有的智能電網數據做到有據可查，同時還能保障智能電網數據庫的安全，確保基于區塊鏈技術的智能電網數據不會被任意修改或非法追溯[8]。

b.場景應用層研究

場景應用層是智能電網數據管理框架最外部的結構，封裝著各種智能電網數據管理的應用模式，也包含區塊鏈技術在智能電網中的交互處理框架，各應用主要包括靜態電網數據管理模塊、動態電網自動化監測模塊等[9]。基于區塊鏈技術的智能電網數據管理框架通常受到較多的信息波動影響，若信息波動頻率較大，則其應用價值也會逐漸增加。場景應用層通常依據傳輸節點對智能電網系統運轉做出良性引導，同時形成分析報告。在這個過程中若出現意外，智能電網系統會自動響應做出綜合判斷，為分布式處理和計算提供保障。

3 結束語

近些年區塊鏈技術經過飛速發展，尤其是在智能電網數據管理領域達到一個新的高度。本文對基于區塊鏈技術的智能電網數據管理框架進行研究，完成了數據采集層、場景應用層的功能搭建，并對這2個層級的運行機制和關鍵技術進行研究，分析了數據傳輸和保護的基本流程。但本文只是構建了基于區塊鏈技術的智能電網數據管理的簡單框架，對于其詳細模式還需要進行進一步研究。