基于區塊鏈技術的碳排放機制設計探討

孔德昌

摘要：對于碳排放權交易，是促進實踐節能、低碳市場的重要政策工具，所以在工作實踐中，應該采用科學方法對碳排放機制進行科學設計。對此，本文介紹了區塊鏈技術，分析了區塊鏈特性，提出了碳排放機制中區塊鏈技術設計策略，希望能夠為相關人員提供參考。

關鍵詞：區塊鏈技術;碳排放機制;設計分析

前言：在我國環保戰略不斷實施過程中，促使發電生產形成的碳化物不斷進入嚴格、精細付費管理時期，而在市場化運營模式下的碳排放權交易工作將會緊密結合電力市場化。在2011年之后，我國設置了7個碳權市場試點，同時組織進行碳權交易。但是在發展過程中發現支撐技術不足，也是沒有在我國進行全面推廣的關鍵因素。而區塊鏈技術屬于分布式共享信息庫技術，可以建立透明、公開交易環境，可以針對交易數據設置防篡改以及溯源功能，可以實現精細化管理目標[1]。

1 區塊鏈介紹

區塊鏈技術最初是比特幣的底層技術，在2008年獲得廣泛關注，由于其具有共識機制、防篡改、去中心化以及數據可追溯技術特征，所以獲得各個行業關注。現階段，在數據查證、產品溯源以及金融等領域廣泛應用區塊鏈技術，具有數據安全、效率高等優勢。按照區塊鏈特征，能夠把其分為聯盟鏈、私有鏈與公有鏈類型。（1）聯盟鏈。其網絡主要是允許注冊成員的參與，對于鏈上數據查、改、刪、增等權限主要是通過聯盟管理節點進行制定，各個主體之間的數據權限存在差異。（2）公有鏈。并沒有準入要求，用戶建立節點進入到公有鏈網絡，就能夠以匿名方式參與公有鏈應用數據中，不同主體節點均能夠自由進入到網絡中。（3）私有鏈。在私有組織中具有廣泛應用，鏈上數據查看與操作權限根據管理員提供的鏈碼開展執行工作[2]。

在上述三種區塊鏈中，聯盟鏈對于業務設計、執行效率以及權限管理等方面的優勢較為突出，在“多對多”分布式交易中具有良好適用性。

2 區塊鏈特性

對于聯盟鏈，不僅具有區塊鏈基本特征，同時具有鏈碼服務、策略服務與身份服務等功能。第一，身份服務。主要是為了保證聯盟鏈的權限管理、針對接入系統節點展開權限分配與身份識別等。第二，策略服務。主要是借助策略驅動手段，提供系統功能管理以及配置策略，一般是面向業務授權管理以及訪問控制，讓聯盟鏈應用轉化成準入區塊鏈，涵蓋系統節點退出和加入、身份注冊以及驗證、保密與隱私以及其他共識策略，確保聯盟鏈數據可管、可控、安全，實現分布式共享。鏈碼即智能合約，主要是在驗證節點中運行，對于特定業務數據進行自動執行，智能合約規定的業務數據即能夠對賬本數據進行自動更新[3]。

3 碳排放機制中區塊鏈技術設計分析

3.1碳排放政務的區塊鏈技術方案設計

對于區塊鏈，主要是對交易數據區塊中基于時間順序組合的鏈式結構進行記錄，以本質角度分析，屬于分布式、去中心化的數據庫，通過默克樹以及非對稱加密審技術，確保信息數據不會受到外部攻擊以及黑客篡改，進而為數據安全提供保障。聯盟鏈一般需要通過注冊許可，一般是限于聯盟中權限達標的成員參與其中，在跨機構協同辦公、結算以及交易等方面具有良好適用性。

對于碳排放第一階段，主要任務就是保證在信息缺乏對稱性影響出現的數據造假問題得到有效解決。區塊鏈是防篡改的數據庫，其中涵蓋前沿探測技術，對溫室氣體的排放信息進行核查，同時，借助不同傳感器直接上鏈采集的數據，借助共識機制對數據進行核查，達成共識之后進行區塊打包并開展儲存操作，可以充分提高數據的真實性。同時，區塊鏈鏈式結構與加密算法能夠保證碳排放數據實現可追溯與安全目標，進而構建數據共享系統。在數據共享系統中，相關部門能夠獲得真實數據，進而對碳排數據進行全面監管以及核查。碳排企業排放數據屬于第一手資源，基于真實的基礎數據，政府能夠結合歷史排放信息科學開展配額分配工作。

對于碳排第二階段，主要任務就是合理分配碳配額。現階段，我國并未建立總碳配額分配方案。其中，政府分配合理性一般會受到機制設計合理性影響，屬于動態發展過程，分配方案能夠借助區塊鏈中智能合約進行設計。第一階段借助區塊鏈技術上鏈排放數據，建立共享平臺，采集各個企業數據，對于第二階段，選擇第一階段中共享平臺，根據基準線法、歷史排放以及拍賣機制等方法，控排企業行業基線向智能合約中編入，進而合理分配減排企業與控排企業配額。完成配額分配之后，減排企業與控排企業得到相應配額，基于全網廣播輸入到區塊，可以選擇自己將配額消耗掉，也能夠為碳排交易提供良好準備[4]。

3.2碳交易所中區塊鏈技術方案設計

碳交所是配額流轉的重要場所，對于碳市場中交易主體，涵蓋配額賣方與買方，同時涵蓋清結算專業機構、市場組織人員以及中介結構等。這些主體根據交易流程與規則，借助碳市場交易活動，對所持配額自發調節，基于總排放量消減以及控制背景，不斷追求經濟效益。

在碳交所應用區塊鏈技術過程中，主要涵蓋2部分內容。首先多方參與;其次，分布式交易。第一部分，清結算機構、市場組織者以及中介機構等主體加入區塊鏈，建立聯盟鏈，實現多方參與。另外，市場組織者能夠對聯盟會員登記等環節進行審核。第二部分，分布式交易主要是通過配額交易環節中區塊鏈分布式節點對交易數據進行記錄，達成共識之后向區塊存入的過程主要涵蓋以下步驟。

（1）按照配額的分配方案，減排企業和控排企業將初始配額錄入其中，通過區塊鏈廣播達成共識，之后向區塊中寫入。

（2）對于配額的賣方與買方，參與配額交易活動，上鏈配額價格、數量與其它信息，建立區塊鏈的數據層，同時上鏈數據時，借助加密法處理交易數據，進而充分提高數據安全性。分布式數據，完成區塊鏈共識層設計，達成共識后向區塊鏈中寫入，完成交易后，將智能合約觸發，交易完成之后，可以保證貨款兩清，即區塊鏈合約層[5]。

（3）在交易所中，核查機構主要是對交易合同與交易數據真實性進行核查，區塊記錄交易數據，同時進行區塊打包，以此為基礎構建共享系統。共享平臺能夠充分提高鏈上交易的透明性與公開性，并且通過鏈式結構，能夠有效追溯交易數據，為核查機構提供良好依據。

3.3碳交易中區塊鏈技術的實現

將區塊鏈設計為底層技術，交易區塊生產主要涵蓋3個步驟，第一，交易發生;第二，認證過程;第三，挖礦記賬。見下圖。

以配額賣方B與配額買方A交易為例，在兩者發生交易之后即會形成交易數據，系統借助非對稱加密技術有效加密數據明文，進而產生數據密文。對于認證節點，選擇買賣雙方公開公鑰將密文獲得的數據明文公開。對交易數據的輸入輸出地址、字節大小、結構、輸入輸出金額以及語法等信息進行檢驗，如果檢驗結果達標，那么在待記賬交易池中加入該數據，等待節點對交易進行確定。在上個區塊形成過程中，即啟動下個區塊挖礦過程。按照初始難度值，挖礦過程中需要持續10min左右。挖礦節點借助哈希算法確定滿足要求的Nounce數，促使區塊頭的哈希值比目標哈希小，同時在全網中廣播該Nounce值率。驗證所有節點，如果區塊哈希值比目標哈希值小，同時區塊字節大小、時間戳以及數據結構等信息有效，那么共識達成，此挖礦節點得到記賬權，同時獲得獎勵與交易費。此時，買賣雙方完成交易，同時該區塊在不同節點位置進行分布式儲存。

結語：綜上所述，本文以聯盟鏈技術為基礎設計了碳排放機制。主要涵蓋碳排放政務的區塊鏈技術方案設計、碳交易所中區塊鏈技術方案設計、碳交易中區塊鏈技術的實現三方面內容，可以為分布式碳交易市場中相關參與主體帶來良好市場收益。

參考文獻

[1]魏彬，劉曉鋒，茍航.基于公有鏈的分布式鏈上能源交易模式探究[J].長春師范大學學報，2020，39（02）：41-47

[2]云圖. 基于區塊鏈技術的能源數字化的應用前景分析[A]. 國際清潔能源論壇（澳門）.智慧能源產業創新發展報告（2018）[C].國際清潔能源論壇（澳門）：國際清潔能源論壇（澳門）秘書處，2018：15.

[3]杜曉麗，梁開榮，李登峰.基于區塊鏈技術的電力行業碳減排獎懲及碳交易匹配模型[J].電力系統自動化，2020，44（19）：29-35.

[4]王輝，廖昆，陳波波，金彬斌.低碳形勢下基于區塊鏈技術的含微電網電力市場交易出清模型[J].現代電力，2019，36（01）：14-21.

[5]周洪益，錢葦航，柏晶晶，衛志農，孫國強，臧海祥.能源區塊鏈的典型應用場景分析及項目實踐[J].電力建設，2020，41（02）：11-20.