基于區塊鏈技術的電動汽車充電樁共享方案研究

0 引言

基于電池技術發展與國家政策支持，電動汽車市場高質量、快速發展，甚至局部地區出現集中、爆發式增長，使得車樁需求缺口不斷擴大

。為滿足電動汽車充電樁使用需求，有必要對電動汽車充電樁共享平臺及其方案進行研究

。據此，基于區塊鏈技術分析，借助智能合約技術優勢，提出基于區塊鏈技術的電動汽車充電樁共享方案，并對基于區塊鏈技術的電動汽車充電樁共享平臺進行優化設計，對提高充電樁共享方案可行性、經濟性與實用性具有積極意義。

1 區塊鏈技術概述

1.1 區塊鏈技術

在2008年，中本聰發表了一篇與比特幣有關的論文，在此論文中首次出現了區塊鏈技術概念，此技術概念的出現導致很多人對互聯網技術出現了顛覆性認知

。區塊鏈技術的本質屬于分布式記賬技術，是指分散用戶通過端節點連接在一起，將所用參與者都納入分布式數據庫中

。區塊鏈技術擁有多種特點，比如去中心化、鏈上數據無法修改、可查閱歷史數據、信息公開透明等等。正因如此，憑借區塊鏈技術可以完成信任建設

。

供工作人員選擇的分類標準有很多，區塊鏈技術也如此。主流區塊鏈技術分類標準需要以服務對象為基礎，此分類標準可以將區塊鏈技術分為三類，分別是公有鏈(Public Blockchain)、私有鏈(Private Blockchain)以及聯盟鏈(Consortium Blockchain)

。其中，公有鏈系統主要應用方向與領域包括虛擬貨幣、匿名交易、互聯網金融、全社會公共事業監督等等；私有鏈系統主要用于防范內部或外部攻擊，提高數據安全性，可根據系統實際情況選擇具體運行模式。聯盟鏈主要用于超級賬本(Hyperleder)與R3聯盟等等

。

1.2 智能合約

在1995年，美國密碼學家Nick Szabo提出了智能合約概念

。參考其本質進行分析可知，智能合約的內核為code is law(代碼即法律)，借助代碼編寫制定計算化交易協議，確保合約內容可以順利落實

。但是由于當時相關技術并不成熟，導致此概念一直無法被廣泛應用，其實際作用無法發揮出來。區塊鏈技術的出現為智能合約普及提供了基礎，受區塊鏈技術自身特點影響，可以有效提高智能合約運行安全性與可信性。同時，借助區塊鏈技術公共算法可以搭建配套系統，保證智能合約運行效率。在應用智能合約技術時，用戶需在用戶界面進行相關操作，比如同意區塊鏈執行代碼，包括在不同時間、不同條件下的各種操作信息。智能合約雙方不需要擔心會出現信息泄露、信息篡改等問題，智能合約會定期進行自我檢查，對各條件失去進行驗證，確保合約可以順利運行。

2 基于區塊鏈技術的電動汽車共享方案

基于區塊鏈的動力電池數據監控與共享系統共包括兩大組成部分，分別是監控模塊硬件和軟件系統兩部分，其結構如圖1所示。

根據潛在制造能力的定義，潛在制造能力體現了在生產約束條件下企業能夠進一步擴大的制造能力水平。影響潛在制造能力水平的影響因素眾多，假設影響潛在制造能力水平的影響因素描述為：(fp1,fp2，，fpi)，則按照以下步驟進行潛在制造能力度量:

首先，模擬本系統的應用場景：電池全生命周期管理者包括電池生產廠家、新能源汽車數據中心以及充電樁運營服務商等等，他們可以憑借電池診斷系統與電池包BMS完成通信。不同運營廠家在進入數據分享系統時會選擇不同接入模式，以充電樁運營服務商為例，他需要依靠直流充電樁診斷模式完成對動力電池CAN信號的翻譯，了解電池工作單體與電池包所包括的物理信息

。

我們通過學習新課程理念了解到：我們初中化學教師應創設生動形象的教學情境，讓學生身心愉悅地加入到課堂教學中，并通過實驗現象或是教師的引導，激發學生探究化學知識奧秘的熱情，并逐漸增強其學習的信心和能力，培養學生終身學習的觀念。而心理學家強調過興趣的重要性，即人只有在感興趣的狀態下，從事一項工作，其精力會更專注，想象力會更豐富，創新力也更容易激發，因而這也為我們化學課的教學指明了方向。而我們初中化學教師可以從以下三個方面，提升學生的學習興趣。

基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺中，技術的安全性、信息數據的信任機制依靠區塊鏈等技術的合理應用。具體實踐中，區塊鏈技術的不可篡改性、私有交易性是保證技術安全、用戶信息安全、信息數據信任機制的重要內容

。

畢重增，西南大學教授，重慶市人文社科重點研究基地心理學與社會發展研究中心副主任，西南大學心理學部人格發展與社會適應實驗室負責人，集刊《社區心理學研究》常務副主編。在國內外發表論文80余篇，出版有專著《自信與社會適應》《德行與才智——幸福生活的社會認知基本維度》，以及教材《心理測量學》《消費心理學》等。

基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺的個人中心頁面可以進行個人賬號設置、交易查詢、安全認證等操作。在充電樁交易過程中，充電樁使用者可以通過平臺顯示的充電量信息、充電樁所有者標識等，計算充電費用，并在平臺上完成電費支付

。同時，用戶可以在個人中心頁面中查看充電樁的編號，通過哈希索引搜索，可以組合充電樁交易信息的鏈式結構，以輸出充電樁的相關信息，包括型號、充電功率、充電費用等。綜合而言，基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺是開放性平臺，為避免因用戶數量持續增加產生的數據丟失、損壞等問題，并為規模化充電樁交易等提供數據支撐，可以綜合充電樁共享平臺用戶數量分析和充電樁使用頻率分析，充分應用大數據技術、數據挖掘技術，以提高充電樁共享平臺的數據處理效果，進一步優化充電樁布置，為發揮充電樁共享平臺效用提供助力

。

3 基于區塊鏈技術的電動汽車充電樁共享平臺設計

3.1 基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺技術架構

基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺用戶可以通過區塊查詢頁面，查看充電樁交易信息

。該頁面展示的信息有數字摘要、交易信息，數字摘要包括節點數確認、系統版本、區塊哈希值等。

圖2中，充電樁共享平臺方面，該平臺采用Fabric的分布式架構，主要通過各聯盟鏈參與者進行系統維護

。同時，該平臺允許個人用戶接入自有充電樁，通過區塊鏈技術應用，充電樁的狀態、定位等信息可以有效被分享和廣播。充電樁所有者包括公司級別的大型公共充電樁所有者、私人充電樁所有者。他們可以借助區塊鏈技術優勢，入駐充電樁共享平臺，通過閑置信息發布等方式，賺取相應收益。電動汽車車主方面，車主是充電樁用戶，在基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺中，車主可以搜索到距離最近、價格最優惠的充電樁，同時可以定位周邊空閑充電樁，并進行點對點交易，在提升車主充電體驗感受的基礎上，幫助車主記錄電價，實現在線交易結算

。聯盟鏈節點方面，該內容是聯盟鏈的核心內容，能夠對交易數據進行備份，是基于區塊鏈技術充電樁系統高質量運行的有效保障。聯盟鏈節點生產過程中，由大型充電樁運營中心進行競選

。實際應用中，聯盟鏈節點可以通過共識機制，存儲基于區塊鏈技術的充電樁平臺中的交易信息，且每一個聯盟鏈節點都可以成為信息記錄、存儲的節點

。因此，基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺可以通過聯盟鏈節點相關數據分析，對數據進行核算并給予相應獎勵。

3.2 基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺運行機制

為提高基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺應用實效，不僅要在平臺的底層搭建區塊鏈系統，而且要對操作界面進行優化處理，保證其友好性和兼容性。特別是在充電樁所有者、電動汽車車主申請加入共享平臺時，保證其可以通過簡單的用戶注冊即可登錄平臺

。同時，應對用戶信息進行匿名保護和信息加密，保障用戶的信息安全。若大型充電樁運營商申請加入平臺，則通過用戶信息認證方式進行認證，以提高運營商充電樁的信息管理實效

。另外，在充電樁交易過程中，應保證交易信息的保密性，以保障交易安全。為方便用戶查看充電樁狀態與交易收益情況，用戶可以通過共享平臺的主頁面進行查看。若用戶想增加充電樁數量進行共享使，應向平臺提交申請，待審核通過后，方可在平臺系統中查找到新增的充電樁的定位信息、交易信息、充電樁類型等

。

伴隨電動汽車與私人充電樁的數量不斷增加，電動汽車充電分享服務的人群(充電樁服務商及私人充電樁所有者)數量也將呈現出上升趨勢，在未來，此人群數量可以達到上億規模

。基于此，充電服務用戶(電動汽車車主)人數將遠高于這一數據。由此可見，未來充電需求與供應將是一項非常龐大的工程，充電服務商之間很難實現充電服務的標準和服務質量統一，充電費用也將參差不齊。因此用戶在選擇服務商、充電樁時會面臨許多困難

。區塊鏈技術的出現可以有效解決這一問題，可以增強雙方之間的信任。在整體流程中，充電樁共享平臺參與主體 基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺技術架構如圖2所示，主要參與主體如下：

其次，可以憑借腳本完成數據清洗、電池數據報表生成等工作。當數據報表生成后，智能合約借助私鑰簽署功能完成MD5 碼(Message-Digest Algorithm)生成工作，并將其納入到區塊當中，在此過程中還可以完成數據采集工作，為數據報表生成奠定基礎。對于動力電池全生命周期來說，不同階段需要采集不同的電池數據，然后將其以報表的形式的存儲在各階段所對應的數據庫當中

。擁有數據查詢權限的用戶在查閱時，需要完成私鑰驗證，私鑰驗證流程為以動力電池數據接口進行切入查閱電池數據報表。在數據報表獲取過程中，系統需要判斷MD5碼是否發生改變，以此分析電池數據真實性

。即現階段技術人員可以對動力電池全生命周期各個階段數據進行監控，并且可以在保證數據真實性的基礎上完成數據共享。

3.3 基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺的安全性

“是的！”高個子外星人開心地轉了一圈，“我很喜歡現在的樣子，當然我也不會忘記‘人’的感覺。怎么樣，你也要留下來了吧？”

在數據私有交易的過程中，借助區塊鏈技術，可以保證用戶在使用共享充電樁過程中，數據信息具有隱秘性。既有研究成果和共享平臺建設情況分析可知，一般區塊鏈結構中，交易節點可見，但在交易過程中需要通過驗證才可以生成共識性新區塊

。基于此，引入私有交易模塊，通過智能合約的應用，有效實現了用戶權限的代碼性控制，非權限用戶無法獲取交易信息數據，有效保障了用戶及充電樁交易信息數據安全，杜絕交易信息數據被第三方竊聽的風險。在數據信息共享過程中，區塊鏈內可能存在多條充電樁共享交易訂單內容，且在每個節點內只能查看到與登錄賬號相關的交易內容

。若想查看其他節點的私有交易內容，需要向監管節點提交信息數據查看申請，當申請通過后，方可查看相關內容

。另外，在智能合約模塊中，監管節點給出的信息數據證明，可以對充電樁共享平臺中的交易數據信息進行驗證，以保證節點狀態始終處于最新狀態。在本系統平臺中，應用智能合約模塊，對充電樁的共享應用情況、電池健康數據等信息進行保護和權限查詢，不僅提高了平臺信息的安全性，更為基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺高質量發展提供技術保障

。

在數據信息不可篡改方面，基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺可以通過MD5碼，將電池數據信息發送給用戶認證，并簽字上傳于區塊鏈信息數據管理中心

。若想人為修改電池數據信息，需要通過用戶投票方式(一半以上用戶節點投票通過)完成修改。根據充電樁共享平臺既有研究和實際運行分析，這種信息修改方式幾乎不可能實現。在聯盟鏈視角下，若電池數據信息修改要求通過，則合約規則發生改變，但這不會對數據信息的安全性、不可篡改性產生影響

。

隱私保護方面，基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺中的數據信息可以形成數據報表，并在鏈上公開MD5碼

。為獲取完整的充電樁及電池數據報表，需要通過報表獲取授權與信息驗證，有效避免了數據信息的泄露。另外，充電樁及電池信息數據采集過程中，區塊鏈技術中的監控模塊可以對數據信息涉及到的用戶隱私信息進行清洗與保護

。

信息與計算科學專業是數學、信息科學和計算機科學三者交叉的學科，它以數學為基礎，計算機為工具，解決信息和工程計算方面的實際問題．這一專業設置較好地適應了以信息技術為核心的全球經濟發展格局下的人才培養與專業發展[1-4]．

4 結語

綜上所述，區塊鏈技術的應用可以提高電動汽車充電樁共享效率與質量，在信息數據保護、優化信息數據體驗等方面發揮重要作用。為進一步優化平臺應用質量，本文在區塊鏈技術應用的基礎上，加入智能合約模塊，進一步提高了數據信息的安全性，為基于區塊鏈技術的充電樁共享平臺高質量發展提供技術支撐與保障。未來實踐發展中，相關技術人員和平臺研發人員應借助新興技術內容，立足電動汽車充電樁需求分析和可持續發展需要，對充電樁共享平臺進行優化和完善，在有效保障用戶信息安全的基礎上，提高用戶使用充電樁的便利性和安全性。

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