摘要：随着近年来区块链的概念提出，人们逐渐构想将区块链技术应用于金融、政府、物流、医疗等各个方面。而传统电力物联网存在的低可信网络环境下的电力物联网个体的信任问题以及隐私保护问题，也可以在基于区块链这一点对点的分布式数据库系统技术的发展下，可以得到很好的解决，从而使得电力物联网的发展迈向新的台阶。文章阐述了区块链技术的特点以及传统电力物联网发展存在的问题，并分析了电力物联网在区块链技术下的研究与应用。
关键词：电力物联网；区块链
电力物联网是未来世界科技发展的主要驱动力，是继通信网之后的另一个万亿市场。现在电力物联网正在繁荣发展，特别是随着5G技术的逐渐应用，以后所有的事物都可以通过电力物联网相连。而区块链技术的兴起，则可以让电力物联网在大规模应用的基础上突破传统的电力物联网发展所存在的问题。
1 电力物联网发展现状
电力物联网作为一个战略新兴产业，极大地促进了经济增长。政府给予了极大的关注，国家“十三五”规划纲要明确提出“发展电力物联网开环应用”，将致力于加强通用协议和标准的研究，推动电力物联网不同行业不同领域应用间的互联互通、资源共享和应用协同，通过开环应用示范工程推动集成创新，总结形成一批综合集成应用解决方案，促进传统产业转型升级，提高信息消费和民生服务能力，提升城市和社会管理水平。各大科技公司都投入了大量资源参与到电力物联网技术开发中，无人驾驶，智能家居也在飞速发展。随着中国5G技术的逐渐应用，电力物联网海量连接、广域覆盖、短时延问题也会逐渐解决。
但是电力物联网仍然存在极大的瓶颈，数以千亿计的电力物联网设备的管理运营给电力物联网个体带来了极大的成本压力；在电力物联网领域目前涉及用户的隐私数据都储存在中心服务器，具有极大的泄露风险；当前电力物联网更多地是将设备连接在一起进行数据的采集工作，而很难进行自主协作，完成具有商业价值的应用。
2 电力物联网与区块链结合的技术解决方案
2.1 应用场景的物体抽象
在实际的电力物联网场景中，我们面临的设备是来自多个厂家的，每个厂商都有多种型号的数据，这些数据都不一样，因此如何对这些物体进行抽象，对所需要的数据进行抽象，这是电力物联网应用层要去解决的问题。电力物联网端的数据偏向后端，兼容不同的设备和数据结构，就显得尤为重要，做到能兼容市面上比较多的设备是一个浩大的工程。所以设计一个硬件的抽象层，把所有的硬件全部抽象出来，这样数据在上传到区块链的时候就不需要把一个高、低电频的信号量存起来。嵌入式设备的存储空间有限，光一个状态可能就记不起来了，这些设备可以进行验证，在中间被设置起来。整个构架保证边缘数据的采集，确保没有人工干涉，进而把相对干净的数据上链，并且提供相应接口，能和其他的链进行数据交互。
标准在应用层的统一，是电力物联网当下最需要解决的问题，也是未来万物互联互通的重要基础设施。电力物联网的标准不会在中心化的云端实现，而是在边缘计算的可编程开始，摒弃传统的模块+云的模式，应用逻辑会在固件之外，形成统一的编程模型。
2.2 不同电力物联网设备间的可信互操作
电力物联网设备出场时，商家把一个唯一地址写入硬件，并在硬件的包装盒内放置该地址私钥的二维码。控制中心通过获得私钥后发送给设备绑定命令（使用该私钥签名），从而拥有该硬件的完整控制权。绑定后控制中心可以删除设备的私钥，仅保存控制中心自己的私钥即。点对点控制：控制中心通过给设备发起一条控制指令，来操作设备。基于链上状态的控制：当控制端无法和设备建立点对点连接时，可以让控制端消费一些机区块链Token（通证），在链上写入一个"状态改变〃，或"控制命令〃来操作目标设备。目标设备可以直接从链上同步状态或控制命令，或则通过一个可信节点同步状态或控制命令。这样区块链解决了所有设备都连上云后的运维成本和稳定性问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆自动化控制：并不需要使用合约来设置"气温低于25度则关闭空调〃的逻辑，这些自定化控制逻辑可以用传统的开发语言在控制端（比如一个App）里实现，降低了设备支持合约所需要的硬件成本，多厂商可以共建一个开放的生态。
2.3 数据在区块链上的同步
我们常见的产品溯源场景，往往在产品生产、存储、流通过程中数据反复被ERP、MES、WMS等不同中心化的系统录入，整个环节的一致性是完全没有保障的。这些电力物联网的数据基本是以时间为序列的，和区块链有天然的结合。盖上时间戳的数据，可以防止重放攻击，解决并发导致的死锁等问题，解决数据在流通中的最终一致性问题，过往这些数据在割裂的中心化网络中并没有有效地被结合起来。
边缘计算节点会以同步的时间戳为核心，控制局域网络内的业务逻辑。时间戳在整个区块链网络是同步的，追溯同一时刻整个网络各节点的行为可以还原网络某一时刻的状态。
2.4 可实现价值转移的共识机制
考虑到电力物联网里主控设备的计算能力有限，故排除比特币使用的POW（工作量证明机制）共识机制，选择区块链技术中常用的DPoS（授权股权证明机制）作为共识算法。根据这种算法，全网持有区块链Token（通证）的人可以通过投票系统来选择区块生产者。一旦当选，任何人都可以参与区块的生产。网络上的资源不是免费的，在任何个包含了多笔电力物联网合约交易的区块诞生之时，系统将奖励打包区块者。这样就实现了数据的价值转移。未来基于区块链的电力物联网生态系统中，不同的参与方可以通过提供资源获取Token回报，或是消费Token获取资源，并且彼此分享，形成一个经济价值驱动的自治体。
2.5 区块链上的节点分类
电力物联网的节点往往是非常小的运算单元，算力很低，内存很小，MCU不会超过512kb， Linux版本的节点也就是路由器的级别，存储也很小，MCU的只有1M的Flash，这样的节点参与共识是非常困难的。所以电力物联网的结构一定是由多个节点组成一个网络，这个网络里会有一个或是多个应用，应用通过应用接口和链发生交互，而本地应用所需的计算能力来自边缘计算单元，可以是网关或是路由器。应用可以使用中心化或是去中心化的方式管理局部网络，并和链发生交互。根据以上特点，把电力物联网区块链生态里的节点进行细化分类，比如提供接口功能而无存储功能的轻节点、记载全网信息由高性能设备扮演的全节点、担负打包和投票功能的代表节点、验证交易的控制节点等等。
2.6 去中心化的安全性
电力物联网与区块链的结合在隐私和安全性方面也具备很强的重放攻击，因为本地自组网是去中心化的，在一个本地应用网络中，一旦主要应用节点发生故障，应用逻辑会转移到另一个节点继续完成，从而保障了本地应用网络一致性的问题。电力物联网本身的安全性是由操作系统本身保证的，采用对称密钥，密钥在网络中不传输。此外链网络释放基于时间戳的一次性Token 到应用网络，从而对抗重放攻击。
结语
电力物联网作为现在科技必不可少的一部分与未来新技术区块链技术的结合，必将会促使电力物联网迈向新的台阶，“区块链+电力物联网=无限可能”的场景有着极大的可能去实现。虽然在5G的发展下，电力物联网的海量连接、广域覆盖、短时延问题会得到解决。但是电力物联网传统桎梏仍然没有很好的解决方法，区块链技术的横空出世将再次引发电力物联网新一次革命，在降低电力物联网的运营成本，解决电力物联网的隐私保护问题，建立新的商业模式等方面起着决定新的作用。当然区块链对于电力物联网的其他方面也有着极大的作用，例如大数据记录保存可以为电力物联网参与者提供合适的解决方案，本文未一一阐述。
参考文献:
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[4]朱岩.区块链关键技术中的安全性研究[J].信息安全研究，2016（12）：1090-1097.
论文作者:张世超1,卢兴旺2, 杜善慧3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
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