基于區塊鏈技術的電網安全技術分析

孫俊暉 蔣云昊 胡睿 伍科

[摘 ? ?要]與傳統的中心服務器相比，區塊鏈技術可以讓所有的參與方在底層技術上建立相互信任的關系。在基于區塊鏈技術的系統中，所有交易者的身份都是保密的，交易時區塊鏈內部的全部節點都會共同參與解決數據交易的一致性問題。正是由于區塊鏈技術的以上特性，作為一種分布式的數據儲存技術，區塊鏈技術可以被應用在許多行業和領域。為了促進我國電力行業的穩定發展，使得電網的安全性得到保障，區塊鏈技術開始應用于電網行業?；诖?，闡述了區塊鏈技術的相關概念，對基于區塊鏈技術的電網安全技術分析，以促進我國電網行業的安全發展。

[關鍵詞]區塊鏈技術;電網安全技術;電網系統

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–0–03

[Abstract]Compared with the traditional central server， blockchain technology allows all participants to establish a mutual trust relationship on the underlying technology. In the system based on blockchain technology， the identities of all traders are confidential， and all nodes in the block chain will jointly participate in solving the consistency problem of data transaction. Due to the above characteristics of blockchain technology， as a distributed data storage technology， blockchain technology can be applied in many industries and fields. In order to promote the stable development of China's power industry and ensure the security of the power grid， blockchain technology has been applied to the power grid industry. Based on this， this paper first expounds the relevant concepts of blockchain technology， and then analyzes the power grid security technology based on blockchain technology， in order to provide some reference for the security development of China's power grid industry.

[Keywords]blockchain technology; power grid security technology; grid system

1 區塊鏈技術的概述

1.1 區塊鏈技術的概念

區塊鏈指的是分布式的節點，即在區塊鏈內所包含的全部節點都處于平等的地位，不存在中心處理器，所有的節點都沒有被中心處理器控制。由于區塊鏈內所包含的全部信息的處理程序都是透明、平等、公開的，所以基于區塊鏈技術的數據信息是可靠的、低風險的、有較高安全性。相比于傳統的中央處理器對數據信息的處理流程，區塊鏈技術對于數據信息的處理，完美地避免了傳統中央處理器處理信息過程中出現的存儲扎堆問題，從而提高了分析和處理數據信息的效率。區塊鏈內所包含的所有節點都可以處理數據信息，甚至所有節點都可以對數據信息進行編碼。綜上所述，相較于傳統的中心服務器來說，區塊鏈技術可以更加高效地對搜集到的數據信息進行處理，同時區塊鏈技術的信息處理也減少了中心服務器的壓力，使得數據信息的儲存和安全性都得到了保障。區塊鏈技術可以在確保數據信息真實可靠、信息內容保密的前提下，對大量數據進行分析與管理，同時盡可能降低數據管理的成本。

區塊鏈技術可以建構一種按照時間記錄、保證數據信息真實可靠，以及可以高效地對數據信息進行分析處理的數據庫?；趨^塊鏈技術的數據庫不僅可以對所有的數據信息進行充分的記錄，同時還可以對數據信息進行處理、管控、分類和加密，從而保證數據信息的可靠性和真實性。

1.2 區塊鏈技術的特點

1.2.1 去中心化

區塊鏈技術不存在中心處理器，不需要借助第三方就可以完成點對點的交易，進行一定的協調和合作。在基于區塊鏈技術的系統中，不存在一個單獨的機構或者個人可以全面控制所有的節點和數據。同時，區塊鏈內所包含的任何一個節點停止工作也會不影響區塊鏈系統的正常運行。正是區塊鏈技術這種去中心化的特征極大地提高了數據信息的安全性。

1.2.2 不可篡改性

區塊鏈系統可以利用加密技術來分析和儲存數據信息，利用分布式共識算法來搜集和更新數據信息。對于一個交易的進行，區塊鏈技術需要所有的節點參與并且對交易進行驗證，一旦任何數據發生了修改，那么就需要更改后續所有的記錄。同時，僅僅是對單個節點的數據進行修改，并不會影響到區塊鏈系統中的最終數據信息。

1.2.3 公開透明性

區塊鏈內所包含的所有節點都會對各個區塊的內容進行單獨記錄，每個節點都包括最新的完整數據庫拷貝，而且節點中所包含的全部信息記錄都是透明公開的，任何人利用透明公開的接口都可以查詢到節點數據。

1.2.4 集體維護性

區塊鏈技術分布式的特點使得它具有集體維護性。區塊鏈技術不需要中心處理器，因此區塊鏈技術需要以平等的方式由各個參與方進行統一的維護，所有參與方權責分明，不需要向除了參與方之外的第三方機構讓渡權限，具備一定的集體維護性。

2 區塊鏈技術在電網系統的應用

2.1 基于區塊鏈的電網系統

隨著我國電網系統的不斷更新和改革，以及區塊鏈技術的快速發展?；趨^塊鏈技術，電網系統可以構建一個分布式的電力交易市場，通過電力交易市場可以將電網系統與科技通信技術進行一定的融合，為我國電網系統的各方參與者構建一個可靠性更高的交易和支付平臺。區塊鏈去中心化的特征可以幫助分布在各地的能源用戶交易電力能源，從而減少電力在傳輸過程中的資源消耗。

基于區塊鏈技術，可以將電表信息與區塊鏈內部的各個節點進行連接，使得所有的電表數據信息存儲于區塊鏈系統中，從而取代傳統人工方式搜集電表信息，進而提高電力信息數據搜集的效率。區塊鏈技術所具備的公開透明性和不可篡改性，也保障了我國電力市場的公開透明，以及數據庫中電力信息的真實性和可靠性。區塊鏈技術具備集體維護性的特征，這就要求所有的由區塊鏈系統連接起來的電力參與者履行各自的責任，從而提高了電網系統的管理效率。

2.2 區塊鏈技術提升電網安全風險管控水平

通過區塊鏈技術可以實現交易票據數字化，提高電網系統的安全生產治理能力。區塊鏈技術具有去中心化、公開透明性、不可篡改等特點，因此在電力系統的安全管控工作中，借助區塊鏈技術、生物識別技術以及身份認證等科技手段，可以實現將票據、實際電力勘察數據等票據執行程序進行記錄，從而保證所有工作票據的負責人員、簽發人員等工作人員的身份信息是正確可靠的。在電網系統中采用基于區塊鏈技術的身份認證功能，可以有效地避免出現人票無法匹配的現象，降低電網系統中的管理漏洞，提升電網系統安全風險管控水平，增強電網系統的安全生產治理能力。

2.3 構建電力能源互聯網

隨著互聯網的快速發展，互聯網的優勢也逐漸顯現出來，互聯網可以為企業提供一個覆蓋范圍廣泛、資源消耗低、工作效率高的平臺。因此，對于電網行業來說，區塊鏈技術的發展為電網行業帶來了新的機遇。借助于區塊鏈技術，電網系統可以構建一個電力能源的互聯網，電力能源互聯網可以聚集全國各個地區可以轉化為電能的資源，可以高效地連接各類能源所處的地區，從而實現能源的準確調配與高效使用。由于全球各個地區的運輸距離較遠、通訊數據難以有效的傳達，導致蘊藏在全球各個地區的大量資源難以高效的交換，進而造成了各個地區電能分布不均勻的情況，有些地區電能富裕，而有些地區電能匱乏，并且電能也很難實現有效的調配。然而區塊鏈技術的發展，使得構建全球各地電能互聯網成為現實。在電力能源互聯網中收集了世界各地各種各樣的電力設備和能源，這些數據信息可以長期記錄在互聯網中，并且可以有效地對這些數據進行管理，從而優化各地的電能管理與調配。

由于區塊鏈技術是分布式的，所以電力能源互聯網也是分布式的，因此就無需在線下建立一個統一的第三方機構進行管理，只需要電力能源互聯網的各個參與方進行相互的協調與管理?；趨^塊鏈技術構建的電力能源數據庫可以提高電網數據的安全性，因為數據庫中的數據信息是公開透明、可溯源的。同時，區塊鏈技術的分布式特點也使得數據庫可以自動分區塊管理，各個地區的電網企業可以自主地對所在地區的電力能源進行管理。

2.4 區塊鏈降低電能消耗

區塊鏈技術可以幫助電網企業建構更加可靠、高效的融合物聯網。區塊鏈技術所具備的去中心化特征和分布式特征可以有效調節電網電能，幫助電網企業建立分布式的用電模式，幫助企業實現綠色環保的用電模式。目前，以區塊鏈物聯網技術和大數據技術構建成的微電網已經被有效應用到電網系統的建設當中，與傳統的電網系統相比，微電網具備電力能源分散、負荷分散、電力能源就近消耗的特征，是對傳統電網系統的創新和優化。借助微電網可以使得遠端供電變成現實，為我國電網系統提供了更加穩定的、安全的、可靠的電力系統運輸環境，解決了偏僻地區以及海島地區無法通電的現實問題。

2.5 區塊鏈助力電網優質服務

家電企業擁有家電的各項運行和控制數據，有實現家電節能減排的技術實力，電網擁有居民家庭用電的數據，同時有著能耗節省、負荷降低的需求?；趨^塊鏈技術，可以把兩者的優勢和需求充分地融合起來。利用區塊鏈技術，家電企業和電網可以在保障各自的數據權益和安全的前提下，實現家用電器各項數據的可信共享?；诟陚涞臄祿?，可進一步推動家電智能化水平的提升，提升客戶體驗;家電可以及時響應用電負荷需求，更好地實現節能減排，客戶也可以從電網獲得一定的節能補貼等實惠。在這個場景中，基于區塊鏈技術的互信機制，較好解決了客戶隱私保護、家電廠家和電網數據互信共享的難題，可以說通過區塊鏈技術的應用，三方都能各取所需、互利共贏。針對分布式光伏電站數量多、范圍大、分散廣，缺乏有效監管和運行維護難度大等問題。國家電網公司建設了基于可信區塊鏈的新能源云，以電網為樞紐，全面實現電源端、客戶端泛在連接，通過“橫向協同、縱向貫通”的管理體系，實現了全生態、全場景的新能源服務體系。①它可為政府部門、電網公司、發電企業提供可靠數據和政策分析，引導新能源規劃布局;②可為新能源廠商、發電企業、設備供應商及運行維護商提供開放交易平臺。

3 基于區塊鏈技術的電網安全技術分析

3.1 建立安全可靠的區塊鏈保障體系

區塊鏈技術雖然取得了迅速的發展，但是區塊鏈技術目前尚未發展成熟，因此需要根據區塊鏈技術現有的可靠性特征和潛在的安全威脅，分別從物理安全、數據信息安全、密鑰安全以及應用安全四個層面建構更加可靠的區塊鏈體系。通過建立主動免疫框架和可信任務計算，實現網絡攻擊黑客無法侵入、非授權者無法接收關鍵信息、無法解除密鑰取得隱私數據信息、無法非法篡改數據信息、工作系統不會出現異常癱瘓等安全防護目標。

3.2 電網區塊鏈安全性評估

智能電表的設計往往存在著安全漏洞。隨著越來越多的聯網用能機器設備不斷地接入到電網中，增大了網絡攻擊給電網帶來的潛在風險。然而區塊鏈技術擁有著諸多優勢，網絡危險防御功能也是區塊鏈技術的特點之一，主要是因為區塊鏈技術具備不可篡改數據、完整數據可用性、冗余性、隱私與控制和外包計算的特點。

防止篡改數據指的是，區塊鏈技術在得到合理的應用之后，全部的計算都會以散列模式開展，自數據形成開始就已經具有了不可篡改性，這就保證了區塊鏈中的數據信息在傳輸過程中不會被篡改，提高了數據信息的安全性。完整數據可用性是指區塊鏈技術具有分布式的特點，區塊鏈內部的信息是以分布式的形式存儲在多個節點中。在分布式管理下，即便是某個或者某幾個節點遭到了外來的侵入，也不會對整體的數據信息造成影響，從而保證了完整數據可用性。冗余性，區塊鏈在運行的過程中是不存在中心故障點的，區塊鏈正是由于這種冗余性的特征，使其非常安全。隱私與控制，區塊鏈用戶具備對數據的控制能力，用戶可以選擇對部分數據進行隱私加密，只給特定的接受者看特定的內容。外包計算是指區塊鏈內加密的信息可以傳輸給第三方機構處理，而且在傳輸的過程中數據信息的內容是一直處于加密狀態的。

在數據通訊漏洞修復層面，區塊鏈技術可以將電力批發市場與結算功能整合成一個可靠、安全的區塊鏈系統，從而有效地減少虛假數據信息的流入和電力價格操控的潛在風險。區塊鏈系統可以保障各個交易方之間的數據信息或通訊系列的固定性，同時，提高存儲數據的保密性和可靠性。區塊鏈技術具備的防御網絡危險的功能可以有效地應用到電力系統的保護上，從而降低惡意網絡攻擊對電網系統的破壞。

隨著能源系統數據化和去中心化水平的提高，電網系統應對網絡攻擊的可靠防御的需求大幅增加。如果得到恰當的應用，區塊鏈技術能夠修復聯網和數據通信的漏洞，提高數據機密性與私密性，從而有力地防御來自內部和外部的各種威脅。區塊鏈技術和那些旨在將其更廣泛地推向大眾化應用的技術正在為實現一種新型用戶身份驗證模式鋪平道路。當前的用戶名/密碼組合系統已經過時多年。公鑰-私鑰對（也被稱作公開秘鑰加密）是一種更加安全的身份驗證模式，也是像比特幣和以太坊等系統的默認身份驗證模式。隨著這些區塊鏈技術應用的用戶友好程度提高，所有登錄系統都將自然而然地完成向這種更現代、更安全的模式的轉變。

4 結語

隨著區塊鏈技術的快速發展，以及區塊鏈技術所具備不可篡改性、去中心化、可追溯性的特點，使得區塊鏈技術在我國多個領域得到了充分的應用。尤其是在我國的電網行業，區塊鏈技術的應用可以為整個電網系統帶來收益，增加電網系統運行管理的可靠性和穩定性，提高電網的安全性，同時可以為廣大的電力用戶提供高效、可靠、方便的電能使用環境。在未來，區塊鏈技術的有效應用可以使得我國電力能源的高效分配變為現實，可以精確地分析我國各個地區電力市場和電力的使用情況，節省電網行業的管理成本，對我國電網行業的發展有著重要的意義。

參考文獻

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