基于区块链的电力营销数据存储方法分析

基于区块链的电力营销数据存储方法分析

郑岳

国网山东省电力公司营销服务中心（计量中心） 山东济南 250002

摘要：人们在日常生活中使用电气设备会产生电力数据,电力营销数据包括用户的家庭住址、用电量、电费等,这些数据作为客户个人隐私,电力企业收集这些数据信息的同时,需要对数据进行分析。应用区块链技术进行电力数据存储工作中,有效的与传统存储工作拉开差距,并且可以有效保障数据安全性,保障电力信息储存的安全问题,满足现阶段电力营销数据对于数据存储的各项需求。

关键词：区块链；电力营销；数据存储；方法

1相关背景知识

区块链是一种分布式数据结构，可以在网络成员之间进行复制和共享。它被引入比特币来解决双重花费问题。区块链是一种基于分布式计算和数据存储的新兴技术，受密码学数字签名和分布式共享机制的组合保护。即使存在网络攻击和通信中断的情况下，区块链系统的中的各个节点依旧可以达成区块链网络状态的一致性协议。

区块链技术的核心优势在于其去中心化中达成信息的共识。通常可以将区块链看作一个日志，它的记录被批处理成时间戳保存为区块，每个块由其密码散列标识。其中每个块都引用它之前的块的哈希值。这将在块之间建立一个链接，从而创建一个块链或区块链。在区块链网络中的任何一个节点都可以访问这条链连接的区块列表存储的数据。这些节点形成一个对等网络（peertopeerP2P），区块链的交互流程如下：

1）节点之间交互，节点通过私钥/公钥与区块链进行交互。其中私钥来进行自己的交易，并且可以通过公钥在网络上寻址。区块链中使用非对称加密技术将信息认证，数据完整性和不可否认性带入到区块链网络。

2）交易验证，区块链网络中的对等节点对交易进行验证，确保这个进入区块链中的交易有效，然后再进一步转发，进行全网的同步，无效的交易会被丢弃。

3）挖矿，挖矿是指在约定的时间间隔内，由网络使用上述流程收集和验证的事务，且将各事务进行排序并打包成一个时间戳成为候选块的过程。

4）事务验证，节点验证的交易包含事务的有效性，以及当前的散列引用其链上的前一个区块的散列值。如果是这种情况，他们会将区块添加到其链中。如果不是这种情况，则丢弃候选的区块。

区块链应用程序为各种场景提供了应用程序接口（API）。用户通过这些API与他们直接交互，而不必担心底层的技术细节。通常在区块链应用中把它作为一个附加的数据库，由对等网络节点维护。在区块链系统中，任何节点都可以签署和发布事务，如果它们被验证通过则加入到新的区块中。区块链系统中的节点将随时检查其分散网络中的其他节点，每个节点都可以加入协商过程，将新的区块扩展到区块链中。区块链中数据具有防篡改特性，在新区块生成过程中需要其他节点的验证，因此在全局账本中记录的所有有效的区块和交易实际上都是不可变的。此外，整个全局账本在区块链节点之间按照协商一致的机制进行同步[12]，使区块链上存储的数据真实性和准确性有了更大的保障。

2区块链系统的数据存储技术

区块链的每个区块中都由区块和区块头两部分组成,而区块链则是由这些区块头组合而成,大量的区块头使得区块链更加完整。目标区块也是前一个区块的哈希值和随机数组合生成的。根哈希验证交易的真实性,经过验证不会出现伪造交易。区块体分别对每一次的交易数据进行存储,交易数据的结构根据区块链系统具备的功能决定。

区块链是在信息交易形成存在的基础下得以诞生的系统,因此,其系统中包含大量关于交易的数据信息。庞大的数据以Merkle树的形式展现,并以树状结构对数据加以存储。

其中Merkle树的数据结构可以是二叉或者演变成N叉,如图2所示,比特币中使用的就是这种二叉树的结构。Merkle树本身需要大数据,将其压缩成字符,证明其保留的数据真实性,也无需显示原始数据。Merkle树是从下至上进行数据结构构建的。Merkle树结构中会根据实际需求为其命名,而用户可以根据这一点对内容进行识别,无需解压文件。

3区块链数据储存方式

3.1基于区块链的电力营销数据存储架构

第一步，智能电网设备或用户向基于区块链的多级加密电力数据存储系统发送存储请求，需要在分布式存储节点中选择某个在线的存储节点作为存储服务的对象。在基于区块链的电力营销数据存储系统中设定一旦终端发送请求，在60s内不能再选择其他存储节点发送存储请求，且收到存储节点的确认后，直接传送存储数据。

第二步，当在线存储节点收到存储请求时需要为请求节点提供存储服务，且按请求节点请求时间的先后顺序回复节点。当智能电网设备或者用户收到存储节点的确认消息后，即向存储节点传输电力数据。

第三步，存储记录信息上链，在存储节点完成响应请求的存储服务之后，存储节点将存储记录信息传输到区块链上。最后由智能电网设备或用户评价此次存储服务，评价信息作为存储节点的信用分，可根据该信用分评判该存储节点的存储性能。

3.2电力营销数据保密性研究

基于区块链存储技术,为了保障数据的安全,提出一种多级加密机制,通过这种加密机制实现数据安全性传输。并且该机制与分布式存储在一起使用可以解决数据不集中的问题。

多级加密机制主要是由身份认证、数据加密、哈希提取等多种加密工序组合而成。在进行身份认证时,RSA算法可以生成公钥、私钥,保护电力数据,具体的算法如下。

首先需要基于算法生成密钥,通过X和Y两个质数计算乘积N=X·Y;得出N的欧拉函数ϕ(N),也就是(X-1)*(Y-1)的乘积;再随机选择一个整数e;整数e需要满足1

数据加密采用了非对称加密算法AES完成加密,实现数据存储的安全性。

3.3数据安全性分析

针对于数据安全防护技术,可以使用加密或者脱敏法对原始数据进行加密,加密法以密文的形式进行存储,数据脱敏通过计算原始数据得到使用数据,通过AES、RSA对数据进行加密,数据将以密文的形式进行传输和存储,加强电力营销数据的安全性。实验结果明确表明了区块链电力营销数据存储机制的高效性能,更加适合进行数据存储,保障数据的安全性。但是该系统中采用的分布式数据库,对于不完整的数据无法正常进行存储工作。因为数据需要根据被服务方的实际需求进行存储,并保障文件的安全性。用户在使用的时候才不会出现数据存在问题或者被泄露等情况。通过采样抽取对两种方法的数据完整性进行分析,根据Setup和Challenge两个阶段可以轻易得出信息的完整性,最后的等式成立则说明该种方式具有数据的完整性证明;如果不成立,则说明数据文件可能已经损坏。

结论

针对传统的集中式数据存储模式无法满足电力业务数据存储所要求的安全性，低延迟和扩展性问题，提出了一种基于区块链的多级加密电力数据存储架构。该存储机制具有存储稳定性高、安全可靠、数据可追溯、可审计、可扩展等诸多优势，同时提出的多级加密机制支持电力数据上链、电力数据传输等流程的逐级加密及验证，使得电力数据存储与数据访问的安全性得到进一步的保证。通过实验证明，相比于传统的集中式电力数据存储机制，本文中所提出的电力数据存储机制延迟更低，吞吐量更高和响应时间更低能够满足电力营销数据存储的稳定性和安全性要求。

参考文献

[1]范冬梅.电力用户用电信息采集系统数据分析与处理技术[J].工程技术:全文版,2019(8):199.

[2]楚文师,李进.电力系统信息管理自动化的研究[J].工程技术:文摘版,2019(4):163.