區(qū)塊鏈在城市建設的應用和前景

1、區(qū)塊鏈在城市建設的應用和前景 摘要：區(qū)塊鏈技術由于其去中心化、去信任等功能，應用已經(jīng)超越金融領域，對需要建立在公開、安全、及時和穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)技術之上的應用，區(qū)塊鏈是目前最優(yōu)解決方案。介紹基于區(qū)塊鏈技術、結合物聯(lián)網(wǎng)形成的生態(tài)系統(tǒng)，對在城市基礎設施建設與運營、市政管理部門，包括交通、住房、通訊和電力公用事業(yè)等領域進行分析；討論在獲取及交換數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的有效運作所起的關鍵性作用，如在基礎設施建設的供應鏈中的可追溯性、安全性、便捷性。應用到城市生活當中時，以電力交易結算數(shù)據(jù)為例，討論區(qū)塊鏈技術在電力系統(tǒng)的應用前景。 關鍵詞：區(qū)塊鏈；城市建設；電力結算 區(qū)塊鏈技術由于其去中心化、去信任等功能，應用在產(chǎn)

2、業(yè)領域已經(jīng)超越金融，不僅將應用擴展到身份認證、審計、仲裁、投票等社會治理領域，還涉足工業(yè)、文化、科學和藝術等領域。通過解決去信任問題，區(qū)塊鏈技術提供一種通用技術和全球范圍內(nèi)的解決方案，從而使整個行業(yè)的運行效率和整體水平得到提高。需要建立在公開、安全、及時和穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)技術之上的應用，區(qū)塊鏈是目前最優(yōu)解決方案。本文基于區(qū)塊鏈技術，結合物聯(lián)網(wǎng)構成的生態(tài)系統(tǒng)，對在城市基礎設施建設與運營、市政管理部門，包括交通、住房、通訊和電力公用事業(yè)等領域進行分析，討論獲取及交換數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的有效運作所起的關鍵性作用，如在基礎設施建設的供應鏈中的可追溯性、安全性、便捷性；應用到城市生活中時，為商業(yè)區(qū)和居民區(qū)網(wǎng)絡提

3、供的效率和便捷性、可更新能力。目前，全球部分地區(qū)及機構正在發(fā)起區(qū)塊鏈相關項目，為支持城市基礎設施的連接并進行實時數(shù)據(jù)的智能響應，建立基于區(qū)塊鏈記錄核查和審計的基礎設施服務，重點提供商業(yè)和信息技術服務，并且在進一步擴大。然而，區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的結合，都是新技術整合。在城建和市政領域的應用，無論是技術規(guī)范、標準還是落地的實施流程，仍處于初期階段，存在一些困難。本文提出一些常見的問題，并探討基于區(qū)塊鏈的電力交易結算數(shù)據(jù)解決方案，致力為后續(xù)更好的應用提供思路。 1區(qū)塊鏈技術概述 區(qū)塊鏈技術已經(jīng)有八年多的發(fā)展時間，它首先成名于虛擬貨幣，后被各大金融機構采用作為保證數(shù)據(jù)不被篡改的技術保障，防止偽造賬

4、戶及貨幣，解決人與人之間、人與機構之間及機構與機構之間的信任問題，區(qū)塊鏈對數(shù)據(jù)的保護能力得到最重視數(shù)據(jù)安全的金融機構的認可。作為一種交易驗證和數(shù)據(jù)共享技術，區(qū)塊鏈可以使沒有建立傳統(tǒng)信任關系的主體達成合作，通過技術手段使社會個體或組織按分布式的方式相互協(xié)作，有效避免不合規(guī)、不合理現(xiàn)象的出現(xiàn)，大大降低了交易管理成本，避免人為的數(shù)據(jù)采集失誤或數(shù)據(jù)篡改情況。根據(jù)類別和應用場景不同，區(qū)塊鏈所體現(xiàn)的特點和價值也不同。區(qū)塊鏈一般具有如下技術特點。1）去中心化。區(qū)塊鏈技術不依賴額外的第三方管理機構或硬件設施，沒有中心管制，通過分布式核算和存儲，各個節(jié)點實現(xiàn)信息自我驗證、傳遞和管理。2）不可篡改性。一致提交后的

5、數(shù)據(jù)會一直存在，不可銷毀或修改。3）隱私保護性。密碼學保證未經(jīng)授權者能訪問到數(shù)據(jù)，但無法解析。4）開放性。區(qū)塊鏈技術基礎除交易各方的私有信息被加密外，數(shù)據(jù)對所有人開放，任何人都可通過公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和開發(fā)應用，因此整個系統(tǒng)信息高度透明。區(qū)塊鏈特征圖見圖1。隨之帶來的業(yè)務特性描述如下。1）可信任性。區(qū)塊鏈技術提供天然可信的分布式賬本平臺，不需要額外第三方中介機構。2）降低成本。與傳統(tǒng)技術相比，區(qū)塊鏈技術帶來更短的時間、更少的人力和維護成本。3）增強安全。區(qū)塊鏈技術將有利于安全可靠的審計管理和賬目清算，減少犯罪可能性及其他各種風險。傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫與區(qū)塊鏈技術區(qū)別見圖2。區(qū)塊鏈并非憑空誕生

6、的新技術，更像是技術演化到一定程度突破應用閾值后的產(chǎn)物，是一系列現(xiàn)有技術的集合，其創(chuàng)造性的思路為解決問題提供新的方向。其商業(yè)應用場景與環(huán)境息息相關?；趨^(qū)塊鏈技術，任何基于數(shù)字交易的活動成本和追蹤成本都會降低，安全性提高。 2區(qū)塊鏈技術在城市建設領域的應用和發(fā)展探討 以電力為例區(qū)塊鏈具有開放、不可篡改、隱私保護等特性?；趨^(qū)塊鏈技術構建交易數(shù)字資產(chǎn)賬本，將身份檔案、實質(zhì)資產(chǎn)、交易情況等信息形成數(shù)字資產(chǎn)，記錄在區(qū)塊鏈中。以電力系統(tǒng)為例，參與方包括發(fā)電企業(yè)與個人、用電用戶、電網(wǎng)收費營銷單位等。一方面可以在準入時對參與方身份進行確認，維護系統(tǒng)隱私；另一方面采用數(shù)據(jù)同步算法，提升存儲效率。采用“區(qū)塊鏈

7、+云”模式，區(qū)塊鏈負責全面記錄發(fā)電企業(yè)與用電用戶基本信息檔案，電網(wǎng)管理部門、電力生產(chǎn)部門、電力營銷部門、政府機構、金融機構等一方面作為區(qū)塊鏈中的聯(lián)盟節(jié)點，執(zhí)行區(qū)塊鏈的監(jiān)管、共識和記錄的權限；另一方面采用云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等方式專注于業(yè)務，提高服務質(zhì)量和效率。如發(fā)電生產(chǎn)、電力傳輸、電力儲能及電力調(diào)度與交易等進行大數(shù)據(jù)精準分析，輔助電力管理部門快速作出正確的決策。在電力行業(yè)，區(qū)塊鏈應用在以下2個方面可能產(chǎn)生突破性發(fā)展。2.1全球能源互聯(lián)網(wǎng)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)能夠連接“一極一道”（北極、赤道）和各洲、各國大型能源基地及各類分布式電源，將存在時區(qū)差、季節(jié)差的各大洲電網(wǎng)連接起來，突破資源瓶頸、環(huán)境

8、約束和時空限制，將太陽能、風能、水能、海洋能等清潔能源轉化為電能送到各類用戶，實現(xiàn)風光互補、地區(qū)互濟，保障能源供應，提高經(jīng)濟效益，減少環(huán)境損失，降低社會成本，有效解決能源安全發(fā)展、清潔發(fā)展、高效發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展等問題7。全球能源互聯(lián)網(wǎng)為全球清潔能源的高效開發(fā)利用提供平臺，全球能源互聯(lián)網(wǎng)中包括智能發(fā)電、配電、用電及儲能等設備，發(fā)電設備具有風力、太陽能、水電等不同形式，全球能源互聯(lián)網(wǎng)的參與主體不僅有電力提供者，也包括電力用戶。全球能源互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，使得電力提供商不再局限于大的發(fā)電廠，一家一戶的個體分布式新能源發(fā)電都可以連接全球能源互聯(lián)網(wǎng)，通過新能源方式為全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供電力并產(chǎn)生電力交易。由于全

9、球能源互聯(lián)網(wǎng)參與主體各自獨立，沒有信任溝通機制，加之全球能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)用戶眾多。因此，全球能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的供給和交易等行為的快速、可信與自動執(zhí)行成為制約全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。區(qū)塊鏈技術的出現(xiàn)，使全球能源互聯(lián)網(wǎng)在技術方面得到支持。有效利用區(qū)塊鏈技術和物聯(lián)網(wǎng)技術，全球數(shù)以億計的發(fā)電企業(yè)及個體的聯(lián)網(wǎng)提供電力數(shù)據(jù)和用戶的用電數(shù)據(jù)，以及電力供給與消費的交易往來結算，可以不通過第三方機構（或稱為中心機構）即能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全可信自動采集、保存并持續(xù)追蹤更新，為全網(wǎng)用戶提供能源的高效率調(diào)度與交易服務。同時，由于區(qū)塊鏈所有歷史數(shù)據(jù)都不會被刪除，也為交易產(chǎn)生糾紛時，提供歷史數(shù)據(jù)進行查詢。2.2智慧電力。目

10、前，國家各地的電力機構正在進行新一輪電力調(diào)度、電力收費與營銷數(shù)據(jù)管理的更新。為了確保有關國計民生的電力數(shù)據(jù)信息安全，電力機構希望將正在使用的國外數(shù)據(jù)庫替換為國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。考慮到電力數(shù)據(jù)的敏感性，尤其是電力公司關心的電力調(diào)度、供電收費之間的資金交易往來，為保證這些數(shù)據(jù)信息能夠完整無誤地在新的數(shù)據(jù)庫中運行，數(shù)據(jù)的遷移需要耗費大量的人力、物力、財力和時間。基于對資金交易數(shù)據(jù)的安全性考慮，區(qū)塊鏈技術提供一個合適的解決方案。1）構造一個區(qū)塊鏈，主要用于記錄電力支付結算資金往來賬務情況。由于區(qū)塊鏈本身的特征，多個節(jié)點的共識算法，一是保證所有電力支付結算資金往來數(shù)據(jù)都會記錄在區(qū)塊鏈中；二是共識算法，確保經(jīng)過共

11、識認證的電力支付結算能夠儲存、記錄。2）國外數(shù)據(jù)庫在向國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)信息遷移時，將數(shù)據(jù)分為兩部分，一部分是資金往來數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄在區(qū)塊鏈中；另一部分是基礎數(shù)據(jù)，如用戶的姓名、身份證號、地址、電話、繳費方式等，數(shù)據(jù)記錄在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。充分發(fā)揮區(qū)塊鏈安全、可信、防篡改的特性，以及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫無法比擬的單位時間數(shù)據(jù)吞吐量大的優(yōu)點。區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相結合應用于電力系統(tǒng)管理見圖3。區(qū)塊鏈作為電力市場解決當前問題的有效方案。1）通過區(qū)塊鏈構建電力互聯(lián)網(wǎng)交互主體之間可信任傳遞機制，實現(xiàn)基于信任的各主體之間相互操作，提升溝通效率，降低成本。2）區(qū)塊鏈實現(xiàn)電力交易時，基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的共識機制實際上同時實現(xiàn)清

12、算和結算，提高清算、結算的效率。3）區(qū)塊鏈能完整記錄每一筆歷史電力交易記錄，具有可追溯、易審計。4）數(shù)據(jù)布置在區(qū)塊鏈上，確保不可篡改、不可抵賴，公私鑰結合的非對稱加密保護隱私。區(qū)塊鏈在電力市場，還將發(fā)揮其更大的作用。1）隨著電力市場改革的推進及全球能源互聯(lián)網(wǎng)的普及，市場主體將日益增多，電力交易也將更加活躍。今后將會出現(xiàn)越來越多的電子合同、電子發(fā)票、電子票據(jù)等。電子化單據(jù)存在容易篡改、丟失等問題?；趨^(qū)塊鏈的電子數(shù)據(jù)保全技術可提升能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息安全性，避免由于外部黑客攻擊或內(nèi)部管理不當導致電子數(shù)據(jù)丟失或篡改，可為電力市場參與者提供信用背書。2）針對電力消費場景，區(qū)塊鏈技術可以很好地與物聯(lián)網(wǎng)

13、技術結合。區(qū)塊鏈不存在中心節(jié)點，由每個節(jié)點記錄、存儲信息，保證數(shù)據(jù)可持續(xù)性，解決物聯(lián)網(wǎng)的核心缺陷。例如，以區(qū)塊鏈技術為基礎建立電力總賬本，針對電動汽車充電的應用場景，與物聯(lián)網(wǎng)技術相結合，采用區(qū)塊鏈的智能合約實現(xiàn)充電樁資產(chǎn)經(jīng)濟共享，完成該應用場景下認證、充電、付款的自動化管理。3）在電力傳輸應用場景中，參與電力輸送的角色眾多，且存在廣義的博弈競爭。區(qū)塊鏈技術能夠?qū)崿F(xiàn)多個角色之間的強制信任和角色之間交易的透明化，實現(xiàn)多種能源之間的協(xié)調(diào)和優(yōu)化傳輸，提高系統(tǒng)效率。例如，將輸電線路中的輸電設備進行改造，增加電力傳感器、數(shù)據(jù)傳輸、智能計算等功能模塊，其轉化為物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)節(jié)點，將數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈以點對點方式向全網(wǎng)傳播，保證電力及其設備的安全管理。 3結語 區(qū)塊鏈以其去中心化、去信用化及不可篡改的技術特點，通過以比特幣為代表的數(shù)字加密貨幣的普及而受到關注。目前，區(qū)塊鏈技術已經(jīng)成為學術界和產(chǎn)業(yè)界研究的熱門課