一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统及方法

摘要

本申请提供了一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统，包括园区区域链和能源供应区块链，园区区域链与能源供应区块链基于蚁群算法共识构建的跨链交互模型进行能源交易数据的处理；跨链交互模型包括：共识服务节点、跨链交互节点以及应用节点；其中，共识服务节点用于为应用节点提供共识计算服务；跨链交互节点用于为应用节点提供跨链交互服务；应用节点用于从共识服务节点同步数据、访问跨链交互节点以及发送跨链交互数据。通过基于蚁群算法构建的预设的跨链交互模型实现园区区域链与能源供应区块链的跨链交互，提高了跨链交互效率，实现园区区块碳减排管理的智能化、自动化管理。

说明书

技术领域

本申请涉及区块链及能源交易技术领域，尤其涉及一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统及方法。

背景技术

在全球气候变化与各类环境问题的背景下，稳定全球平均气温，实施近零碳排放，直至未来碳排放绝对为零成为当下我国生态文明建设的重要任务。园区是为了实现产业发展等功能性目标，由政府、企业或者其他组织机构创立的特殊区位结构，是最重要的人口和产业聚集地，是最重要的经济和社会活动承载的空间载体，因此园区是实现双碳目标最重要的形式。

近零碳排放园区是指在一定的区域范围内统筹规划，综合利用零碳能源替代、低碳技术、碳排放存封及碳汇、购买自愿减排量等碳中和机制使园区内碳排放量逐步趋近于零。如何构建近零碳排放园区的能源交易系统用于实现园区碳减排的智能化、自动化管理成为亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统及方法，用以实现园区碳减排管理的智能化、自动化管理。

其技术方案如下：一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统，该系统包括：园区区域链和能源供应区块链；其中，

所述园区区域链与所述能源供应区块链基于预设的跨链交互模型进行能源交易数据的处理，所述跨链交互模型是基于蚁群算法共识构建的；

所述跨链交互模型包括：共识服务节点、跨链交互节点以及应用节点；其中，所述共识服务节点用于为所述应用节点提供共识计算服务；所述跨链交互节点用于为所述应用节点提供跨链交互服务；所述应用节点用于从所述共识服务节点同步数据、访问所述跨链交互节点以及发送跨链交互数据。

优选的，所述系统还包括：绿证平台；其中，所述绿证平台，用于为所述园区区域链以及所述能源供应区块链生成绿证服务数据，所述绿证服务数据包括：绿电认证数据，绿证发布数据，绿证购买数据以及绿证出售数据。

优选的，所述系统还包括：监管链；其中，

所述监管链用于对所述绿证平台进行监管；

所述监管链还用于对所述园区区域链的碳排放数据进行监管以及对所述能源供应区块链的绿证服务数据进行审查。

优选的，所述系统还包括：碳市场链；其中，所述碳市场链与所述园区区域链基于所述预设的跨链交互模型进行碳排放交易数据的处理。

优选的，所述碳排放交易数据包括：购入碳配额数据、出售碳排放权数据、核证减排量数据。

优选的，所述园区区域链包括：园区区域主链和多条异构能源子链；其中，所述园区区域主链用于对所述多条异构能源子链的交易数据进行验证和记录；所述异构能源子链为联盟链结构。

优选的，所述共识服务节点是根据网络传输开销值确定的，具体的：应用节点

网络传输开销值为

优选的，所述跨链交互节点包括：交易验证模块；其中，

所述交易验证模块，用于采用Shellproof零知识证明ZKPR对所述跨链交互数据进行验证。

优选的，所述跨链交互节点包括：广播模块；其中，所述广播模块，用于将所述跨链交互数据广播至所述监管链。

另一方面，本申请实施例还提供了一种基于区块链的近零碳智慧园区的能源交易方法，该方法应用于上述任一系统中，所述方法包括：

所述应用节点向所述跨链交互节点发起跨链请求，所述跨链请求用于将所述能源交易数据发送至目标区块链中；

所述应用节点基于交易标识向所述跨链交互节点发送所述能源交易数据，以使得所述跨链交互节点将所述能源交易数据发送至所述目标区块链，所述交易标识是所述跨链交互节点基于所述跨链请求发送给所述应用节点的，所述交易标识包括所述目标区块链的交易格式。

上述技术方案具有如下有益效果：

本申请实施例提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统，所述系统包括：园区区域链和能源供应区块链；其中，所述园区区域链与所述能源供应区块链基于预设的跨链交互模型进行能源交易数据的处理，所述跨链交互模型是基于蚁群算法共识构建的；所述跨链交互模型包括：共识服务节点、跨链交互节点以及应用节点；其中，所述共识服务节点用于为所述应用节点提供共识计算服务；所述跨链交互节点用于为所述应用节点提供跨链交互服务；所述应用节点用于从所述共识服务节点同步数据、访问所述跨链交互节点以及发送跨链交互数据。由此可见，通过预设的跨链交互模型实现园区区域链与能源供应区块链的跨链交互，且跨链交互模型是基于蚁群算法构建的，解决了因为能源类型、区块链网络拓扑不同，区块链系统间交互效率低和兼容性差的问题，提高了跨链交互效率，实现园区区块碳减排管理的智能化、自动化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统示意图；

图2为本申请实施例提供的一种跨链交互模型的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统示意图；

图5为本申请实施例提供的一种基于区块链的近零碳智慧园区的能源交易方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了实现园区碳减排管理的智能化、自动化管理，本申请实施例提供了一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统，如图1所示，该系统包括：园区区域链100和能源供应区块链200；其中，

园区区域链100与能源供应区块链200基于预设的跨链交互模型300进行能源交易数据的处理，该跨链交互模型300是基于蚁群算法共识构建的；

可以理解的是，园区区域链100与能源供应区块链200基于预设的跨链交互模型300进行能源交易数据的处理，能源交易数据的处理具体指园区区域链100与能源供应区块链200之间的能源相关信息数据和资金相关数据的交换和处理。

需要说明的是，本申请所描述的园区是指政府集中统一规划指定区域，在区域内专门设置某类特定行业、形态的企业、公司等进行统一管理，典型的如工业园区，自贸园区，物流园区，科技园区，产业园区等。

进一步的，近零碳排放园区则是指在园区的规划、运营管理等方面全方位融入碳中和理念，以数字化手段整合节能减排固碳碳汇等碳中和措施，以智慧化管理实现产业低碳化发展、能源绿色化转型、设施集聚化共享、资源循环化利用，实现园区内部碳排放与吸收自我平衡，生产生态生活深度融合的新型产业园区。

可以理解的是，由于园区内可能存在不同的能源类型以及不同能源对应的区块链网络拓扑，区块链系统存在共识计算效率低、单位时间交易容量受限以及不同区块链之间兼容与互通等问题，本文提出了一种基于蚁群算法的共识跨链交互模型，图2示出了一种跨链交互模型的框架示意图，本申请实施例所提供的预设跨链交互模型300可以包括：共识服务节点301、跨链交互节点302以及应用节点303；其中，

共识服务节点301用于为应用节点303提供共识计算服务；

具体的，多个共识服务节点301之间通过交换网络行成服务于能源区块链P2P网络，为区块链网络中的应用节点提供共识计算服务。

可选的，共识服务节点301的节点数可以根据网络传输开销值确定。

具体的，系统中包括应用节点

跨链交互节点302用于为应用节点303提供跨链交互服务；

具体的，跨链交互节点302之间基于P2P协议区块链交换网络，为不同的区块链网络的应用节点提供跨链访问服务，系统中多个跨链交互节点302共同构成交换网络，为不同区块链提供跨链交互服务。

可选的，在确定共识服务节点301之前，通过蚁群算法来确定跨链交互节点302，根据群体相互协作，通过“信息素”形成正反馈机制，最终找到全局最优解，通过蚁群算法确定跨链交互节点302主要根据应用节点303间的信息素进行间接通讯，最终找到跨链交互节点302。下面对通过蚁群算法来确定跨链交互节点302进行说明。

节点在选择下一个转移节点的时候是依照概率选择的，概率由两个节点之间信息 素和节点能见度来决定的，假定在t时刻，蚂蚁在当前节点i要选择转移到下一个节点j，其 中概率为

式中

式中

每一只蚂蚁经过节点i，j时，对该边

应用节点303用于从共识服务节点301同步数据、访问跨链交互节点302以及发送跨链交互数据。

具体的，应用节点303可以从所属区块链网络共识服务节点301中同步数据、访问跨链交互节点，以及发送链内数据或跨链交易数据。

综上所述，本申请实施例所提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统，园区区域链与能源供应区块链基于蚁群算法构建的跨链交互模型进行能源交易数据的处理，跨链交互模型中共识服务节点是根据最小网络传输开销值确定的，跨链交互节点是基于蚁群算法确定的，节省了能源交易过程中区块跨链交互产生的开销的同时，提高了能源交易过程中区块链跨链交互效率，实现园区区块碳减排管理的智能化、自动化管理。

可选的，本申请实施例所提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统还包括：绿证平台400；如图3所示，其中，

该绿证平台400用于为园区区域链100以及能源供应区块链200生成绿证服务数据，绿证服务数据包括：绿电认证数据，绿证发布数据，绿证购买数据以及绿证出售数据。

可以理解的的是，绿证平台400能够与园区区域链100以及能源供应区块链200进行交互，为其提供相关绿证服务，并生产相应的绿证服务数据，例如：绿证平台400能够为能源供应区块链200生产的绿电进行认证，并颁布绿电证书，能源供应区块链200能够将绿电证书出售给绿证平台400，园区区域链100能够向绿证平台400购买绿电证书，由此触发园区区域链100的智能合约，自动签订绿电购买协议，使得绿电证书转移至园区区域链100。

可选的，本申请实施例所提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统还包括：监管链500；其中，

监管链500用于对绿证平台400进行监管；

具体的，监管链500负责对绿证平台所涉及的操作和数据进行监管，作为一种优选方案，监管链500可以由政府相关电力监管部门负责，起到监管和审查作用，并利用政府的信用背书保证绿电数据的可信度。

监管链500还用于对园区区域链100的碳排放数据进行监管以及对能源供应区块链200的绿证服务数据进行审查。

具体的，监管链500还可以对园区内碳排放总量进行监管，以及对能源提供商的绿证服务数据进行审查，确认其提供的能源符合绿电标准。

可选的，本申请实施例所提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统还包括：碳市场链600；如图4所示，其中，

碳市场链600与园区区域链100基于预设的跨链交互模型300进行碳排放交易数据的处理，碳排放交易数据包括：购入碳配额数据、出售碳排放权数据、核证减排量数据。

可以理解的是，碳市场链600与园区区域链100之间的信息交互是利用碳监测装置时刻监测院区内碳排放总量，利用CCUS碳捕集的利用和封存、碳汇手段吸收部分二氧化碳，此外利用配额制、碳交易手段与碳市场进行交易，从园区输出进一步控制二氧化碳排放量。

碳配额是由政府免费发放给园区各个单位的额度，园区内通过对碳排放量的检测并上传到链上转换为实际碳排放量，链上智能合约实现额度自动扣除、企业减排量自动申报等，园区区域链还可以与碳市场链进行双向交易，将剩余碳排放权出售，当实际碳排放量超过碳配额时通过碳交易市场购买碳排放权。

碳市场链600与园区区域链100二者同样是基于预设的跨链交互模型300进行碳排放交易数据的处理，当园区碳排放总量小于配额时可以通过链上智能合约将碳余额跨链交易到碳市场，当园区碳排放总量大于自身配额时需要到碳排放市场购买配额富余企业的碳配额，或者自愿减排企业的CCER，即核证自愿减排量，通过两种方式的交易使得智慧园区趋近零碳排放。

从园区内部能源利用效率来看，由于多种能源数据之间数据结构、交易类型不同，其对应的能源交易过程中的数据也是电网、天然气等厂商所不愿共享和公开的，例如电力数据一般掌握在国家电网企业中，天然气数据一般掌握在天然气产商手中，由此，本申请实施例中园区区域链100可以包括：园区区域主链和多条异构能源子链；其中，

园区区域主链用于对多条异构能源子链的交易数据进行验证和记录，异构能源子链为联盟链结构。

由上可见，每个能源服务商都建立自己的能源异构子链，每个能源子链选择联盟链结构，能源异构子链的利用可以大大降低用户的建设成本，提高数据安全性和传输速度，提高能源利用效率，通过将各自能源领域大量复杂的工作量分配至各个异构能源子链，园区区块主链仅仅记录各自交易的最终数据并验证其正确性。

可选的，本申请实施例中跨链交互模型300中的跨链交互节点302还可以包括：交易验证模块，其中，

交易验证模块用于采用Shellproof零知识证明ZKPR对跨链交互数据进行验证。

可以理解的是，跨链交互数据可以包括能源交易数据以及碳排放交易数据。

具体的，交易验证模块采用shellproof零知识范围证明方法（zero-knowledgeproof，ZKRP），shellproof是由内积范围证明和改进的内机参数协议组成，内积范围证明是盲化加入随机数的内积，内积一般由秘密值范围表示而成，内积参数协议在此基础上进行多项式合并，验证器的作用就是验证多项式是否正确，并由此得出秘密值的合法性，改进的内积参数论证如下：

对参数进行维度上的压缩，将向量协议n维向量a、b与n维元素g、h拆分到原来的一半，如下所示：

改进后参数向量如下：

采用shellproof对跨链交互数据进行验证，其生成的证据十分简短，仅需要组元素就可以证明秘密值在一定范围内，且相较子弹证明Bulletproof降低了验证所需的时间成本上，shellproof零知识范围证明方法（zero-knowledge proof，ZKRP）可以参照现有技术，本申请不进行展开。

可选的，本申请实施例中跨链交互模型300中的跨链交互节点302还可以包括：广播模块，其中，

广播模块用于将跨链交互数据广播至监管链500。

可以理解的是，通过广播模块将跨链交互数据广播至监管链，使得监管链可以对能源交易数据以及碳排放交易数据进行监管，为政府及其他监管机构提供监管途径，实现合规化、合法化。

可选的，共识服务节点301可以包括：算力竞争模块、封装与验证模块、交易发送模块以及交互节点地址库模块。

可以理解的是，算力竞争模块用于区块内的算计竞争计算，封装与验证模块用于入链数据的封装与验证，交易发送模块用于能源交易数据与碳排放交易数据的发送，交互节点地址库模块存储有跨链交互节点的地址。

可选的，跨链交互节点302还可以包括：数据同步模块和应用节点访问模块。

可以理解的是，数据同步模块用于区块链节点间的数据同步，应用节点访问模块用于与应用节点发生数据交互。

可选的，应用节点303可以包括：数据同步模块、数据访问模块、交易发送模块以及状态数据库模块。

可以理解的是，数据同步模块节点进行数据同步，数据访问模块用于应用节点发起数据访问，交易发送模块用于能源交易数据与碳排放交易数据的发送，状态数据库模块存储有区块中节点的状态信息。

由上，本申请实施例所提供的跨链交互模型将节点分为应用节点、共识服务节点和跨链交互节点三类，节点内置多种模块例如数据同步模块、数据访问模块、交易发送模块等，对跨链交互节点加入交易验证模块以实现数据隐私保护，加入广播模块可以在跨链交易的时候为政府及其他监管机构提供监管途径，实现合规化、合法化。

基于上述实施例提供的一种基于区块链的近零碳排放园区的能源交易系统，本申请实施例还提供了一种基于区块链的近零碳智慧园区的能源交易方法，应用于上述任一系统中，请参阅图5，该方法包括：

S501、应用节点向跨链交互节点发起跨链请求，跨链请求用于将能源交易数据发送至目标区块链中。

可选的，跨链请求还可以用于将碳排放交易数据发送至目标区块链中。

S502、应用节点基于交易标识向跨链交互节点发送能源交易数据，以使得跨链交互节点将能源交易数据发送至目标区块链，交易标识是跨链交互节点基于跨链请求发送给应用节点的，交易标识包括目标区块链的交易格式。

具体的，应用节点发起跨链请求，跨链交互节点查询目标区块链的交易格式并反馈给应用节点，目标区块链为应用节点发起跨链请求对应的目的区块链。应用节点基于目标区块链的交易格式发送跨链数据至跨链交互节点，使得跨链交互节点向目标区块链发送数据，并验证跨链数据的正确性，同时广播给监管链。目标区块链的共识节点收到跨链数据后，经过算力竞争后加入目标区块链。

需要说明的是，本申请实施例提供的一种基于区块链的近零碳智慧园区的能源交易方法可以包括与前述实施例提供的一种基于区块链的近零碳智慧园区的能源交易系统一致或相对应的步骤以及技术特征，此处不赘述。

本申请实施例提供的一种基于区块链的近零碳智慧园区的能源交易方法，应用于前述任一能源交易系统中，该方法包括：应用节点向跨链交互节点发起跨链请求，跨链请求用于将能源交易数据发送至目标区块链中；应用节点基于交易标识向跨链交互节点发送能源交易数据，以使得跨链交互节点将能源交易数据发送至目标区块链，交易标识是跨链交互节点基于跨链请求发送给应用节点的，交易标识包括目标区块链的交易格式。由此可见，通过预设的跨链交互模型实现园区区域链与能源供应区块链的跨链交互，跨链交互模型中共识服务节点是根据最小网络传输开销值确定的，跨链交互节点是基于蚁群算法确定的，节省了能源交易过程中区块跨链交互产生的开销的同时，提高了能源交易过程中区块链跨链交互效率，实现园区区块碳减排管理的智能化、自动化管理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本领域技术人员可以理解，图所示的流程图仅是本申请的实施方式可以在其中得以实现的一个示例，本申请实施方式的适用范围不受到该流程图任何方面的限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。