摘要：作为比特币的技术基础，区块链拥有去中心化、公开透明等特征。为了推动电力交易系统的安全性、开放性发展，并解决电力市场参与者之间的信任问题，提出基于区块链的电力交易方法是新的研究方向。因此，概述区块链，详细解释区块链的定义和特点，论述区块链在电力交易系统中的应用，并总结了电力交易系统中区块链技术所面临的挑战。
关键词：区块链;电力交易系统;去中心化;信任机制
0 引 言
区块链作为一种新兴的交易方式，采用分布式存储技术，以链式结构记录全部参与方的互动信息，并将其以区块方式妥善保存。为保证交易信息的完整性、不可篡改性和不可抵赖性，区块链应用密码学原理处理交易过程的所有权确认问题 [1] 。此外，区块链记载的信息一旦生成，将永久保存。
电力交易一般包括电能交易、输电权交易及辅助服务交易。我国现有的电力交易主要利用集中式交易中心完成，即通过特定的机构主导整个交易过程。这不仅使得电力交易的全部参与者沦为数据孤岛，数据流通不畅，而且忽略了电力市场主体的自主性和选择性，无法避免在电力市场主体与交易主导机构之间产生矛盾[2] 。同时，电力交易难以追踪溯源，缺乏安全可信的支持，一直被人诟病不公平、不透明。可见，由中心化调度方式所引起的信任问题，会给交易带来很高的附加成本 [3] 。
在遵循电力市场“统一、开放、竞争、有序”原则的基础上 [4] ，将区块链技术应用于电力交易，达成了利用智能合约存储电力交易信息，通过计算机自动执行的电力交易方案，使结算过程变得更加简单并呈现出结构化 [5] 。利用密码学方式保证不可篡改性和不可伪造性的分布式账本“记账”，保证了电力交易系统的安全性和高透明度 [3] 。此外，区块链准确记录了所有历史交易，保证了交易的可追溯性。
目前，电力交易有别于普通商品交易。随着电力市场的不断开放，参与电力交易的交易实体逐渐增多，电力服务的交易方式和定价机制日趋复杂。因此，需采用有效的电力交易技术，确保电力交易系统的安全性和高透明度，尽可能降低信用成本和交易成本。在此背景下，本文对区块链进行概述，详细解释了区块链的定义和特点，阐述了区块链在电力交易系统中的应用，并对电力交易系统中区块链技术所面临的挑战进行了总结，以期为相关研究人员提供一定帮助。
1 区块链技术
区块链技术源于比特币，系其底层支撑技术，而比特币是区块链最初的应用对象。2015 年 10 月 31 日，《经济学人》期刊的封面文章就区块链技术进行了分析，提出区块链技术是“创造信任”的技术，在未来有可能给现有的商业合作模式带来改变 [6] 。至此，许多学者开始对区块链技术的应用进行研究和探索(如图 1 所示)，区块链技术逐步演化成复杂交易提供交互安全的技术。
1.1 区块链技术的定义
目前，关于区块链技术的定义尚未形成公认。《区块链：新经济蓝图及导读》一书中将其定义为一种公开透明的、去中心化的数据库 [7] 。该定义阐明了区块链最主要的两个特点，但不够清楚明晰。文献 [8] 认为，区块链是一种由加密算法、共识机制等重要技术有机组合而成的去中心化基础架构和分布式计算范式。在文献 [8] 的基础上，文献 [3] 从数据结构、关键技术方面，进一步对区块链技术的定义做出如图 2 所示的阐述。该定义完整表达了区块链技术身为一种全新的去中心化基础架构和计算范式的独特性和创新性。
1.2 区块链技术的特点
区块链采用密码学方法、“区块 + 链式”结构、共识算法、智能合约等一系列技术组合，使其拥有去中心化、透明化、可追溯性、系统自治性等特征。
(1)去中心化。区块链技术并不是通过中心节点来建立多个节点间的信任关系，而是利用纯数学方法，在多节点备份数据，大大提高了数据存储的准确性与可靠性。
(2)透明化。区块链系统的运行规则和数据在所有节点皆可查询，信息高度透明，成为区块链系统赢得信任的必要条件。
(3)可追溯性。区块链利用时间戳和链式结构，不仅交易信息通过时间标记来表明先后顺序，其传递路径还会经由完整的链式结构记录并追踪，因此区块链的交易信息难以被篡改。
(4)系统自治性。区块链系统利用共识算法、智能合约等技术手段，确保系统可以在无第三方信任担保的情况下实现自动运行、运转。
2 电力交易系统的区块链应用
传统的电力交易系统一般采用中心机构管理与市场成员自我管理的方案管理交易。第一种方案在我国应用广泛，但具有较多缺陷。首先，由于需要第三方金融机构的参与和大量工作人员来维护中心数据库，该方案极大地提高了交易成本。其次，过度中心化意味着信息高度不对称，掌握所有交易信息的中心机构有可能对参与者的利益造成损害。最后，仅由中心机构储存交易信息，增加了数据丢失和被篡改的概率，可靠性较低。
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不同于传统电力交易系统，将区块链应用于电力交易系统，能够提高电力资产发行、交易、服务和管理的有效性与安全性。基于区块链的电力交易系统具有去中心化、时间戳、加密技术与智能合约等特征，它为电力交易的参与者提供了一种安全、可靠且透明、开放的解决方案系统。电力交易的参与者主要分为四类：①生产者(传统发电厂、新能源电站等);②生产消费者(家庭光伏用户、含 UPS 的商业楼宇等); ③一般消费者(普通家庭用户、普通商业楼宇等); ④公共设施维护者(国家电网、南方电网等)。
2.1 电力交易系统区块链的具体应用
对于以区块链为技术基础的电力交易系统，区块链技术作为一项底层技术，可应用于交易过程的如下数个环节。
(1)电力交易计费介质。交易介质是区块链系统的核心部件，与比特币和以太币类似，在将电力虚拟为数字资产时，选用“电力币”作为交易介质，可以促进电力交易系统区块链的发展。
(2)电力的登记发行。电力的登记发行用来表示在任意某时间发电厂能够生产电量的多少。在电力交易系统区块链中，将电力虛拟化为数字资产“电力币”，并在区块链上登记发行，用户可以以购买实际商品的方式购买电力。
(3)电力买卖交易。电力生产商将电能发行到区块链上，用户(个人或者企业)通过电力交易平台或者线下点对点的方式即可进行电力买卖交易。该过程的交易信息包含买家和卖家信息、电价信息和交易电量等。
(4)电费收缴与补贴发放。作为传统电力交易系统的一项重要工作，电费收缴往往会耗费较多人力。基于区块链的电力交易系统可以较轻松完成电费收缴的任务。利用区块链技术，既可以在使用过程中实时收缴电费，还可以记录并分辨电能是否为环保能源，配合政府的补贴政策对环保电力能源的生产和消费予以鼓励。
(5)电力支付清算。采用“电力币”记录电力交易信息有助于缓解电力支付清算结算压力。利用区块链技术，在节点上运行分布式交易程序和智能合约技术，无需经由银行即可实现电力支付实时清算结算。
2.2 电力交易系统的区块链交易过程
电力交易系统的区块链交易过程，重视利用区块链交易记录的不可篡改性和不可否认性，可准确记录电力交易的全过程。核心步骤如图 3 所示。
3 电力交易系统中区块链应用面临的挑战
当前，尽管基于区块链的电力交易系统的研究已取得一定进展，但作为刚刚兴起的新技术，区块链仍面临着问题和挑战。在电力交易系统中，区块链面临的挑战主要体现在技术与政策两个层面。
3.1 技术层面
区块链技术是新兴技术，仍处于发展阶段，本身仍有可完善、改进的余地。区块链技术在能源领域的应用案例数量少、规模小，技术层面的潜在问题无法得到完全突显。目前，区块链技术在应用中的关键技术问题大体可总结为如下三个方面。
(1)信息安全问题。区块链技术使用的加密机制、智能合约和隐私保护机制，均存在安全隐患。随着密码学的发展，区块链采用的加密机制会日趋脆弱，分布式节点被侵入的概率逐渐提高，会引起节点账本信息泄露问题。区块链技术的智能合约尚为实现规范统一，且本身具有安全威胁问题，因此需要定期更新维护智能合约。区块链系统的各节点无法完全匿名，数据完全公开透明，极不利于用户的隐私保护。
(2)效率及响应速度问题。区块链系统要求每一个节点存有一份完整的数据，而区块链长度的增长将导致数据存储成本的提高。此外，交易过程中，由于区块链最优结果牵涉到大量节点间的数据传输与验算，故区块链每秒处理的交易量与成熟的银行交易平台相比不够大。电力交易系统区块链的交易延时问题会限制其应用项目的规模。
(3)数据维护问题。每个人都有电力交易需求，使得基于区块链技术的电力交易系统包含海量的节点。此外，每一节点自身存储的数据量极大，所以对项目的总体数据进行信息筛选、管理和维护极其困难。
3.2 政策层面
能源安全关乎国家命脉。在能源行业应用区块链技术，必定会对传统业务模式造成冲击，故国内外对区块链在能源行业的应用都十分谨慎。相关项目要落到实处，必须有相关政策和法律的支持。目前，这项新技术在法律使用方面具有不确定性。随着区块链技术的不断发展，极可能与法律规则存在一定程度的不兼容，这将会限制区块链的发展。此外，区块链技术的信任机制全然不同于传统交易，与之对应的法律尚未制定，一旦产生纠纷，立法、执法机构与企业管理者要如何利用法律手段加以处理，有待商榷。
4 结 论
电力交易系统的参与者众多，一直都存在由信任问题导致的交易摩擦。区块链技术凭借其去中心化、公开、透明的特点，可以较高程度地解决该问题。本文针对电力交易过程的具体环节，分析了区块链技术在各个环节的应用，并在此基础上给出了基于区块链的电力交易方法和具体交易过程。虽然区块链技术在电力交易中显示了良好的前景，但区块链技术并非万能，它的核心优势是将集中管理变更为分布式，并没有提高系统性能。鉴于此，本文最后从技术和政策两方面论述了区块链技术应用于电力交易系统面临的挑战，这有助于建立符合中国国情的基于区块链技术的电力交易系统。
