一种区块链可靠度证明共识方法、系统、装置及介质与流程

本发明涉及电力和区块链共识，特别涉及一种区块链可靠度证明共识方法、系统、装置及介质。

背景技术：

1、近年来，伴随着电网规模扩大和新能源大量接入，系统运行方式变化频繁，为了使保护满足新场景的需要，继电保护定值也需随之频繁改动。传统的继电保护定值整定采用“定值单结合人工整定”的方式，面对上述现状，其低效繁琐的缺点显得尤为突出。

2、如何通过保护定值的远方操作，实现保护定值的快速整定，从而提高保护对电力系统运行方式的适应能力，成为研究的重点。

3、远方操作过程中的关键节点有位于调度端的继电保护系统主站、位于变电站内的子站和保护装置。确保定值在调控中心及子站间的安全传输是远方操作的关键。传统的远方操作模式为集中式方案，一旦关键节点故障定值则无法正确下发，造成严重后果。而区块链去中心化、可追溯、防篡改等的特点满足远方操作对信息安全性的要求。

4、共识机制的作用是保证去中心化系统中各节点储存数据的一致性。工作量证明机制（proof of work，pow）通过依靠各节点算力来保证分布式网络的正常运行。节点通过不断调整随机数取值以竞争生成区块的权利，获得奖励。虽然pow共识算法较为安全，但其缺点也很明显：极度消耗电力资源且效率不高、掌握全网51%算力的节点可能会伪造数据。权益证明机制（proof of stake，pos）相比工作量证明机制，依靠节点权益决定节点生成区块的概率，增加了共识的效率，降低了能源的消耗，权益证明机制的问题在于易形成权益累积和两极分化。

5、因此，如何提供一种区块链可靠度证明共识方法、系统、装置及介质，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种区块链可靠度证明共识方法、系统、装置及介质，以解决现有技术中节点容错性差、共识机制复杂度高、关键节点被劫持后对系统破坏性大的问题。

2、为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

3、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种区块链可靠度证明共识方法。

4、在一个实施例中，所述区块链可靠度证明共识方法，包括：

5、基于预先获取的区块链网络结构信息对子站节点依次进行性能评价及最优分组，形成子站节点的分组信息矩阵；

6、计算子站节点在区块链网络中的初始可靠度，并将预定义的保护定值数据广播至各子站节点暂存；

7、基于分组信息矩阵确定每个子站节点类型，结合每个子站节点类型执行共识后生成区块并进行广播验证区块，基于区块验证结果完成保护定值数据储存；

8、在共识完成后更新子站节点在区块链网络中的初始可靠度得到新可靠度，并基于新可靠度生成新区块以更新区块链网络。

9、在一个实施例中，所述基于预先获取的区块链网络结构信息对子站节点依次进行性能评价及最优分组，形成子站节点的分组信息矩阵包括：

10、确定子站节点类型，所述子站节点类型包括共识节点、验证储存节点及监管节点；

11、设置性能指标评估子站节点在不同性能指下的节点得分矩阵及权重矩阵，并计算子站节点在各性能指标下的评分向量；

12、计形成优化目标函数并求解得到子站节点最优分组结果，添加至区块头中；

13、形成子站节点的分组信息矩阵。

14、在一个实施例中，所述设置性能指标评估子站节点在不同性能指下的节点得分矩阵及权重矩阵，并计算子站节点在各性能指标下的评分向量包括：

15、获取子站节点在预定义的性能指标下的节点指标评分，并设置节点指标评分上下边界突出子站节点在高得分区间与低得分区间的差距；

16、根据性能指标与对应的节点指标评分的关系将性能指标划分为正向指标及负向指标，并设置子站节点在不同指标类型下的得分函数；

17、基于得分函数得到子站节点在不同性能指标下的得分矩阵，并为不同指标类型分配权重得到权重矩阵；

18、将得分矩阵结合权重矩阵计算子站节点在各性能指标下的评分向量。

19、在一个实施例中，所述计算子站节点在区块链网络中的初始可靠度包括：

20、利用加权邻接矩阵建立区块链网络拓扑模型，并通过区块链网络拓扑模型计算区块链网络中任意两组子站节点间的平均距离；

21、基于任意两组子站节点间的平均距离分析区块链网络的网络凝聚度，并利用节点收缩技术对子站节点收缩后得到收缩后的网络凝聚度；

22、分析收缩前后的网络凝聚度变化情况并进行占比计算，得到子站节点在区块链网络中的初始可靠度。

23、在一个实施例中，所述利用节点收缩技术对子站节点收缩后得到收缩后的网络凝聚度包括：

24、计算子站节点收缩前后的网络凝聚度的比值后与预设值作差值比较；

25、分析收缩前后的网络凝聚度变化情况得到子站节点的初始可靠度，并基于初始可靠度计算各子站节点的可靠度占比。

26、在一个实施例中，所述结合每个子站节点类型执行共识后生成区块并进行广播验证区块，基于区块验证结果完成保护定值数据储存包括：

27、通过共识节点进行工作量证明竞争生成区块头并广播验证，并将各区块头分配至各子站节点暂存，且在共识过程中以区块头中的数据为准；

28、根据区块头中对应子站节点的可靠度及难度值竞争打包区块，并在生成区块后进行广播验证；

29、通过验证储存节点验证区块，并对区块验证完成后将区块连接到本地区块链网络中完成保护定值数据储存。

30、在一个实施例中，所述两组子站节点间的平均距离的计算公式为：

31、式中，表示两组子站节点间的平均距离；表示子站节点数量；表示子站节点和子站节点之间最小距离所包含的边数。

32、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种区块链可靠度证明共识系统。

33、在一个实施例中，所述区块链可靠度证明共识系统，包括：

34、分组信息生成模块，用于基于预先获取的区块链网络结构信息对子站节点依次进行性能评价及最优分组，形成子站节点的分组信息矩阵；

35、节点可靠度计算模块，用于计算子站节点在区块链网络中的初始可靠度，并将预定义的保护定值数据广播至各子站节点暂存；

36、区块链网络共识模块，用于基于分组信息矩阵确定每个子站节点类型，结合每个子站节点类型执行共识后生成区块并进行广播验证区块，基于区块验证结果完成保护定值数据储存；

37、区块链网络更新模块，用于在共识完成后更新子站节点在区块链网络中的初始可靠度得到新可靠度，并基于新可靠度生成新区块以更新区块链网络。

38、在一个实施例中，所述分组信息生成模块包括子站类型确定模块、性能评分计算模块、最优分组生成模块及分组矩阵确定模块，其中，

39、所述子站类型确定模块，用于确定子站节点类型，所述子站节点类型包括共识节点、验证储存节点及监管节点；

40、所述性能评分计算模块，用于设置性能指标评估子站节点在不同性能指下的节点得分矩阵及权重矩阵，并计算子站节点在各性能指标下的评分向量；

41、所述最优分组生成模块，用于形成优化目标函数并求解得到子站节点最优分组结果，添加至区块头中；

42、所述分组矩阵确定模块，用于形成子站节点的分组信息矩阵。

43、在一个实施例中，所述性能评分计算模块包括节点指标评分模块、指标划分模块、矩阵生成模块及评分向量计算模块，其中，

44、所述节点指标评分模块，用于获取子站节点在预定义的性能指标下的节点指标评分，并设置节点指标评分上下边界突出子站节点在高得分区间与低得分区间的差距；

45、所述指标划分模块，用于根据性能指标与对应的节点指标评分的关系将性能指标划分为正向指标及负向指标，并设置子站节点在不同指标类型下的得分函数；

46、所述矩阵生成模块，用于基于得分函数得到子站节点在不同性能指标下的得分矩阵，并为不同指标类型分配权重得到权重矩阵；

47、所述评分向量计算模块，用于将得分矩阵结合权重矩阵计算子站节点在各性能指标下的评分向量。

48、在一个实施例中，所述节点可靠度计算模块包括平均距离计算模块、网络凝聚度分析模块及可靠度生成模块，其中，

49、所述平均距离计算模块，用于计算区块链网络中任意两组子站节点间的平均距离；

50、所述网络凝聚度分析模块，用于基于任意两组子站节点间的平均距离分析区块链网络的网络凝聚度，并利用节点收缩技术对子站节点收缩后得到收缩后的网络凝聚度；

51、所述可靠度生成模块，用于分析收缩前后的网络凝聚度变化情况并进行占比计算，得到子站节点在区块链网络中的初始可靠度。

52、在一个实施例中，所述网络凝聚度分析模块包括凝聚度比较模块及可靠度占比计算模块，其中，

53、所述凝聚度比较模块，用于计算子站节点收缩前后的网络凝聚度的比值后与预设值作差值比较；

54、所述可靠度占比计算模块，用于分析收缩前后的网络凝聚度变化情况得到子站节点的初始可靠度，并基于初始可靠度计算各子站节点的可靠度占比。

55、在一个实施例中，所述区块链网络共识模块包括区块头生成模块、区块生成模块及区块验证模块，其中，

56、所述区块头生成模块，用于通过共识节点进行工作量证明竞争生成区块头并广播验证，并将各区块头分配至各子站节点暂存，且在共识过程中以区块头中的数据为准；

57、所述区块生成模块，用于根据区块头中对应子站节点的可靠度及难度值竞争打包区块，并在生成区块后进行广播验证；

58、所述区块验证模块，用于通过验证储存节点验证区块，并对区块验证完成后将区块连接到本地区块链网络中完成保护定值数据储存。

59、在一个实施例中，所述两组子站节点间的平均距离的计算公式为：

60、式中，表示两组子站节点间的平均距离；表示子站节点数量；表示子站节点和子站节点之间最小距离所包含的边数。

61、根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机设备。

62、在一个实施例中，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

63、根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质。

64、在一个实施例中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

65、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

66、（1）本发明将调控中心、变电站继电保护系统子站作为区块链中的节点，将区块链技术引入继电保护定值远方操作过程，充分发挥区块链去中心化、防篡改、可追溯等的特点，保证了继电保护定值在远方操作过程中的信息安全。

67、（2）本发明通过区块链节点分类分组及可靠度评价机制，充分发挥节点性能，并通过节点可靠度影响共识过程，从而保证合法节点打包生成正确可靠的包含定值信息的区块，同时防止恶意节点在共识过程中对定值信息的篡改、攻击行为。

68、（3）本发明通过区块链可靠度证明的共识机制及共识过程降低了区块链共识过程的延时，提高效率的同时增加了出块的稳定性，进而通过共识机制使得诚实节点出块概率更加平均，避免了“权益”的集中，增加了系统的去中心化程度。

69、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。