在未来电力市场中,越来越多需求侧资源将参与到电力辅助服务项目中来,对此劳伦斯•伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)也发布了相关系列研究报告[17-20]。零售商在针对不同类型的消费者提供不同的价格、规避由于电力用户消费模式和批发市场不确定价格所造成的财务风险方面均遇到了较大的困难[21]。瑞士苏黎世联邦理工学院和美国密歇根大学的一项联合研究将需求侧资源作为可调增预留(up-reserve)、可调减预留(down-reserve)的手段,通过直接控制的方式控制其参与电力辅助服务市场的运行[22]。以新英格兰辅助服务市场为例,调度软件每5 min清算1次辅助服务的价格。一旦签订双边合同或者投标竞价完成,当出现由于非系统调度机构所引起的偏差时,会对辅助服务供应商进行惩罚并收取罚款,采用区块链技术也可以很好地保障该罚款的合理使用。根据我国电力企业的系统数据使用范围,在实际操作过程中,可以结合不同的业务应用场景采用公链模式、私链模式(无代币区块链)、共同体区块链模式构建。其中,公链模式的安全性完全由工作量证明机制保障,可以为电力企业提供完全去中心化的对外公众服务,所用数据在发布前需要进行抽取、按业务需求组建对应的信息资源池[23]。私链模式适用于电力信息内网的数据服务,由于所用基础设施大多是与外界完全物理隔离的,可以适当放开数据访问权,交易的规则可以修改得更加灵活,私链模式在成本方面也具有公链模式所不可比拟的优势。共同体区块链模式在电网公司、多级负荷集成商、政府、用户等多参与实体下,可作为安全管理的预选区块链,交易过程受到链条上的多数许可便可进行。该模式在实现过程中实际上属于部分去中心化的过渡模式,在电力市场交易不成熟时可以采用。未来电力零售公司可以将价格与激励等手段并入区块链交易,在实时需求侧管理过程中所面临电量波动风险和电价波动风险,将由售电公司和消费者共同承担并分享相应的收益,通过交易各方参与公证及交易累计过程中,逐步构建能源服务市场的信用体系[24-25]。在这个全新的信用体系下,区块链可以实现电力辅助服务敏捷交易的目标,甚至可以以P2P的方式主动交易、灵活地清算结算。

2.2 工作量证明机制

区块链中的工作量证明机制引入主要是为了应对拒绝服务攻击以及其他被不当使用的经济对策,其基本原理是避免对工作过程的监测而直接进行结果检查,利用正反向运算的不对称性,提高系统被攻击的难度。除非攻击者完成相近的工作量,否则该区块信息是无法被更改的,这其实是参与区块链运算中央处理器(central processing unit,CPU)的投票权问题,工作量证明的难度大多根据区块生成的平均速度来设定,如果区块制造的速度过快,其难度也会随之大幅升高。研究学者已经证明了攻击者的伪造过程满足泊松分布的特征,链条的长短是该交易能否被成功认定的核心要素。若真实交易节点和伪造交易节点产生下一交易的概率分别为p和q,则攻击者最终能够消除z个区块差距的概率pzpz可以表示为

假定正常交易被链接z个区块后,伪造交易节点同时启动构造伪造交易链条过程,则伪造交易者链条增长服从泊松分布(期望值λ=zq/pλ=zq/p表示对应于z区块正常交易时,伪造交易者潜在进展)。因此,可得伪造交易节点能够成功篡改交易的概率psps为

为了准确量化区块链系统的潜在风险,本文在表2中给出了区块链系统的风险评估值,其中红色区域表示系统失效风险高于5%的区域,在实际系统设计时应当尽量避免。可以看出,随着攻击者能力的提升(具有较高的区块伪造能力),系统的安全风险急剧增高,二区块系统在q=0.3时失效风险已经接近一半。为了应对攻击者的干扰,区块数量增多可以有效降低攻击者篡改交易的成功率。引入20个交易区块后,q=0.3的系统失效风险不高于0.3%,而此时伪造成功率在20%以下的攻击者已经没有可能攻破系统的交易防护,这也正是区块链技术随着时间流逝逐步增多有效区块后的安全优势所在。

表2 区块链交易风险概率评估(q-攻击者成功伪造节点概率)

Tab. 2 Risk probability assessment for blockchain based transaction

2.3 互联共识记账机制