【《工业物联网安全高效能源区块链框架设计》11000字】

工业物联网安全高效能源区块链框架设计目录TOC\o"1-3"\h\u12096工业物联网安全高效能源区块链框架设计 1210421.1能源用户管理 265051.1.1市场用户进入 267991.1.2身份信息验证 376641.2能源P2P安全交易 476141.2.1能源交易 4259041.2.2CP-ABE交易安全 8195131.3共识机制改进 12269351.3.1共识小组选取 14157111.3.2共识执行 1569561.4信誉更新智能合约管理 1781621.1.1能源经纪商信誉 18288271.1.2能源用户信誉 21通过对IIoT能源区块链P2P交易模式的分析，提出了基于联盟区块链的能源P2P安全交易模式，激励能源用户参与、完善能源用户管理、保护能源用户敏感隐私安全和实现市场高效运营是优化工业物联网能源P2P交易模式的关键所在。本文安全高效能源区块链采用基于属性的加密（CP-ABE）进行访问控制，在实现高效运营方面，结合联盟区块链技术，在预设的能源经纪商中优化选择组成共识小组，仅在该小组中完成共识执行，提高共识效率，有利于构建IIoT安全高效能源交易市场。接下来，将解释本文能源区块链中涉及的一些基础知识。以下列出了将用于解密过程的三个定义。定义1双线性映射（Bilinearmaps）令和是质数为的两个乘法循环群，是的生成数。对于所有，是双线性映射，。(1)双线性：(2)可计算性：，可以计算。(3)非简并性：定义2访问结构（AccessStructure）让是参与方集合，集合是单调的，存在，如果和，则，访问结构是非空子集的集合，，调用在中集合，并且非中的集合被称为未经授权集合。定义3LinearSecret-SharingSchemes（LSSS)。参与方集合上的秘密共享方案是线性的，若满足以下条件：（1）各方共享的秘密形成一个域上的向量。（2）存在有行列的矩阵，称为的共享生成矩阵。对于所有，矩阵的第i行被函数标识为行标签。同时有列矢量生成，其中是要分享的秘密值，随机选择，然后根据秘密共享方案，是秘密的个共享子秘密，且属于参与方。以下内容基于联盟区块链技术在能源用户管理、能源安全交易、共识机制改进和信誉更新智能合约管理四个模块对能源P2P交易框架进行设计。1.1能源用户管理1.1.1市场用户进入在所提能源区块链中，证书颁发机构（CA）初始化CP-ABE算法并生成一系列通用参数。令G0是具有生成数g的质数为p的乘法循环群。接下来将随机选择参数，生成的主密钥被秘密保存，生成的公钥如下： （4-1）CA根据公钥、主密钥和一组经过验证的用户属性以及随机选择的，随机数，其中，然后计算出相应节点用于解密的属性秘钥。属性秘钥如下（4-2）所示： （4-2）当用户想要申请加入能源交易时，需要新的节点注册，本文所提能源区块链使用类似于比特币的假名地址生成算法。用户在客户端上发出账户注册交易申请，为该节点生成钱包地址和私钥。首先，使用ECDSA来生成公钥和私钥对，生成的私钥由节点安全地存储，公钥用作生成节点钱包假名地址ID的基础，由于公共密钥太长，直接将其用作地址会不必要地浪费存储空间。因此，对公钥进行以下哈希计算，如（4-3）所示。 （4-3）其中，代表公钥，和是两个不同长度的哈希函数。通过两次哈希操作，转换为58位固定长度的字符串。同时，生成节点钱包假名地址ID并将其分配给相应的能源节点作为唯一标识符。1.1.2身份信息验证作为许多情况下的第一道防线和最后一道防线，身份验证是系统的关键部分。通过身份验证，可以防止对系统的任何未经授权的访问。Atlam等人将区块链技术集成到IoT技术中，以解决用户访问权限、个人隐私和交易信息保护等问题，并详细解释了区块链技术主要特征，将其应用于IoT设备，以克服IoT技术所面临的挑战[87]。在IIoT能源交易过程中，因为可能存在非法用户通过大数据分析等手段不断获取用户隐私信息，分析用户的行为习惯，侵犯了用户的合法权益。因此，田福粮等人利用Merkle树原理对智能电表身份信息进行处理并存储在区块链中，并且通过破坏用户身份和电力数据之间的可关联性，抵御了非法攻击者获取相关隐私，实现用户隐私保护[88]。本文结合区块链技术，提出了用于IIoT能源交易的身份验证方案。具体流程如图4-1所示。（1）IIoT用户首先将身份信息通过属性集合表示，比如，[类型，所在地，能源生产规模]，然后利用能源监管中心公有密钥加密属性集合信息并发送。（2）监管中心解密查看，验证用户身份属性信息，并给出审核结果，将审核结果及属性信息签名并发送给CA，CA用监管中心公有密钥解密查看（3）CA据审核结果来决定用户被写入区块链网络中或被注销账户，若通过验证，则由CA依据用户属性集合产生用于解密的属性秘钥。图4-1基于区块链的身份认证流程图Figure4-1FlowChartofIdentityAuthenticationBasedonEthernetPrivateChain1.2能源P2P安全交易IIoT能源P2P交易基本假设如下：（1）能源交易价格由拍卖机制形成。（2）每个主体只具有唯一的账户，对应一个节点。（3）双向电表是具有信誉的设备，其数据报告具有真实性。目前基于区块链的工业物联网能源交易研究已经取得重大进展，解决了传统点对点（P2P）能源市场的许多局限性。但是，由于区块链网络具有公开透明性以及IIoT能源交易规模不断壮大，存在着隐私安全和交易验证成本高等问题。恶意用户通过分析获取的数据来收集其他用户能源数据并提取敏感信息（例如身份和交易），因此，如何在交易完成时避免大数据统计预测和行为模型分析，以及交易双方权益如何得到保障，都是严峻的挑战。如第三章第二节所述，本文基于密码文本-策略属性加密算法（CP-ABE）实现IIoT能源安全P2P交易，能源用户自定义访问策略，过滤掉不符合要求的交易对象，以达到用户能源交易敏感信息保护的目的。1.2.1能源交易顾及到各用户能源需求的急迫性差异，展开能源用户之间的能源交易，能源用户在任何时刻都可根据自己的能源使用实际情况决定是否进行能源买卖交易，能源消耗大且无富余能源的用户可通过能源购买来满足需求，相反，能源消耗量小且有一定的富余能源的用户可通过出售能源获取利润，从而实现能源的有效利用。（1）市场调节能源价格严格且缺乏弹性的行政措施并不是完成节能减排任务的最佳手段，只有通过市场化手段，构建完善的市场机制，才能激发用户的交易积极性，从而实现节能减排，实现环境和经济的有序发展。定价在能源交易过程中至关重要，因为它决定了所有交易者的利益。在点对点（P2P）能源交易市场中，由于能源的间歇性，需求和供给可能会突然发生变化，因此，能源市场的价格波动具有随机性和动态性。通过以往研究可知，能源定价可分为两大类：基于拍卖的定价模型和以双边合同为基础的定价模型。Leong[89]等人基于拍卖的模型根据能源购买方的密封能源出价，从提供方那里购买能源。双边合同模型与基于拍卖的模型略有不同，单一消费者的出价对所有其他消费者开放。此外，一些研究人员使用博弈论来确定P2P能源市场的交易价格。（2）能源交易定价策略在本文能源交易过程中，使用拍卖法确定能源价格。能源投标价格是根据能源净需求的函数得出的，价格与需求成正比，即，较高的需求使能源市场中的价格竞标价较高，而需求较低的能源用户竞标价格较低。对于生产型能源购买方来说，能源净需求是所有自产能源被利用后的剩余需求，并且如果所有自产能源都是自用的，则生产型能源购买方也将成为能源购买方从能源市场采购。对于没有任何自产能源的消费者来说，净剩余需求与需求相同。生产型能源购买方只有在市场上有剩余能源才成为能源提供方。定义为能源购买方的集合，为能源购买方的数量，；定义为能源提供方的集合，为能源提供方数量，；定义能源交易时间集合为，能源用户在该交易时间内进行交易。定义为能源交易中作为提供方组成的集合，能源提供方的数量表示为。能源购买方在时期购买时期的能源量。本文积极鼓励当地能源用户之间交易，因此能源购买方的出价要高于电网公司向能源提供方的能源收购价格，能源提供方的能源最低要价要低于电网公司向能源购买方的售价，满足以下约束不等式： > （4-4） < （4-5）由于出价不能高估或低估电价，因此这对每个能源购买方都是公平的。出价始终在“上网电价”和“电网价格”之间变化，并且假定每个消费者的需求始终是不同的。因此，市场中每个能源购买方的时期能源出价由下式（4-6）给出： （4-6）在公式（4-6）中，表示第个购买方在时期对提供方的能源出价；表示第个用户在时期购买时期消费所需的能源量（kW*h），表示第个用户在时期向提供方购买时期能源消费预估量；代表电网电价，代表上网电价。可以看出，购买方预估时期消费量大，则能源出价水平就较高，反之亦然。能源提供方能源最低要价在“上网电价”和“电网价格”之间变化，并且假定每个提供方的供给始终是不同的，因此，市场中每个能源提供方的在时期的能源最低要价由下式（4-7）给出： （4-7）在公式（4-7）中，表示第个提供方时刻的能源最低要价；表示时刻用户在满足自身能源需求后，根据自身决策要求，第个用户出售的能源剩余净供给量（kW*h），即，表示时期用户能源总量减去用户自身消耗量；代表电网电价，代表上网电价。吕凛杰等人[90]指出在能源区块链交易环境中，买卖双方可直接进行P2P交易，购买方可获得相对较低的价格，而能源提供方并未有任何损失，甚至能增加其交易数量，从而获利。因此，只要能源购买方出价高于上网电价，能源生产者则更倾向于在能源市场中出售剩余能源量，从而获得更高的收益。在本文能源交易市场中，电网公司收入主要通过向能源购买方出售能源获得，其成本主要指能源提供方的收购成本，因此，其收益函数如下（4-8）所示： （4-8）式中，表示电网公司的收益，为电网电价，为消费者向电网公司购买的能源量，为上网电价，为提供方向电网公司出售的能源量。（3）能源拍卖交易概述本文使用拍卖法确定能源价格。首先，有能源净供给的用户发起拍卖请求，根据定价策略决定时期能源最低要价和能源数量。按照能源交易信息重要程度，将交易信息分为两部分，即基本能源拍卖信息和详细能源合约信息。交易明文主要包括详细的基本能源拍卖信息，发起者将按照格式向能源经纪商发送基本能源拍卖信息，由经纪商发布至区块链网络，购买方进行查看，为提供方匿名地址信息，为提供方能源供给量，为提供方最低能源要价，为该提供方公钥信息。有交易意愿的购买方向发起者按照格式发送能源竞价信息，为购买方匿名地址信息，为购买方向提供方的投标能源量，为购买方向提供方愿意付出的最高能源价格，为该购买方公钥信息。提供方在确认价格最高者身份及其信誉值水平后，发起者将详细能源合约信息发送给价格最高的购买方，最终双方完成能源交易。但是，实际的交易可能非常复杂，并且用户的需求也不同，难以实现统一的交易内容。因此，我们通过示例对基本能源拍卖信息和详细能源合约信息给出一些通俗的解释。详细能源合约信息：详细能源合约信息记录了拍卖发起者制定的交易明细，符合访问策略且报价最高的用户方能查看。这部分内容可能涉及了发起者不愿发布的核心隐私信息，例如能源传输地址，结算方法等。基本能源拍卖信息：基本能源拍卖信息主要记录了拍卖信息摘要和发起方节点的匿名地址，该摘要包含了拍卖发起方对竞拍节点确定它们是否对该交易感兴趣的基本需求，最低能源价格和能源量，匿名地址为申请竞拍的节点以发送竞拍申请提供通信目标。基本能源拍卖信息可以被视为交易公告，其中包含不直接公开敏感私人信息的基本信息。交易双方将交易细节和能源交易时间商定后，将商定好的具体内容生成智能合约并发送至共识节点进行协商一致确认，当到达能源交易时间时，能源提供者发送能源至对方账户，此时，能源货币才能自动从买者钱包账户转移到卖者账户。能源购买方生成新的交易记录，能源提供方对交易信息进行验证并对其进行数字签名，然后向所属能源经纪商的交易服务器提出写入交易的事务申请，该能源经纪商确认交易后将其通过广播的形式传播给其他能源经纪商，验证成功后，将新区块记入区块链网络，能源买卖双方信用值自动更新。若能源市场上供给量低于总需求量或购买方没有交易成功，则可以选择向电网公司购能源，记电网价格为，上网价格为。当光伏能源充足，用户可根据实际情况，可以将多余电量以上网电价出售给电网公司。一般情况下，有。因此，提供方为了得到更多的售能收益，购买方为了减少更多的购能开支，都希望在能源拍卖市场上进行交易，这样可促进市场内部消费。1.2.2CP-ABE交易安全在上述能源交易过程中，能源提供方能源出售信息公开发布在区块链网络中，所有用户可随意查看，不符合能源提供方隐私保护的要求，本小节将基于CP-ABE实现提供方能源出售信息的安全发布。能源提供方根据属性集定义一个访问树,以此来代表访问结构，树的每个叶子节点表示用户的一个属性。设是中每个节点的门限值,并为节点选择一个次多项式。随机选择，对于根节点，令；对于非根节点，则令，返回节点在其兄弟节点中的序号。假设是所有叶节点的集合，选择基本能源拍卖信息，计算过程如式（4-9）所示: （4-9）则基本拍卖信息完整密文为解密基本能源拍卖信息：首先，能源提供方将CP-ABE所加密的消息发送至当地能源经纪商处，经济商发布该交易密文。想要查看基本能源拍卖信息的潜在交易对象将其属性集与密文中的访问策略进行匹配。如果匹配失败，则解密将失败，并且不会公开加密的信息，当用户的属性集符合访问策略，解密操作将成功。如果节点是叶子节点，令,如果，那么的计算过程如式（4-10）所示。 （4-10）如果，则定义。当是非叶子节点时，算法的工作方式如下：对于所有的子节点，计算。令为大小的满足的子节点的集合。只有当有符合条件的集合，函数才会继续往下计算，否则函数返回⊥。若x是叶子节点，则再进行拉格朗日插值计算，如式（4-11）所示： （4-11）其中，，，进而进行最终解密得到秘密值。以上内容已定义了算法，接下来将详细描述解密算法。根节点执行，是访问树的根节点。如果满足访问树，则令如式所（4-12）示。 （4-12）并通过式（4-13）解密密文，查看交易明文。 （4-13）只有符合访问策略的用户才能解密密文并获取基本交易信息。如果有兴趣，对此满意的用户可以申请此拍卖交易。在拍卖价格报价阶段，为解决购买方共谋，恶意降低价格等问题。本文基于区块链非对称加密方法实现每个能源购买方对自己的出价信息进行加密，在竞拍时间内有意向的竞价者都给出加密后的出价信息，在出价时间结束后，由提供方揭示竞拍者出价，并且从中选择出价最高的竞价者。能源购买方使用提供方公钥加密竞价信息并发送给在交易发起人，发起人私钥解密查看，确定价高者为最终交易对象，验证/确认了该交易对象身份及其信誉水平之后，提供方利用该交易对象公钥加密详细能源合约信息，并发送给该交易对象，交易对象私钥解密获得详细能源合约信息，最终双方按照能源价格为，能源量为达成交易。若能源提供方没有找到符合筛选要求的交易对象或能源并未出清，在考虑能源安全的情况下，可将剩余能源出售给电网公司；若能源购买方在P2P能源交易市场上并未满足其需求，则可从电网公司购买能源。具体能源P2P交易流程如图4-2所示。图4-2能源P2P交易流程图Figure4-2EnergyP2Ptransactionflowchart1.3共识机制改进本文改进的共识机制具体内容大致如下：首先，将预设的能源经纪商以信誉值的降序排列，当信誉值达到某个阈值时，可以随机选择能源经纪商进入共识小组。根据信誉值随机动态选择能源经纪商成为共识节点，可以防止黑客攻击引起的共识安全问题，同时也可以确保能源经纪商节点的投票能力取决于自己的信誉水平。能源经纪商节点的信誉值由历次的共识表现水平衡量，共识的表现需要长期而稳定的工作。因此，只有具有正常和常规性的诚实经纪商节点才能成为共识小组的成员。在评估能源经纪商信誉值的过程中，添加了影响共识绩效的因素，这使得恶意能源经纪商更难以成为共识小组领导者，从而提高了整个区块链的安全系数。该设计理念基础来自于传统信托系统，该系统通过调查用户的历史行为来建立信誉价值。具体流程图如下。图4-3共识协议流程图Figure4-3Consensusprotocolflowchart通过评价能源经纪商信誉值大小，随机动态地从预设的能源经纪商中选取符合标准的经纪商组成共识小组，在所组建的共识小组中，选取共识小组中出块快速且拥有有效工作证明的能源经纪商作为此轮共识的领导者，领导者发布包含交易密文的区块，共识小组其他成员通过数字签名验证区块的正确性和合法性。在这一轮共识结束后，开始下一轮共识小组和能源经纪商领导者的选择。改进的共识机制具有下列三个特征：第一，随机性：预测每轮的共识小组和能源经纪商领导者是很难的。第二，激励性：对于共识小组，越诚实，信誉值越高的能源经纪商，进入共识小组并获得奖励的机会就越多。对于领导者来说，获得有效工作证明的能源经纪商越活越，将得到奖励的机会就越多，这将有效促进系统的良性循环。第三，安全性：每一轮作为共识小组成员的能源经纪商都具有一定的随机性，以防止具有高信誉值的能源经纪商垄断记账权，或者防止高信誉值的能源经纪商之间相互串通，垄断市场，导致其他节点无法获得奖励，丧失参与的积极性。在本文改进的共识机制中，我们认为非法用户能够随意推迟、删除、再排序和插入消息，同时还能够串谋任意数量能源经纪商节点以及实现大量虚拟节点的模拟。本文假设可能会存在拜占庭式错误。除此之外，运行环境需要满足以下两项假设：第一，其他节点知道所有的共识节点的公钥。第二，任意节点不具备伪造密钥的能力。1.3.1共识小组选取共识执行过程中，由小组中的某位能源经纪商来领头执行，因此，该小组中经纪商的信誉值一定要符合要求，随机选取，以此来减少黑客的入侵。按照信誉值由大到小对能源经纪商进行排序，数值在总信誉值的P%之前的经纪商则可以进入共识小组，此时本轮共识小组构建完成。在任意两个连续的时期内，能源经纪商组成的共识小组中成员可能会有很大不同，此特征保证了共识决策的安全性。此外，共识小组的规模大小并不是提前规定的，而是根据经纪商信誉值的大小以及信誉值总数来决定共识小组成员数量。图4-4共识小组的选举Figure4-4ElectionofConsensusGroups每轮新区块得到同意和验证后，当共识小组中每个能源经纪商的共识投票情况发生改变时，经纪商信誉智能合约自动执行，并由当前阶段的经纪商领导者节点作为信誉共识机制的输入进行计算，基于此生成下一轮共识小组。能源经纪商信誉值计算表述将在下一节中详细阐述。1.3.2共识执行在基于区块链的IIoT能源交易中，存在着通过交易金额分析终端用户余额信息，导致其资金风险的行为，因此，本文所有的交易信息都以密文形式记录在区块中，区块由区块头和区块体构成，结构如图4-5所示。 图4-5区块结构图 Figure4-5Structurediagramofblock本文所有能源经纪商都是经CA和能源监管中心注册的可信节点，接下来将详细介绍本文能源经纪商共识机制。首先，完成共识领导者的选取。所有的能源经纪商收集所有本地交易记录一段时间，然后加密和数字签名这些记录，以确保其真实性和准确性。为了便于跟踪和验证，每个块都包含前一个块的加密哈希值，与比特币类似，经纪商作为矿工努力寻找数据审计工作的有效证据，即满足一定难度的哈希值。经纪商依据一个随机数φ、上一个块的哈希值、时间戳和事务记录的Merkel根（记为）计算出新块的哈希值。如下公式（4-16）所示： （4-16）为了控制出块时间，系统可以通过改变值来调整随机数φ的查找速度。最快找到有效的工作证明的经纪商成为共识过程的领导者节点，记为。其次，将区块数据、随机数、时间戳等信息打包并广播给其他能源经纪商，其他能源经纪商审计和验证该区块中交易密文顺序、合法性以及QUOTEφφ。验证结束后，其余能源经纪商将验证结果进行数字签名，最终向反馈验证结果，反馈信息包括每一个能源经纪商的验证结果、数字签名。最后，对收到的反馈进行统计分析，如果超2/3的能源经纪商认同新区块，则将广播包含当前已审的区块和相应数字签名，则新区块将由存入区块链网络，将获得部分奖励。共识过程如图4-6所示。上述改进的共识机制使得能源区块链具有良好的可扩展性，可以适应规模庞大的IIoT[91]，本文能源区块链的共识流程是在少量授权的能源经纪商共识小组中实施的，因此，无论IIoT能源交易规模如何变化，当能源经纪商数目固定时，共识执行所需的总时间总是较低的。图4-6共识执行过程Figure4-6Consensusimplementationprocess与传统的共识机制相比，证明所提出的基于信誉值的公平共识机制可以有效避免工作协商一致机制中计算成本大和高延迟等问题，具有良好的可扩展性。接下来主要通过分析交易确认时延，分析本文所提基于信誉值的共识协议改进方案的性能。交易确认时延作为衡量共识算法的重要指标，在区块链中表示的是交易从提交到写入的时间差。实验环境为windows10，配置系统为Ubuntu16.04，搭建了实验平台平台，硬件参数如下：3.2GHz，i5-6500CPU和8GB内存。实验仿真了80个IIoT节点在系统上运行300分钟的性能情况。在比特币交易模型中，交易验证时间为60分钟，本文实验将能源经纪商完成能源交易验证所需的时间设置为15分钟，预选的能源经纪商总数为31个。IIoT节点每小时的能源交易频数为{1,2,3,4,5}等概率取值，并从41个能源经纪商中依据其信誉值，以次随机动态生成三组共识小组，分别为共识小组1，共识小组2，共识小组3，观察5h内不同条件下交易确认时延变化。图4-7平均总交易时延比较图Figure4-7ComparisonofAverageTotalTransactionDelay图4-7显示，当能源交易次数增加时，平均总交易验证时间也逐渐增加。相较而言，在共识小组1,2,3中完成交易验证所需的时间较少，且平均总交易确认时延增长幅度比传统区块链增长幅度要小，这是因为共识小组1,2,3是基于信誉值在预设的能源经纪商中随机选择经纪商而组成的，区块信息验证仅在所选共识小组中进行，而不需要在网络中所有IIoT节点或所有能源经纪商中中执行。1.4信誉更新智能合约管理智能合约是存储在区块链中的一种计算机程序，其功能与真实合同类似，可自动实现预先定义的目标。网络节点确认合约条件和内容，由计算机代码表示，当达到触发条件时，合约自动强制执行，消除了人为干预。传统合约需要双方互相信任才能顺利执行，而区块链智能合约技术使得互不信任的双方也可以产生交互，消除了对双方信任水平的需求。智能合约技术最大程度地减少了传统合约的中介机构（例如金融专业人员和法人）的作用，由此产生的去中介化提高了效率并降低了业务活动的成本。智能合约主要包括合约的生成及发布、状态更新和触发及执行三部分内容，可以用来更新能源用户和能源经纪商的信誉评分。图4-8智能合约部署Figure4-8Smartcontractdeployment1.1.1能源经纪商信誉本文根据能源经纪商共识投票情况来评估经纪商信誉水平，即能源经纪商共识信誉值，本文中用表示。共识小组中的能源经纪商在参与共识执行时会对区块及随机数、时间戳进行签名，即验证并投票的过程。此时参与共识的能源经纪商会有以下2种行为：一是善意投票，即能源经纪商对随机数、时间戳和区块中交易数据顺序、合法性等信息进行验证，并对验证结果进行合法签名；二是恶意投票，即，在能源经纪商验证不合规定的区块及其他信息的过程中，依旧对验证结果进行合法签名，同时领头能源经纪商无视违规签名将交易信息及经纪商签名打包进区块中并在全网广播。本文基于能源经纪商信誉值完成共识小组的组成，为评估能源经纪商信誉水平，需要考虑共识参与者的恶意和善意投票情况。本文提出了如下经纪商共识信誉值量度方法：这一轮中关于目标实体的善意投票数o和恶意投票数v，E为能源经纪商的总共识数，。基于此，能源经纪商共识信誉值计算如式（4-17）所示： （4-17）在公式（4-13）中，代表惩罚因子，是对经纪商恶意投票的惩罚，其值一般大于1，根据上式可知，经纪商的恶意投票行为将大大降低参与共识的能源经纪商信誉值，实现了对经纪商恶意行为的惩罚机制。从式（4-17）易知，能源经纪商共识信誉值随着认同交易数o的增大而增大，随着否决交易数v的减少而增大。综上所述，IIoT能源交易区块链中，能源经纪商信誉值可以由共识信誉值和哈希值共同计算，节点信誉值评定方法如（4-18）所示： （4-18）相关符号与定义如表4-1所示：表4-1相关符号与定义Table4-1Relatedsymbolsanddefinitions符号定义能源经纪商的信誉分值调节参数共识信誉值时间戳能源经纪商身份能源经纪商数量通过以上计算，可以准确的衡量能源经纪商信誉值。为了更清晰明了的观察共识能源经纪商进行善意投票和恶意投票后信誉值增加和减少的状况，这里选取等于1，惩罚因子等于3，展示以下两种情景：情景一中，一个信用良好的能源经纪商连续恶意投票。记录各情景中经纪商共识信誉值的变化情况；情景二中，一个信用一般的能源经纪商连续进行善意投票，如下图4-9所示。由图4-9可得，当能源经济商进行善意投票时，其共识信誉值缓慢增加，当能源经纪商进行恶意投票时，节点共识信誉值将会迅速减少。图4-9能源经纪商共识信用值变化Figure4-9Energybrokerconsensuscreditvaluechanges在合约执行方面，系统根据能源经纪商共识情况完成信誉值更新，由预先设计的合约自动执行，无需任何一方干预。因此，整个过程安全和高效。经纪商信誉值更新智能合约步骤如下：第一步，合约的生成及发布。所有能源经纪商签订一个自动信誉更新的合约，通过填写模板，自动生成信誉更新合约，合约封装了外部核查源、触发条件，触发后行动、合约代码及状态。如表4-2所示。表4-2智能合约内容Table4-2Contentofsmartcontract封装内容设定值外部核查源共识次数触发条件共识次数发生改变触发后行动更新信誉值合约代码更新信誉值合约状态未触发、触发合约状态值0、1当用户签订合约后，发送至监管中心，由监管中心检查罚款合约代码是否完全与文本内容相一致，在确定无误后，监管中心将会把该合约发送至当地能源经纪商，由经纪商记录在特定的区块中并连接上链。第二步，状态更新。智能合约的状态与能源经纪商的共识次数有关。在信誉值更新过程中，如果经纪商共识次数发生改变，合约将处于触发状态，更新经纪商信誉值，若经纪商共识次数未改变，则合约处于未触发状态。第三步，触发与执行。根据第二步的智能合约状态更新，若处于触发状态，执行合约相关代码，进行信誉值计算与更新，执行后，区块链将存储经纪商最新信誉值，其机理如图4-10所示：图4-10智能合约的执行机理Figure4-10Executionmechanismofsmartcontract1.1