基于區(qū)塊鏈技術的充電樁運維系統(tǒng)研究

陳俊鵬

摘要：近年來隨著智能科技的不斷發(fā)展進步，在各行各業(yè)都有了進一步深入研究，而汽車領域也不例外，目前電動汽車在市場中的占比越來越高。在電動汽車領域，由于市場認可度的越來越高，因此對電動汽車也提出了更高的要求，人們對于電動汽車的性能以及運行情況有了自己的需求。與此同時，對于電動汽車充電樁的研究也更加深入，在充電樁的運行與維護過程中系統(tǒng)是否符合相關標準，對于電動汽車能否平衡運行中有重要影響。我們以此為基礎，以區(qū)塊鏈技術為研究核心對充電樁的運行與維護系統(tǒng)進行詳細分析，希望以此可以利用全新的區(qū)塊鏈技術為充電樁運維系統(tǒng)的進一步改進與實施，提供一定的參考。

關鍵詞：電動汽車;充電樁;區(qū)塊鏈技術;運維系統(tǒng)

隨著汽車領域的不斷發(fā)展，新能源汽車與電動汽車逐漸成為汽車行業(yè)的發(fā)展新潮流，在汽車產業(yè)的未來發(fā)展過程中，利用純電驅動汽車是未來的發(fā)展方向，在發(fā)展過程中充電樁是否符合相關需求標準，能不能支持汽車完成純電驅動，對于未來汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

總而言之，充電樁是電動汽車進一步深入研究與廣泛推廣的重要基礎設施。在目前的充電樁運維系統(tǒng)內部，不僅包含對充電樁此時運行狀態(tài)的監(jiān)控觀察，同時還包含對充電樁設備計量精度的測定與安全性能的檢查，與相關監(jiān)管部門的數(shù)據(jù)溝通情況以及補貼是否發(fā)放等環(huán)節(jié)。因此在充電樁運維系統(tǒng)的運行過程中，不僅涉及到與充電樁設備，還涉及到對應的運維機構、配電機構、售電機構、檢定機構以及相關部門等多個方面的共同配合。由此可知，要想使得充電樁更加符合時代發(fā)展需求，具有運行可靠并且成本運行較低的特點，那么必須綜合多方面的協(xié)作能力，從而使得管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可信性有所提高，有利于電動汽車行業(yè)的進一步發(fā)展。

一、區(qū)塊鏈基本原理

（一）區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結構

區(qū)塊鏈技術作為一種全新的鏈式數(shù)據(jù)結構，近些年來受到學者們的重視，具體而言，該數(shù)據(jù)結構在組合過程中需要按照時間順序為基礎，將不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊以順序的方式相連進行組合，并且通過密碼學為基礎，對數(shù)據(jù)結構進行整理，形成分布式賬本。在形成分布式賬本的過程中，區(qū)塊鏈具有較為特殊的特征，工作人員不能按照自己的意愿對數(shù)據(jù)進行篡改，也不能對數(shù)據(jù)進行偽造。

除此之外，從廣義范圍而言，區(qū)塊鏈需要利用自身的鏈式數(shù)據(jù)結構對目前的數(shù)據(jù)存儲情況進行驗證與記錄，同時利用相關的算法最終形成數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，利用全新的編程方式形成計算范式。

（二）數(shù)字簽名

根據(jù)區(qū)塊鏈技術的結構性質可知，該技術在記錄與傳輸數(shù)據(jù)時，主要是以鏈式結構完成操作的，因此這種非對稱的加密方式也被稱為數(shù)字簽名。數(shù)據(jù)簽名的具體技術原理如下圖1所示。

在圖1中，首先掌握原始數(shù)據(jù)的發(fā)送方，要通過對應的函數(shù)計算方法

總結出數(shù)字摘要，并且利用非對稱的加密私鑰對所總結出的數(shù)字摘要進行進一步加密，最終形成數(shù)字簽名。對于這些方而言，在收到數(shù)字簽名數(shù)據(jù)后，首先需要應用公鑰進行解密，獲得數(shù)字摘要值，并且利用哈希值進行驗證，如果一致時，那么數(shù)字簽名則為正確。

（三）共識機制

通過查閱相關文件可知，在區(qū)塊鏈技術系統(tǒng)內部中，想要完成數(shù)據(jù)的存儲操作，那么系統(tǒng)內部的節(jié)點必須共同參與工作?？偠灾?，要想使得系統(tǒng)內部的節(jié)點共同存有同樣的數(shù)據(jù)，并且保證正確性，那么必須利用共識機制。

在應用共識機制的過程中，以區(qū)塊鏈技術為核心的系統(tǒng)具有。去中心化、不可篡改、可追溯、可靠性較高的特質。我們以去中心化特征與不可篡改特征為例，進行詳細討論。

首先，通過相關文獻可知，在區(qū)塊鏈技術系統(tǒng)中，節(jié)點都為具有對等性的節(jié)點，因此在對數(shù)據(jù)進行發(fā)送、存儲、接收的過程中，對等節(jié)點之間都是平等的，因此具有去中心化的特征。

其次，節(jié)點還具有不能隨意篡改的特征，在系統(tǒng)的運行過程中，系統(tǒng)內部的節(jié)點都需要參與到數(shù)據(jù)的存儲與維護流程中來。在數(shù)據(jù)經(jīng)過相關工作人員的驗證后，會經(jīng)過共識機制被寫入到區(qū)塊系統(tǒng)之中，在系統(tǒng)內部通過哈希函數(shù)對節(jié)點進行驗證，這時無論是哪一個節(jié)點都沒有辦法對數(shù)據(jù)進行修改，這使得系統(tǒng)的可靠性有所提升加大了工作人員或者惡意攻擊者，想要偽造數(shù)據(jù)、篡改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)的操作難度。

二、基于區(qū)塊鏈的充電樁運維系統(tǒng)

在充電樁運維系統(tǒng)中，其構成主體較為復雜，共包含多個方面，其中包含充電樁、現(xiàn)場檢測箱、充電站，除此之外還包含檢定機構與運維機構以及監(jiān)管部門等多個方面?？傮w而言，以區(qū)塊鏈技術為核心的充電樁運維系統(tǒng)可呈現(xiàn)出三個具體特征，分別為分布性較高、主體較多、可靠性與可信度較高。

首先，該充電樁運維系統(tǒng)具有較高的分布性，由于綜合因素的影響，充電樁的分布位置較為復雜，需要根據(jù)當?shù)爻鞘械娜丝诿芏纫约暗乩砦恢门c交通情況等因素進行綜合考量，最終確定充電樁的設定位置。由于大多數(shù)充電樁的設置屬于分散性，因此在進行統(tǒng)一管理時具有較高的難度。

其次，充電樁運維系統(tǒng)的主體較多，因此具有多主體性。上述提到在充電樁的運維系統(tǒng)中所包含的主體較多，因此該系統(tǒng)也可被稱為多邊利益系統(tǒng)，在進行統(tǒng)一管理時需要利用中心化管理方式形成利益平衡，但是該平臺的管理難度較大，需要進一步探討。

最后，充電樁運維系統(tǒng)具有較高的可靠性與可靠性。在充電樁系統(tǒng)的

運行與維護過程中，所涉及到的利益主體相對較多，因此只有各地主體進行協(xié)作時，才能顯現(xiàn)出較好的最終效果，這時保持環(huán)境高度互信是必要的。以計量檢定機構與配電公司以及充電方三者之間的可信性關系為例，再進行寫作的過程中，必須保持較高的信任度，同時利用可行性關系進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作與補貼發(fā)放工作，最終呈現(xiàn)的效果與三者之間的寫作程度是分不開的。

（二）系統(tǒng)節(jié)點構架

在充電樁運維系統(tǒng)的節(jié)點構架過程中，需要以區(qū)塊鏈技術的現(xiàn)實應用意義為基礎，對多個影響因素進行綜合性考量分析，從而決定系統(tǒng)構架。其中包括鏈式選型、共識機制以及節(jié)點布置三個方面。本文從鏈式選型以及點布置兩個方面進行詳細分析。

首先，鏈式選型需要根據(jù)區(qū)塊鏈技術的網(wǎng)絡技術范圍與節(jié)點的特征，為參考依據(jù)進行考量，區(qū)塊鏈可根據(jù)不同的分類標準分為公有鏈、私有鏈與聯(lián)盟鏈三種。

比特幣系統(tǒng)是典型的共享鏈，開放性最強。任何個人或組織都可以未經(jīng)授權自由加入或離開公共鏈系統(tǒng)。這是一個完全意義上的分散的區(qū)塊鏈。一般通過數(shù)字加密和算法激勵機制，在完全陌生的網(wǎng)絡環(huán)境中建立非最終一致性的共識。由于共享鏈允許基于PoW的匿名參與和共識機制，在安全性、效率和隱私性等方面存在問題，不適合充電樁運維系統(tǒng)。

為了保證設計結果的可移植性，在設計過程中必須考慮每一個細節(jié)。質量是決定產品便攜性的重要因素。材料的選擇是基于保證其功能的充分實現(xiàn)，材料越輕越容易攜帶。體積是決定便攜性的另一個重要因素。對于體積比較大的產品，折疊設計可以縮小體積。設計要簡潔，這樣不僅可以大大降低產品的質量，還可以減少產品的體積。

聯(lián)盟鏈是介于共享鏈和私有鏈之間的第三鏈結構，通常用于身份相互已知的組織之間。記賬等核心功能由特定的內部節(jié)點完成，其他外部節(jié)點只能提供和查詢與自身相關的本地信息。與公鏈相比，聯(lián)盟鏈的效率大大提高，同時具有更好的安全性和隱私保護性能，不需要令牌激勵，在信息確認同步和安全性方面明顯優(yōu)于公鏈。與私鏈相比，其靈活性大大提高，便于充電樁和現(xiàn)場巡檢箱的靈活進出，適用于充電樁運維場景。

其次，從節(jié)點布置方面出發(fā)，進行綜合考量是十分必要的。在以區(qū)塊鏈技術為基礎的充電樁運維系統(tǒng)中，節(jié)點具有不可忽視的作用，節(jié)點環(huán)節(jié)不僅可以發(fā)送數(shù)據(jù)，還可以加密數(shù)據(jù)、驗證數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)。與此同時節(jié)點還承擔著管理系統(tǒng)的重要任務，因此對于節(jié)點布置的重要性不言而喻。在區(qū)塊鏈技術系統(tǒng)中，無論是哪一網(wǎng)絡的節(jié)點都是處于平等地位的節(jié)點，所擁有的權限與所發(fā)揮的功能在理論上是完全相同的。但是在實際的充電樁運維系統(tǒng)中，由于節(jié)點的應用特征以及運算能力存在著差異性，因此可根據(jù)節(jié)點所發(fā)揮的功能，將系統(tǒng)節(jié)點分為兩個類型，分別為完全節(jié)點與不完全節(jié)點。

完全節(jié)點也可被稱為標準化的區(qū)塊鏈技術節(jié)點，該類型節(jié)點可以發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)，并進行同步與記賬功能，與此同時還具備共識的特性。在以區(qū)塊鏈技術為核心的充電樁運維系統(tǒng)中，完全節(jié)點角色有4個方面承擔，分別為運維機構、配電公司、檢定機構與監(jiān)管部門。

在充電中的運維系統(tǒng)中，不完全節(jié)點作為節(jié)點類型之一，主要負責采集數(shù)據(jù)與傳輸數(shù)據(jù)與完全節(jié)點不同，其完全不能發(fā)揮完全節(jié)點的功能，而是具有簡化認證協(xié)議的獨特功能。總而言之，在充電樁運維系統(tǒng)中，以區(qū)塊鏈為核心的節(jié)點布置，具有重要意義，具體網(wǎng)絡節(jié)點布置示意如下圖2所示。

（三）系統(tǒng)功能構架

通過對充電樁運維系統(tǒng)進行層次化分析，可知該系統(tǒng)可分為三個層次，分別為數(shù)據(jù)接口層、服務層與管理層，具體的層次構圖如下圖3所示。

圖3充電樁運維系統(tǒng)結構圖

具體而言，三個層次具有自身不同的功能與服務特點。首先服務層主要是提供具體服務的所提供的服務，包含功功能側方面、區(qū)塊鏈側方面、通信側方面三個具體部分。

而管理層需要為充電樁運維系統(tǒng)提供整體性服務，主要包含：

對充電樁運維系統(tǒng)的應用層面的各項操作進行管理，尤其是注冊與現(xiàn)場檢測等方面進行把控;對充電樁的節(jié)點進行授權管理，對充電樁的不同業(yè)務直接認證管理;對智能電網(wǎng)中區(qū)塊鏈模塊或者電動汽車區(qū)塊鏈模塊的跨鏈情況進行管理;對充電樁的充電情況、維修與保護情況、檢定情況進行管理等。

三、結束語

綜上所述，充電樁應用系統(tǒng)在電動汽車行業(yè)的發(fā)展過程中起到重要影響作用，因此必須加大對充電樁運維系統(tǒng)的研究力度，根據(jù)通過這些事件所具備的分布性較高、主體較多、可行性較高等特點進行深入研究。本文以此為基礎，對利用區(qū)塊鏈技術為核心基礎的充電樁運維系統(tǒng)進行深入探究，對區(qū)塊鏈技術原理在該運維系統(tǒng)中的現(xiàn)實應用價值進行分析，深入研究聯(lián)盟結構以及共識機制等多個方面的詳細功能與環(huán)節(jié)操作，對于以區(qū)塊鏈技術為核心基礎的充電樁運維系統(tǒng)去中心化相關管理模式進行探討，希望可以對充電樁運維系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈技術后如何更好的完成運行操作與實施過程提供一定程度的理論參考。

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