[发明专利]一种基于能源区块链的电动汽车安全电力交易和激励系统

权利要求书

1.一种基于能源区块链的电动汽车安全电力交易和激励系统，其特征是包括电动汽车、充电基础设施、车辆服务中心、智能电网和当地聚合器单元，各单元之间采用双向信息交互，各单元同时建立与能源区块链分布式账本的信息交互，完成电动汽车与充电基础设施的安全可信交易；所述的充电基础设施包括大型充电站、私人充电桩、电池更换站；

所述的信息交互、安全可信交易，按以下步骤：

(S01)：在车辆服务中心分别对电动汽车EV_i、私人充电桩CP_j、大型充电站CS_k和电池更换站BES_n这些节点进行登记注册，获得交易认证所需的真实身份RID_m和私钥s基本信息；

(S02)：充电基础设施收集并汇总交易的电力价格T_price、交易的时间T_time和交易的地址T_location信息，表示为T_n＝{T_price,T_time,...,T_location}；采用基于椭圆曲线双线性对算法进行数字签名和验证电动汽车身份的真实性和消息的可靠性；若该车辆的身份可疑或不合法，则终止通信并将非法车辆的信息记录下来；若该车辆的身份通过且合法，则继续为接收该车辆上传的交易信息做准备；

(S03)：将签名后的电力交易信息SM_ij缓存到数据处理器的记录池当中，直到记录池中的数据大小等于数据区块大小，并等待随机时间后广播该数据区块到全网的共识节点，使用拜占庭容错共识机制以达成一致性协议；

(S04)：充电基础设施获得了记录该数据区块的权利，将其添加到能源区块链的末端使整条链的高度加一，同时广播给全网的其他节点对区块链数据进行同步保存；另一方面，系统奖励相应数量的“能源币”给充电基础设施；

(S05)：结合博弈论和智能合约，并提前设定约束条件形成一种激励合约；根据合约协议自动分配奖励给贡献T_n的电动汽车节点，每次执行后产生的收据将记录在本地存储器当中；

步骤(S01)所述电动汽车和充电基础设施登记注册，按以下步骤：

对所有的电动汽车编号为EV_i＝(EV₁,EV₂,...,EV_μ)，μ＝1,2,...,i；私人充电桩编号为CP_j＝(CP₁,CP₂,...,CP_μ)，μ＝1,2,...,j；大型充电站编号为CS_k＝(CS₁,CS₂,...,CS_μ)，μ＝1,2,...,k；电池更换站编号为BES_n＝(BES₁,BES₂,...,BES_μ)，μ＝1,2,...,n；

1)所有的节点到车辆服务中心登记注册，并获得初始化的系统参数和认证信息：包括身份ID、车牌号、公钥、私钥，充电基础设施获得用于验证电动汽车身份的公共参数；

2)若电动汽车节点和充电基础设施节点被授予合法身份后，可以在能源市场中进行合法的电力交易，并上传T_n；然后，车辆服务中心会对这些交易数据进行分析，以调度系统的充电时间；

步骤(S02)所述的数字签名和验证，按以下步骤：

1)首先选取一个符合椭圆曲线密码体制理论要求的椭圆曲线E_p(a,b)后，再随机选择一个素数q，且其中为一个有限域；两个循环群组分别为G₁和G₂，且它们的阶为q，其中G₁表示为一个循环加法群，G₂为循环乘法群；

2)车辆服务中心随机选取两个素数P和s，其中s为车辆服务中心的私钥，且符合1sq，P是循环群G₁中的一个生成元，并求出公钥P_pub；

3)根据真实身份RID_i计算假名PID_i和第j个消息的私钥SK_ij，以及认证参数a_ij和b_ij；最终生成对消息M_ij进行签名后的消息SM_ij，充电基础设施对其消息签名进行验证，可分为单个消息验证和批量验证；

步骤(S05)按以下步骤：

1)激励合约的生成：电动汽车在车辆服务中心或政府机构进行登记注册，获得认证参数，包括EV_i的公私钥对(P_pub,SK_i)和账户的地址W_i；所有的认证信息都通过绑定车牌号和客户信息来唯一标识身份；

其中SM_i定义为消息M_i的哈希摘要的数字签名；依据合约规则和期限，当地聚合器和EV_i达成一份协议，并分别用各自的私钥进行签名；将部署后的合约打包成Docker镜像，并在Docker沙盒上进行合约检验；

2)激励合约的发布：合作博弈写成G＝{P,S,U}的组成形式，其中，P＝(EV_s,EV_p)表示两种博弈群体的集合，S＝(S_s,S_p)分别对应EV_s和EV_p的策略集，表示参与者P在S策略对下的收益函数集，且每个博弈群体都有各自的行为策略空间；定义EV_s的策略空间为S_s＝(x₁₁,x₁₀,x₀₁,x₀₀)，其中x₁₁表示愿意出售电能，且愿意上传电力信息；x₁₀表示愿意出售电能，但是不愿意上传电力信息；x₀₁表示不愿意出售电能，但是愿意上传电力信息；x₀₀表示既不愿意出售电能，也不愿意上传电力信息；EV_p的策略空间为S_p＝(y₁₁,y₁₀,y₀₁,y₀₀)，其中y₁₁，y₁₀，y₀₁和y₀₀与S_s类似；

所有参与的当地聚合器和EV_i应该分别从各自的钱包向合约的地址缴纳足够的保证金；

3)激励合约的执行：在博弈群体EV_s和EV_p中，选择不同的策略具有不同的概率；分别选取两个博弈群体的策略来计算收益函数；并通过EV_s节点出售电能获得的能源币奖励，EV_p节点购买电能支出的能源币金额，接收一个交通信息所获得的能源币数量；以及其他服务所消耗的能源币，列出EV_s和EV_p的最终收益