分布式共识在区块链中的作用电力物联网分布式认证研究

时间：2022-04-15|浏览：404

随着智能电网和能源互联网的发展，电力物联网在电力生产的各个环节中发挥着越来越重要的作用。特别是在最后10公里的配电网中，电力物联网广泛应用于电力测量、电力销售服务、分布式发电、新能源并网、智能充电桩等应用场景；一般来说。
现有的电力业务系统大多采用集中结构。随着分布式供电、可控负荷、增量配电网、材料服务等业务的不断发展，主体之间信息交互的频率和复杂性对及时性和及时性的要求越来越高。集中信息交互模式不再能够满足源网负载存储交互、材料准确供应等多个业务系统的信任需求。
电力物联网不仅得到了广泛的应用，而且带来了更严峻的安全挑战。一方面，电力物联网终端节点数量多，部署范围广，节点物理环境无法控制，容易受到物理劫持、节点复制、信号拦截、盗窃等威胁。重放和中间攻击。由于功率限制，其计算、存储和通信能力有限，不可能部署完整的密码算法。此外，信息传输和交互主要通过集中广播和组播实现，容易出现单点故障。
区块链技术具有分散、防篡改、高可扩展性等特点。它正成为继大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等技术之后的另一项新兴技术，将对未来产生重大影响。. 在美国、日本、欧盟等一些国家和地区，区块链发展已成为重要的国家发展战略。中国政府也高度重视区块链技术创新和产业发展，积极推动国内区块链相关领域的研究和标准化，大力推动区块链技术的开发和应用。,“
区块链可分为公共链、私人链、联盟链、许可链等类型。联盟链是指由联盟或行业多个机构共同管理的区块链，更适合在电力场景中使用。其数据只允许系统中的机构阅读、修改和访问活动，并通过制定访问标准和访问权限来确保系统的安全。一个典型的联盟链开发平台是 Hyperledger 项目提供模块化架构，实现节点、链码（智能合同）执行和配置共识和会员服务。访问认证MSP（Membership Service Provider）服务实现X.509基于证书管理和成员身份认证。Hyperledger联盟链结构研究适用于电力物联网的分布式认证策略，改善传统物联网安全协议对认证中心节点的依赖，实现群体接入认证，提高电力互联网在确保安全的前提下进行物联网。大量节点并发访问的响应速度。

分布式共识在区块链中的作用电力物联网分布式认证研究
1 相关工作
传统的物联网安全访问认证研究侧重于降低安全算法的计算复杂性、存储复杂性和通信成本。例如，常 Q 等人。[1]提出了基于椭圆曲线加密算法的无线传感器节点。认证协议；邹昌中等人提出的基于节点ID验证的节点认证协议对抗DoS攻击。[2]在保证良好攻击防御的前提下，减少了认证的时间成本和网络的通信负载。在分散的分布式认证方面，一些研究人员提出了一种分布式节点认证机制[3]，
基于公钥基础设施（PKI）身份认证是一种相对成熟的认证技术。目前，为了实现其分布式应用，通常采用门限密码机制，需要较大的计算和通信成本，不利于功耗。物联网的广泛部署。为了实现分散的效果，一些学者开始研究区块链技术在身份认证领域的应用。参考文献[4]提出了基于比特币系统的分布式PKI认证系统，但存在用户公钥等敏感信息泄露问题。针对这一问题，文献[5]提出了隐私保护PKI改进认证方案。
在联盟链方面，佘伟等人。[7]针对分布式能源交易认证中的安全问题，讨论了基于联盟链的分布式能源交易认证模型。通过区块链权益证明、数据加密、时间戳和分布式共识等方法，提高分布式能源交易的数据安全性、信息透明性和自动认证水平。
目前，基于区块链的物联网接入认证方案大多基于公共区块链平台，实现了分布式PKI模拟，但未能有效整合联盟链和电力物联网业务的轻量级分布式认证协议。集成，难以满足智能电网和能源互联网分散、泛接入、广域互联的需求。本文基于Hyperledger为提高电力物联网的分布式安全水平，支持安全可靠的电力物联网应用，设计了分布式门限加密认证算法。
2 预备知识
2.1 超级账本区块链
Hyperledger 是 Linux 基金会于 2015年推出的开源区块链项目旨在满足行业用例，简化业务流程。基于完全共享、透明和分散的特点，Hyperledger 是制造业、能源和物联网应用的理想选择。
超级账簿由会员、区块链和链码三个组成部分组成。它具有成员节点认证、共识算法灵活、易于实现智能合同等优点。Hyperledger 结构如。
与以太坊等区块链平台不同，Hyperledger采用会员服务PKI系统、数字证书、加解密算法等安全技术，加强身份证管理服务，实现权限管理、交易加解密、分布式账本机制。模块化可插拔架构，用户可根据业务需要灵活部署应用程序。
分布式账簿是区块链服务的核心结构。Hyperledger 基于上下文的链结构，通过 P2P 网络、数据库和共识机制记录应用信息。应用程序通过发起交易将数据记录在帐簿中。
通过链码服务实现智能合约。链码基于容器、状态机等技术，可以基于第三方开发语言和相应的SDK通过实现应用程序。API 实现安全的业务逻辑和功能。
Hyperledger Fabric 平台采用两种节点:(1)order 节点负责数据的读写和查询，并借助区块链共识算法和共识协议维护区块链账本数据库；(2)Peer连接用户和相邻节点Peer节点，查询验证操作，不输入交易数据。
在基于Hyperledger在区块链认证系统中，电力物联网终端APP从CA获得合法的数字证书，使用SDK接入Fabric网络发起认证请求，提交构建交易应用Endorser在收集到足够的背书支持后，终端可以构建一个合法的请求并发送给它Orderer记账处理。