阅读说明：本技术 一种联盟链与博弈论的能源交易方式 (Energy transaction mode of alliance chain and game theory ) 是由 李玉枫 陈玉玲 杨义先 幸小刚 于 2021-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明设计了一种基于联盟链与博弈论的能源交易方式,旨在提高分布式能源用户的利润和降低交易成本及交易过程中数据泄露的风险。与传统能源交易方式相比,基于联盟链的去中心化的交易成本明显低于传统中心化的能源交易。其主要思想是,区块链的去中心化特征使得各用户节点无需相互信任即可完成交易,节省了信任成本；且Merkle树等加密算法进一步保障参与交易的安全性和可靠性；在交易匹配环节,利用非合作博弈理论在各能源主体构建博弈模型,将最优交易量和价格的选取转化为纳什均衡解,设计算法找出纳什均衡点完成最优匹配,实现能源用户利润最大化。(The invention designs an energy transaction mode based on an alliance chain and a game theory, and aims to improve the profit of distributed energy users and reduce the transaction cost and the risk of data leakage in the transaction process. Compared with the traditional energy transaction mode, the decentralized transaction cost based on the alliance chain is obviously lower than that of the traditional centralized energy transaction. The key idea is that the decentralized feature of the block chain enables each user node to complete the transaction without mutual trust, so that the trust cost is saved; and the encryption algorithms such as Merkle tree further ensure the safety and reliability of the transaction; in a transaction matching link, a game model is built on each energy subject by using a non-cooperative game theory, the selection of the optimal transaction amount and price is converted into a Nash equilibrium solution, and an algorithm is designed to find out Nash equilibrium points to complete optimal matching, so that the profit maximization of energy users is realized.)

一种联盟链与博弈论的能源交易方式

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及基于区块链的交易方式和基于博弈论的匹配机制。

背景技术

在传统的中心化交易模式下会面临诸多问题：1)传统的中心化管理调度模式缺乏对隐私的保护和匿名性，不能确保交易过程中的安全性；2)在分布式能源互联网交易中，各主体间难以建立可靠的相互信任关系，难以协调各主体间的利益，大部分节点往往都达不到自身利益最大化，且容易造成能源浪费；3)大量的分布式节点，使得它们在能源交易中具有随机、小额、高频的交易特征，这会大大提高调度中心的运行成本。

区块链技术以一种去中心化和去信任的方式实现了数据的分布式信息交互和集体维护，天生具备有去中心化、不可篡改、匿名性、自治性、安全性以及透明性等特点。它能够使分布式能源交易中各项信任问题得到合理解决，可以使大量分散用户进行点对点交易，为分布式能源节点之间的交易提供成本低廉、公开透明的系统平台。因此，区块链技术的市场互通性与交易自律性将成为能源互联网的有效支撑。博弈论起源于经济学，是研究经济学的标准分析工具。从本质上说，能源交易市场也属于经济领域的范畴。因此，它可以应用于对能源交易市场，分析各能源主体策略的制定。在交易匹配环节将最优定价和最优交易量问题转化为纳什均衡求解问题，通过最优反应算法找出最优解，从而使得各主体的利益最大化，有效实现能源的供需平衡，增加供需双方的利益，减少能源的浪费。

发明内容

针对传统能源交易过程中的三个问题，本发明一种联盟链与博弈论的能源交易方式。旨在确保交易安全性和可靠性以及在交易匹配环节实现资源的优化配置，以达到分布式能源的安全交易和能源的供需平衡。

第一步：证书授权。将分布式能源节点分为：传统能源节点、纯消费型节点、产消型节点、存储型节点和聚合器节点(EAG)，各类节点分别都必须通过监管中心申请授权，获得授权证书CertA后才能成为合法节点，进入系统参与合法交易；

第二步：交易匹配。能源节点将自己的交易请求(包括能源需求量、价格等) 以智能合约的形式发送给附近的EAG节点，同时，EAG也在收集网络中的交易请求， EAG对能源节点进行匹配，利用非合作博弈理论在各能源主体构建博弈模型，将最优交易量和价格的选取转化为纳什均衡解，设计纳什均衡求解算法找出纳什均衡点完成最优匹配，最终确定买卖双方最优交易量和价格，实现能源用户利润最大化；

第三步：交易。匹配完成后，能源买家向对应的钱包地址支付代币，能源卖家向能源买家传送能源，交易完成后生成交易记录，交易记录由能源卖家进行验证和数字签名，并上传到EAG，EAG将最新的交易数据打包成区块，并向全网的EAG 广播，进行共识；

第四步：执行共识。在共识过程中只有EAG参与，EAG也是经过监管中心认证的节点，选举出记账节点完成数据打包上链的工作。

附图说明

图1详细描述了本发明交易方式的架构。

图2详细描述了交易过程中的交易流程。

图3详细描述了交易匹配环节的博弈模型。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明提供一种联盟链与博弈论的能源交易方式，具体步骤如下：

步骤1：证书授权。

步骤1.1：节点A使用非对称加密算法生成一对密钥(PK_A、SK_A)，能源节点 A向CA发送公钥PK_A和自己的ID_A。

步骤1.2：CA收到能源节点A的消息后，验证节点A的身份正确后，将身份信息ID_A和PK_A确存储在自己的数据库中，并使用其私钥对ID_A和PK_A加密，形成认证服务器CA为A签署的证书Cert_A。

步骤2：交易匹配。

步骤2.1：分别构建5种类型能源节点的收益函数：

(1)传统能源节点tr收益函数U_{tr_i}：

(2)EAG能源节点收益函数U_{tr_i}：

(3)纯消费能源节点user收益函数U_{user_i}：

(4)产消型能源节点exh收益函数U_{exh_i}：

(5)储能型能源节点str收益函数U_{stg_i}：

其中：Δt代表时间间隔，k代表时段，Ω代表时间间隔数，n为节点总数， P、Q分别结算价格和交易量，分别代表能源销售价格、生产的能源量、价格常数、基础负荷，下标代表节点类型，pgd代表电网，上标为max代表最大供应量。其中a，b，c，λ₁，λ₂，λ₃为系数。

步骤2.2：设计算法求解。

算法1：纳什均衡点求解算法

步骤3：交易。匹配完成后，EAG将中标信息，即匹配结果，返回给生产者，准备传送能源，EAG返回与之交易对象的钱包地址，能源买家向对应的钱包地址支付代币，能源卖家通过相应的设施向能源买家传送能源，交易完成后，能源买家产生新的交易记录。交易记录由能源卖家进行验证和数字签名，并上传到 EAG进行审计，EAG将最新的交易数据打包成区块，并向全网的EAG广播，进行共识，共识过程结束，区块被写入区块链；

步骤4：执行共识。在共识过程中只有EAG参与，EAG也是经过监管中心认证的节点，选举出记账节点后将打包好的区块向全网其他EAG节点广播，其他EAG 节点收到区块后自我开始审查验证，验证成功后，为了相互监督和验证，这些节点将审核结果签名后再向其他节点广播，收到广播后将其审核结果与其他节点的审核结果相比较，进一步将比较结果向记账节点答复。记账几点收到其他节点的答复后，分析节点的比较信息，如果所有的答复都是一致的，则记账节点把最新的区块广播给其他节点并存入自己的储存池中。如果在分析过程出现数据不一致，则记账节点再重复上述过程，直至数据达成一致。