分布式新能源接入下的區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制研究
方 響，馬 笛，侯偉宏，孫智卿，楊 翾，劉 劍
（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，杭州 310009）
方響, 馬笛, 侯偉宏等. 分布式新能源接入下的區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制研究[J]. 浙江電力, 2019, 38(7):1-6.
0 引言
目前，以光伏為代表的新能源已逐漸取代傳統(tǒng)的集中式煤炭、天然氣發(fā)電，能源生產(chǎn)逐步向可再生能源轉(zhuǎn)型。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分布式光伏發(fā)電以70%以上的速度持續(xù)增長(zhǎng)，高比例可再生能源將成為未來(lái)電網(wǎng)的重要特征，電網(wǎng)系統(tǒng)靈活性將大幅提升，但隨之而來(lái)的是對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)架安全性、可靠性的更高要求，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度專業(yè)調(diào)控能力、風(fēng)險(xiǎn)控制能力的更高要求。
新能源具有分布分散、潮流可控、產(chǎn)用靈活等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)天然與區(qū)塊鏈技術(shù)相契合。通過將區(qū)塊鏈技術(shù)引入到正在逐步成型的分布式新能源共享服務(wù)平臺(tái)中，可以有效促進(jìn)信息與物理系統(tǒng)的進(jìn)一步融合，實(shí)現(xiàn)新能源電力數(shù)據(jù)共享傳輸?shù)亩嘣偷统杀净痆1-2]。區(qū)塊鏈技術(shù)從提出至今已經(jīng)過十余年的優(yōu)化發(fā)展，在加密算法等領(lǐng)域技術(shù)已較為成熟，然而作為區(qū)塊鏈技術(shù)靈魂的共識(shí)機(jī)制領(lǐng)域，仍在隨著區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展而推陳出新，選取合適恰當(dāng)?shù)墓沧R(shí)機(jī)制算法將從本質(zhì)上影響該鏈的傳輸性能、容錯(cuò)能力。目前各領(lǐng)域已獲得成熟應(yīng)用的共識(shí)機(jī)制包括PBFT（實(shí)用拜占庭容錯(cuò)）機(jī)制、POW（工作量證明）機(jī)制、POS（股權(quán)證明）機(jī)制、DPOS（委托權(quán)益證明）機(jī)制、PAXOS（提案選舉）機(jī)制、RAFT（領(lǐng)導(dǎo)者選舉）機(jī)制等。文獻(xiàn)[3]介紹了比特幣所采用的POW 機(jī)制，該機(jī)制將大量算力投入到防止惡意攻擊打垮比特幣網(wǎng)絡(luò)中，作為一種強(qiáng)一致性共識(shí)機(jī)制，效率較低。POS 機(jī)制、DPOS 機(jī)制作為基于POW 的改進(jìn)型共識(shí)機(jī)制，在一定程度上減小了POW 的算力浪費(fèi)和去中心化負(fù)面影響，但是仍未形成質(zhì)的飛躍。文獻(xiàn)[4]介紹了PBFT 機(jī)制，該機(jī)制基于拜占庭容錯(cuò)技術(shù)，可以有效處理網(wǎng)絡(luò)中斷、惡意攻擊等問題，算法復(fù)雜度已降為多項(xiàng)式級(jí)；文獻(xiàn)[5]介紹了以PAXOS 機(jī)制、RAFT機(jī)制為代表的在不存在惡意節(jié)點(diǎn)的可信環(huán)境下使用的共識(shí)機(jī)制，該類機(jī)制在算法復(fù)雜度、容錯(cuò)率等性能上有較大優(yōu)勢(shì)。
由于以分布式新能源為代表的電力信息數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)存在實(shí)時(shí)性需求，對(duì)所選用區(qū)塊鏈技術(shù)具有較高的傳輸速度要求[6-7]，以比特幣為代表的數(shù)字貨幣領(lǐng)域所使用的共識(shí)機(jī)制復(fù)雜度通常為多項(xiàng)式級(jí)甚至指數(shù)級(jí)，無(wú)法滿足電力領(lǐng)域的要求。PAXOS 和RAFT 等共識(shí)機(jī)制算法在復(fù)雜度等方面可以有效滿足相應(yīng)要求，但對(duì)于區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)要求滿足拜占庭容錯(cuò)條件，即鏈中不存在惡意節(jié)點(diǎn)，只有可能存在故障節(jié)點(diǎn)，保證通信過程中避免在不可靠信道上探尋數(shù)據(jù)信息傳遞的一致性[14]。本文對(duì)電力信息數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景滿足拜占庭容錯(cuò)條件進(jìn)行了說明，并以RAFT 算法作為本場(chǎng)景下的共識(shí)算法[8]，構(gòu)建分布式新能源信息互聯(lián)模式。
1 區(qū)塊鏈技術(shù)原理
1.1 區(qū)塊鏈層次架構(gòu)
區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的多方維護(hù)特性使得其在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有助于打破信息數(shù)據(jù)壁壘，推動(dòng)顛覆性業(yè)務(wù)整合。區(qū)塊鏈層次架構(gòu)如圖1 所示，主要包含數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、應(yīng)用層[9]。其中，數(shù)據(jù)層通過加密算法和數(shù)字簽名等手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以區(qū)塊形式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)層使區(qū)塊鏈中各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行約定，以及對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性、合法性進(jìn)行驗(yàn)證。共識(shí)層基于以POW 機(jī)制為代表的共識(shí)機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)的正確性和系統(tǒng)的可用性，共識(shí)機(jī)制的算法決定了該區(qū)塊鏈系統(tǒng)的整體復(fù)雜度以及相應(yīng)的信息傳輸速度。在應(yīng)用層，基于智能合約的可編程性特點(diǎn)，可以在許多領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)獲得相關(guān)應(yīng)用，且合約具有的自動(dòng)判斷特性可以免除第三方的監(jiān)督。
圖1 區(qū)塊鏈層次架構(gòu)
1.2 區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮褂妹艽a學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊中都包含一次發(fā)用電的所有相關(guān)信息。該類信息不以交易的原始數(shù)據(jù)形式進(jìn)行保存，而是利用hash 算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為固定長(zhǎng)度的二進(jìn)制形式的hash 值，并由區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用Merkle 樹對(duì)這些信息進(jìn)行歸納表示。當(dāng)一次電能轉(zhuǎn)化確實(shí)發(fā)生后，區(qū)塊鏈系統(tǒng)還會(huì)為其蓋上正確的時(shí)間戳，表明該電能量區(qū)塊所屬權(quán)已發(fā)生轉(zhuǎn)移，自動(dòng)避免重復(fù)需求情況的發(fā)生[4，11]。區(qū)塊鏈的該算法流程既可用于驗(yàn)證其發(fā)用電信息的有效性，同時(shí)還可生成下一個(gè)區(qū)塊，單個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 分布式新能源區(qū)塊結(jié)構(gòu)
1.3 區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制介紹
1.3.1 共識(shí)機(jī)制概念
區(qū)塊鏈呈現(xiàn)出的諸多特性，如去中心化、集體維護(hù)性、智能合約、安全可信等，為分布式能源并網(wǎng)和運(yùn)維的數(shù)據(jù)互操作和信息安全問題提供了新的解決方案，也使得利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建新型電網(wǎng)運(yùn)行模式成為可能，使系統(tǒng)中不需要集中的中央存儲(chǔ)，所有節(jié)點(diǎn)都可以部分或全部地備份區(qū)塊鏈中的信息，任意節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)丟失都不會(huì)影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上有很強(qiáng)的魯棒性和可靠性。
在共識(shí)機(jī)制中，所有參與的相關(guān)方均利用信息通信技術(shù)互聯(lián)，通過區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)授權(quán)和交互，并且交易中所有的操作、合約均會(huì)被記錄和追溯，數(shù)據(jù)將無(wú)法被篡改。共識(shí)機(jī)制可以保證任何分布式新能源相關(guān)方都可以通過注冊(cè)機(jī)制參與共識(shí)，任何信息都會(huì)被所有參與者記錄實(shí)現(xiàn)公開和透明，以及歷史交易數(shù)據(jù)幾乎無(wú)法篡改。
1.3.2 傳統(tǒng)基于證明機(jī)制的區(qū)塊鏈共識(shí)
以比特幣為代表的數(shù)字貨幣區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N對(duì)全網(wǎng)完全公開，不包含全局地址記錄的鏈?zhǔn)较到y(tǒng)，以個(gè)體用戶為主體的任意節(jié)點(diǎn)均可在系統(tǒng)中進(jìn)行記賬及區(qū)塊驗(yàn)證，可隨時(shí)任意加入或退出區(qū)塊鏈系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)用戶節(jié)點(diǎn)的掌握度較弱，無(wú)法明確節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)通狀況。
以POW 機(jī)制為例，該共識(shí)機(jī)制為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)較復(fù)雜的計(jì)算問題，由全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（礦機(jī)）開始同步計(jì)算。問題具有難計(jì)算、易驗(yàn)證的特性，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)完成計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果與記錄內(nèi)容統(tǒng)一打包為區(qū)塊，傳播給聯(lián)通的所有其他節(jié)點(diǎn)（礦機(jī)）進(jìn)行正確性驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后接受該區(qū)塊[12-13]。
1.3.3 拜占庭容錯(cuò)
拜占庭容錯(cuò)是以區(qū)塊鏈為代表的分布式領(lǐng)域的經(jīng)典容錯(cuò)問題。拜占庭是東羅馬帝國(guó)的首都，因?yàn)閲?guó)土遼闊，所以需要避免戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期不同位置的將軍可能存在叛變和間諜問題，實(shí)現(xiàn)全拜占庭軍隊(duì)范圍內(nèi)的一致共識(shí)。在現(xiàn)代通信中的含義即為如何在存在消息丟失的不可靠信道上探尋數(shù)據(jù)信息傳遞的一致性[14]。該問題廣泛存在于以比特幣為代表的貨幣區(qū)塊鏈應(yīng)用中，也因此衍生出了包括POW 和POS 等一系列的共識(shí)機(jī)制。然而，對(duì)于以電網(wǎng)分布式新能源為代表的區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域，本身依靠電力系統(tǒng)、電網(wǎng)合約等形式的約束，可以確保參與區(qū)塊鏈的分布式新能源節(jié)點(diǎn)不存在擅自修改信息數(shù)據(jù)的可能性。同時(shí)，電網(wǎng)分布式新能源信息傳輸具有對(duì)于算力、傳輸速度、算法復(fù)雜度等方面的高標(biāo)準(zhǔn)和高要求，因此，提出使用基于RAFT 共識(shí)算法的電力區(qū)塊鏈機(jī)制。
2 RAFT 共識(shí)算法
2.1 復(fù)制狀態(tài)機(jī)理論
相較于以比特幣為代表的數(shù)字貨幣區(qū)塊鏈，電網(wǎng)分布式新能源區(qū)塊鏈具有半開放特性，即參與節(jié)點(diǎn)（分布式電站）需通過電網(wǎng)公司審核、簽訂協(xié)議后方可加入。該類區(qū)塊鏈不存在拜占庭容錯(cuò)問題，可以采用基于復(fù)制狀態(tài)機(jī)理論的算法作為共識(shí)機(jī)制，一般常見的有PAXOS 和RAFT 等。復(fù)制狀態(tài)機(jī)主要進(jìn)行復(fù)制日志工作，通過各個(gè)模塊質(zhì)檢互相通信，來(lái)確保每個(gè)日志以相同的順序被復(fù)制[15]。在正確復(fù)制的前提下，每個(gè)模塊的狀態(tài)機(jī)按照日志順序進(jìn)行命令處理，并將處理結(jié)果反饋給客戶端，過程如圖3 所示。
2.2 RAFT 算法原理
2.2.1 算法概述
RAFT 是一種基于PAXOS 的改進(jìn)型算法，相較于PAXOS 算法，在具備同等容錯(cuò)性、傳輸特性的基礎(chǔ)上，架構(gòu)更簡(jiǎn)化，適用于實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境[16]。RAFT 主要包含節(jié)點(diǎn)選舉、日志復(fù)制兩大重要功能。參與節(jié)點(diǎn)被定義為主導(dǎo)者、跟隨者、候選人3 種狀態(tài)。其中，主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)的服務(wù)請(qǐng)求，跟隨者節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)被動(dòng)接收及回復(fù)主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，候選人節(jié)點(diǎn)為在主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障宕機(jī)狀態(tài)下重新進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選舉時(shí)的過渡狀態(tài)。
圖3 狀態(tài)機(jī)復(fù)制流程
2.2.2 節(jié)點(diǎn)選舉
節(jié)點(diǎn)選舉發(fā)生在建鏈初始化階段或主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)任期滿后停止發(fā)信后的重新選舉過渡階段。其中，在初始化階段，所有節(jié)點(diǎn)均作為候選人節(jié)點(diǎn)，向所有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送選舉請(qǐng)求，當(dāng)某候選人節(jié)點(diǎn)獲得超過半數(shù)其他節(jié)點(diǎn)的支持，將當(dāng)選為主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)；若沒有候選人節(jié)點(diǎn)滿足選舉條件，在節(jié)點(diǎn)內(nèi)置時(shí)鐘經(jīng)過一定周期后，再重新進(jìn)行選舉。對(duì)于主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)在內(nèi)置時(shí)鐘周期滿后停止發(fā)信的狀況下，由于其他所有跟隨者節(jié)點(diǎn)在內(nèi)置時(shí)鐘經(jīng)過一定周期后都無(wú)法獲得主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男畔?，自?dòng)進(jìn)入過渡階段，進(jìn)行重新選舉。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)置時(shí)鐘的周期不完全一致，因此在過渡階段為最先達(dá)到周期條件的節(jié)點(diǎn)作為候選人節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選舉。節(jié)點(diǎn)選舉流程如圖4 所示。對(duì)于主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)因外部原因?qū)е鹿收匣蝈礄C(jī)，其情況同重新選舉過渡階段，由于其他所有節(jié)點(diǎn)停止收到主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息而提前進(jìn)入重新選舉。
圖4 節(jié)點(diǎn)選舉轉(zhuǎn)換流程
2.2.3 日志復(fù)制
RAFT 算法的日志復(fù)制流程總體遵循狀態(tài)機(jī)復(fù)制的原則和流程，其核心在于節(jié)點(diǎn)內(nèi)置時(shí)鐘周期及跟隨者節(jié)點(diǎn)反饋機(jī)制。其中，內(nèi)置時(shí)鐘周期主要服務(wù)于節(jié)點(diǎn)選舉機(jī)制，確保主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的輪換及故障宕機(jī)情況下的系統(tǒng)可持續(xù)性。
跟隨者節(jié)點(diǎn)反饋機(jī)制是讓主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)確認(rèn)日志條目已被跟隨者節(jié)點(diǎn)安全接收及復(fù)制，主要用于處理跟隨者節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)的故障宕機(jī)、網(wǎng)絡(luò)延遲等問題，主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)通過不斷重復(fù)發(fā)送追加日志條目的方式來(lái)確保跟隨者節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的日志條目與本身一致，實(shí)現(xiàn)共識(shí)。另外，在跟隨者節(jié)點(diǎn)向主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反饋后，不會(huì)立即將日志條目進(jìn)行同步，必須等待主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)提供的下一輪日志條目中包含了主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)已將上一輪條目同步的確認(rèn)信息，再將條目進(jìn)行同步，具體流程如圖5所示。
圖5 日志復(fù)制流程
3 分布式新能源接入下的改進(jìn)型RAFT算法
3.1 基于數(shù)據(jù)中心的領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)選舉
根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司提出的“三型兩網(wǎng)”發(fā)展戰(zhàn)略，各省市都在積極探索推進(jìn)“三站合一”建設(shè)方案，即將原有變電站改造為變電站、充換電站、數(shù)據(jù)中心的多功能合一站所。傳統(tǒng)RAFT 共識(shí)算法中的選舉機(jī)制不考慮節(jié)點(diǎn)間的差異性，具有普適性的特點(diǎn)?？紤]到數(shù)據(jù)中心相較于區(qū)塊鏈中其他節(jié)點(diǎn)具備的高性能、高可靠性優(yōu)勢(shì)，極為適合作為領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，未來(lái)數(shù)據(jù)中心將在各地區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)布局，因此本文在傳統(tǒng)RAFT 算法的基礎(chǔ)上，將選舉機(jī)制中可作為候選者的節(jié)點(diǎn)由鏈中所有節(jié)點(diǎn)縮減為數(shù)據(jù)中心站所在節(jié)點(diǎn)。即當(dāng)主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘周期滿后，由布置在其他數(shù)據(jù)中心站的候選節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選舉，非數(shù)據(jù)中心站節(jié)點(diǎn)將不再有資格作為候選者節(jié)點(diǎn)或領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)，如圖6 所示。
圖6 改進(jìn)型選舉機(jī)制
該改進(jìn)方法充分利用了數(shù)據(jù)中心站節(jié)點(diǎn)相較于其他節(jié)點(diǎn)的高可靠性，解決了原有RAFT 算法在主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)故障宕機(jī)情況下需重新選舉而存在真空期的問題。同時(shí)，如圖5 所示，假設(shè)n 為節(jié)點(diǎn)總數(shù)，其中主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)數(shù)量為1，跟隨者節(jié)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)為n-1，主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)在日志復(fù)制流程中所需進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換次數(shù)分別為發(fā)送日志階段n 次、反饋確認(rèn)階段n-1 次、同步完成階段n 次，而對(duì)任意跟隨者節(jié)點(diǎn)，所需進(jìn)行數(shù)據(jù)交換次數(shù)為3 次，即主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)所做數(shù)據(jù)交換次數(shù)為跟隨者節(jié)點(diǎn)的pagenumber_ebook=8,pagenumber_book=5倍，需要以數(shù)據(jù)中心站為強(qiáng)大的算力支撐。
3.2 電網(wǎng)解列情況下的共識(shí)組狀態(tài)
電力系統(tǒng)在遭受到巨大干擾后可能發(fā)生失穩(wěn)及解列等情況，大電網(wǎng)系統(tǒng)分解成為幾個(gè)部分單獨(dú)運(yùn)行，無(wú)法同步。在未來(lái)分布式新能源分布量足夠巨大的前提下，區(qū)塊鏈也應(yīng)能繼續(xù)保持正常運(yùn)作。在該狀態(tài)下，區(qū)塊鏈內(nèi)節(jié)點(diǎn)也根據(jù)解列情況劃分為幾個(gè)獨(dú)立的信息交換共識(shí)組，如圖7 所示。各個(gè)共識(shí)組的運(yùn)作模式和機(jī)制與傳統(tǒng)RAFT共識(shí)算法一致。
圖7 解列后共識(shí)組劃分
當(dāng)電網(wǎng)故障恢復(fù)，各個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)恢復(fù)同步運(yùn)行后，各共識(shí)組也將重新合一。針對(duì)組合前后主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)數(shù)量不一致問題，遵循比較組內(nèi)跟隨者節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)進(jìn)行判定。對(duì)于組內(nèi)跟隨者節(jié)點(diǎn)較少的共識(shí)組，在其主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)內(nèi)置時(shí)鐘周期滿后自動(dòng)降為跟隨者節(jié)點(diǎn)，所有該組節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一歸入較大的共識(shí)組中。
3.3 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)容錯(cuò)分析
本文選擇RAFT 算法是基于分布式新能源接入不存在拜占庭問題為基礎(chǔ)，但是針對(duì)節(jié)點(diǎn)共識(shí)過程或日志訪問過程中可能存在的數(shù)據(jù)傳輸誤碼性錯(cuò)誤，仍然需要進(jìn)行分析。如圖8 為跟隨者節(jié)點(diǎn)1 和跟隨者節(jié)點(diǎn)2 分別在共識(shí)階段和訪問階段出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的情況。
圖8 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤情況
該類節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤情況可能發(fā)生在共識(shí)階段和數(shù)據(jù)訪問階段，假設(shè)系統(tǒng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)數(shù)量為m，則應(yīng)當(dāng)滿足關(guān)系：
式中：Consensusfault為共識(shí)階段錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)數(shù)；Queryfault為數(shù)據(jù)訪問階段錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)數(shù)。
以圖8 中3 節(jié)點(diǎn)情況為例，當(dāng)且僅當(dāng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤發(fā)生在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的共識(shí)和訪問過程中，此時(shí)客戶端訪問得到結(jié)果為2 個(gè)正確節(jié)點(diǎn)及1 個(gè)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)信息，可以判斷篩除錯(cuò)誤信息保證容錯(cuò)。如如圖8 所示，跟隨者節(jié)點(diǎn)1 發(fā)生共識(shí)錯(cuò)誤，跟隨者節(jié)點(diǎn)2 發(fā)生訪問錯(cuò)誤，則最終客戶端無(wú)法通過篩除獲得正確信息。綜上所述，系統(tǒng)可容錯(cuò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量m 與系統(tǒng)總節(jié)點(diǎn)數(shù)量n 的關(guān)系應(yīng)為：
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3.4 節(jié)點(diǎn)算法復(fù)雜度分析
RAFT 算法的核心共識(shí)過程即為如圖5 所示的日志復(fù)制，根據(jù)3.1 所述，在該過程中的數(shù)據(jù)交互總數(shù)應(yīng)為主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)進(jìn)行3n-1 次、n-1 個(gè)跟隨節(jié)點(diǎn)分別交換3 次，共計(jì)6n-3 次，總體算法復(fù)雜度僅為n 的倍數(shù)級(jí)，記為O（n），對(duì)硬件設(shè)備要求較低。
4 結(jié)語(yǔ)
本文提出的針對(duì)分布式新能源接入的區(qū)塊鏈共識(shí)算法充分利用了電力系統(tǒng)內(nèi)不存在惡意節(jié)點(diǎn)的拜占庭情況，同時(shí)，根據(jù)未來(lái)國(guó)網(wǎng)公司大力推廣“三站合一”模式進(jìn)行提前布局，將主導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)選舉機(jī)制改為轉(zhuǎn)讓機(jī)制，充分利用未來(lái)數(shù)據(jù)中心站的高可靠性、易維護(hù)性，采用的基于RAFT 的電網(wǎng)改進(jìn)型算法適用于處理電網(wǎng)獨(dú)有的故障解列問題。另外，相比于其他共識(shí)算法，該算法具備的高容錯(cuò)性、低復(fù)雜度特性可以更好地滿足電力信息傳輸?shù)募磿r(shí)性要求。
參考文獻(xiàn)：（略）
