(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210410485.6 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 朱西平　钟宇　刘明航　江强　 罗惠文　黄磊　龙文涛　张燕　 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) G06Q 20/38(2012.01) G06Q 40/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于V-raft共识算法进行能源交易的 区块链系统 (57)摘要 本发明提出一种基于V ‑raft共识算法进行 能源交易的区块链系统， 属于计算机软件汇编程 序与数据安全领域。 该系统共识层使用V ‑raft共 识算法， 这种改进的共识算法在原有Raft共识算 法的基础上， 增加节点状态表对崩溃容错进行优 化， 分别作用于领导节点选举和日志复制阶段； 减少追随节点由于网络不稳定而状态自转成为 候选者扰乱节 点日志复制进程， 缩短领导节点等 待追随节 点回复日前复制结果的时间。 与现有的 能源区块链网络相比， 本发明弃用POW等消耗算 力的共识算法与PBFT等不可动态增删节点的共 识算法， 在联盟区块链的入网审核基础上使用改 进后的V‑raft共识算法加快能源交易的共识效 率与交易并发处 理速度。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114745135 A 2022.07.12 CN 114745135 A 1.一种基于V ‑raft共识算法进行能源交易的区块链系统， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)客户端收集交易的相关信息， 包括交易节点的地址， 时间， 金额， 能源种类。 并将交易 打包发送提案发给背 书节点； 2)背书节点对步骤1)的提案模拟执行并对结果签名， 背书过程需要对交易的合法性进 行验证， 并在此时可以对能源交易是否会发生阻塞进行检查， 不满足的交易直接打回不予 通， 满足条件的交易返回发送给客户端； 3)客户端从步骤2)收集到足够多的背书之后即可发送给排序节点， 进行共识过： 一般 来说， 在能源交易系统中， 进行背书的节点应该是配电网以及主要能源发电商和能源大用 户， 背书策略针对不同的通道可以不同， 例如在通道一发生的交易可以只需要在通道一的 背书节点的签名即可， 若 是发生在不同通道之 间的交易则需要不同通道内的背书节点签名 数超过一定数值才可以通过交易； 4)排序节点对步骤3)收到的交易提案进行排序并广播给网络中的所有节点更改当前 账本， 即共识过程， 使用改进后的V ‑raft共识算法进行； 5)步骤4)共识结束后， 交易情况将由智能电表执行， 结算阶段也需要智能电表参与， 智 能合约对当前智能电表流经的电量和之前约定的电量进行对比， 如果流入的电量大于约定 电量， 则从购买用户的账户中不仅需要扣除之前的电价金额， 还需要扣除多余的部 分， 多余 部分以市场最低价进 行购买， 这部 分不计入违约内容； 如果流入的电量小于约定电量， 则说 明售卖方没有完成约定， 除去之前需要扣除的金额之外， 还需要再扣除部分保证金给大电 网作为服务费； 6)待以上交易结清部分结束之后， 客户端需要返回当前能源节点的金额以及电量状态 以及时更新世界状态。 2.根据权利要求1所述的一种基于V ‑raft共识算法进行能源交易的区块链系统， 其特 征在于， 步骤4)的共识过程首位 Leader节点选举的详细步骤为： 在步骤4)中， 需要先对排序节点的领导者Leader节点进行选择， 首位Leader节点的选 择是随机的， 避免共识节点出现权力过于集中， 尤其是在依靠日志复制 完成分布式节点的 账本一致与安全性； 随机选举由节点内置的时钟模块完成， 随机时间的区间一般选择为 [200‑250]ms之间， 选举开始时， 所有节点的内置时钟开始倒计时， 第一个倒计时完成的节 点向其他节点发送投票请求， 由于是全网第一个发送请求的节点， 因此一定能收到超过半 数的选票当选 。 3.根据权利要求1所述的一种基于V ‑raft共识算法进行能源交易的区块链系统， 其特 征在于步骤4)的共识过程日志复制的详细步骤为： 在步骤4)中， Leader节点选举出来之后， Leader节点需要不间断地发送心跳信号向追 随者宣告自己的领导地位， 并在收到客户端发送的交易排序请求之后， 将交易请求以日志 方式发送到所有的Follower节 点， Follower节 点将这个请求添加到他们的日志中并发送一 条确认消息， 当Leadder节点接收到状态值超过7分的所有节点的确认消息之后， Leader节 点就会将其日志提交到其状态机， 从而产生一些输出； 一旦Leader节 点提交日志， Follower 节点也将提交日志到他们的RSM， 从而更新世界状态与账本 。 4.根据权利要求1所述的一种基于V ‑raft共识算法进行能源交易的区块链系统， 其特 征在于步骤4)的共识过程节点状态 表的详细内容 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114745135 A 2节点状态表分为三个维度， 包括能源节点的交易情况表示当前节点自从加入 网络之后 的交易总次数和网络中的能源交易总量， 当前季度内交易总量比较大 的时候， 调节可控参 数尽量拉大差距； 在能源节点交易次数增加时， 对系统吞吐量和日志复制速度要求更高。 在 发生多个节点同时选举时， 若当前候选者的节点交易情况差别不大， 则以节点的性能状况 和信用状态作为节点的当选的最后参 考数值； 能源节点的性能状况指标在初始设定中为满分3分， 当节点发生一次掉线， 则自减一 分， 多次掉线之后会被删除， 直到下次上线被重新激活才能恢复满值； 这是为了避免在日志 复制过程中， 存在节点拥有被发送和等待的资格， 但是因为掉线导致Leader节点不 断重新 发送日志复制并等待回复而导 致浪费时间； 能源节点的性能状态指标是为了弥补Raft原始共识算法不能避免恶意节点， 只能对故 障节点有一定的防范作用， 在能源交易这一特殊背景下， 使用PBFT的代价是不能动态增加 或者删除节 点， 对用户的体验感不好； 因此， 可以直接在已经使用需要CA认证才能准入的联 盟链中， 只需要对节点的违约 情况进行一定的监督即可； 本系统的设置中， 只允许能源节 点 在一任Leader节 点任期内违约4次， 且违约的原因有且仅有 可再生能源 出力波动。 这将使得 能源节点在提交 交易总量更加谨慎。 5.根据权利要求1所述的一种基于V ‑raft共识算法进行能源交易的区块链系统， 其特 征在于步骤4)的共识过程节点状态 表的更新过程 为： 每个能源节点的数据结构都包括节点状态表， 其更新方式是以智能合约的方式； 每次 节点完成一次交易， 触发节点状态 表更新链码。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114745135 A 3