区块链在城市建设的应用和前景

 摘要：区块链技术由于其去中心化、去信任等功能，应用已经超越金融领域，对需要建立在公开、安全、及时和稳定的互联网数据技术之上的应用，区块链是目前最优解决方案。介绍基于区块链技术、结合物联网形成的生态系统，对在城市基础设施建设与运营、市政管理部门，包括交通、住房、通讯和电力公用事业等领域进行分析；讨论在获取及交换数据对系统的有效运作所起的关键性作用，如在基础设施建设的供应链中的可追溯性、安全性、便捷性。应用到城市生活当中时，以电力交易结算数据为例，讨论区块链技术在电力系统的应用前景。

关键词：区块链；城市建设；电力结算

区块链技术由于其去中心化、去信任等功能，应用在产业领域已经超越金融，不仅将应用扩展到身份认证、审计、仲裁、投票等社会治理领域，还涉足工业、文化、科学和艺术等领域。通过解决去信任问题，区块链技术提供一种通用技术和全球范围内的解决方案，从而使整个行业的运行效率和整体水平得到提高。需要建立在公开、安全、及时和稳定的互联网数据技术之上的应用，区块链是目前最优解决方案。本文基于区块链技术，结合物联网构成的生态系统，对在城市基础设施建设与运营、市政管理部门，包括交通、住房、通讯和电力公用事业等领域进行分析，讨论获取及交换数据对系统的有效运作所起的关键性作用，如在基础设施建设的供应链中的可追溯性、安全性、便捷性；应用到城市生活中时，为商业区和居民区网络提供的效率和便捷性、可更新能力。目前，全球部分地区及机构正在发起区块链相关项目，为支持城市基础设施的连接并进行实时数据的智能响应，建立基于区块链记录核查和审计的基础设施服务，重点提供商业和信息技术服务，并且在进一步扩大。然而，区块链与物联网、大数据的结合，都是新技术整合。在城建和市政领域的应用，无论是技术规范、标准还是落地的实施流程，仍处于初期阶段，存在一些困难。本文提出一些常见的问题，并探讨基于区块链的电力交易结算数据解决方案，致力为后续更好的应用提供思路。

1区块链技术概述

区块链技术已经有八年多的发展时间，它首先成名于虚拟货币，后被各大金融机构采用作为保证数据不被篡改的技术保障，防止伪造账户及货币，解决人与人之间、人与机构之间及机构与机构之间的信任问题，区块链对数据的保护能力得到最重视数据安全的金融机构的认可。作为一种交易验证和数据共享技术，区块链可以使没有建立传统信任关系的主体达成合作，通过技术手段使社会个体或组织按分布式的方式相互协作，有效避免不合规、不合理现象的出现，大大降低了交易管理成本，避免人为的数据采集失误或数据篡改情况。根据类别和应用场景不同，区块链所体现的特点和价值也不同。区块链一般具有如下技术特点。

1）去中心化。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中心管制，通过分布式核算和存储，各个节点实现信息自我验证、传递和管理。

2）不可篡改性。一致提交后的数据会一直存在，不可销毁或修改。

3）隐私保护性。密码学保证未经授权者能访问到数据，但无法解析。

4）开放性。区块链技术基础除交易各方的私有信息被加密外，数据对所有人开放，任何人都可通过公开的接口查询区块链数据和开发应用，因此整个系统信息高度透明。区块链特征图见图1。随之带来的业务特性描述如下。

1）可信任性。区块链技术提供天然可信的分布式账本平台，不需要额外第三方中介机构。

2）降低成本。与传统技术相比，区块链技术带来更短的时间、更少的人力和维护成本。3）增强安全。区块链技术将有利于安全可靠的审计管理和账目清算，减少犯罪可能性及其他各种风险。传统分布式数据库与区块链技术区别见图2。区块链并非凭空诞生的新技术，更像是技术演化到一定程度突破应用阈值后的产物，是一系列现有技术的集合，其创造性的思路为解决问题提供新的方向。其商业应用场景与环境息息相关。基于区块链技术，任何基于数字交易的活动成本和追踪成本都会降低，安全性提高。

2区块链技术在城市建设领域的应用和发展探讨

——以电力为例区块链具有开放、不可篡改、隐私保护等特性。基于区块链技术构建交易数字资产账本，将身份档案、实质资产、交易情况等信息形成数字资产，记录在区块链中。以电力系统为例，参与方包括发电企业与个人、用电用户、电网收费营销单位等。一方面可以在准入时对参与方身份进行确认，维护系统隐私；另一方面采用数据同步算法，提升存储效率。采用“区块链+云”模式，区块链负责全面记录发电企业与用电用户基本信息档案，电网管理部门、电力生产部门、电力营销部门、政府机构、金融机构等一方面作为区块链中的联盟节点，执行区块链的监管、共识和记录的权限；另一方面采用云计算、人工智能、大数据分析等方式专注于业务，提高服务质量和效率。如发电生产、电力传输、电力储能及电力调度与交易等进行大数据精准分析，辅助电力管理部门快速作出正确的决策。在电力行业，区块链应用在以下2个方面可能产生突破性发展。

2.1全球能源互联网。全球能源互联网能够连接“一极一道”（北极、赤道）和各洲、各国大型能源基地及各类分布式电源，将存在时区差、季节差的各大洲电网连接起来，突破资源瓶颈、环境约束和时空限制，将太阳能、风能、水能、海洋能等清洁能源转化为电能送到各类用户，实现风光互补、地区互济，保障能源供应，提高经济效益，减少环境损失，降低社会成本，有效解决能源安全发展、清洁发展、高效发展、可持续发展等问题[7]。全球能源互联网为全球清洁能源的高效开发利用提供平台，全球能源互联网中包括智能发电、配电、用电及储能等设备，发电设备具有风力、太阳能、水电等不同形式，全球能源互联网的参与主体不仅有电力提供者，也包括电力用户。全球能源互联网的出现，使得电力提供商不再局限于大的发电厂，一家一户的个体分布式新能源发电都可以连接全球能源互联网，通过新能源方式为全球能源互联网提供电力并产生电力交易。由于全球能源互联网参与主体各自独立，没有信任沟通机制，加之全球能源互联网内用户众多。因此，全球能源互联网系统的供给和交易等行为的快速、可信与自动执行成为制约全球能源互联网发展的瓶颈。区块链技术的出现，使全球能源互联网在技术方面得到支持。有效利用区块链技术和物联网技术，全球数以亿计的发电企业及个体的联网提供电力数据和用户的用电数据，以及电力供给与消费的交易往来结算，可以不通过第三方机构（或称为中心机构）即能够实现全网数据的安全可信自动采集、保存并持续追踪更新，为全网用户提供能源的高效率调度与交易服务。同时，由于区块链所有历史数据都不会被删除，也为交易产生纠纷时，提供历史数据进行查询。

2.2智慧电力。目前，国家各地的电力机构正在进行新一轮电力调度、电力收费与营销数据管理的更新。为了确保有关国计民生的电力数据信息安全，电力机构希望将正在使用的国外数据库替换为国产数据库。考虑到电力数据的敏感性，尤其是电力公司关心的电力调度、供电收费之间的资金交易往来，为保证这些数据信息能够完整无误地在新的数据库中运行，数据的迁移需要耗费大量的人力、物力、财力和时间。基于对资金交易数据的安全性考虑，区块链技术提供一个合适的解决方案。

1）构造一个区块链，主要用于记录电力支付结算资金往来账务情况。由于区块链本身的特征，多个节点的共识算法，一是保证所有电力支付结算资金往来数据都会记录在区块链中；二是共识算法，确保经过共识认证的电力支付结算能够储存、记录。

2）国外数据库在向国产数据库进行数据信息迁移时，将数据分为两部分，一部分是资金往来数据，数据记录在区块链中；另一部分是基础数据，如用户的姓名、身份证号、地址、电话、缴费方式等，数据记录在传统数据库中。充分发挥区块链安全、可信、防篡改的特性，以及传统数据库无法比拟的单位时间数据吞吐量大的优点。区块链与传统数据库相结合应用于电力系统管理见图3。区块链作为电力市场解决当前问题的有效方案。1）通过区块链构建电力互联网交互主体之间可信任传递机制，实现基于信任的各主体之间相互操作，提升沟通效率，降低成本。

2）区块链实现电力交易时，基于区块链网络的共识机制实际上同时实现清算和结算，提高清算、结算的效率。

3）区块链能完整记录每一笔历史电力交易记录，具有可追溯、易审计。

4）数据布置在区块链上，确保不可篡改、不可抵赖，公私钥结合的非对称加密保护隐私。区块链在电力市场，还将发挥其更大的作用。

1）随着电力市场改革的推进及全球能源互联网的普及，市场主体将日益增多，电力交易也将更加活跃。今后将会出现越来越多的电子合同、电子发票、电子票据等。电子化单据存在容易篡改、丢失等问题。基于区块链的电子数据保全技术可提升能源互联网的数据信息安全性，避免由于外部黑客攻击或内部管理不当导致电子数据丢失或篡改，可为电力市场参与者提供信用背书。

2）针对电力消费场景，区块链技术可以很好地与物联网技术结合。区块链不存在中心节点，由每个节点记录、存储信息，保证数据可持续性，解决物联网的核心缺陷。例如，以区块链技术为基础建立电力总账本，针对电动汽车充电的应用场景，与物联网技术相结合，采用区块链的智能合约实现充电桩资产经济共享，完成该应用场景下认证、充电、付款的自动化管理。

3）在电力传输应用场景中，参与电力输送的角色众多，且存在广义的博弈竞争。区块链技术能够实现多个角色之间的强制信任和角色之间交易的透明化，实现多种能源之间的协调和优化传输，提高系统效率。例如，将输电线路中的输电设备进行改造，增加电力传感器、数据传输、智能计算等功能模块，其转化为物联网的数据节点，将数据通过区块链以点对点方式向全网传播，保证电力及其设备的安全管理。

3结语

区块链以其去中心化、去信用化及不可篡改的技术特点，通过以比特币为代表的数字加密货币的普及而受到关注。目前，区块链技术已经成为学术界和产业界研究的热门课题，各个产业希望通过区块链技术的应用，为产业注入新技术的推动力量。城市建设是一个复杂而综合性产业领域，包括区块链技术在内的信息技术加强管理与优化。因此，需要加强区块链技术在城市建设方面的基础研究，并对研究成果进行产业化试点应用与推广，以期提升城市建设的智慧化管理应用水平。