智慧電錶可以實現電網資料的全面快速採集，是電網公司提升電力服務質量的重 要資料來源。因為智慧電錶採集的資料中包含用電資料、電網運營資料，而且智慧電錶屬於 關鍵基礎設施，對國家安全起到非常重要的作用。智慧電錶資料的安全採集和管理，已成為 一個重要的研究內容。
為提升電力系統的整體安全能力，文獻[楊帆 ,張琴 ,劉捷 ,等 .國網四川電力資料 資產安全管理體系構建研究[J] .電力資訊與通訊技術 ,2018 ,16(1):90‑95 .]以國家電網四 川電力公司的資料安全管理為研究物件，提出多維度資料安全管理架構，全面提升了電力 資料安全。為了將被破壞的資料進行恢復，文獻[王守相 ,陳海文 ,潘志新 ,等 .採用改進生成 式對抗網路的電力系統量測缺失資料重建方法[J] .中國電機工程學報 ,2019(1):1‑7 .]基 於生成式對抗網路，提出缺失資料重構演算法。為了從電力公司的日常運營中提升資料安全 管理能力，文獻[冷喜武 ,陳國平 ,蔣宇 ,等 .智慧電網監控執行大資料分析系統的資料規範 和資料處理[J] .電力系統自動化 ,2018 ,42(19):169‑176 .]從電力大資料的操作規範方面 進行研究，提出電網資料的安全操作管理體系。文獻[陳智雨 ,高德荃 ,王棟 ,等 .基於量子密 鑰的電力業務最優資料保護模型[J] .電力系統自動化 ,2018 ,42(11):113‑121 .]將量子密 鑰應用到資料的安全管理體系中。文獻[李文璟 ,李夢 ,邢寧哲 ,等 .基於熵權‑灰色模型的電 力資料網風險預測[J] .北京郵電大學學報 ,2018 ,41(3):39‑45 .]將熵權‑灰色模型應用到 電力資料安全預警工作中，提升了資料安全事件的提前預警能力。在智慧電錶終端資料安 全方面，文獻[周致成 ,李立新 ,李作輝 .基於區塊鏈技術的高效跨域認證方案[J] .計算機應 用,2018 ,38(2):316‑320 .]提出基於區塊鏈的終端跨域認證機制。文獻[馬祥 ,趙富貴 .移動 網際網路終端多源生物特徵實時身份認證系統[J] .電視技術 ,2017 ,4 .]基於生物特徵識別技 術提升了移動終端的安全認證能力。文獻[張潭 ,林偉雄 .基於SWP‑SIM技術的移動終端身份 認證及使用授權的實現方法[J] .科技創新與應用,2018(9):21‑22 .]針對移動終端的SIM卡 安全問題，提出基於SWP‑SIM技術的終端認證和授權機制。
從已有研究分析可知，智慧電錶資料的安全採集方面已經取得了較多的研究成 果。智慧電錶的質量資料對智慧電錶的穩定執行，起到關鍵作用。但是，在智慧電錶的質量 資料方面，仍然存在質量資料採集不全面，質量資料丟失、資料共享難等問題。為解決此問 題，本發明採用區塊鏈技術，提出基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制。透過對機 制的執行速度、能耗、安全性分析，驗證了本發明機制的可用性和實用性。
問題拆分
包括以下步驟：構建基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集體系架 構；構建智慧電錶註冊流程；構建質量資料採集 策略管理機制；構建質量資料儲存管理機制；構建電力資料的使用機制；透過對智慧電錶質量數 據可信採集機制分析可知，本發明提出的基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制具有較 好的應用效果和效能，較好解決了智慧電錶質量 資料採集方面存在的質量資料採集不全面，質量 資料丟失、資料共享難等問題。
問題解決
1 .一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制 ,其特徵在於，包括以下步驟： 步驟101、構建基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集體系架構； 步驟102、構建智慧電錶註冊流程； 步驟103、構建質量資料採集策略管理機制； 步驟104、構建質量資料儲存管理機制； 步驟105、構建電力資料的使用機制。
2 .根據權利要求1所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於，在步驟101中，是基於區塊鏈技術中的超級賬本理論，設計智慧電錶質量資料的可信 採集體系架構； 超級賬本是區塊鏈技術的第三個版本，可以實現分散式賬本功能，超級賬本主要包括 背書節點、提交節點、排序服務節點、智慧合約，其中，背書節點主要完成交易內容的簽名功 能；提交節點實現區塊鏈節點的建立提交功能；排序服務節點實現多個交易內容的排序和 打包；智慧合約按照制定好的指令執行區塊鏈節點的建立和管理。
3 .根據權利要求2所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：採用超級賬本技術，提出的基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集體系架構，該體 系架構主要包括智慧電錶、邊緣計算節點、區塊鏈、資料儲存平臺四個方面。
4 .根據權利要求3所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：智慧電錶是質量資料的生產者，所需要採集智慧電錶的資料包括生產資料、執行維護 資料，以及告警故障資料； 透過VPN加密隧道計數對資料進行傳輸，以此保證資料傳輸的穩定性及減速網路資源 的佔用率。
5 .基於權利要求3所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：邊緣計算節點是資料處理和提交上鍊的計算單元，透過採用邊緣計算計數，設計邊緣 計算節點，解決智慧電錶的計算和儲存能力有限的問題，增加了智慧電錶的可靠性； 採用伺服器虛擬化技術，提高邊緣計算節點的可擴充套件性和可靠性，以此實現基於超級 賬本的智慧電錶質量資料可信採集，邊緣計算節點具有智慧電錶資源管理、質量資料採集 策略管理兩個功能模組，智慧電錶資源管理模組包括背書節點和提交節點： 背書節點負責對智慧電錶的身份和資料進行簽名，提交節點負責對智慧電錶的質量數 據進行提交； 質量資料採集策略管理模組根據質量資料的採集要求，與智慧電錶進行通訊，獲取指 定的質量資料，系統服務介面基於RESTful技術，可以實現多種異構資料平臺、邊緣計算節 點、區塊鏈節點的安全接入。
6 .根據權利要求3所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：區塊鏈主要包括共識演算法、排序服務節點、智慧合約三部分，所述共識演算法採用PoA算 法，所述排序服務節點從邊緣計算節點接收到智慧電錶上鍊請求後，按照智慧電錶的身份 屬性、所有者屬性等資訊，對智慧電錶進行排序，所述智慧合約是智慧電錶質量資料可信採 集的關鍵環節，包括智慧電錶上鍊和資料儲存相關策略，具體內容在下面進行介紹。
7 .根據權利要求6所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：智慧合約可以透過設定觸發條件，自動執行區塊鏈指令，從而實現各種特定的業務需求，基於智慧合約具有安全、可靠、快速、自動執行的特點，已成為區塊鏈技術中的重要組成 部分； 透過智慧合約可以實現智慧電錶上鍊和資料採集的自動執行； 上述提出的智慧電錶質量資料採集合約包括基礎合約、身份合約、資料合約三個部分。
8 .根據權利要求7所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：基礎合約主要功能是對智慧電錶的基本資訊進行管理，包括基本資訊合約和標識公 鑰合約，其中，基本資訊合約可以獲取智慧電錶的屬性資訊、所有者資訊，標識公鑰合約可 以為加入區塊鏈的智慧電錶生成標識和公鑰資訊。
9 .根據權利要求7所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：身份合約主要用於智慧電錶資料身份的建立和完善工作，包括身份建立投票合約、身 份重置合約，身份建立投票合約根據身份建立規則，呼叫基礎合約中的基本資訊合約，對智 能電錶進行資訊驗證，驗證通過後，各個區塊鏈節點對身份建立進行投票，根據投票結果， 來確定是否建立新的區塊，如需要建立新的區塊，需要呼叫標識公鑰合約，為智慧電錶建立 標識和公鑰，用於智慧電錶的身份建立； 身份重置合約根據智慧電錶所有者的請求，對智慧電錶的屬性資訊進行更新，為保證 資料的唯一性和不可篡改性，身份重置合約只能對智慧電錶的金鑰資訊、位置資訊等附屬 資訊進行重置，對於智慧電錶的標識等唯一性資訊不能進行重置。
10 .根據權利要求7所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：資料合約主要功能是對智慧電錶的資料進行安全儲存和可信使用，包括資料儲存合 約、資料共享合約、許可權控制合約，資料儲存合約完成資料的雜湊摘要獲取、資料分散式存 儲兩個功能； 資料共享合約根據採集者的身份資訊的驗證，為透過驗證的資料採集者提供資料共享 功能； 許可權控制合約主要包括資料採集者和資料使用者的身份驗證。只有透過身份驗證的相關方，才能對資料進行訪問和使用。
11 .根據權利要求1所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：在步驟102中，智慧電錶上鍊環節，主要完成智慧電錶在區塊鏈上的註冊，從而基於區 塊鏈技術實現智慧電錶質量資料的可信採集和使用，邊緣計算節點收到所管轄範圍內的智 能電錶註冊請求後，對這些請求進行打包，並透過系統服務介面，將請求提交給區塊鏈節 點，智慧電錶加入區塊鏈的註冊流程如下： 步驟1021：智慧電錶發起註冊請求到邊緣計算節點，智慧電錶傳送的註冊請求內容包 含裝置ID、裝置屬性、所有者ID等相關資訊； 步驟1022：邊緣計算節點執行驗證和簽名，邊緣計算節點中的背書節點對智慧電錶的 註冊資料進行驗證和簽名； 步驟1023：邊緣計算節點對所有智慧電錶註冊請求進行排序和打包，邊緣計算節點中 的排序節點將所有智慧電錶的註冊請求資料進行排序和打包；。 步驟1024：邊緣計算節點的提交節點將註冊請求包提交到區塊鏈； 步驟1025：區塊鏈節點建立投票合約，區塊鏈選擇和邊緣計算節點最近的區塊鏈節點， 為當前請求建立投票合約；步驟1026：區塊鏈節點投票：投票合約將該投票傳送到其它所有區塊鏈節點，並接收投 票結果； 步驟1027：建立智慧電錶的身份標識及相關合約，當接收的贊同投票結果超過總區塊 鏈節點數量的1/3時，執行智慧電錶的身份標識及相關合約，為智慧電錶建立新的區塊鏈節 點； 步驟1028：返回智慧電錶身份標識； 步驟1029：當智慧電錶在區塊鏈上註冊成功後，為邊緣計算節點和智慧電錶返回智慧 電錶身份標識。
12 .根據權利要求1所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：在步驟103中，質量資料採集策略的制定環節，主要完成智慧電錶所有者對質量資料 的採集策略的實施，智慧電錶所有者根據業務需要，設定智慧電錶採集質量資料的內容、採 集方式等資料屬性，同時，根據業務關係，設定質量資料的使用者屬性，從而完成質量資料 的可信安全的使用，其構建流程如下： 步驟1031：智慧電錶所有者上傳採集訪問策略，採集策略包括裝置屬性、請求者屬性： 裝置屬性包括裝置ID、採集的資料型別、採集間隔、上傳間隔； 請求者屬性包括資源請求者屬性、允許使用的許可權、與資源擁有者的關係、先決條件、 使用次數； 步驟1032：請求區塊鏈節點對所有者身份進行驗證，區塊鏈節點根據智慧電錶的所有 者屬性進行比較，驗證所有者屬性； 步驟1033：驗證成功，智慧電錶所有者的身份被區塊鏈節點驗證通過後，給邊緣計算節 點返回驗證結果； 步驟1034：執行採集策略，邊緣計算節點將智慧電錶所有者的質量資料採集策略下發 給智慧電錶，智慧電錶根據質量資料的採集策略，執行質量資料的採集； 步驟1035：執行訪問策略，邊緣計算節點請求區塊鏈節點儲存訪問策略，便於資源請求 者可以根據智慧電錶所有者的訪問策略，進行資料的訪問和使用； 步驟1036：執行成功，智慧電錶的所有者獲得採集訪問策略的執行結果。
13 .根據權利要求1所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：在步驟104中，質量資料的儲存環節中，為保證智慧電錶質量資料的安全、可靠儲存， 採用分散式儲存平臺，實現質量資料的分散式冗餘儲存，及由區塊鏈節點儲存資料的雜湊 值，其存儲存流程如下： 步驟1041：採集資料：智慧電錶根據資料採集策略，採集質量資料； 步驟1042：請求資料儲存：智慧電錶根據資料儲存策略，將需要儲存的資料傳送到資料 儲存平臺； 步驟1043：執行資料儲存，並生成資料摘要； 資料儲存平臺對智慧電錶的資料進行儲存，並採用雜湊演算法，獲得資料的雜湊值； 步驟1044：請求儲存資料摘要：資料儲存平臺將生成的資料摘要傳送給區塊鏈節點，請 求區塊鏈節點對資料摘要進行儲存； 步驟1045：儲存資料摘要：區塊鏈節點將資料摘要資料儲存到所在區塊中； 步驟1046：資料儲存成功：收到區塊鏈的資料摘要新增成功資訊後，儲存當前資料在區塊鏈中的資料編號，便於後期資料的使用和資料共享，並給智慧電錶返回資料儲存成功的 訊息。
14 .根據權利要求1所述的一種基於區塊鏈的智慧電錶質量資料可信採集機制，其特徵 在於：在步驟105中，質量資料的使用環節，資料使用者基於資料所有者提供質量資料屬性， 向區塊鏈提出資料使用請求，在區塊鏈的認證透過之後，才能使用該資源，使用機制構建步 驟如下： 步驟1051：資源請求者對身份ID、請求資料簽名； 當資源請求者需要獲取智慧電錶的資料時，資源請求者首先使用自己的私鑰對自己的 身份標識和需要獲取的資料編號進行簽名。 步驟1052：傳送簽名信息：資源請求者將簽名信息傳送到區塊鏈節點。 步驟1053：驗證身份資訊：區塊鏈節點根據資源擁有者的資源訪問策略，對資源請求者 身份資訊進行驗證。 步驟1054：返回請求資料內容的摘要：區塊鏈節點驗證資源請求者的身份之後，根據請 求資料的要求，為資源請求者返回請求資料內容的摘要資訊。 步驟1055：請求資料內容：資源請求者根據資料內容的摘要資訊，向資料儲存平臺提出 資料內容請求。 步驟1056：驗證資料摘要：資料儲存平臺驗證資料摘要資訊。 步驟1057：返回資料內容：透過驗證後，資料儲存平臺將資料內容返回給資源請求者。
