基于区块链的能源行业信息安全管理技术研究论文

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　　摘 要 ：目前提出的能源行业信息安全管理技术数据安全性较低,运营成本过高。为了解决上述问题,本文基于区块链研 究了一种新的能源行业信息安全管理技术。利用区块链进行数据加密和身份验证,实现数据保护和隐私管理,确保能源交易和 用户数据的机密性和完整性,控制用户个人信息,通过区块链技术跟踪能源生产和分配的全过程,确保供应链的透明性和可追 溯性。实验结果表明,本文研究的基于区块链的能源行业信息安全管理技术能够很好地提高数据安全性、降低运营成本、增强 市场透明度和可信度,对于能源行业发展有积极的促进作用。

　　【Abstract】：The current proposed energy industry information security management technology has low data security and high operating costs. To address the above issues, this article studies a new energy industry information security management technology based on blockchain. Utilize blockchain for data encryption and identity verification, achieve data protection and privacy management, ensure the confidentiality and integrity of energy transactions and user data, control user personal information, track the entire process of energy production and distribution through blockchain technology, and ensure the transparency and traceability of the supply chain. The experimental results indicate that the blockchain based energy industry information security management technology studied in this article can effectively improve data security, reduce operating costs, and enhance market transparency and credibility, and have a positive promoting effect on the development of the energy industry.

　　【Key words】：blockchain;energy industry;information security;safety management;management technique

　　0 引言

　　近年来,能源产业不断发展并向数字化方向转型, 信息技术在能源行业中的作用日益凸显。能源生产、传 输、分配和管理都依赖于高度复杂的信息系统,这些系 统存储和传输了大量的敏感数据,例如,能源产量、供 应链信息、市场定价、消费模式等数据,因此,信息安 全成为了能源行业不容忽视的核心问题之一,而在信息 安全领域,因为区块链技术具有分散、透明、不可篡改 等特点,目前已经引起了广泛的关注,能够为能源行业 的信息安全管理提供一种全新的解决方案 [1]。

　　本文旨在探讨基于区块链的信息安全管理技术,以及它对能源系统的安全性、可靠性和可持续性所产生的 影响。在这一背景下,本文研究了数据加密技术和身份 验证技术,并分析了能源生产跟踪和能源分配跟踪,最 后通过实验验证了基于区块链的能源行业信息安全管理 技术的实际应用效果。

　　1 基于区块链的能源行业信息安全验证

　　1.1 数据加密

　　能源行业的信息安全性和数据完整性至关重要,涉 及供应链的稳定性、电网运行的可靠性以及消费者隐私 的保护,在这一背景下,区块链技术提供了一种创新的 方法,可以增强能源信息的保密性、验证数据的真实性以及确保无法篡改的数据完整性。数据加密是管理系 统的关键组成部分,区块链采用去中心化的数据存储模 型,将数据分布在网络的多个节点上,减少单点故障的 风险,提高信息的可用性,并降低能源数据丢失的可能 性。区块链内部创建了智能合约,这是自动执行的合同 代码,在能源行业,智能合约可用于自动化能源交易、 合同执行和付款,减少了中间人的干预,降低了风险, 同时确保了交易的安全性和合法性。

　　区块链技术使用高级加密算法来保护能源数据的机 密性,只有授权用户才能访问和解密存储在区块链上的 数据,确保了能源信息的安全 [2]。区块链上的数据一经 记录,几乎无法篡改,这意味着能源行业的数据历史记 录可以被视为可信的,从而减少了欺诈和数据篡改的风 险。区块链可以跟踪能源的来源,从生产到消费的整个 过程,确保了可再生能源的来源可追溯,减少非法活动 和资源浪费。区块链网络上的能源数据是公开的,但同 时也是匿名的,因此它提供了一种平衡,可以确保信息 的透明性,同时保护个人隐私区块链采用共识机制来验 证交易的合法性,从而降低了恶意攻击和欺诈的可能性。

　　通过区块链的非对称技术实现能源数据的加密和解 密,利用公钥进行加密,可以被任何人访问,使用私钥 进行解密,私钥内部的能源数据必须严格保密,只有能 源数据的所有者或受信任的实体可以访问,发送者使用 自己的私钥来创建数字签名,接收者使用发送者的公钥 来验证签名,以确保消息的真实性和完整性。密钥生成 过程如公式(1)所示 ：
　　其中, JYs 为加密数据, VYS 为解密数据。设立共享 的对称密钥,使用这一对称密钥进行通信,以提高通信 的效率和安全性 [3]。

　　区块链技术中的加密哈希函数是单向函数,从哈希 值无法还原出原始输入数据,哈希函数这一重要特性能 够很好地确保原始数据的机密性,因此本文引入哈希函 数进行能源数据传输。利用加密哈希函数将输入数据转 化为固定长度的输出,以二进制形式表示输出的能源 数据,这意味着无论输入能源数据的大小如何,输出哈 希值的长度总是相同。不同的输入能源数据应产生不同 的哈希值,即使输入能源数据只有微小的变化,其哈希 值也应该大不相同。设置密码时,用户的密码不以明文 形式存储,而是存储其哈希值,当用户登录时,系统将 其输入密码的哈希值与存储的哈希值进行比较来验证身 份。通过哈希函数检查能源数据在传输或存储过程中是否被篡改,接收者可以使用相同的哈希函数来计算接收 到的能源数据的哈希值,并与发送者提供的哈希值进行 比较,以验证能源数据的完整性。

　　1.2 身份验证

　　基于区块链的能源行业信息安全身份验证旨在加强 对各个能源参与者的身份验证和访问控制,确保只有合 法用户能够访问关键的能源系统和数据。区块链技术要 求每个能源参与者创建自己的数字身份,并将其存储在 去中心化的区块链网络中,这些数字身份是安全的、不 可伪造的,并且用户完全控制它们,这消除了对集中式 身份验证机构的依赖,降低了单点故障的风险。区块链 可以实现匿名身份验证,允许用户验证其身份,同时保 护他们的隐私,这对于在能源市场中保护消费者的隐私 非常重要,消费者可以在不泄露个人信息的情况下参与 能源交易。智能合约可用于执行许多能源交易,区块链 上的智能合约可以检查参与者的身份,确保他们有权执 行特定操作,通过提供一种自动化的身份验证机制减少 欺诈和错误。多方共识是确保身份验证的一种关键机 制,在区块链网络中,多个节点必须共同验证身份,然 后才能授予访问权限,提高了身份验证的可靠性,降低 了恶意攻击的风险,区块链网络节点集合如公式(2) 所示 ：

　　式(2) 中, E(n,m) 表示能源信息中不同网络节点, n、m 为数据中心节点两侧的节点数据, V 表示能源网 络节点集合。

　　区块链记录了每个参与者的交易历史,用于审计和 追溯身份验证,如果发生问题,可以轻松根据身份验证 来查找交易信息。区块链上的身份信息是经过加密的, 确保了信息的安全性,即使区块链的某些节点受到攻 击,也不会泄露用户的个人信息。区块链技术可以帮助 能源公司遵守法规和监管要求,通过确保只有经过身份 验证的用户可以执行特定的操作 [4]。

　　通过私有区块链实现能源信息身份验证,私有区块 链可以限制访问权限,只有经过授权的参与者才可以参 与网络验证交易和访问能源数据,这种权限控制有助于 确保只有受信任的实体可以参与和验证交易,私有区块 链通常用于处理敏感能源数据,与公共区块链不同,私 有区块链通常受到更严格的控制,其参与者需要被授 权,而不是匿名的。在私有区块链中,参与者通常是已 知的实体,而在公共区块链中,参与者可以匿名或半匿 名 [5]。私有区块链的共识算法利用权威验证技术,而公 共区块链通常使用去中心化的共识机制,它们通常更适用于需要高度控制、能源数据隐私和可定制性的情况, 能源企业和能源组织可以根据其需求选择建立自己的私 有区块链网络或参与已存在的私有区块链网络。

　　2 基于区块链技术的信息跟踪

　　2.1 能源生产跟踪

　　基于区块链技术的能源生产信息跟踪确保能源生产 的可追溯性、透明性和数据完整性。区块链可以用来记 录能源的生产数据,包括能源来源、生产时间、生产地 点以及生产数量,这些数据被存储在区块链上,无法被 篡改,从而确保了数据的可信度。区块链技术使能源公 司能够明确追溯能源的来源,这对于可再生能源,如太 阳能和风能非常重要,因为它允许验证电力是否来自可 再生能源,从而满足可持续性标准。区块链可以提供供 应链的透明性,使所有涉及方能够查看和验证能源的流 向,减少不法活动和资源浪费。各个能源生产者之间利 用区块链技术进行数据共享与合作,能源公司可以更轻 松地与供应商、分销商和监管机构分享生产数据,提高 了行业的合作效率 [6]。

　　区块链可以用于可再生能源认证系统,确保可再生 能源的产地和数量得到准确记录,建立碳排放减少和可 持续性证明。智能合约可以自动执行与能源生产相关的 合同和交易,从而减少了纸质工作和中间商的介入。区 块链上的数据是加密的,只有授权用户才能访问,同时 保护个人隐私。

　　利用区块浏览器查看、搜索和监测区块链上的能源 交易和相关数据,用户可以追踪能源来源、交易历史和 能源市场动态。能源交易平台建立在区块链上,用于促 进能源生产者、消费者和中介之间的交易,这些平台提 供实时数据分析和市场价格信息,以便参与者可以更明 智地进行交易决策。使用区块链来跟踪可再生能源的来 源和生产,它们提供数据可视化和报告,展示可再生能 源的使用情况和环保成就。

　　在跟踪过程中,能源消息或能源数据在发送方的终 端上加密,然后在接收方的终端上进行解密,中间的传 输通道是加密的,但中间节点无法解密消息,发送方和 接收方共享一组加密和解密密钥,以便进行端到端加密 通信,这些密钥由用户的终端设备生成和管理,传输过 程中,即使第三方监视或拦截了消息,他们也无法解密 消息,因为只有发送方和接收方拥有必要的密钥。端到 端加密确保能源消息在传输和存储期间的机密性,即使 能源消息被储存在云存储或邮件服务器上,也无法被服 务提供商或黑客访问,加密跟踪将控制权交给用户,使 其能够加密和解密消息,这有助于保护用户的隐私和安全,确保跟踪效果 [7]。

　　2.2 能源分配跟踪

　　对能源分配信息进行跟踪,通过区块链中的防火 墙、入侵检测系统和加密通信建立强固的网络安全措 施,定期更新和升级软件和操作系统,以填补已知的漏 洞,控制和监控访问关键设施,如电站、油气生产设施 和输电线路,安装监控摄像头和报警系统,以保护关键 基础设施。通过加密存储在服务器和云中的敏感数据实 现数据保护,制定数据备份和灾难恢复计划,防止数据 丢失。使用最新的安全技术,如入侵检测系统、漏洞扫 描工具和终端安全软件,定期评估和识别潜在的威胁和 漏洞,采取预防措施以降低风险。利用制定危机管理计 划更好地处理信息安全事件,并防止数据泄露。

　　区块链系统可以利用多个层次来进行能源分配信息跟 踪,以确保能源的安全、高效分配以及合规性。数据层是 区块链系统的底层,用于存储交易数据和区块链的历史记 录,能源供应和消耗的数据会被记录在区块链上 [8]。区 块链内部层次的连接方式如公式(3)所示 ：

　　数据层包括能源生产、转移、消耗等相关信息,以 及与这些交易相关的时间戳、参与者标识和其他元数 据 ;网络层是用于传输数据和区块链交易的通信层,能 够确保信息在网络中的传输是安全和可靠的,区块链系 统通过网络层将数据从不同的参与者传输到区块链网络 中,以实现分布式共享 ;共识层是区块链系统的关键组 成部分,用于确保网络上的所有节点对交易的顺序和有 效性达成一致,在能源分配信息跟踪中,共识层确保能 源交易的正确性和合法性,以防止不良行为和错误的交 易 ;激励层通过奖励和奖励机制来鼓励节点的参与和执行,以确保他们遵守共识规则并进行有效的能源分配, 区块链系统可以使用代币激励,如加密货币,来奖励那 些有效执行和验证能源分配交易的节点 ;合约层是智能 合约的执行层,其中定义了自动化的能源分配规则,智 能合约根据特定条件自动执行或撤销能源分配交易 ;合 同层可以实现能源交易的自动化、自我执行和自我监督。

　　应用层是区块链系统中的用户接口,用于管理和监 控能源分配,用户可以通过应用层查看能源分配数据、 制定交易请求和监控能源使用,也可以提供数据可视化、 分析工具和监控功能,以帮助用户更好地理解和参与能 源分配。

　　综合上述各层,区块链系统可以建立一个安全、高 效、透明和可追溯的能源分配系统。能源供应商、消费 者和监管机构可以访问区块链上的数据,以验证能源分 配的合规性、节能潜力和可再生能源的使用情况,这有 助于提高能源市场的透明度,降低不合规交易的风险, 并推动可持续能源的采用。

　　3 实验研究

　　3.1 实验目的

　　为了验证本文提出的基于区块链的能源行业信息安 全管理技术的实际应用效果,选用本文管理技术和传统 的基于 AHP 的能源行业信息安全管理技术和基于大数 据的能源行业信息安全管理技术进行实验对比。设置实 验参数如下 ：能源信息管理工作电压为 220V, 工作电流 为 500A,采用的调制方式为 QPSK 调制,工作频率为 500MHz, 操作峰值为 12.55. 频谱效率为 4.55bps/Hz, 上行峰值速率为 15Mbps,下行峰值速率为 2Mbps。 分别比较管理精准度和管理时间,得到实验结果。

　　3.2 实验过程

　　部署区块链网络和相关的系统组件,包括节点、数 据存储、智能合约和用户接口,确保网络的配置和安全 性。选用能源交易、生产数据和用户信息作为实验数 据,确保数据的质量和隐私性,通过创建能源交易、执 行智能合约、访问数据、监控交易和进行网络交互进行 实际的信息安全管理实验。收集和分析实验数据,评估 系统的性能、安全性和合规性,使用数据分析工具来发 现异常情况和不合规行为。对系统的安全性进行审计, 包括智能合约审计,确保系统没有潜在的漏洞或安全风 险,根据分析结果生成合规性报告以备审查。

　　3.3 实验结果

　　得到的管理时间实验结果如表 1 所示。

　　根据表 1 可知,在 10 次实验中,本文提出的基于 区块链的能源行业信息安全管理技术的管理时间始终低于 20min,而传统的基于 AHP 的能源行业信息安全管 理技术花费的管理时间最长,甚至超过 50min,管理 结果不具备实时性,而基于大数据的能源行业信息安全 管理技术花费的管理时间虽然低于 AHP 信息安全管理 技术,但是基本在 40min 以上,管理效果较差。由此 可见,本文提出的基于区块链的能源行业信息安全管理 技术具有极强的管理能力,能够在短时间内管理数据, 确保能源信息的安全性。

　　管理精准度实验结果如图 2 所示。

　　根据图 2 可知,当字节长度为 500 时,本文提出 的基于区块链的能源行业信息安全管理技术管理精度 为 83%,基于 AHP 的能源行业信息安全管理技术管理 精度为 42%,基于大数据的能源行业信息安全管理技 术管理精度为 31% ;当字节长度为 1500 时,本文提出 的基于区块链的能源行业信息安全管理技术管理精度 为 90%,基于 AHP 的能源行业信息安全管理技术管理 精度为 45%,基于大数据的能源行业信息安全管理技术管理精度为 38% ;当字节长度为 2500 时,本文提出 的基于区块链的能源行业信息安全管理技术管理精度为 95%,基于 AHP 的能源行业信息安全管理技术管理精 度为 67%,基于大数据的能源行业信息安全管理技术 管理精度为 45%。

　　综上所述,与传统的管理技术相比, 本文提出的基 于区块链的能源行业信息安全管理技术的管理时间更 低,管理精准度更高,由此可见,本文提出的管理技术 具有更好的管理能力,能够更好地实现能源信息管理。

　　4 结语

　　本研究旨在探讨基于区块链的信息安全管理技术在 能源行业中的应用,以应对不断增长的信息安全挑战和 推动能源行业的数字化转型。区块链技术作为一种创新 性工具,为能源行业提供了强大的解决方案,从信息安 全验证到数据加密,再到能源生产信息跟踪和分配信息 跟踪,它在多个领域都具备广泛的应用潜力。在信息安 全管理方面,区块链的分散性、透明性和不可篡改性为 能源公司和监管机构提供了独特的机会,以提高数据的 保密性和完整性,降低风险,促进合规性。同时,智能 合约和多方共识机制也为信息安全管理带来了更高效的 自动化工具。

　　然而,区块链技术的广泛应用仍面临一些挑战,包 括性能、可扩展性、隐私和合规性。解决这些挑战需要全球合作和不断创新,以确保区块链技术在能源行业中 得到最大程度的发挥。区块链技术将有助于推动能源行 业向更智能、可持续和安全的未来迈进,它为能源的可 追溯性、可持续性和数据安全性提供了坚实的基础,同 时促进了能源市场的透明性和可信度。

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