基于区块链技术的充电桩运维系统研究

陈俊鹏

摘要：近年来随着智能科技的不断发展进步，在各行各业都有了进一步深入研究，而汽车领域也不例外，目前电动汽车在市场中的占比越来越高。在电动汽车领域，由于市场认可度的越来越高，因此对电动汽车也提出了更高的要求，人们对于电动汽车的性能以及运行情况有了自己的需求。与此同时，对于电动汽车充电桩的研究也更加深入，在充电桩的运行与维护过程中系统是否符合相关标准，对于电动汽车能否平衡运行中有重要影响。我们以此为基础，以区块链技术为研究核心对充电桩的运行与维护系统进行详细分析，希望以此可以利用全新的区块链技术为充电桩运维系统的进一步改进与实施，提供一定的参考。

关键词：电动汽车;充电桩;区块链技术;运维系统

随着汽车领域的不断发展，新能源汽车与电动汽车逐渐成为汽车行业的发展新潮流，在汽车产业的未来发展过程中，利用纯电驱动汽车是未来的发展方向，在发展过程中充电桩是否符合相关需求标准，能不能支持汽车完成纯电驱动，对于未来汽车行业的发展具有重要意义。

总而言之，充电桩是电动汽车进一步深入研究与广泛推广的重要基础设施。在目前的充电桩运维系统内部，不仅包含对充电桩此时运行状态的监控观察，同时还包含对充电桩设备计量精度的测定与安全性能的检查，与相关监管部门的数据沟通情况以及补贴是否发放等环节。因此在充电桩运维系统的运行过程中，不仅涉及到与充电桩设备，还涉及到对应的运维机构、配电机构、售电机构、检定机构以及相关部门等多个方面的共同配合。由此可知，要想使得充电桩更加符合时代发展需求，具有运行可靠并且成本运行较低的特点，那么必须综合多方面的协作能力，从而使得管理系统的数据可信性有所提高，有利于电动汽车行业的进一步发展。

一、区块链基本原理

（一）区块链数据结构

区块链技术作为一种全新的链式数据结构，近些年来受到学者们的重视，具体而言，该数据结构在组合过程中需要按照时间顺序为基础，将不同的数据区块以顺序的方式相连进行组合，并且通过密码学为基础，对数据结构进行整理，形成分布式账本。在形成分布式账本的过程中，区块链具有较为特殊的特征，工作人员不能按照自己的意愿对数据进行篡改，也不能对数据进行伪造。

除此之外，从广义范围而言，区块链需要利用自身的链式数据结构对目前的数据存储情况进行验证与记录，同时利用相关的算法最终形成数据传输环节，利用全新的编程方式形成计算范式。

（二）数字签名

根据区块链技术的结构性质可知，该技术在记录与传输数据时，主要是以链式结构完成操作的，因此这种非对称的加密方式也被称为数字签名。数据签名的具体技术原理如下图1所示。

在图1中，首先掌握原始数据的发送方，要通过对应的函数计算方法

总结出数字摘要，并且利用非对称的加密私钥对所总结出的数字摘要进行进一步加密，最终形成数字签名。对于这些方而言，在收到数字签名数据后，首先需要应用公钥进行解密，获得数字摘要值，并且利用哈希值进行验证，如果一致时，那么数字签名则为正确。

（三）共识机制

通过查阅相关文件可知，在区块链技术系统内部中，想要完成数据的存储操作，那么系统内部的节点必须共同参与工作。总而言之，要想使得系统内部的节点共同存有同样的数据，并且保证正确性，那么必须利用共识机制。

在应用共识机制的过程中，以区块链技术为核心的系统具有。去中心化、不可篡改、可追溯、可靠性较高的特质。我们以去中心化特征与不可篡改特征为例，进行详细讨论。

首先，通过相关文献可知，在区块链技术系统中，节点都为具有对等性的节点，因此在对数据进行发送、存储、接收的过程中，对等节点之间都是平等的，因此具有去中心化的特征。

其次，节点还具有不能随意篡改的特征，在系统的运行过程中，系统内部的节点都需要参与到数据的存储与维护流程中来。在数据经过相关工作人员的验证后，会经过共识机制被写入到区块系统之中，在系统内部通过哈希函数对节点进行验证，这时无论是哪一个节点都没有办法对数据进行修改，这使得系统的可靠性有所提升加大了工作人员或者恶意攻击者，想要伪造数据、篡改数据、删除数据的操作难度。

二、基于区块链的充电桩运维系统

在充电桩运维系统中，其构成主体较为复杂，共包含多个方面，其中包含充电桩、现场检测箱、充电站，除此之外还包含检定机构与运维机构以及监管部门等多个方面。总体而言，以区块链技术为核心的充电桩运维系统可呈现出三个具体特征，分别为分布性较高、主体较多、可靠性与可信度较高。

首先，该充电桩运维系统具有较高的分布性，由于综合因素的影响，充电桩的分布位置较为复杂，需要根据当地城市的人口密度以及地理位置与交通情况等因素进行综合考量，最终确定充电桩的设定位置。由于大多数充电桩的设置属于分散性，因此在进行统一管理时具有较高的难度。

其次，充电桩运维系统的主体较多，因此具有多主体性。上述提到在充电桩的运维系统中所包含的主体较多，因此该系统也可被称为多边利益系统，在进行统一管理时需要利用中心化管理方式形成利益平衡，但是该平台的管理难度较大，需要进一步探讨。

最后，充电桩运维系统具有较高的可靠性与可靠性。在充电桩系统的

运行与维护过程中，所涉及到的利益主体相对较多，因此只有各地主体进行协作时，才能显现出较好的最终效果，这时保持环境高度互信是必要的。以计量检定机构与配电公司以及充电方三者之间的可信性关系为例，再进行写作的过程中，必须保持较高的信任度，同时利用可行性关系进行数据统计工作与补贴发放工作，最終呈现的效果与三者之间的写作程度是分不开的。

（二）系统节点构架

在充电桩运维系统的节点构架过程中，需要以区块链技术的现实应用意义为基础，对多个影响因素进行综合性考量分析，从而决定系统构架。其中包括链式选型、共识机制以及节点布置三个方面。本文从链式选型以及点布置两个方面进行详细分析。

首先，链式选型需要根据区块链技术的网络技术范围与节点的特征，为参考依据进行考量，区块链可根据不同的分类标准分为公有链、私有链与联盟链三种。

比特币系统是典型的共享链，开放性最强。任何个人或组织都可以未经授权自由加入或离开公共链系统。这是一个完全意义上的分散的区块链。一般通过数字加密和算法激励机制，在完全陌生的网络环境中建立非最终一致性的共识。由于共享链允许基于PoW的匿名参与和共识机制，在安全性、效率和隐私性等方面存在问题，不适合充电桩运维系统。

为了保证设计结果的可移植性，在设计过程中必须考虑每一个细节。质量是决定产品便携性的重要因素。材料的选择是基于保证其功能的充分实现，材料越轻越容易携带。体积是决定便携性的另一个重要因素。对于体积比较大的产品，折叠设计可以缩小体积。设计要简洁，这样不仅可以大大降低产品的质量，还可以减少产品的体积。

联盟链是介于共享链和私有链之间的第三链结构，通常用于身份相互已知的组织之间。记账等核心功能由特定的内部节点完成，其他外部节点只能提供和查询与自身相关的本地信息。与公链相比，联盟链的效率大大提高，同时具有更好的安全性和隐私保护性能，不需要令牌激励，在信息确认同步和安全性方面明显优于公链。与私链相比，其灵活性大大提高，便于充电桩和现场巡检箱的灵活进出，适用于充电桩运维场景。

其次，从节点布置方面出发，进行综合考量是十分必要的。在以区块链技术为基础的充电桩运维系统中，节点具有不可忽视的作用，节点环节不仅可以发送数据，还可以加密数据、验证数据、存储数据。与此同时节点还承担着管理系统的重要任务，因此对于节点布置的重要性不言而喻。在区块链技术系统中，无论是哪一网络的节点都是处于平等地位的节点，所拥有的权限与所发挥的功能在理论上是完全相同的。但是在实际的充电桩运维系统中，由于节点的应用特征以及运算能力存在着差异性，因此可根据节点所发挥的功能，将系统节点分为两个类型，分别为完全节点与不完全节点。

完全节点也可被称为标准化的区块链技术节点，该类型节点可以发送数据、接收数据，并进行同步与记账功能，与此同时还具备共识的特性。在以区块链技术为核心的充电桩运维系统中，完全节点角色有4个方面承担，分别为运维机构、配电公司、检定机构与监管部门。

在充电中的运维系统中，不完全节点作为节点类型之一，主要负责采集数据与传输数据与完全节点不同，其完全不能发挥完全节点的功能，而是具有简化认证协议的独特功能。总而言之，在充电桩运维系统中，以区块链为核心的节点布置，具有重要意义，具体网络节点布置示意如下图2所示。

（三）系统功能构架

通过对充电桩运维系统进行层次化分析，可知该系统可分为三个层次，分别为数据接口层、服务层与管理层，具体的层次构图如下图3所示。

图3充电桩运维系统结构图

具体而言，三个层次具有自身不同的功能与服务特点。首先服务层主要是提供具体服务的所提供的服务，包含功功能侧方面、区块链侧方面、通信侧方面三个具体部分。

而管理层需要为充电桩运维系统提供整体性服务，主要包含：

对充电桩运维系统的应用层面的各项操作进行管理，尤其是注册与现场检测等方面进行把控;对充电桩的节点进行授权管理，对充电桩的不同业务直接认证管理;对智能电网中区块链模块或者电动汽车区块链模块的跨链情况进行管理;对充电桩的充电情况、维修与保护情况、检定情况进行管理等。

三、结束语

综上所述，充电桩应用系统在电动汽车行业的发展过程中起到重要影响作用，因此必须加大对充电桩运维系统的研究力度，根据通过这些事件所具备的分布性较高、主体较多、可行性较高等特点进行深入研究。本文以此为基础，对利用区块链技术为核心基础的充电桩运维系统进行深入探究，对区块链技术原理在该运维系统中的现实应用价值进行分析，深入研究联盟结构以及共识机制等多个方面的详细功能与环节操作，对于以区块链技术为核心基础的充电桩运维系统去中心化相关管理模式进行探讨，希望可以对充电桩运维系统利用区块链技术后如何更好的完成运行操作与实施过程提供一定程度的理论参考。

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