一文简述能源区块链架构中复杂计算的挑战和潜在解决方案
毛球科技区块链技术通常在有关新能源平台解决方案或去中心化商业模式的基础框架的讨论中发挥重要作用。由于其独特的能力透明地记录网络内信息的共同状态，它可以在日益细化的能源系统中提供不信任方之间的信任。事实上，毛球科技认为，能源行业已经是区块链技术最快速的采用者之一。
与集中式系统相比，它的分布式特性、通过避免单点故障与责任分担的高安全标准以及对更高透明度的要求可以为能源部门的需求提供附加值。能源区块链应用的潜在领域是多方面的，并且已经在各种研究项目中进行了讨论。
在2018年就给出了有前途的应用程序的基本概述。其中包括电动汽车充电的标准化结算、电力供应商的快速切换、绿色电力的标签、P2P交易（C2C和B2B）和平衡电力供应的证明。在过去几年中，还实施了第一个商业用例。安多尼等人。
在2019年对能源领域区块链用例的现状进行了全面概述，将单个项目分解为其组成部分。作者认为P2P 能源交易是采用区块链的主要驱动力，所有项目中有三分之一以某种形式使用它。其他特定于能源的用例包括资产管理(11%)、计量计费(9%)、电网管理(8%) 或绿色证书交易(7%)。
一些工作建议使用公共分类账作为优化算法的控制机制，以消除对可信第三方的需求。这种方法在 P2P 能源交易的背景下显得特别有前途，在这种情况下，不存在中央控制实体，但仍需要优化和可靠地提供能量流。
除了已经提到的潜在优势之外，在处理复杂的计算操作时，区块链的使用还涉及某些限制和缺点，如下一节所述。
区块链和智能合约是一项相对较新的发明，因此受到许多不同挑战的困扰，使其在生产系统中的使用不太理想。
- 几乎所有公共免许可区块链都存在交易吞吐量不佳的问题，并且不会随着网络中的节点数量或提供的计算能力而扩展。与每秒处理数千笔交易的 Visa 等传统系统相比，以太坊每秒只能处理约 15 笔交易。
- 即使在一个时间点只能促进少量交易，智能合约中执行功能的复杂性也受到严重限制，因为计算成本高昂，并且由于冗余执行而导致其执行时间有限。在大多数网络中，存储和计算能力都很昂贵。
- 区块链网络的透明度通常以交易和数据隐私缺失为代价。为了验证交易的正确性，任何人都必须能够验证它们。
- 公共区块链，尤其是比特币和以太坊的能源消耗非常高。这些网络中的 PoW 共识机制激励矿工花费大量资金参与和生成新区块。
能源部门在社会基础设施中的大规模和关键作用需要严格的要求。能源领域的许多用例依赖于对敏感数据的高性能计算，由于上述原因，此时将它们集成到区块链环境中将被证明是困难的。区块链社区意识到当前实施中的这些缺点，并一直致力于解决这些问题的解决方案。我们区分了与相应堆栈级别相关的几个可扩展性选项。
最受欢迎和最透明的发展之一是以太坊关于“第 1 层”或“第 2 层”可扩展性选项的讨论。因为第 1 层是指对核心协议本身的改进（参见ETH 2.0在以太坊中），第 2 层选项是在基本协议的“顶部”开发的。
“分片”代表当前讨论的以太坊协议的升级，旨在水平拆分数据库并将其分布在平行链上，定义为“分片”。在每个分片内，状态更新照常传播，但分片之间的通信仅限于简单的同步机制。这样，分片数据可以并行处理，显着增加每秒的事务数。
最近，第 2 层选项越来越受到关注，并且出现了许多提案和开发项目。这些协议中的大多数都与“链下”功能、数据或计算一起工作。有效性仍然通过定期或定义的事件在主区块链上解决相关证明或参考来提供。
虽然这些方法仅关注交易速度方面的可扩展性，但在区块链环境中提供复杂计算的问题仅部分由所提出的解决方案解决。此外，解决隐私保护智能合约问题的解决方案要少得多。密码学中的经典技术，例如非对称加密或散列和揭示方案，可用于保护私人合同数据，但它们的应用是有限的，并且通常需要大量已经到位的密钥基础设施。
因此，许多关键行业选择使用访问受限的私有区块链来存储其敏感数据。虽然这是一种有效的方法，但它削弱了原始区块链理念的许多初始优势。开放参与和分布式共识正是赋予区块链强大安全模型的要素。
最近，出现了一种综合方法，它试图通过外包敏感数据和大量计算工作来将性能和隐私结合起来。可验证计算（VC）的思想它们相对较旧，但它们在区块链环境中的特殊应用再次引起了全世界研究人员的注意。
整个智能合约不仅仅是聚合交易，而是离线执行并发布其结果。验证算法随后确保结果计算正确。虽然没有严格定义，但大多数 VC 计划在此过程中也会将合约数据保密。
因此，可验证计算似乎是一种合适的工具，通过提高透明度提供附加值，将区块链的安全性引入能源部门的各种敏感和苛刻的用例。
