关键词:
区块链
交通碳排放
智能合约
CVPBFT
可视化
摘要:
在全球气候变化治理背景下,交通领域作为碳排放的重要来源,减排效果对实现"双碳"战略目标具有关键作用。城市交通系统约占整个交通领域40%碳排放量。如何监测、分析和管控交通碳排放,成为全球城市可持续发展的重要议题。当前许多城市的交通监控系统主要集中在交通流量和事故监控上。由于城市交通中碳排放源多为移动排放源,对碳排放的监控和分析能力相对薄弱。碳排放数据管理方式存在数据不透明、难以追溯和验证等问题,导致政策制定和实施效果不佳。围绕上述交通碳排放的监测和碳排放数据的存储与共享问题,结合区块链的数据溯源可信、安全共享和高效监管等技术优势,开展基于区块链交通碳排放可视化系统设计与实现的关键技术研究,主要工作如下:
(1)结合智慧交通碳排放场景的实际需求,对区块链交通碳排放可视化系统进行了方案研究和设计。基于实际场景需求分析,完成分层式平台架构设计、网络架构设计与模块化功能划分。主要设计了交通碳排放数据安全与数据共享机制:通过MD5加密与Base64编码结合的数据加密接口保障碳排放数据传输安全,通过碳排放数据存储合约保证碳数据的完整性与真实性,通过日志记录存储合约实现对碳数据安全使用的溯源。设计对应关系型数据库管理系统,并搭建可视化交互界面,面向公众提供多维数据视图,面向管理端提供决策支持界面,实现碳排放数据的多维度分析与多层次呈现。
(2)针对智慧交通碳排放的场景下,传统PBFT算法共识效率低,通信开销大的问题,提出了基于信誉模型的VRF主节点随机可验证选取策略和自适应共识比例节点调整策略的拜占庭容错算法(CVPBFT)。该算法首先设计了信誉模型,评估计算每轮共识中节点的信誉积分与性能评分,并根据信誉积分值将其划分为信用节点组、普通节点组和拜占庭节点组。在此基础上,提出了VRF主节点随机可验证选取策略。在信用节点组中采用VRF随机可验证函数选取主节点,确保选举过程的不可预测性与抗攻击能力,避免恶意或故障节点当选主节点对系统造成破坏。针对PBFT通信开销过大,参与共识节点缺乏动态调整问题,引入了节点性能与安全性的自适应共识比例节点调整策略,通过信誉阈值筛选高性能节点参与共识。仿真实验表明,当网络节点数量为14个时,所提出的CVPBFT算法相较于传统PBFT算法,时间延迟降低了约27.71%,通信开销降低了约61.9%,吞吐量提升了约25.76%,容错节点数量增加约50%。
(3)在系统方案设计和所提出改进算法的基础上,基于Fabric平台完成系统开发,实现了基于区块链的交通碳排放可视化系统。集成六大核心功能模块:登录注册功能、系统权限管理、碳排放检测设备管理、预警功能、日志审查和可视化界面。系统支持实时接收边缘感知设备的交通碳排放数据,通过区块链实现数据可信存证与安全共享,建立从数据接收、链上存储到可视化分析的全流程监测体系。经功能测试验证,系统各项指标均达到设计要求,为区域交通碳排放管理提供可靠技术支撑。