基于区块链技术的碳排放机制设计探讨

孔德昌

摘要：对于碳排放权交易，是促进实践节能、低碳市场的重要政策工具，所以在工作实践中，应该采用科学方法对碳排放机制进行科学设计。对此，本文介绍了区块链技术，分析了区块链特性，提出了碳排放机制中区块链技术设计策略，希望能够为相关人员提供参考。

关键词：区块链技术;碳排放机制;设计分析

前言：在我国环保战略不断实施过程中，促使发电生产形成的碳化物不断进入严格、精细付费管理时期，而在市场化运营模式下的碳排放权交易工作将会紧密结合电力市场化。在2011年之后，我国设置了7个碳权市场试点，同时组织进行碳权交易。但是在发展过程中发现支撑技术不足，也是没有在我国进行全面推广的关键因素。而区块链技术属于分布式共享信息库技术，可以建立透明、公开交易环境，可以针对交易数据设置防篡改以及溯源功能，可以实现精细化管理目标[1]。

1 区块链介绍

区块链技术最初是比特币的底层技术，在2008年获得广泛关注，由于其具有共识机制、防篡改、去中心化以及数据可追溯技术特征，所以获得各个行业关注。现阶段，在数据查证、产品溯源以及金融等领域广泛应用区块链技术，具有数据安全、效率高等优势。按照区块链特征，能够把其分为联盟链、私有链与公有链类型。（1）联盟链。其网络主要是允许注册成员的参与，对于链上数据查、改、删、增等权限主要是通过联盟管理节点进行制定，各个主体之间的数据权限存在差异。（2）公有链。并没有准入要求，用户建立节点进入到公有链网络，就能够以匿名方式参与公有链应用数据中，不同主体节点均能够自由进入到网络中。（3）私有链。在私有组织中具有广泛应用，链上数据查看与操作权限根据管理员提供的链码开展执行工作[2]。

在上述三种区块链中，联盟链对于业务设计、执行效率以及权限管理等方面的优势较为突出，在“多对多”分布式交易中具有良好适用性。

2 区块链特性

对于联盟链，不仅具有区块链基本特征，同时具有链码服务、策略服务与身份服务等功能。第一，身份服务。主要是为了保证联盟链的权限管理、针对接入系统节点展开权限分配与身份识别等。第二，策略服务。主要是借助策略驱动手段，提供系统功能管理以及配置策略，一般是面向业务授权管理以及访问控制，让联盟链应用转化成准入区块链，涵盖系统节点退出和加入、身份注册以及验证、保密与隐私以及其他共识策略，确保联盟链数据可管、可控、安全，实现分布式共享。链码即智能合约，主要是在验证节点中运行，对于特定业务数据进行自动执行，智能合约规定的业务数据即能够对账本数据进行自动更新[3]。

3 碳排放机制中区块链技术设计分析

3.1碳排放政务的区块链技术方案设计

对于区块链，主要是对交易数据区块中基于时间顺序组合的链式结构进行记录，以本质角度分析，属于分布式、去中心化的数据库，通过默克树以及非对称加密审技术，确保信息数据不会受到外部攻击以及黑客篡改，进而为数据安全提供保障。联盟链一般需要通过注册许可，一般是限于联盟中权限达标的成员参与其中，在跨机构协同办公、结算以及交易等方面具有良好适用性。

对于碳排放第一阶段，主要任务就是保证在信息缺乏对称性影响出现的数据造假问题得到有效解决。区块链是防篡改的数据库，其中涵盖前沿探测技术，对温室气体的排放信息进行核查，同时，借助不同传感器直接上链采集的数据，借助共识机制对数据进行核查，达成共识之后进行区块打包并开展储存操作，可以充分提高数据的真实性。同时，区块链链式结构与加密算法能够保证碳排放数据实现可追溯与安全目标，进而构建数据共享系统。在数据共享系统中，相关部门能够获得真实数据，进而对碳排数据进行全面监管以及核查。碳排企业排放数据属于第一手资源，基于真实的基础数据，政府能够结合历史排放信息科学开展配额分配工作。

对于碳排第二阶段，主要任务就是合理分配碳配额。现阶段，我国并未建立总碳配额分配方案。其中，政府分配合理性一般会受到机制设计合理性影响，属于动态发展过程，分配方案能够借助区块链中智能合约进行设计。第一阶段借助区块链技术上链排放数据，建立共享平台，采集各个企业数据，对于第二阶段，选择第一阶段中共享平台，根据基准线法、历史排放以及拍卖机制等方法，控排企业行业基线向智能合约中编入，进而合理分配减排企业与控排企业配额。完成配额分配之后，减排企业与控排企业得到相应配额，基于全网广播输入到区块，可以选择自己将配额消耗掉，也能够为碳排交易提供良好准备[4]。

3.2碳交易所中区块链技术方案设计

碳交所是配额流转的重要场所，对于碳市场中交易主体，涵盖配额卖方与买方，同时涵盖清结算专业机构、市场组织人员以及中介结构等。这些主体根据交易流程与规则，借助碳市场交易活动，对所持配额自发调节，基于总排放量消减以及控制背景，不断追求经济效益。

在碳交所应用区块链技术过程中，主要涵盖2部分内容。首先多方参与;其次，分布式交易。第一部分，清结算机构、市场组织者以及中介機构等主体加入区块链，建立联盟链，实现多方参与。另外，市场组织者能够对联盟会员登记等环节进行审核。第二部分，分布式交易主要是通过配额交易环节中区块链分布式节点对交易数据进行记录，达成共识之后向区块存入的过程主要涵盖以下步骤。

（1）按照配额的分配方案，减排企业和控排企业将初始配额录入其中，通过区块链广播达成共识，之后向区块中写入。

（2）对于配额的卖方与买方，参与配额交易活动，上链配额价格、数量与其它信息，建立区块链的数据层，同时上链数据时，借助加密法处理交易数据，进而充分提高数据安全性。分布式数据，完成区块链共识层设计，达成共识后向区块链中写入，完成交易后，将智能合约触发，交易完成之后，可以保证货款两清，即区块链合约层[5]。

（3）在交易所中，核查机构主要是对交易合同与交易数据真实性进行核查，区块记录交易数据，同时进行区块打包，以此为基础构建共享系统。共享平台能够充分提高链上交易的透明性与公开性，并且通过链式结构，能够有效追溯交易数据，为核查机构提供良好依据。

3.3碳交易中区块链技术的实现

将区块链设计为底层技术，交易区块生产主要涵盖3个步骤，第一，交易发生;第二，认证过程;第三，挖矿记账。见下图。

以配额卖方B与配额买方A交易为例，在两者发生交易之后即会形成交易数据，系统借助非对称加密技术有效加密数据明文，进而产生数据密文。对于认证节点，选择买卖双方公开公钥将密文获得的数据明文公开。对交易数据的输入输出地址、字节大小、结构、输入输出金额以及语法等信息进行检验，如果检验结果达标，那么在待记账交易池中加入该数据，等待节点对交易进行确定。在上个区块形成过程中，即启动下个区块挖矿过程。按照初始难度值，挖矿过程中需要持续10min左右。挖矿节点借助哈希算法确定满足要求的Nounce数，促使区块头的哈希值比目标哈希小，同时在全网中广播该Nounce值率。验证所有节点，如果区块哈希值比目标哈希值小，同时区块字节大小、时间戳以及数据结构等信息有效，那么共识达成，此挖矿节点得到记账权，同时获得奖励与交易费。此时，买卖双方完成交易，同时该区块在不同节点位置进行分布式储存。

结语：综上所述，本文以联盟链技术为基础设计了碳排放机制。主要涵盖碳排放政务的区块链技术方案设计、碳交易所中区块链技术方案设计、碳交易中区块链技术的实现三方面内容，可以为分布式碳交易市场中相关参与主体带来良好市场收益。

参考文献

[1]魏彬，刘晓锋，苟航.基于公有链的分布式链上能源交易模式探究[J].长春师范大学学报，2020，39（02）：41-47

[2]云图. 基于区块链技术的能源数字化的应用前景分析[A]. 国际清洁能源论坛（澳门）.智慧能源产业创新发展报告（2018）[C].国际清洁能源论坛（澳门）：国际清洁能源论坛（澳门）秘书处，2018：15.

[3]杜晓丽，梁开荣，李登峰.基于区块链技术的电力行业碳减排奖惩及碳交易匹配模型[J].电力系统自动化，2020，44（19）：29-35.

[4]王輝，廖昆，陈波波，金彬斌.低碳形势下基于区块链技术的含微电网电力市场交易出清模型[J].现代电力，2019，36（01）：14-21.

[5]周洪益，钱苇航，柏晶晶，卫志农，孙国强，臧海祥.能源区块链的典型应用场景分析及项目实践[J].电力建设，2020，41（02）：11-20.