基于联盟链的双向拍卖碳交易

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2023101433

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (10): 3240-3245.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2023101433

基于联盟链的双向拍卖碳交易

颜超英, 张紫仪, 曲映楠, 李秋禹, 郑地翔, 孙丽珺()

青岛科技大学信息科学技术学院，山东青岛 266061

收稿日期:2023-10-23 修回日期:2024-01-02 接受日期:2024-01-04 发布日期:2024-10-15 出版日期:2024-10-10
通讯作者: 孙丽珺
作者简介:颜超英（1998—），男，陕西宝鸡人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：区块链、智能合约、共识算法
张紫仪（2001—），女，福建南平人，主要研究方向：能源交易、匹配算法
曲映楠（2002—），女，山东烟台人，主要研究方向：能源交易、匹配算法
李秋禹（2002—），男，山东青岛人，主要研究方向：智能合约
郑地翔（2001—），男，山东潍坊人，主要研究方向：智能合约
孙丽珺（1978—），女，山东青岛人，副教授，博士，CCF会员，主要研究方向：雾/边缘计算、区块链、服务计算 lijunsun@qust.edu.cn。
基金资助:
山东省自然科学基金面上项目(ZR2023MF082);网络与交换技术国家重点实验室开放课题(SKLNST?2022?1?11);工业物联网与网络化控制教育部重点实验室开放基金资助项目(2022FF08);青岛市自然科学基金资助项目(23?2?1?164?zyyd?jch)

Double auction carbon trading based on consortium blockchain

Chaoying YAN, Ziyi ZHANG, Yingnan QU, Qiuyu LI, Dixiang ZHENG, Lijun SUN()

College of Information Science and Technology，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao Shandong 266061，China

Received:2023-10-23 Revised:2024-01-02 Accepted:2024-01-04 Online:2024-10-15 Published:2024-10-10
Contact: Lijun SUN
About author:YAN Chaoying， born in 1998， M. S. candidate. His research interests include blockchain， smart contract， consensus algorithm.
ZHANG Ziyi， born in 2001. Her research interests include energy trade， matching algorithm.
QU Yingnan， born in 2002. Her research interests include energy trade， matching algorithm.
LI Qiuyu， born in 2002. His research interests include smart contract.
ZHENG Dixiang， born in 2001. His research interests include smart contract.
Supported by:
Natural Science Foundation of Shandong Province(ZR2023MF082);Open Project of State Key Laboratory of Network and Switching Technology(SKLNST?2022?1?11);Open Fund of Key Laboratory of Industrial Internet of Things and Networked Control, Ministry of Education(2022FF08);Qingdao Natural Science Foundation(23-2-1-164-zyyd-jch)

摘要/Abstract

摘要：

碳交易是降低温室气体排放、发展低碳经济的重要方式。在传统碳交易过程中主要存在主体分布广、数据互通性差和效率低等问题，而通过带有准入机制的联盟链作为碳交易的基础设施，可确保交易数据的安全性与可溯源性。因此，提出一种基于联盟链的双向拍卖交易算法。所提算法考虑用户满意度，分2个阶段执行。在第1阶段，所有节点提出报价范围，符合条件的节点将在该阶段立刻达成交易；剩余交易节点进入第2阶段，计算交易量匹配度，以用户整体满意度为优化目标进行匹配，从而输出最大整体满意度的结果。所提算法与匈牙利算法、GS（Gale-Shapley）算法的对比实验结果表明，所提算法提高了用户满意度，且让平均匹配时间分别降低了26.2%和36.0%。所提算法利用HLF（HyperLedger Fabric）部署双向拍卖算法智能合约，自动计算和处理用户交易请求，并把交易的结果经过共识记录在联盟链的通道账本，在不同的区块大小和交易请求数下实现了稳定的交易吞吐量。

关键词: 双向拍卖, 联盟链, 交易算法, 用户满意度, 智能合约

Abstract:

Carbon trading is an important way to reduce greenhouse gas emission and develop a low-carbon economy. In the process of traditional carbon trading， there are mainly problems such as wide distribution of subjects， poor data interoperability and low efficiency. Taking the consortium blockchain with access mechanism as the infrastructure of carbon trading， the security and traceability of transaction data can be ensured. Therefore， a double auction transaction algorithm based on consortium blockchain was proposed， which was divided into two phases considering user satisfaction. In the first phase， the price ranges of quotation were proposed by all nodes， and the transactions were concluded immediately by the nodes meeting the conditions in this phase. Then， the remaining transaction nodes entered the second phase， where the transaction volume matching degree was calculated， and the overall user satisfaction was taken as the optimization goal， so that， the result with the maximum overall satisfaction was output. The proposed algorithm was compared with the Hungarian algorithm and the Gale-Shapley （GS） algorithm. Experimental results showed that the proposed algorithm improved user satisfaction， and the average matching time was reduced by 26.2% and 36.0%， respectively. With the HLF （HyperLedger Fabric） used to deploy a double auction algorithm smart contract to calculate and process user transaction requests automatically， and the transaction results recorded on the channel ledger of the consortium blockchain through consensus， the proposed algorithm can achieve stable transaction throughput under different block sizes and transaction requests.

Key words: double auction, consortium blockchain, transaction algorithm, user satisfaction, smart contract

中图分类号:

TP301.6

颜超英, 张紫仪, 曲映楠, 李秋禹, 郑地翔, 孙丽珺. 基于联盟链的双向拍卖碳交易[J]. 计算机应用, 2024, 44(10): 3240-3245.

Chaoying YAN, Ziyi ZHANG, Yingnan QU, Qiuyu LI, Dixiang ZHENG, Lijun SUN. Double auction carbon trading based on consortium blockchain[J]. Journal of Computer Applications, 2024, 44(10): 3240-3245.

图/表 7

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符号	含义	符号	含义
z	理想	D	交易整体满意度
h	最高	f_ij	判断节点i与j能否匹配
l	最低	m	购买节点数
p	购买方	n	出售节点数
w	出售方	q_ij	节点i与节点j交易的价格
p_z_j	购买节点j的理想价	s_ij	节点i与节点j交易数
p_h_j	购买节点j的最高价	P_z	全部购买节点理想价集合
w_z_i	出售节点i的理想价	P_h	全部购买节点最高价集合
w_l_i	出售节点i的最低价	W_z	全部出售节点理想价集合
s_p_j	购买节点j的购买量	W_l	全部出售节点最低价集合
s_w_i	出售节点i的出售量	S_p	购买节点购买量的集合
β_ij	节点i与j的双方交易量匹配度	S_w	出售节点出售量的集合
d_ij	出售节点i对购买节点j的满意度	e_ij	购买节点j对出售节点i的满意度

符号	含义	符号	含义
z	理想	D	交易整体满意度
h	最高	f_ij	判断节点i与j能否匹配
l	最低	m	购买节点数
p	购买方	n	出售节点数
w	出售方	q_ij	节点i与节点j交易的价格
p_z_j	购买节点j的理想价	s_ij	节点i与节点j交易数
p_h_j	购买节点j的最高价	P_z	全部购买节点理想价集合
w_z_i	出售节点i的理想价	P_h	全部购买节点最高价集合
w_l_i	出售节点i的最低价	W_z	全部出售节点理想价集合
s_p_j	购买节点j的购买量	W_l	全部出售节点最低价集合
s_w_i	出售节点i的出售量	S_p	购买节点购买量的集合
β_ij	节点i与j的双方交易量匹配度	S_w	出售节点出售量的集合
d_ij	出售节点i对购买节点j的满意度	e_ij	购买节点j对出售节点i的满意度

类型	平均匹配时间
双向拍卖算法	0.881
匈牙利算法	1.191
GS算法	1.378

类型	平均匹配时间
双向拍卖算法	0.881
匈牙利算法	1.191
GS算法	1.378

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