云边缘协同电网状态监测数据区块链灾备方案

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2024121846

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11): 3463-3469.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2024121846

• 第七届CCF中国区块链技术大会 • 上一篇

云边缘协同电网状态监测数据区块链灾备方案

张利华(), 王文彪, 杨怡, 罗佳丽

华东交通大学信息与软件工程学院，南昌 330013

收稿日期:2025-01-02 修回日期:2025-03-19 接受日期:2025-03-25 发布日期:2025-04-08 出版日期:2025-11-10
通讯作者: 张利华
作者简介:王文彪（2000—），男，江西抚州人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：区块链、容灾备份、数据共享
杨怡（2001—），女，江西抚州人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：区块链、容灾备份、数据聚合
罗佳丽（2002—），女，江西丰城人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：区块链、容灾备份、数据存储。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(62261023);江西省自然科学基金资助项目(20232BAB2)

Blockchain-based disaster recovery backup scheme for power grid status monitoring data in cloud-edge collaboration environments

Lihua ZHANG(), Wenbiao WANG, Yi YANG, Jiali LUO

School of Information and Software Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang Jiangxi 330013，China

Received:2025-01-02 Revised:2025-03-19 Accepted:2025-03-25 Online:2025-04-08 Published:2025-11-10
Contact: Lihua ZHANG
About author:WANG Wenbiao， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include blockchain， disaster recovery， data sharing.
YANG Yi， born in 2001， M. S. candidate. Her research interests include blockchain， disaster recovery， data aggregation.
LUO Jiali， born in 2002， M. S. candidate. Her research interests include blockchain， disaster recovery， data storage.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62261023);Jiangxi Natural Science Foundation(20232BAB2)

摘要/Abstract

摘要：

针对数据容灾备份方案存在的数据安全性低、易丢失和损坏、过度依赖第三方服务等问题，提出一种云边缘协同电网状态监测数据区块链灾备方案。首先采用云边缘协同方式提高监测数据备份效率；其次结合Paillier算法和阈值秘密共享对监测数据进行加密保护，实现分布式备份；最后将改进的Hot-Stuff共识机制应用于区块链，提高区块链的共识效率。安全性分析结果表明，该方案具有隐私性、完整性、不可伪造性和正确性；性能分析结果表明，该方案缩短了备份与恢复延迟以及备份与恢复耗时，降低了计算开销，且提高了吞吐量。

关键词: 区块链, 容灾备份, 状态监测, 云端协作, 共识机制

Abstract:

To address issues in data disaster recovery backup solutions such as low data security， susceptibility to data loss and damage， and excessive reliance on third-party services， a blockchain-based data disaster recovery backup scheme for cloud-edge collaborative grid status monitoring was proposed. Firstly， a cloud-edge collaboration approach was adopted to enhance the efficiency of monitoring data backup. Secondly， the Paillier algorithm and threshold secret sharing were combined to encrypt monitoring data， achieving distributed backup. Finally， an improved Hot-Stuff consensus mechanism was applied to blockchain to optimize its consensus efficiency. Security analysis results demonstrate that the proposed scheme ensures privacy， integrity， unforgeability， and correctness； performance analysis results show that the scheme reduces backup and recovery latency， shortens backup and recovery time， lowers computational overhead， and increases throughput.

Key words: blockchain, disaster recovery backup, status monitoring, cloud collaboration, consensus mechanism

中图分类号:

TP309.3

张利华, 王文彪, 杨怡, 罗佳丽. 云边缘协同电网状态监测数据区块链灾备方案[J]. 计算机应用, 2025, 45(11): 3463-3469.

Lihua ZHANG, Wenbiao WANG, Yi YANG, Jiali LUO. Blockchain-based disaster recovery backup scheme for power grid status monitoring data in cloud-edge collaboration environments[J]. Journal of Computer Applications, 2025, 45(11): 3463-3469.

图/表 10

表1 相关工作总结

Tab. 1 Summary of relevant work

方案

优点

不足

文献［20-22］

的方案

可以很好地对数据进行管理存储

安全性有待提高

文献［23-24］

的方案

保证了数据的安全发布、安全验证、安全存储

缺乏对潜在风险的

深入分析

文献［25-26］

的方案

系统整体性能得到提高

考虑不全面，难以适应实际需求

图1 本文方案的总体框架

Fig. 1 Overall framework of proposed scheme

图2 初始化时序图

Fig. 2 Initialization sequence diagram

表2 （3，4）阈值秘密分配

Tab. 2 （3， 4） threshold secret allocation

备份节点	秘密分量	备份节点	秘密分量
节点1	F1， F2， F3	节点3	F2， F3， F4
节点2	F1， F5， F6	节点4	F4， F5， F6

图3 恢复流程

Fig. 3 Recovery process

图4 Hot-Stuff共识流程

Fig. 4 Flow of Hot-Stuff consensus

图5 备份延迟与恢复延迟对比

Fig. 5 Comparison of backup delay and recovery delay

图6 备份耗时与恢复耗时对比

Fig. 6 Comparison of backup time and recovery time

图7 计算开销对比

Fig. 7 Comparison of calculating overhead

图8 吞吐量对比

Fig. 8 Comparison of throughput

参考文献 31

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