Review of blockchain technology applications in carbon emission trading system

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2024121837

Journal of Computer Applications ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (12): 3872-3880.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2024121837

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Review of blockchain technology applications in carbon emission trading system

Jingfeng WEI¹, Zhongyuan YAO¹, Shuosen MA¹, Chao WANG², Shangkun GUO², Ziqiang ZHU², Xueming SI³

^1.School of Cyberspace Security，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou Henan 450007，China
^2.Shanghai Jiao Tong University （Wuxi） Blockchain Advanced Research Center （Shanghai Jiao Tong University），Wuxi Jiangsu 214000，China
^3.Henan International Joint Laboratory of Blockchain and Data Sharing （Zhongyuan University of Technology），Zhengzhou Henan 450007，China

Received:2025-01-14 Revised:2025-02-24 Accepted:2025-03-14 Online:2025-11-06 Published:2025-12-10
Contact: Zhongyuan YAO
About author:WEI Jingfeng， born in 1999， M. S. candidate. His research interests include cryptology， blockchain.
YAO Zhongyuan， born in 1988， Ph. D.， lecturer. His research interests include cryptology， blockchain.
MA Shuosen， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include cryptology， blockchain.
WANG Chao， born in 1998， M. S. His research interests include blockchain.
GUO Shangkun， born in 1998， M. S. His research interests include blockchain.
ZHU Ziqiang， born in 1996， M. S. His research interests include blockchain.
SI Xueming， born in 1966， Ph. D.， professor. His research interests include cryptology， blockchain.
Supported by:
National Key Research and Development Program of China “Blockchain” Special Project(2023YFB2703600);Henan Provincial Science and Technology Key Project(222102210168)

区块链技术在碳排放交易系统中的应用综述

魏境烽¹, 姚中原¹, 马硕森¹, 王超², 郭尚坤², 朱自强², 斯雪明³

^1.中原工学院网络空间安全学院，郑州 450007
^2.上海交通大学（无锡）区块链高等研究中心（上海交通大学），江苏无锡，214000
^3.河南省区块链与数据共享国际联合实验室（中原工学院），郑州 450007

通讯作者: 姚中原
作者简介:魏境烽（1999—），男，河南驻马店人，硕士研究生，主要研究方向：密码学、区块链
姚中原（1988—），男，河南信阳人，讲师，博士，CCF会员，主要研究方向：密码学、区块链
马硕森（2000—），男，河南郑州人，硕士研究生，主要研究方向：密码学、区块链
王超（1998—），男，河南林州人，硕士，CCF会员，主要研究方向：区块链
郭尚坤（1998—），男，山东菏泽人，硕士，CCF会员，主要研究方向：区块链
朱自强（1996—），男，河南信阳人，硕士，CCF会员，主要研究方向：区块链
斯雪明（1966—），男，浙江诸暨人，教授，博士，CCF会员，主要研究方向：密码学、区块链。
基金资助:
国家重点研发计划“区块链”专项(2023YFB2703600);河南省科技重点项目(222102210168)

Abstract

Abstract:

In response to the problems of insufficient transaction transparency， poor data security， and low market efficiency in Carbon Emission Trading （CET）， optimization methods of blockchain technology in CET systems were reviewed. Firstly， the specific applications of blockchain technology in CET were summarized， including key technologies and main contributions. Secondly， an in-depth analysis of the challenges faced by carbon emission management and trading was conducted， such as data privacy protection and system scalability problems， and optimization methods of blockchain technology were explored. Thirdly， the integrated application of blockchain and Internet of Things （IoT） technologies was studied to achieve real-time collection and secure storage of carbon emission data. Finally， the application of game theory in the formulation of CET strategies and the innovative practices of blockchain technology in carbon asset management were discussed. The research results show that blockchain technology improves the data transparency and security of CET systems significantly， reduces human intervention， lowers transaction costs， and enhances market efficiency. However， challenges such as performance， privacy protection， and regulatory adaptation are still faced by the systems. In conclusion， the application of blockchain technology in CET systems not only improves the systems’ transparency， security， and efficiency， but also provides reliable technical support for achieving global carbon emission reduction goals.

Key words: blockchain, Carbon Emission Trading (CET) system, data security, carbon asset management, Internet of Things (IoT), smart contract

摘要：

针对碳排放交易（CET）中的交易透明性不足、数据安全性较差和市场效率低等问题，对区块链技术在CET系统中的优化方法进行综述。首先，综述区块链技术在CET中的具体应用，包括关键技术和主要贡献；其次，深入分析碳排放管理和交易面临的挑战，如数据隐私保护和系统扩展性等问题，并探讨区块链技术的改进方法；再次，研究区块链与物联网（IoT）技术的集成应用，以实现碳排放数据的实时采集与安全存储；最后，探讨博弈论在CET策略制定中的应用，以及区块链技术在碳资产管理中的创新实践。研究表明，区块链技术能够显著提升CET系统的数据透明性和安全性，减少人为干预，降低交易成本，并提高市场效率。然而，当前系统仍面临性能、隐私保护和监管适配等挑战。综上，区块链技术在CET系统中的应用不仅有助于提高系统的透明度、安全性和效率，还为全球碳减排目标的实现提供了可靠的技术支撑。

关键词: 区块链, 碳排放交易系统, 数据安全性, 碳资产管理, 物联网, 智能合约

CLC Number:

TP311.13

Jingfeng WEI, Zhongyuan YAO, Shuosen MA, Chao WANG, Shangkun GUO, Ziqiang ZHU, Xueming SI. Review of blockchain technology applications in carbon emission trading system[J]. Journal of Computer Applications, 2025, 45(12): 3872-3880.

魏境烽, 姚中原, 马硕森, 王超, 郭尚坤, 朱自强, 斯雪明. 区块链技术在碳排放交易系统中的应用综述[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2025, 45(12): 3872-3880.

Figures/Tables 6

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文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［34］	CET	区块链与IoT	IoT采集实时排放数据，区块链存储确保透明性	解决传统碳交易透明度和追溯性不足的问题，智能合约优化交易和合规性管理
［35］	CET	分层区块链	上层追踪管理配额分配，下层采集验证排放数据	解决传统碳交易中透明度不足的问题，支持自动化交易，提升管理效率
［36］	碳排放检测	区块链与IoT	传感器实时采集数据，智能合约触发合规警报	碳排放监测系统，实现数据透明化与可追溯性，为碳交易提供支持
［37］	碳积分交易	区块链	智能合约实现碳积分的追踪与交易自动化	解决碳积分囤积和透明度不足的问题，简化操作流程，提升交易效率
［38］	碳排放检测	区块链与IoT	FISCO bcos验证存储交易，智能合约分析更新	碳排放监测与积分交易框架，多层架构优化监测与交易性能
［39］	碳排放管理	区块链与IoT	传感器监测碳排放数据，区块链存储数据与交易	碳积分交易的解决方案，提升交易系统的安全性与信任度
［40］	碳核查管理	区块链与电力数据	自动化核查碳排放量，支持多方协作与信任	电碳协作平台，解决现有碳核查效率低的问题，支持政府监管和碳市场发展
［41］	碳数据管理与交易	区块链与数学模型	碳源追溯与排放建模，避免数据重复或不一致问题	提出分布式碳交易机制，解决绿色能源交易与数据管理中的核心挑战

文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［34］	CET	区块链与IoT	IoT采集实时排放数据，区块链存储确保透明性	解决传统碳交易透明度和追溯性不足的问题，智能合约优化交易和合规性管理
［35］	CET	分层区块链	上层追踪管理配额分配，下层采集验证排放数据	解决传统碳交易中透明度不足的问题，支持自动化交易，提升管理效率
［36］	碳排放检测	区块链与IoT	传感器实时采集数据，智能合约触发合规警报	碳排放监测系统，实现数据透明化与可追溯性，为碳交易提供支持
［37］	碳积分交易	区块链	智能合约实现碳积分的追踪与交易自动化	解决碳积分囤积和透明度不足的问题，简化操作流程，提升交易效率
［38］	碳排放检测	区块链与IoT	FISCO bcos验证存储交易，智能合约分析更新	碳排放监测与积分交易框架，多层架构优化监测与交易性能
［39］	碳排放管理	区块链与IoT	传感器监测碳排放数据，区块链存储数据与交易	碳积分交易的解决方案，提升交易系统的安全性与信任度
［40］	碳核查管理	区块链与电力数据	自动化核查碳排放量，支持多方协作与信任	电碳协作平台，解决现有碳核查效率低的问题，支持政府监管和碳市场发展
［41］	碳数据管理与交易	区块链与数学模型	碳源追溯与排放建模，避免数据重复或不一致问题	提出分布式碳交易机制，解决绿色能源交易与数据管理中的核心挑战

文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［42］	能源与碳交易	区块链+点对点交易	实现去中心化交易，多重签名保证安全性和隐私保护	能源与碳交易的去中心化方案，减少成本和碳排放，提高透明度与安全性
［43］	CET	区块链+空间分析技术	减少地理位置重叠引发的双重计数，提升数据精确度	结合区块链与空间分析技术，解决碳排放数据双重计数风险
［44］	碳排放验证	区块链+逆向拍卖	私链+联盟链确保数据可追溯，逆向拍卖优化招标流程	碳排放核查机制，降低核查成本，提升核查效率和数据安全性
［45］	碳积分交易	低代码开发	低代码平台简化开发过程，实现碳积分的买卖与追踪	低成本的碳信用交易平台，降低开发门槛，促进低碳解决方案应用
［42］	能源与碳交易	区块链+点对点交易	智能合约支持碳配额的买卖，解决双重支付问题	点对点碳交易框架，优化交易成本与碳排放，适应未来低碳技术投资需求
［46］	碳配额交易	智能合约	时间戳与非对称加密技术确保交易安全性与透明度	构建分布式碳排放权交易市场模型，支持新能源发展与碳减排目标实现
［47］	绿证与碳交易市场	共识算法	利用PoCT共识算法，联合激励减排行为	绿证与碳交易联合机制，提升碳减排效率，缓解财政补贴压力
［48］	分布式CET	声誉系统+智能合约	基于声誉的共识机制（DPoR），提升交易效率	分布式碳交易系统，优化节点一致性与恶意行为防护，为碳交易提供高效安全的解决方案
［49］	CET体系	区块链+声誉系统	声誉系统激励长期减排，智能合约自动执行交易规则	改进ETS的模型，提高交易公平性和效率，为碳市场提供长期有效的解决方案

文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［42］	能源与碳交易	区块链+点对点交易	实现去中心化交易，多重签名保证安全性和隐私保护	能源与碳交易的去中心化方案，减少成本和碳排放，提高透明度与安全性
［43］	CET	区块链+空间分析技术	减少地理位置重叠引发的双重计数，提升数据精确度	结合区块链与空间分析技术，解决碳排放数据双重计数风险
［44］	碳排放验证	区块链+逆向拍卖	私链+联盟链确保数据可追溯，逆向拍卖优化招标流程	碳排放核查机制，降低核查成本，提升核查效率和数据安全性
［45］	碳积分交易	低代码开发	低代码平台简化开发过程，实现碳积分的买卖与追踪	低成本的碳信用交易平台，降低开发门槛，促进低碳解决方案应用
［42］	能源与碳交易	区块链+点对点交易	智能合约支持碳配额的买卖，解决双重支付问题	点对点碳交易框架，优化交易成本与碳排放，适应未来低碳技术投资需求
［46］	碳配额交易	智能合约	时间戳与非对称加密技术确保交易安全性与透明度	构建分布式碳排放权交易市场模型，支持新能源发展与碳减排目标实现
［47］	绿证与碳交易市场	共识算法	利用PoCT共识算法，联合激励减排行为	绿证与碳交易联合机制，提升碳减排效率，缓解财政补贴压力
［48］	分布式CET	声誉系统+智能合约	基于声誉的共识机制（DPoR），提升交易效率	分布式碳交易系统，优化节点一致性与恶意行为防护，为碳交易提供高效安全的解决方案
［49］	CET体系	区块链+声誉系统	声誉系统激励长期减排，智能合约自动执行交易规则	改进ETS的模型，提高交易公平性和效率，为碳市场提供长期有效的解决方案

文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［50］	碳交易价格机制	区块链与博弈论结合	验证区块链对碳交易一级和二级市场碳价形成的影响	基于博弈论的区块链碳价机制，优化市场透明度和公平性
［51］	再制造供应链	区块链+Stackelberg	优化供应链定价与减排策略，分析区块链成本对减排的影响	再制造供应链模型，提升减排投资激励和环境保护效果
［52］	碳减排技术合作	区块链+非合作-合作博弈	模型平衡供应链中的产量竞争和技术合作	非合作-合作博弈模型，优化制造商减排策略与收益分配
［53］	碳配额与供应链管理	区块链+Nash博弈	分析供应商谎报碳配额和消费者绿色偏好的影响	提出供应链均衡模型，优化碳配额监管和区块链成本效率
［54］	能源与碳配额交易	区块链+合作博弈	建立分布式市场模型，确保网络运营和交易稳定性	能源-碳配额联合交易机制，优化效率并降低交易成本
［55］	碳与电力联合交易	区块链+两阶段博弈	第一阶段优化碳交易价格，第二阶段平衡电力供需	构建碳与电力联合定价框架，提升减排效率与可再生能源利用

Review of blockchain technology applications in carbon emission trading system

区块链技术在碳排放交易系统中的应用综述

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文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［56］	碳资产管理	智能合约	提高碳资产管理智能化水平，简化交易流程	支持溯源与身份认证，降低中小企业的参与成本
［57］	碳交易与资产管理	区块链+ ESG声誉	将碳排放权转化为链上资产，结合ESG评分提升可信度	实现碳排放量自动抵消和资产化，提供数字化交易解决方案
［58］	绿证与碳联合交易市场	智能合约	通过智能合约自动化配置资源，优化绿证与碳排放权交易	联合交易市场模式，提升可再生能源激励效果
［59］	可再生能源与碳交易	智能合约	自动化信用生成与转移，提升交易效率和透明度	提高所有权认证与结算速度，减少双重计数问题

文献	应用场景	应用技术	核心特点	主要贡献
［60］	IoT架构	云计算与边缘计算	提出混合架构提升效率与安全性	整合云、区块链和边缘计算的解决方案，增强可靠性和可扩展性
［61］	能源系统管理	区块链	去中心化与不可篡改性建立能源信任机制，提升透明度与效率	分析区块链在能源市场中的潜力，提出建议并解决技术升级难题
［62］	碳交易平台	主权区块链	结合主权区块链减少能耗，保障数据安全与透明性	基于主权区块链的碳交易系统框架，优化碳市场的效率和稳定性
［63］	碳交易应用	智能合约	分布式结构降低成本，解决洗钱与数据标准缺失等问题	提出监管沙盒机制，增强区块链在碳交易中的适用性与安全性
［64］	点对点碳交易	区块链与博弈论结合	优化点对点交易，确保公平性与隐私保护	ETS框架，优化成本分配，促进低碳经济目标的实现

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