摘要:全球经济不断增长，因大量使用化石能源，造成了温室气体过度排放，由此而引起的全球气候变暖给人类的生存带来了巨大危害。因此，我国建立了全国统一碳交易技术中心，实行碳排放权交易制度，但交易主体参与积极性不高，市场活跃度很低，交易主体碳排放权供需情况不乐观。为此，本文提出了基于CP－ABE的区块链碳排放权的密封拍卖交易模型，经过MATLAB仿真，证实了其有效性。
关键词:碳排放权；区块链技术；碳交易
一、引言
经济的快速增长和城市化进程的加快显著改善了社会生活品质，但同时也导致了严重的资源和环境问题。二氧化碳(CO2)是气候变化的主要驱动力，导致许多生态和社会问题，尤其是在发展中国家。碳排放权交易对环境保护和企业减排发展具有一定的促进作用，但也存在供需不平衡、中心化趋势和信任危机等问题。近年来区块链技术成为一大热点，基于区块链的碳市场交易能够实现交易的去中心化、可追溯性以及自动化和智能化，保证数据安全且可以被所有用户查看访问。但区块链技术在交易应用方面面临着隐私泄露问题，如何加强区块链技术隐私保护是将区块链应用于碳排放权交易时的一个重要方面。
二、区块链碳排放权交易研究现状
已有研究发现，基于区块链的碳排放交易具有良好的发展前景。吕诗宁等(2017)认为，结合区块链技术可以实现去中心化的交易，执行P2P交易模式，降低了交易主体成本，使碳交易市场具有更高的效率。严振亚等(2019)构建了一种区块链+低碳经济的新模式，增强了交易信息的透明度和交易数据的安全性，使用区块链+大数据采集技术，及时发现可能存在的违法超标排放行为。崔树银等(2019)引入信用评分机制，定义交易优先权值，进一步完善了传统碳交易市场，推动碳市场公平公正运行。冀宣齐(2019)将区块链技术与现阶段碳金融市场的发展现状相结合，基于区块链技术特点解决碳金融现阶段的问题，完成了区块链技术下碳金融交易的过程框架描述。大多数学者对基于区块链碳排放权交易进行了深刻讨论，但对于区块链交易模型在用户敏感隐私泄露问题的研究较少。
三、基于CP－ABE的区块链碳排放权的密封拍卖交易
(一)相关理论概述。1.CP－ABE密码学CP－ABE。是具有很大发展前景的加密方法，用于分布式平台中的细粒度数据访问控制，允许数据所有者定义针对用户属性的访问策略，并使用该策略对数据进行加密，从而过滤掉不符合要求的用户。根据用户的属性为每个用户提供一个密钥，仅当密文的属性满足访问策略时，才可以解密密文。2.密封拍卖。在碳排放拍卖交易过程中，发起人发起拍卖交易请求，并规定最低拍卖价格，有需求的企业根据自身利益决定竞拍价格，在规定时间内，竞价者加密出价内容，并发送给卖方，在竞拍时间结束时，由买方进行解密，最终决定最优竞拍者，解决了买方共谋、恶意降低价格等问题，实现了资源的有效配置，保证了拍卖的有序进行和隐私保护。
(二)模型介绍。1.用户注册。当用户想申请加入碳交易时，要在客户端上发出账户注册交易申请，系统为其生成公钥、私钥和假名地址，哈希计算生成节点的假名地址ID，将其分配给相应的节点作为唯一标识符。2.碳排放权交易。当企业有碳出售需求时，作为发起方起草信息并制定访问策略，按信息重要程度分为两级明文并加密。进行访问控制时，访问结构为矩阵形式。首先，有碳销售需求的用户作为拍卖发起方来制定访问策略，并根据重要性将拍卖信息分为两个级别，第一级明文包含详细交易合同信息，涉及到发起者不愿的核心隐私信息，如传输地址、结算方法等。第二级明文包括基本拍卖信息，如拍卖信息摘要、假名地址。在该交易模型中，只有符合访问策略的用户才能查看第二级纯文本。同时，产生交易意愿的节点在拍卖过程中价格最高时即可通过申请获得第一级明文。发起人制定访问策略并生成LSSS访问结构，例如(A，ρ)，其中函数ρ表示给定属性在矩阵A中的位置，ρ(i)∈{Att1，Att2，...，AttU}。A是一个ρ×n矩阵，ρ表示访问策略中涉及的属性数量，n表示由LSSS转换方法定义的变量。因此，矩阵A由交易发起方制定的访问策略生成。矩阵A的行代表不同的属性类别，列是由属性值定义的变量。在加密的初始阶段，随机选择向量v→=(s，y2，y3，...，yn)∈Znp。对于矩阵中的每一行，都有一个新参数λi=Ai·v→，计算后s，d0，r1，r2，...，rl∈Zp随机选择两个明文，分别计算如下:C～1=M1·e(g，g)αsC～2=M2·e(g，g)αs/e(g，g)d0s=M2·e(g，g)(α－d0)sC'=gs，C^=gcλi?1?i??，Ci=gaλih－riρ(i)D^i=e(g，g)bλie(g，gd0)λi=e(g，g)(d0+b)λiDi=gri完整密文为:〈C～1，C～2，C'，C^，?1?i??，{Ci，D^i，Di}〉发起方将加密消息以两个单独的级别发送到区块链网络。只有符合访问策略的用户才能查看二级密文并获取基本交易信息，若有兴趣、满意的用户可以申请拍卖，进入密封拍卖阶段，竞拍节点利用发起人公钥加密竞价信息，发送给发起人，确保只有发起人收到，发起人利用私钥解密查看，并且从参与拍卖的众多申请人中选择出价最高者作为交易方，在发起者验证了该交易方的身份之后，发起人将向其发送用于解密第一级加密消息的相关参数。解密二级密文:当潜在交易对象的属性集S符合访问策略，解密操作将成功。设置I?{1，2，...，?}和I={i:ρ(i)∈S}，然后使用拉格朗日插值多项式找到系数集{ωi|i∈I}满足方程式。F1=e(C'，K)∏i∈S(e(L，Ci)e(Di，Kχ)e(g，g)(d0+b)λi)ωi=e(g，g)(α－d0)s二级加密消息可以通过以下计算获得:C～2F1=M2·e(g，g)(α－d0)se(g，g)(α－d0)s=M2解密第一级密文:当竞拍胜利节点学习第一级加密消息的内容时，它将直接与发起方进行交互。确认了竞拍胜利节点的身份后，其将收到gd0，由发起方提供并执行以下计算以获得纯文本。C～1F1·e(gs，gd0)=M1·e(g，g)αse(g，g)(α－d0)se(g，g)d0s=M1最终该节点获得详细交易信息，拟定合同，完成交易，交易完成后由“矿工”节点写入新区块，经过共识确认后，记录在区块链账本，由所有节点共同维护。
四、模型实证研究
本文选取10个建材企业进行MATLAB交易仿真。企业在初始碳分配基础上根据实际排放和生产情况决定是否出售或购买碳排放，企业3、6和7，由于清洁能源和减排成效，出售多余碳排放权。为防止信息被恶意节点查看，企业3、6和7分别对信息加密，对交易对象进行筛选，只有符合要求的节点才可以解密。企业3、6和7为拍卖者，其余企业按照生产情况决定是否购买碳排放权成为竞拍者，有需求的企业将属性集与拍卖者访问策略进行匹配，匹配情况如下。交易周期结束后，各用户的账户变化如表3所示。满足企业3访问策略的企业有1、4和5，企业1以绝对价格优势全部购买企业3拍卖量，由于企业1需求大于企业3拍卖量，企业1选择企业6进行碳排放权竞拍，最终以0.0273ETH/吨的价格成交了34吨，最终剩余7吨，由于不符合企业7的访问策略，而退出交易;企业2满足企业6和7的访问策略，但由于企业6最低拍卖价格过高，不符合其利益，因此没有意愿参与企业6的竞拍，最终和企业7以0.0280ETH/吨的价格成交了61吨排放，结余为0，退出交易;企业4满足企业6和7的访问策略，分别以0.0277和0.0275的价格竞拍到136吨和18吨排放权，结余为0，退出交易;企业5满足企业3和7的访问策略，但在企业3的竞拍过程中，价格较低，竞拍失败，最终以0.0281ETH/吨的高价与企业7成交103吨，结余为0，退出交易;企业8、10和9分别以0.0289ETH/吨、0.0285ETH/吨和0.0278ETH/吨与企业6、企业7成交167吨、93吨以及58吨，结余都为0，退出交易。综上，企业3、6和7自主判断，选择下调预期排放需求，出售碳排放权分别获得了4.134、12.1795、8.3354ETH的收益;企业1、2、4、5、8、9和10选择上调排放需求预期，买入碳排放权，以利于交割阶段满足企业排放需求，实现了效益最大化和帕累托改进。
五、总结
我国的碳排放交易平台具有大量用户，要求平台具有较高的交易速度。基于区块链的碳排放交易体系只需通过碳配额管理系统的验证即可记录到区块链中，时间成本较小。此外，由最快求解数学难题的“矿工”负责记录账本，实现了节点之间对于记账权的竞争，激励全体矿工共同记录并维护碳排放权交易平台数据。在碳排放交易的初期阶段，区块链适用于我国的碳排放交易体系。
参考文献:
1.崔树银，陆奕，常啸.考虑信用评分机制的电力碳排放交易区块链模型［J］．电力建设，2019，40(1):104－111.
2.冀宣齐.基于区块链技术的碳金融市场发展模式初探［J］．价值工程，2019，38(7):193－196.
3.吕诗宁，颜拥，丁麒，等.能源互联网中的区块链应用:优势、场景与案例［J］．浙江电力，2017，36(3):1－4+23.
4.严振亚，李健.基于区块链技术的碳排放交易及监控机制研究［J］．企业经济，2020，39(6):31－37.
作者:刘林林 单位:上海工程技术大学管理学院