[发明专利]一种区块链矿池挖矿策略的博弈优化方法

说明书

本发明公开一种区块链矿池挖矿策略的博弈优化方法。属于区块链中的矿池领域，包括：1、根据矿池的奖励分配机制建立矿池管理员和矿工的效用函数；2、利用斯塔克尔伯格博弈对矿池管理员和矿工之间的关系进行建模；3、计算斯塔克尔伯格博弈的纳什均衡；4、采用组合方案，将不参与挖矿的矿工进行组合；使得组合后矿工们的成本降低，给矿工投入算力提供机会；通过建立组合的效用函数，对所有的矿工进行下一轮斯塔克尔伯格博弈，组合其在下一轮博弈中获得正效用。本发明的挖矿策略能够稳定地获得区块奖励，获得矿池管理员和矿工双方在按算力比例分配矿池中的最佳策略；另外通过降低挖矿成本，使矿池中更多的矿工投入算力，提升了矿池的挖矿性能。

技术领域

本发明涉及涉及区块链中的矿池领域，具体涉及一种区块链矿池挖矿策略的博弈优化方法。

背景技术

在加密货币挖掘的背景下，矿池是矿工通过网络共享其处理能力的资源汇集，根据他们为查找区块的可能性所做的工作量进而平均分配奖励。矿工们向矿池提供有效的部分工作证明也就是所谓的“份额”。实际上，矿池就是一种类似包工头的代理机构，按照比特币的原理全网算力与挖矿难度成正比，与矿工收益成反比。因此，对于每一个只有几百G或者几T算力的矿工来说，成功挖出区块的概率变得非常小。

目前，因为比特币本身的巨大价值，矿池的运作受到了很多关注。例如，利用联盟博弈方法研究矿工们在不同的矿池中选择加入哪个矿池实现利益最大化；利用期望效用理论模型化矿池中存在的风险实现矿工们的社会福利最大化，并将该理论应用在一种叫做几何支付的矿池中；利用进化博弈通过设置哈希率和区块传播延迟来研究矿池选择的动态性。

但是目前，矿池的研究主要还是在多个矿池之间的策略选择上，矿池的主要分配方式有PROP、PPLNS、PPS三种，矿池内部因为对算力和份额没有严格的限制，无论是否有成功挖掘出有效资料块，皆可经由对矿池的贡献来获得少量比特币奖励，虽然可能会减少矿工的收益风险，但是也因此增加了矿池管理员的风险，另外，矿池管理员在发布挖矿任务时，具体设置什么样的挖矿难度也是需要考虑的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种区块链矿池挖矿策略的博弈优化方法，解决针对矿池挖矿难度设置、矿工投入挖矿的算力大小以及提升矿池工作性能的问题。

本发明的技术方案是：一种区块链矿池挖矿策略的博弈优化方法，具体步骤如下：

步骤(1)、根据矿池的奖励分配机制，建立矿池管理员和矿工的效用函数；

步骤(2)、利用斯塔克尔伯格博弈，对矿池管理员和矿工之间的关系进行建模；

步骤(3)、根据建立的斯塔克尔伯格博弈模型，计算斯塔克尔伯格博弈的纳什均衡，使矿工们的策略处于稳定的状态；

步骤(4)、采用组合方案，将不参与挖矿的矿工进行组合，激励不参与挖矿的矿工组合后参加下一轮斯塔克尔伯格博弈，从而优化矿工组合之后的效用。

进一步的，在所述步骤(1)中，建立矿池管理员和矿工的效用函数的具体操作如下：

根据按算力比例分配矿池的奖励模式，即一旦产生区块会，根据每个矿工提交的工作量证明进行奖励分配：

(1.1)、设任意矿工i获得的预期区块数n_i为：

式(1)中，p_i代表矿工i的投入算力，T代表发现区块的时间间隔，D代表发现一个有效块的难度，D由区块链网络定期调整确定，最坏情况下需经过2³²次计算才能获得区块的随机数，该随机数用于验证新区块是否有效；

定义矿工i的效用函数u_i为：