[发明专利]一种基于Markov微分博弈区块链模型的安全态势感知算法

说明书

本发明公开了一种基于Markov微分博弈区块链模型的安全态势感知算法,属于网络空间安全领域。该方法通过对日蚀攻击产生的安全数据分析，建立相应的Markov微分博弈攻击图模型；并对攻防双方的攻防强度进行分类，通过多阶段的攻防博弈，结合区块链系统各节点的安全等级以及博弈双方最终目标函数值综合评估系统实时安全状态。通过仿真实验结果表明，所提模型和算法不仅可以有效评估区块链网络整体安全性，而且在预测未来安全状态也具有可行性。

技术领域

本发明设及一种基于Markov微分博弈区块链模型的安全态势感知算法，属于网络空间安全领域。

背景技术

自2008年中本聪提出了去中心化的点对点交易平台比特币，其底层技术区块链备受关注，因其“去中心化”和“去信任化”的特点，使得任何达成一致意见的双方可直接进行交易，不需要第三方的参与，有效提高了信息传递效率，在区块链中降低了交互成本。区块链技术利用加密的链式区块结构来验证和存储数据，利用P2P网络技术、共识机制实现分布式节点的验证、通信以及信任关系的建立。比特币作为区块链的产物，成为了当前一种广泛流通的数字虚拟货币，单个比特币的交易价值曾到达10万元。因此，区块链和比特币的安全隐私问题越来越严重，检测和证明其安全性十分重要。

虽然国内外学者的研究成果对于抵御区块链攻击具有一定的先进性。然而，一方面，区块链节点多，分布较广，攻击类型多，不能实时检测每个节点的安全状况。另一方面，攻击者和防御者实时策略的选择复杂，没有恒定的规律，不能体现真实区块链攻击和防御的情况。因此本发明提出一种基于Markov微分博弈区块链模型的安全态势感知算法，实时评估区块链网络的安全状况。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于Markov微分博弈区块链模型的安全态势感知算法。

为实现上述目的，本发明发采用的技术方案为：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于Markov微分博弈区块链模型的安全态势感知算法，包括以下步骤：

(1)利用通过入侵检测系统对日蚀攻击产生的安全数据进行威胁分析，建立区块链网络拓扑和节点连通性；

(2)结合日蚀攻击下的区块链网络拓扑结构，将整个网络的节点分为四个等级：正常级G，感染级B，巩固级C，破坏级H；并对博弈双方的攻防强度进行分类，用分别表示攻击方的攻击强度，其中，防御者的防御强度用表示，其中，

(3)以微分博弈理论和Markov决策方法为基础，构建了攻击图MAG,将一定时间的区块链网络攻防对抗转化为多阶段且每个阶段持续时间较短的连续攻防过程，构建了基于Markov微分博弈模型在区块链上做态势感知；

(4)利用当前网络各安全等级节点数量、攻击方和防御方的目标函数值(攻防收益)以及目标函数差值来判断当前以及未来区块链系统的安全状态。

作为优选，所述步骤(1)中，根据区块链网络结构，将网络分为主块、挖矿块、攻击块、广播块、防御块，结合日蚀攻击特性，建立区块链网络拓扑和节点连通性。

作为优选，所述步骤(2)中，对其区块链节点的安全等级进行定义，其中L＝{G,B,C,H},分别表示为：正常级G，感染级B,巩固级C，破坏级H。G→B: 防御方选择的防御策略失败，区块链节点从安全级跳转到感染级，当前攻击处于潜伏状态，攻击者可利用该感染节点继续攻击相邻节点。G→C:防御者选择的防御策略成功，该区块链节点具有抵抗攻击的免疫能力。B→C:防御者再次制定的防御策略成功，当前感染节点从感染级跳转到巩固级，并且该节点具有抵御攻击的免疫能力。B→H:防御者再次制定的防御策略失败，破坏效果出现。并对博弈双方的攻防强度进行分类，用分别表示攻击方的攻击强度，其中，防御者的防御强度用表示，其中，

作为优选，所述步骤(3)中，攻击图MAG的构建。决定攻击图的因素有安全状态集合Z、博弈双方集合S、有向边集合E、博弈阶段数K和状态转移概率K，具体定义如下：