[发明专利]一种基于层次量化模型的PoW共识协议安全评估方法

说明书

本发明涉及一种基于层次量化模型的PoW共识协议安全评估方法，通过多个维度衡量PoW共识算法安全，选取合适的指标，确定各指标的影响因素，各影响因素可以通过ns3网络模拟器获得，构建共识安全评估层次模型，该层次模型中每一层都是指标或者影响因素，再对指标进行标准化处理，确定下层指标对上层指标的权重，最后通过加权求和法计算出最终安全评估值。该方案通过选取出的关键指标的变化来反应区块链系统的安全状况，提高评估效率。如链质量维度通过废块数、孤块数等指标的变化，能够更迅速察觉区块链系统的安全性变化。

技术领域

本发明涉及一种评估方法，具体涉及一种基于层次量化模型的PoW共识协议安全评估方法，属于区块链中共识算法安全评估的技术领域。

背景技术

区块链技术本质上是一个点对点的分布式数据库，通过共识算法维护区块链系统的一致性，实现不同节点之间的信任并计算各个节点相应的权益。PoW共识算法是一种工作量证明的共识机制，也是比特币的核心技术之一。工作量证明机制就是对工作量的证明，是生成新区块时必要满足条件。每个节点通过计算带有随机数的哈希散列来取得记账的权利，计算出正确的数值解来产生新区块的能力就是这个节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的特点，所有节点可以自由进出参与到主链上。

如今，尽管有各种各样的区块链共识算法的出现，如PoS、DPoS等等，PoW(proof ofwork)仍然是当前最为普遍的共识算法，这使得针对PoW共识算法的安全性研究就极为重要。

现在针对PoW共识算法的安全性研究往往只从单一角度考虑区块链系统的安全，如网络延迟对区块链系统安全性的影响，区块间隔变大、区块大小变化对区块链系统安全性的影响，没有从全方位、多角度对区块链系统进行评估。因此，针对现有区块链系统中共识机制的安全性研究，需要构建一个能从共识整个过程角度反馈区块链系统安全性的指标体系。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于层次量化模型的PoW共识协议安全评估方法，该技术方案采用了一种基于层次模型的PoW共识安全评估，通过安全评估层次模型中各层次的节点值的计算，来综合评估一个基于PoW的区块链的安全。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于层次量化模型的PoW共识协议安全评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定PoW共识安全评估维度,所述维度包括：链质量、共识效率和抗攻击能力；

步骤2：根据各维度确定衡量PoW共识安全的具体指标,包括：

通过当前区块链系统中主链诚实区块的占比来衡量链质量；

通过计算当前区块链系统达成共识所需要的时间来衡量共识效率；

通过区块链系统抵御双花攻击和自私挖矿攻击的成功率来衡量抗攻击能力；

步骤3、根据具体指标，确定各指标的影响因素，构建影响PoW共识安全的层次评估模型，其中第一层节点为我们评估的三个维度，包括链质量、共识效率和抗攻击能力，其中链质量下的第二层节点为衡量链质量的具体指标，包括废块数、孤块数和攻击者区块数；共识效率下的第二层节点为共识延迟和修剪需要的时间；抗攻击能力下的第二层节点分别为抗双花攻击能力和抗自私挖矿攻击能力，其中抗双花攻击能力下的第三层节点分别为双花盈利驱动和实现成功的双花攻击需要的区块数，抗自私挖矿攻击能力下的第三层节点分别为50％攻击算力阈值和盈利阈值。各指标的影响因素作为最下层叶子节点，这些影响因素可以通过ns3网络模拟器模拟区块链环境获得，至此完成共识安全评估层次模型的构建；

步骤4、不同指标的单位、度量方式不同，需要对指标进行min-max标准化处理，经过标准化处理后的指标值才是我们需要用来计算的节点值；

步骤5、从最下层开始，逐一确定下层节点相对于上层节点的重要性权重；