基于博弈论的比特币矿池行为的研究与分析

论文摘要

比特币于2008年由中本聪提出后,受到全世界的广泛关注,越来越多的人加入到挖矿的队伍中。然而随着网络中的困难度的增加,单个矿工挖矿已经变得越来越困难,矿池由此产生。比特币已经成为当今最流行的数字货币,其网络的安全性仍值得研究者们广泛关注。由于现在几乎所有的新比特币都是由矿池铸造的,矿池的安全对比特币系统的健康发展至关重要。在针对矿池的攻击中,DDoS攻击是最引人注目的一种。Johnson等人利用博弈论分析矿池之间的DDoS攻击的动机,本文改进了Johnson等人的博弈论模型,矿池增加了防御成本和运营成本,并且限制了矿池的算力分配情况,得出结论。1)如果DDoS攻击的失败概率很高,那么矿池就会有更大的动机选择挖矿计算,而不发起DDoS攻击;2)当对矿池的资源做了限定之后,无论矿池发起DDoS攻击还是被其他矿池DDoS攻击,投入更多的计算资源进行挖矿是矿池的首选。当比特币网络没有受到攻击时,随着区块奖励的减少,交易费将作为矿工的主要收入来源,Carlsten等人在CCS2016中提出了间隙挖矿的概念。Tsabary等人在CCS2018中对间隙挖矿进行了静态博弈模型分析。本文对Tsabary等人的博弈模型进行了改进与扩展。本文用矿池内的活动矿机的实际运行时间与网络中所有活动矿机的运行时间之比作为矿池成功出块的概率,而在以往的工作中都将矿池的矿机数量与网络中的总矿机数量之比作为矿池出块成功的概率;不同于Tsabary等人的模型,本文将矿机累计的交易费累计到矿机开始的时间,幸运矿机开启后到达的交易费将作为下一个块的基础奖励;在此基础上提出了动态间隙挖矿的模型,通过迭代实验得出一些结论。1)本文通过新的静态模型实验分析得出,对于开机较早的矿池,累计到的交易费不会很高,因此,相对来说矿池的收益也会较低;2)从动态博弈模型的实验来分析,当矿池运营成本过低时,会出现矿池投资矿机数量过多的情况,这使得后期比特币网络中实际运行的矿机数量骤减,这不利于比特币网络的安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 比特币中的DDoS攻击研究现状
•     1.2.2 挖矿奖励的研究现状
•   1.3 研究成果
•   1.4 论文结构
•   1.5 本章小结
• 第2章 相关知识介绍
•   2.1 比特币相关知识
•     2.1.1 比特币
•     2.1.2 区块链
•     2.1.3 交易费
•     2.1.4 矿工与矿池
•     2.1.5 网络困难度调整
•     2.1.6 间隙挖矿
•   2.2 博弈论相关知识
•     2.2.1 博弈论概述
•     2.2.2 博弈的分类
•     2.2.3 纳什均衡
•   2.3 本章小结
• 第3章 基于博弈论的矿池间的DDoS攻击的研究
•   3.1 带有防御成本和运营成本的模型
•     3.1.1 理论分析
•       3.1.1.1 最优对应策略
•       3.1.1.2 纳什均衡
•     3.1.2 数值分析
•   3.2 固定资源的矿池DDoS攻击
•     3.2.1 理论分析
•       3.2.1.1 最优对应策略
•       3.2.1.2 纳什均衡
•     3.2.2 数值分析
•   3.3 本章小结
• 第4章 基于博弈论的间隙挖矿研究
•   4.1 静态博弈的间隙挖矿研究
•     4.1.1 场景描述
•     4.1.2 模型建立
•     4.1.3 分布分析
•     4.1.4 效用函数
•       4.1.4.1 Income函数
•       4.1.4.2 Expenses函数
•       4.1.4.3 Profit函数
•       4.1.4.4 Utility函数
•     4.1.5 实验分析
•   4.2 动态博弈的间隙挖矿研究
•     4.2.1 模型建立
•     4.2.2 效用函数
•       4.2.2.1 Income函数
•       4.2.2.2 Expenses函数
•       4.2.2.3 Profit函数
•       4.2.2.4 Utility函数
•     4.2.3 实验分析
•   4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间的科研项目及成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑荣欣

导师: 魏贵义,王潇扬

关键词: 比特币,博弈论,间隙挖矿,分布式拒绝服务攻击,挖矿计算资源

来源: 浙江工商大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技,经济与管理科学

专业: 数学,互联网技术,信息经济与邮政经济,金融

单位: 浙江工商大学

分类号: TP393.08;F49;F821;O225

DOI: 10.27462/d.cnki.ghzhc.2019.000409

总页数: 68

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