[发明专利]PoS机制中一种基于伪随机几何的权益函数定义

说明书

本发明公开了区块链基于权益(stake)证明共识机制中的一种基于伪随机几何的权益函数的研究方法，旨在发现伪随机几何权益函数具有较好的激励相容性质。与此同时，利用基尼指数衡量了这几种权益函数对于权益分布的公平性。在给定参数下，伪随机几何权益函数具有较低的基尼系数，说明该权益函数的权益分布具有较好的公平性。在基于权益证明的共识机制中，常数权益函数定义容易造成“富者更富”现象，造成财富分配不均。几何权益函数可以在一定程度上消除这种现象，但是不满足激励相容性质。伪随机几何权益函数在满足激励相容性质的同时，具有较低的基尼系数，本发明适用于实现基于权益证明共识机制中财富分配公平性。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及使用伪随机性定义共识机制中的权益函数，利用基尼指数衡量权益函数的公平性。

背景技术

电子加密货币的特点是去中心化，它们的应用正在改变着社会价值传递和财富分布方式。最近，其底层技术-区块链引起了广泛的关注，并应用到各个领域，金融、医疗、物联网。众所周知，维持区块链的一个最基本的机制就是共识机制。每个网络中的参与者都需要有足够的动机参与共识机制，否则系统就会崩溃，而其中的电子加密货币就会毫无价值。权益函数为共识机制提供动机的源泉，因此，权益函数设计的好坏，直接影响到整个区块链系统的运行。目前常用的常数权益函数，它被应用在很多共识机制中，其中包括PoW 、PoS、PBFT等，但是PoS中使用常数权益函数会引起“富者更富”的现象。如果财富分配的问题得不到解决，那么定义任何看上去完美的权益函数都是毫无应用价值的。

为此，本文在几何权益函数的基础上，引入了伪随机红利机制。具体来说，每个取得记账权的参与者，除了获得必要的几何权益函数产生的奖励之外，还会获得额外的红利。为了给参与者足够的参与动机，初始红利是正值，而为了保证红利总体均值为0，后面的红利可能有负值。这种改进，既能够在一定程度上削弱“富者更富”现象，还能够保证在共识达成初期，给与参与者足够的动机，满足激励相容性质，避免原始几何权益函数中的问题。

发明内容

本发明的目的是为基于权益证明的共识机制定义一种权益函数，该权益函数是在原有几何权益函数基础上，引入了伪随机机制。并且利用基尼系数来衡量权益分布的公平性。具体过程如下：一种基于伪随机几何的权益函数具体过程为：

第一步：每个参与者都拥有一定权益，利用随机分布（Pareto分布，Weibull分布）生成每个参与者权益的数量，并采用相同的分布生成算力分布（仅限于PoW）；

第二步：用表示由块激励函数计算的出块奖励(以权益的形式)；

第三步：根据算力占比或者权益占比，按相应占比等概率随机选择参与者赋予其记账权，并对被选中拥有记账权的参与者，给予其出块奖励；

第四步：按照预设参数重复执行第三步；

第五步：对按照从小到大排序；

第六步：对排序后的求前缀和，表示为；

第七步：取中最后一个元素，设为，使用对中的元素进行归一化处理；

第八步：求和X轴围成的面积，表示为B；求和 y=x围成的面积，表示为A；

第九步：计算基尼系数；

第十步：重复以上操作，并修改随机分布中的相应参数。

该方法具有较低的轮数要求，具有高准确度、通用性和鲁棒性，本发明达到如下效果：将伪随机性引入到共识机制的权益分配过程中，定义了一种基于伪随机性的几何权益函数，在满足激励相容的同时，达到较低的基尼系数。本发明适用于衡量权益分布公平性验证。

附图说明

图1 说明了几何权益函数在不同分布下的基尼系数。

图2 说明了常数权益函数在不同分布下的基尼系数。