[发明专利]基于分布式协调通信机制的区块链安全计算方法

说明书

本发明属于区块链通信技术领域，涉及一种基于分布式协调通信机制的区块链安全计算方法；所述方法包括构建出以Tangle为共识算法的区块链，根据载波侦听多路访问协议将节点接入到无线网络；节点采用分布式协调通信机制获得信道的使用权，将本地的新交易广播到无线信道中；按照马尔科夫模型计算交易请求发布、成功传输和失败传输的持续时间；根据随机理论计算出交易从到达节点到成功接入到区块链花费的时间；将广播成功的交易进入共识过程，按照无线区块链中的交易参与共识的过程，建立出恶意节点发动双花攻击的攻击时间模型；根据攻击时间模型，计算出恶意节点成功发动双花攻击的概率；本发明能够有效提升无线区块链的安全性能。

技术领域

本发明属于区块链通信技术领域，涉及一种基于分布式协调通信机制的区块链安全计算方法。

背景技术

媒体访问控制(MAC)层上的分布式协调功能(DCF)是被IEEE 802.11无线局域网(WLAN)提出来，很早之前在学术界和工业界得到了极大的关注。DCF基于载波侦听多路访问(CSMA)协议，具有两种访问机制，包括基本访问机制和请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制。作为一种随机访问协议，DCF继承了最小协调和分布式控制的优点，并且可以用二维马尔可夫链来表征每个单个节点的退避行为。在网络饱和流量时(即每个节点始终都有要发送的数据包)，广播通信中DCF方式极大了提升了网络的效率。

在区块链中，篡改账本中的数据的唯一方法是重新建立分支以重做之前的账本。因此，为了解决安全性问题，基于单链结构的区块链使用最长的链作为工作量的标准，为了最大化其利润，自私的矿工在寻找新的分支时基于最长的链工作。然而Tangle共识算法的区块链系统中，尽管基于DAG的分支拓扑结构可以在共识过程中提高吞吐量，但也应将分支限制在合理的规模内以防止重复分支。为此，DAG网络中的节点使用MCMC尖端选择算法来扩展总权重最重的Tangle，总累计权重较小的子Tangle将不再逐步获得新交易的批准。在许多共识过程中，区块链账本信息会产生许多分支，这种现象将导致“双重支出”，也就是“双花攻击”。

因此，为了提升区块链的安全性能，如何计算出双花攻击的发生概率就显得尤为重要，然而现有技术中的大多数都只是考虑了区块链层面双花攻击的可能性，并没有结合无线网络通信的广播传输模式来考虑，导致双花攻击的概率与实际的通信环境下相差甚远，不能准确刻画实际的无线区块链中的双花攻击概率，导致无法提升其安全性能。

发明内容

为了分析恶意节点发动双花攻击的行为，本发明的目在于提供一种基于时间函数来计算区块链中的双花攻击成功概率。该方法首先将DAG作为区块链的共识算法，共识节点基于CSMA协议接入网络，按照DCF的方式去竞争信道的使用权。然后，根据排队模型和攻击过程抽象出节点的攻击过程函数，最后推导出随时间变化的双花攻击成功表达式。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于分布式协调通信机制的区块链安全计算方法，所述方法包括：

构建出以Tangle为共识算法的区块链，将其中的节点根据载波侦听多路访问协议接入到无线网络中构成无线区块链；

在所述无线区块链中，节点采用分布式协调通信机制获得信道的使用权，并将本地的新交易广播到无线信道中；

将节点打包交易并在信道中传输的过程建模成马尔科夫模型，分别计算出交易请求发布、成功传输以及失败传输的持续时间；

根据随机理论，基于交易请求发布、成功传输以及失败传输的持续时间计算出交易从到达节点到成功接入到区块链花费的时间；

将广播成功的交易进入共识过程，按照无线区块链中的交易参与共识的过程，建立出恶意节点发动双花攻击的攻击时间模型；

根据所述攻击时间模型，按照交易从到达节点到成功接入到区块链花费的时间计算出攻击节点控制恶意节点成功发动双花攻击的概率。