[发明专利]一种区块链环境下通道网络稳态演化博弈方法

说明书

本发明公开一种区块链环境下通道网络稳态演化博弈方法，基于有限理性和生物进化过程的“复制动态”机制，将通道网络中节点交易建模为动态演化博弈模型，该模型设计一种基于演化博弈的通道网络动态防御机制，该机制在I型节点的策略空间上增加一个防御策略，并考虑在部署防御策略的情况下II型节点攻击的成本与成功率，该防御机制可帮助I型节点以一定的概率抵抗II型节点的攻击行为。该模型的节点具有有限理性的进化学习能力，能够根据攻击者的不同攻击策略，动态调整各自策略来达到有效防御。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，更具体地，本发明涉及一种区块链环境下通道网络稳态演化博弈方法。

背景技术

基于区块链的加密货币(如比特币、以太坊)的安全性部分来自于区块数据的广泛复制，需要以有限的可伸缩性为代价。提高加密货币规模的一个主要方法是将重点放在通过使用点对点支付通道将交易从区块链上移到链下，交易方可以通过通道进行大量的交易转移并最终在区块链上结算净收益，以减少交易确认的延迟。虽然基于通道网络的离链支付速度很快，但是如果有一方退出交易并关闭了该通道，都将会导致双方需要将该笔交易的每项操作提交到链上进行处理，而链上交易不仅需要花费大量的交易费，同时也需要较长的交易确认时间(有时可能长达数小时)。巨大的经济支出和时间成本，让通道成为攻击者的攻击目标。

通道通过链接形成通道网络，双方的交易通常都可以通过通道网络进行传输。攻击者可对通道网络发动攻击，如路由攻击。另外通道网络中的节点也可能成为被攻击的对象，被攻击者俘获，这些内部节点可能会从通道内部发动攻击，可能会严重影响通道网络的性能，甚至使得整个网络瘫痪。因此，有效防范内部节点的攻击行为，可提高通道网络的稳定性和安全性，有助于通道中的交易能快速顺利完成。本文基于演化博弈思想，从经济学的角度深入分析通道网络中节点获利的动机，在节点的策略空间上设计攻防策略以有效提高通道网络的稳定性和安全性。

Giulio Malavolta和Pedro Moreno-Sanchez等人提出了通道的概念，大量交易可以在链下进行，减少了对区块链链上交易的依赖现有的通道主要分为两大类：支付通道和状态通道，具有各自的交易类型。

(1)支付通道：支付通道旨在建立直接的点对点支付，允许双方私下维护和更新双方账本。每笔交易不需要写在区块链账户上，同时可以在任何时候都能在其区块链中提取合法的资金。支付通道包括Spilman支付通道、Lightning网络、双工微支付通道等。

1)Spilman支付通道：Jeremy Spilman首次提出了基于比特币系统的通道支付协议。该协议实现了交易的即时确认，其特点是在通道的支付过程中，交易接收方的金额始终是增长的。接收方只向区块链公布通道内的最新状态，否则接收方金额会受到损失。该通道支付协议只支持单向支付，满足单一用户向商家支付的场景。

2)Lightning网络：该通道网络是最早的通过支付通道形成支付网络，以提升区块链交易吞吐量。Lightning网络主要包含两个合约：序列到期可撤销合约(RecoverableSequence Maturity Contract简称RSMC)和哈希时间锁合约(Hashed Timelock Contract简称HTLC)两种新的交易类型。RSMC主要实现了双人双向的支付通道，使得通道双方可以在交易不上链的情况下即时确认交易。HTLC则实现了系统内任意两个节点的转账可以通过一条双向支付通道来实现。在Lightning网络方案中存在着效率及可用性不足的缺陷，特别是在在其双向支付通道协议中，受比特币系统脚本的限制，为了防止通道某一方作恶，另一方需要存储对方在之前的每一轮交互的惩罚交易，而伴随着高频交易持续的发生，存储这些交易的代价将会越来越大，给用户带来极大的负担。

3)双工微支付通道：该通道网络解决了上述两种通道网络的问题，为基于比特币的数字支付实现了高扩展性。由于使用了Lightning网络的HTLC，保证了在双工微支付信道网络上的传输是安全的，且支付是不能被恢复的。但是也只保证了传输过程的安全性，参与方是否有恶意行为则无法保证。