[發明專利]一種基于馬爾科夫鏈的區塊鏈性能分析方法及裝置

有效

• 申請號: 202011059587.5
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112001571B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 鄭子彬;蔣源毅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F16/27;G06Q40/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 郭帥

本發明提供了一種基于馬爾科夫鏈的區塊鏈性能分析方法及裝置，其中，方法包括：根據區塊鏈系統的設計參數，基于馬爾科夫鏈建立區塊鏈系統的狀態轉移模型；對所述狀態轉移模型進行求解，得到所述區塊鏈系統平穩狀態下的穩態解；根據所述穩態解和計算性能指標的公式計算所述區塊鏈系統的性能指標；根據所述性能指標對所述區塊鏈系統進行性能分析與預測。本發明基于離散時間馬爾可夫鏈理論，建立了區塊鏈系統的性能分析和預測模型，不僅能對采集到的數據進行事后分析或實時監測，還可以根據模型和已知數據對區塊鏈系統的性能進行預測；本發明將交易從到達和出塊的過程設置為一個整體，模型簡潔直觀，且運算量較小。

技術領域

本發明涉及區塊鏈技術領域，尤其是涉及一種基于馬爾科夫鏈的區塊鏈性能分析方法及裝置。

背景技術

區塊鏈是一種去中心化的記賬技術，它自2008年比特幣問世以來，憑借去中心化、隱私保護、難篡改等的特性，在多種應用場景下具發揮著巨大的作用。隨著技術的發展，以太坊、Hyperledger Fabric等具有代表性的區塊鏈平臺相繼問世，它們也代表著區塊鏈技術領域的蓬勃發展。

但另一方面，針對區塊鏈性能建模的分析和預測方法卻相對較少，人們往往僅使用吞吐量這一個指標來衡量區塊鏈性能的好壞，缺少理論模型對區塊鏈的性能進行更完整的分析。

在相關技術研究中，有人通過確定一系列與區塊鏈性能相關的宏觀和微觀指標，并設計、實現日志分析器、守護進程、數據收集器等工具建立了一套完整的區塊鏈性能指標收集系統。這個系統更傾向于性能檢測，它可以在對區塊鏈的吞吐率、每筆交易占用的系統資源(諸如CPU、內存、網絡等)進行分析，但并沒有從理論上對區塊鏈性能進行建模，因此無法進行性能預測，也難以回答交易平均等待時間、隊列平均含有的交易數、區塊平均含有的交易數等問題。

也有人分別基于泊松過程和非泊松過程，使用馬爾科夫鏈對區塊鏈性能分析進行了詳細地建模。他們將PoW共識過程分為了區塊生成和區塊構建這兩個階段，區塊構建階段描述了獲得記賬權的節點將區塊發布后，區塊在網絡中傳播所需要的時間。但在PoW共識算法中，一方面這一過程用時較短而挖礦時間往往很長，傳播時間在整個共識過程中可近似忽略；另一方面由于區塊在網絡中的傳播存在先后次序，因此在實際操作中很難定量地測量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于馬爾科夫鏈的區塊鏈性能分析方法及裝置，以解決現有技術中對區塊鏈系統進行性能建模時運算量大且無法進行性能預測的技術問題。

本發明的目的，可以通過如下技術方案實現：

一種基于馬爾科夫鏈的區塊鏈性能分析方法，包括：

根據區塊鏈系統的設計參數，基于馬爾科夫鏈建立區塊鏈系統的狀態轉移模型；

對所述狀態轉移模型進行求解，得到所述區塊鏈系統平穩狀態下的穩態解；

根據所述穩態解和計算性能指標的公式計算所述區塊鏈系統的性能指標；

根據所述性能指標對所述區塊鏈系統進行性能分析與預測。

可選地，所述設計參數具體包括：系統等待隊列的最大容納交易數和單個區塊的最大容納交易數。

可選地，基于馬爾科夫鏈建立區塊鏈系統的狀態轉移模型具體為：基于離散時間馬爾科夫鏈理論，將每秒拆分成多個離散過程，確定新交易到達等待隊列引起狀態轉移的第一概率和等待隊列中的交易被打包進區塊引起狀態轉移的第二概率，建立區塊鏈系統的狀態轉移模型。

可選地，確定新交易到達等待隊列引起狀態轉移的第一概率和等待隊列中的交易被打包進區塊引起狀態轉移的第二概率具體包括：設每秒拆分得到的離散過程數量為n，區塊鏈系統產生一個區塊的平均時間為x秒，平均每秒到達系統等待隊列的交易數量為y筆，則所述第一概率為所述第二概率為其中，所述