[發明專利]一種針對以太坊網絡的智能賄賂自私挖礦攻擊算法

在審

• 申請號: 202110209584.3
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112968964A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 王伊蕾;王兆杰;楊國玉;王穎;崔洋
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/06;G06F21/60;G06F21/64;G06N20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種針對以太坊網絡的智能賄賂自私挖礦攻擊算法，其具體內容如下：

自私礦池在挖到新區塊時會暫時地保留該區塊，然后在適當的時機公開區塊以使其他理性礦工的區塊無效從而增大自己的相對收益；在挖出區塊時，自私礦池會引用網絡中未被引用的uncleblock以獲得nephewreward；并且自私礦池在挖出新區塊時還會進行賄賂攻擊；具體做法是：當自私礦池在私鏈上挖出一個新塊時，會在該區塊上附加一定的額外獎勵，后續在私鏈上挖出下一區塊的礦工便會得到這筆額外獎勵；當以太坊網絡中出現競爭的分叉時，賄賂攻擊可以吸引一部分理性礦工在自私礦池的分支上工作，增加了自私礦池的私鏈成為最長合法鏈的概率，從而從全局來看會增加自私礦池的收益；

通過強化學習為BSM-Ether算法建立了馬爾可夫決策過程模型，模型定義為一個四元組M＝S，A，P，R，其中S表示狀態空間，A表示動作集合，P表示狀態概率轉移矩陣，R是獎勵矩陣；接下來的部分將對M各組件進行詳細描述：

(1)狀態空間S：馬爾可夫決策過程在任一時刻的狀態為la,lh,optional,uncle，其中la表示自私礦池的私鏈長度，lh表示公鏈長度，optional可以取集合{irrelevant，relevant，active}中的任一值，各取值的含義如下：

a)若當前狀態為la,lh,irrelevant,uncle，則上一狀態為la-1,lh,optional,uncle，意味著狀態轉移時新區塊由自私礦池挖出；

b)la,lh,relevant,uncle的前一個狀態為la,lh-1,optional,uncle，這表示新區塊由理性礦工挖出；

c)若當前狀態為la,lh,active,uncle則意味著由于理性礦工挖出新區塊導致私鏈失去領先優勢，自私礦池執行match動作(match的定義在動作集合中給出)，造成區塊鏈網絡中出現競爭的分叉；

uncle的取值為exist或none；exist表示當前系統狀態在狀態轉移時需要考慮unclereward的計算，none則表示不需要計算unclereward；

(2)動作集合A：表示自私攻擊者在某一系統狀態下可選策略的集合：

a)Adopt：自私攻擊者放棄對私鏈的運營，選擇在公鏈上挖礦；當私鏈長度落后于公鏈時(即lalh)，選擇執行該動作；

b)Wait：攻擊者不公布任何區塊，繼續在私鏈分支上挖礦；當lalh時，執行此動作；

c)Override:當系統狀態為la,lh,relevant,uncle或la,lh,active,exist,其中la＝lh+1且lh≥1時，攻擊者執行該動作，公開并廣播私鏈上的所有區塊，使對應公鏈上的區塊無效；

d)Match：理性礦工發現一個新的區塊，使得公鏈長度和私鏈長度相等，即la＝lh，此時攻擊者會公布私鏈上的所有區塊，并對當前私鏈進行賄賂攻擊，增大私鏈成為最長合法鏈的概率；

(3)狀態轉移矩陣P：在當前馬爾可夫模型中，每一個狀態都是四元組，表示為la,lh,optional,uncle，模型的初始狀態為0,1,relevant,none，隨后自私攻擊者和理性礦工分別以算力α和1-α在Markov模型上挖礦；攻擊者根據當前狀態選擇最優動作，隨后模型轉移到下一狀態；

(4)獎勵矩陣R：攻擊者在每一狀態都會選擇一個動作，隨后模型轉移到下一狀態，在狀態轉移時，攻擊者會獲得相應的獎勵，設獎勵的形式為二元組r_la,r_lh，其中r_la表示攻擊者獲得的獎勵，r_lh表示理性礦工獲得的獎勵。