發(fā)布時(shí)間：2020-02-06所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:利用工作量證明機(jī)制(PoW)的比特幣系統(tǒng)是當(dāng)今最主流的電子貨幣交易實(shí)現(xiàn)方式，這種交易方式也在電力交易系統(tǒng)中進(jìn)行了探索應(yīng)用。雖然區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性已經(jīng)被廣泛分析，而在電力交易系統(tǒng)中通過(guò)讓主鏈分叉而產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)的情形卻沒(méi)有得到充分的研究和論證
摘要:利用工作量證明機(jī)制(PoW)的比特幣系統(tǒng)是當(dāng)今最主流的電子貨幣交易實(shí)現(xiàn)方式，這種交易方式也在電力交易系統(tǒng)中進(jìn)行了探索應(yīng)用。雖然區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性已經(jīng)被廣泛分析，而在電力交易系統(tǒng)中通過(guò)讓主鏈分叉而產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)的情形卻沒(méi)有得到充分的研究和論證。本文通過(guò)對(duì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力交易系統(tǒng)進(jìn)行新穎并可量化的建模，從區(qū)塊鏈分叉的行為開始，按照馬爾可夫決策過(guò)程(Markovdecisionprocess，MDP)模型進(jìn)行分析，建立以增加側(cè)鏈方式獲取的PoW區(qū)塊鏈的類MDP安全分析模型。通過(guò)設(shè)計(jì)電力交易區(qū)塊鏈模擬器，仿真驗(yàn)證分析了實(shí)驗(yàn)得到的區(qū)塊生成間隔時(shí)間與區(qū)塊大小對(duì)電力交易系統(tǒng)中區(qū)塊鏈的影響。
關(guān)鍵詞:區(qū)塊鏈;工作量證明;安全分析;仿真
0引言
電子貨幣的概念及框架(區(qū)塊鏈)在2008年被中本聰提出，比特幣(Bitcoin)系統(tǒng)在2009年問(wèn)世，自此電子貨幣市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生了多次變革[1]。結(jié)合現(xiàn)代電子貨幣中的智能合約[2]，讓電子貨幣系統(tǒng)變?yōu)橐粋�(gè)靈活的交易系統(tǒng)。比特幣系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)幾次快速的版本迭代后，實(shí)現(xiàn)了基本電子貨幣的系統(tǒng)功能，尤其是其各節(jié)點(diǎn)之間共識(shí)算法(consensusalgorithms)的實(shí)現(xiàn)，讓其交易系統(tǒng)在全球數(shù)億萬(wàn)級(jí)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生交易的情況下，仍然能夠穩(wěn)定地完成交易。
鑒于區(qū)塊鏈技術(shù)在比特幣交易系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，在其他領(lǐng)域也進(jìn)行了嘗試。特別是在具有分布特性的電力交易系統(tǒng)中，區(qū)塊鏈技術(shù)的探索應(yīng)用更是進(jìn)行了廣泛研究[3-5]。而這些研究中，基于區(qū)塊鏈自身具有的電子貨幣特性，設(shè)計(jì)了一種基于電子貨幣的能源交易系統(tǒng)[5]。有研究基于區(qū)塊鏈分布式的特點(diǎn)，利用分布式計(jì)算與分布式賬本的特性，提出了基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)交易概念雛形[3]。
對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)的核心———共識(shí)算法，盡管已經(jīng)提出了許多創(chuàng)新的共識(shí)協(xié)議(PBFT[6-7]、PoS[8]和PoET[9])，但現(xiàn)有的最成熟的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用仍利用計(jì)算上開銷較大的工作量證明(proofofwork，PoW)共識(shí)機(jī)制。雖然已經(jīng)對(duì)其安全性進(jìn)行了較為徹底的分析[10-13]，但基于PoW的區(qū)塊鏈性能無(wú)法在不影響其安全性的情況下得到增強(qiáng)。
而現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)基于區(qū)塊鏈的能源交易系統(tǒng)的安全分析，大多都是在已提出的框架基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的定性分析，而對(duì)于區(qū)塊鏈本身在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用沒(méi)有進(jìn)行有效地建模和仿真。
本文針對(duì)電能交易中應(yīng)用的PoW區(qū)塊鏈進(jìn)行分析，從其共識(shí)層與網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)著手，詳細(xì)分析了現(xiàn)存電力交易系統(tǒng)中PoW區(qū)塊鏈的背景及對(duì)區(qū)塊鏈模型有重大影響的各個(gè)參數(shù)及其意義。同時(shí)，對(duì)PoW區(qū)塊鏈建立了安全分析模型，通過(guò)區(qū)塊鏈仿真器，仿真得到區(qū)塊間隔時(shí)間與區(qū)塊大小對(duì)電力交易系統(tǒng)中區(qū)塊鏈的影響及其安全風(fēng)險(xiǎn)的分析。
本文按照以下方式組織:第1節(jié)對(duì)電力交易的PoW區(qū)塊鏈模式及交易風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)介;第2節(jié)介紹電力交易系統(tǒng)中PoW區(qū)塊鏈在共識(shí)層和網(wǎng)絡(luò)層中的重要參數(shù)，這對(duì)建立電力交易系統(tǒng)仿真器具有不可忽視的意義;第3節(jié)根據(jù)PoW節(jié)點(diǎn)分叉的情況，分析了其安全風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)馬爾可夫決策過(guò)程(Markovdecisionprocess，MDP)對(duì)該決策過(guò)程進(jìn)行分析，建立了以增加側(cè)鏈的方式以獲取更高相對(duì)回報(bào)的PoW區(qū)塊鏈的類MDP安全分析模型;第4節(jié)通過(guò)區(qū)塊鏈仿真實(shí)驗(yàn)，得到區(qū)塊間隔時(shí)間與區(qū)塊大小對(duì)電力交易系統(tǒng)中區(qū)塊鏈的影響及其安全風(fēng)險(xiǎn)的分析;第5節(jié)總結(jié)全文工作，得出結(jié)論并對(duì)接下來(lái)的研究做出展望。
1電力交易的PoW區(qū)塊鏈模式簡(jiǎn)介
圖1是常見的電力交易PoW區(qū)塊鏈的簡(jiǎn)要形式。所有參與交易的節(jié)點(diǎn)都有路由功能，該功能主要負(fù)責(zé)向其他節(jié)點(diǎn)傳送信息。整個(gè)區(qū)塊鏈的信息由節(jié)點(diǎn)分布式冗余儲(chǔ)存，挖礦功能也由節(jié)點(diǎn)用戶配置，節(jié)點(diǎn)亦可以通過(guò)錢包功能管理自己的賬戶。
交易的基本流程過(guò)程可概括為以下4個(gè)步驟。
1)創(chuàng)建新交易。交易發(fā)起者A利用自己的私鑰簽署一個(gè)數(shù)字簽名發(fā)送給交易接收者B，將可以交易的電能與價(jià)格信息制作成交易單。
2)交易通過(guò)P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸。A將交易廣播至全網(wǎng)，在生成新區(qū)塊前，交易信息被納入緩存池(Mempool)中。收獲的交易信息會(huì)即時(shí)顯示在B幣錢包中。
3)交易驗(yàn)證。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)通過(guò)碰撞數(shù)學(xué)難題獲得創(chuàng)建新區(qū)塊權(quán)利，并獲得系統(tǒng)的獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)，將在Mempool中的交易信息經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后，儲(chǔ)存到新生成的區(qū)塊中。
4)交易寫入賬本。整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)核對(duì)新生成區(qū)塊的正確性，確認(rèn)完畢后生成區(qū)塊并廣播，系統(tǒng)再根據(jù)新生成的區(qū)塊信息提出新的數(shù)學(xué)難題，依此不斷更新區(qū)塊鏈的長(zhǎng)度。
在該交易系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量越多，相對(duì)的交易的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)越少。而當(dāng)攻擊者有較強(qiáng)的計(jì)算能力但又不能通過(guò)計(jì)算能力完全控制區(qū)塊鏈的情況下，攻擊者可以選擇挖礦后不進(jìn)行廣播，然后對(duì)其挖到的區(qū)塊進(jìn)行私自挖礦。只要對(duì)還未公開的區(qū)塊成功再進(jìn)行挖礦，攻擊者完全可以通過(guò)這兩個(gè)區(qū)塊去虛構(gòu)交易信息，讓不存在的交易信息記錄到兩個(gè)區(qū)塊中，然后公布出該區(qū)塊，使其合法記錄到整個(gè)區(qū)塊鏈中。
而電力系統(tǒng)的電能交易，并非只是有關(guān)價(jià)格和數(shù)量上的交易，還涉及到能量平衡、線路阻塞等影響整個(gè)電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性的約束。若大量的非法交易通過(guò)區(qū)塊鏈系統(tǒng)驗(yàn)證后存在，則對(duì)系統(tǒng)將會(huì)是非常大的安全隱患。
2PoW區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹
PoW區(qū)塊鏈共識(shí)層與網(wǎng)絡(luò)層的情況。
2.1區(qū)塊鏈共識(shí)層
在現(xiàn)存的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，PoW機(jī)制是運(yùn)用最成熟和最廣泛的一種共識(shí)機(jī)制。PoW最初是在比特幣系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)的[1]，這種共識(shí)機(jī)制通過(guò)讓系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)計(jì)算力，去碰撞一個(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)難題來(lái)進(jìn)行區(qū)塊的生成。在比特幣系統(tǒng)的共識(shí)機(jī)制中，利用了哈希函數(shù)作為共識(shí)算法的基礎(chǔ)。這種算法是為了尋找一個(gè)隨機(jī)數(shù)，讓該隨機(jī)數(shù)在以當(dāng)前區(qū)塊頭中的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)(可以是區(qū)塊頭中的默克爾根(MerkelHash)、當(dāng)前區(qū)塊的哈希值(HashValue)等參數(shù))結(jié)合進(jìn)行哈希運(yùn)算(Hashfunction)時(shí)生成的固定寬度的哈希值小于當(dāng)前設(shè)定的某一個(gè)值。當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)計(jì)算碰撞到符合條件的隨機(jī)數(shù)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)生成區(qū)塊并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層向整個(gè)比特幣系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)廣播。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證該區(qū)塊的有效性來(lái)保證PoW的有效性。
區(qū)塊鏈?zhǔn)俏磥?lái)發(fā)展行業(yè)之一，今后有關(guān)區(qū)塊鏈的論文也會(huì)越來(lái)越多，那哪些期刊可以刊登區(qū)塊鏈方面的論文呢?許多人不禁會(huì)問(wèn)。下面小編針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，給大家整理了一部分可以投稿區(qū)塊鏈的期刊，供大家參考。
區(qū)塊間隔時(shí)間(BlockInterval)是將內(nèi)容寫入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)的延遲。區(qū)塊鏈系統(tǒng)的塊間隔時(shí)間越短，交易確認(rèn)速度越快，而因塊間隔時(shí)間短而生成的舊區(qū)塊的概率越大。利用PoW機(jī)制的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，塊間隔時(shí)間的調(diào)整和當(dāng)前共識(shí)算法的難度有著直接關(guān)系。較低攻擊難度會(huì)導(dǎo)致在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中有大量的新區(qū)塊的生成，而較高攻擊難度會(huì)導(dǎo)致同一時(shí)間范圍內(nèi)區(qū)塊鏈有較少的新區(qū)塊。
因此，對(duì)攻擊者的行為進(jìn)行有效建模，對(duì)分析攻擊者進(jìn)行側(cè)鏈攻擊是至關(guān)重要的。
2.2PoW的安全性
沒(méi)有一方能集中該區(qū)塊鏈50%以上的計(jì)算能力，這個(gè)假設(shè)是以PoW為共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈的安全性的保證。若該假設(shè)成立，則沒(méi)有任何人可以有效地通過(guò)控制改寫最長(zhǎng)鏈的內(nèi)容來(lái)控制該區(qū)塊鏈系統(tǒng)�，F(xiàn)將簡(jiǎn)要分析現(xiàn)存PoW區(qū)塊鏈系統(tǒng)的典型攻擊方式。
1)一個(gè)攻擊方可以通過(guò)利用多次使用同一比特幣交易并將其計(jì)入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行雙重消費(fèi)，這樣就可以讓攻擊方多次利用所擁有的比特幣造成比特幣的支出不平衡。區(qū)塊鏈不通過(guò)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)間的確認(rèn)而記錄交易信息的行為是不安全的[11]。一項(xiàng)交易通過(guò)確認(rèn)的節(jié)點(diǎn)越多，該交易在隨后的時(shí)間內(nèi)被改寫的可能性越小。
2)攻擊者們可能試圖以攻擊的形式來(lái)提高他們的系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)。通過(guò)選擇性地公布已區(qū)塊信息可以讓攻擊者得到更多的系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)[10，14]。這種攻擊方法沒(méi)有行之有效的辦法去檢驗(yàn)。
當(dāng)所有的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)緊密地同步時(shí)，攻擊行為不易實(shí)施。但是，加上網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、同步延時(shí)的情況下，攻擊者可以利用這種延時(shí)方式來(lái)進(jìn)行攻擊(eclipseattack)[15-17]。
2.3網(wǎng)絡(luò)層
在網(wǎng)絡(luò)層，定義對(duì)于分析PoW區(qū)塊鏈很重要的參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)行為，如表1所示。
2.4舊區(qū)塊
舊區(qū)塊指的是未包括在最長(zhǎng)鏈中的塊，例如塊并發(fā)或塊沖突。舊區(qū)塊對(duì)區(qū)塊鏈的安全性和性能是有害的，因?yàn)樗鼈儠?huì)觸發(fā)區(qū)塊鏈分叉。這會(huì)減慢主鏈的增長(zhǎng)并導(dǎo)致顯著的性能和安全隱患。一方面，舊區(qū)塊增加了網(wǎng)絡(luò)中攻擊者的優(yōu)勢(shì)(例如，雙重花費(fèi))。另一方面，舊區(qū)塊會(huì)導(dǎo)致額外的帶寬開銷，并且通常不會(huì)獲得采礦獎(jiǎng)勵(lì)。比特幣中的陳舊塊率(塊生成時(shí)間=10min，平均塊大小=534.8KB)，萊特幣塊生成時(shí)間=2.5min，平均塊大小=6.11KB)和多吉幣(塊生成時(shí)間=1min，平均塊大小=8KB)網(wǎng)絡(luò)。所有3個(gè)區(qū)塊鏈都依賴基于PoW的區(qū)塊鏈(具有不同的生成時(shí)間)和相同的信息傳播系統(tǒng)(具有不同的塊大小)。
3PoW區(qū)塊鏈的類MDP安全分析模型
本節(jié)將對(duì)電力交易系統(tǒng)中運(yùn)用的PoW區(qū)塊鏈進(jìn)行建模，針對(duì)電力交易系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的不同狀態(tài)，結(jié)合之前所介紹的區(qū)塊鏈建模參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)行為以及MDP，可以將上述行為的PoW區(qū)塊鏈安全分析建模如下。
假設(shè)電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中攻擊方掌握了網(wǎng)絡(luò)中a(0
因而，每一個(gè)新生成的區(qū)塊有a的可能性來(lái)自攻擊方，換而言之有1-a的概率來(lái)自忠實(shí)節(jié)點(diǎn)。忠實(shí)節(jié)點(diǎn)按照協(xié)議運(yùn)行，即在最長(zhǎng)鏈上增加新區(qū)塊。一旦忠實(shí)節(jié)點(diǎn)納入?yún)^(qū)塊，只有存在較長(zhǎng)的鏈時(shí)才會(huì)舍棄它。因此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)區(qū)塊的到達(dá)順序來(lái)進(jìn)行鏈接。忠實(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)立即廣播他們創(chuàng)建的塊。塊通常形成樹結(jié)構(gòu)，因?yàn)槊總�(gè)塊引用單個(gè)前驅(qū)。由于誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)采用最長(zhǎng)鏈中的信息，因此只有當(dāng)生的區(qū)塊最終成為最長(zhǎng)鏈的一部分時(shí)，區(qū)塊鏈系統(tǒng)才會(huì)為其創(chuàng)建者生成獎(jiǎng)勵(lì)。
為了模擬攻擊者的通信能力，假設(shè)每當(dāng)它得知電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)生成了一個(gè)區(qū)塊時(shí)，它就能夠發(fā)送一個(gè)替代區(qū)塊，該區(qū)塊首先傳播到忠實(shí)網(wǎng)絡(luò)，且占比為忠實(shí)電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)γ(0<γ<1))的計(jì)算能力(攻擊者必須提前準(zhǔn)備好這個(gè)塊，以便能夠足夠快地提供它)。因此，如果網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前正在傳播高度為h的塊，并且攻擊者具有相同高度的競(jìng)爭(zhēng)區(qū)塊，則能采用這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)占忠誠(chéng)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的γ·(1-a)。
攻擊者不一定遵循電力交易系統(tǒng)協(xié)議。相反，在任何給定時(shí)間t，它可以選擇投入計(jì)算能力來(lái)創(chuàng)建并擴(kuò)展區(qū)塊鏈歷史中任何區(qū)塊，并且可以私自保留在任何時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建的區(qū)塊且不公開。這種策略表明了攻擊者的兩個(gè)關(guān)鍵行為:1)嘗試擴(kuò)展區(qū)塊的行為;2)釋放區(qū)塊的行為。假設(shè)所有創(chuàng)建區(qū)塊的事件都是無(wú)記憶進(jìn)程，并且新區(qū)塊的廣播被假設(shè)為瞬時(shí)發(fā)生，則攻擊者做出的任何決策可能只會(huì)在創(chuàng)建新區(qū)塊時(shí)發(fā)生。因此，我們使用離散時(shí)間過(guò)程模擬攻擊者面臨的整個(gè)決策問(wèn)題，其中每個(gè)時(shí)間步驟對(duì)應(yīng)于區(qū)塊的創(chuàng)建。因此要求攻擊者在創(chuàng)建每個(gè)塊之后立即決定一系列的行為，并且繼續(xù)執(zhí)行該動(dòng)作直到下一個(gè)事件發(fā)生。
我們可以將電力交易系統(tǒng)建模集中在攻擊者所謂“合理”的策略上。即攻擊者會(huì)在某個(gè)時(shí)刻維護(hù)一個(gè)與區(qū)塊鏈分開的單個(gè)秘密分支區(qū)塊鏈。因此，我們必須只跟蹤分叉之后的區(qū)塊，以及累積的獎(jiǎng)勵(lì)。我們用a表示區(qū)塊鏈分叉后攻擊者構(gòu)建的區(qū)塊數(shù)，用h表示由忠誠(chéng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的區(qū)塊數(shù)。
4仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
4.1仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，我們根據(jù)某項(xiàng)目設(shè)計(jì)了電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)仿真器，該仿真器是基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模擬器ns-3實(shí)現(xiàn)的，具體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
在該仿真器中，我們定義了區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)類，以及區(qū)塊鏈拓?fù)漕�。通過(guò)這兩個(gè)類，我們將整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)各個(gè)屬性及行為進(jìn)行定義，同時(shí)定義了節(jié)點(diǎn)之間相互連接的P2P網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)，比如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、網(wǎng)絡(luò)帶寬及延遲。通過(guò)對(duì)模擬器寫入腳本程序，讓其模擬區(qū)塊鏈生成過(guò)程，并通過(guò)區(qū)塊間隔時(shí)間表征計(jì)算難度，并通過(guò)讓攻擊者生成側(cè)鏈私自挖礦的行為，對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行仿真。
通過(guò)對(duì)表1中的電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得該仿真器具體的參數(shù)如表3所示。
在網(wǎng)絡(luò)層中:節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙绫?所示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相互建立了網(wǎng)絡(luò)連接;P2P網(wǎng)絡(luò)的上下行帶寬最大值均為100Mbps;節(jié)點(diǎn)數(shù)量為6000個(gè)。在區(qū)塊鏈中:我們將每次交易生成的數(shù)據(jù)大小定為250bytes;攻擊者占整體計(jì)算力的30%，即a=0.7;忠實(shí)電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的比γ=0.5。
每次仿真都完成了6000個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)10000個(gè)區(qū)塊生成情況的模擬。
通過(guò)改變區(qū)塊間隔時(shí)間(25min～0.5s，區(qū)塊大小為0.5MB)、區(qū)塊大小(0.1～8MB，區(qū)塊間隔時(shí)間為10min)，每一次仿真都對(duì)10000個(gè)連續(xù)的區(qū)塊進(jìn)行仿真。我們計(jì)算整個(gè)仿真網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的整體參數(shù):區(qū)塊傳播時(shí)間的中位數(shù)tM、舊區(qū)塊率ts來(lái)判斷整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的情況。
4.2仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析小步長(zhǎng)測(cè)試
從仿真得出的結(jié)果中，我們可以看出:隨著區(qū)塊間隔時(shí)間的減小，tM隨之減小，而ts隨之升高，如表4所示。這表明該電力交易系統(tǒng)中區(qū)塊生成的速度越快，整個(gè)PoW區(qū)塊鏈系統(tǒng)中區(qū)塊傳播時(shí)間也越快，而由于攻擊難度的下降，主鏈發(fā)生分叉的可能性也越大，這意味著攻擊者進(jìn)行攻擊而增加其收益的可能性也越大，會(huì)有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。
如表5所示，當(dāng)區(qū)塊間隔時(shí)間不變時(shí)，隨著區(qū)塊大小的增大，tM隨之增大，而ts隨之升高。該情況表明該區(qū)塊鏈系統(tǒng)中區(qū)塊的大小越大，在不同電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，可能受不同帶寬、延時(shí)的影響更大，造成其全網(wǎng)同步的時(shí)間變長(zhǎng);因?yàn)槿W(wǎng)同步時(shí)間的延長(zhǎng)，同時(shí)也造成了更高的區(qū)塊鏈分叉的可能性，這意味著PoW區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的區(qū)塊鏈頭的大小，會(huì)影響整個(gè)區(qū)塊鏈的同步和安全性，當(dāng)區(qū)塊越大時(shí)，區(qū)塊鏈分叉的可能性越大，也會(huì)帶來(lái)較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。
5結(jié)語(yǔ)
在對(duì)電力交易系統(tǒng)中PoW區(qū)塊鏈特性及節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)分析后，構(gòu)建了PoW區(qū)塊鏈的類MDP安全分析模型，通過(guò)電力交易系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)仿真器，改變區(qū)塊間隔時(shí)間、區(qū)塊大小來(lái)觀察區(qū)塊鏈系統(tǒng)的參數(shù)。區(qū)塊間隔時(shí)間越小，區(qū)塊傳播的時(shí)間越短，但整個(gè)系統(tǒng)存在相當(dāng)?shù)陌踩L(fēng)險(xiǎn);區(qū)塊鏈頭越大，區(qū)塊鏈分叉的可能性越大，但也會(huì)帶來(lái)較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。如何找到設(shè)置合適的區(qū)塊間隔時(shí)間和適中的區(qū)塊鏈頭大小，達(dá)到最佳的區(qū)塊傳播時(shí)間又保證間隔內(nèi)的交易都被高效地記錄到新生成的區(qū)塊中而不浪費(fèi)區(qū)塊的空間，是值得我們研究的方向。同時(shí)，我們還需研究其他可量化參數(shù)對(duì)PoW區(qū)塊鏈的影響。
