CN107977340A - 一种区块链交易网络节点的重要性排序方法 - Google Patents

一种区块链交易网络节点的重要性排序方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种区块链交易网络节点的重要性排序方法，包括如下步骤：A、生成交易网络拓扑图的步骤；B、添加背景节点的步骤；C、添加从非背景节点到达背景节点的边的步骤；D、添加从背景节点到各非背景节点的边的步骤；E、生成概率转移矩阵，对每个节点赋初始重要性分数的步骤；F、对所述概率转移矩阵H进行乘幂迭代的步骤；G、判断是否收敛，如果是，则执行步骤H；如果否，则返回执行步骤F。H、删除所述背景节点，得到其余节点的重要性分数。采用本发明的方法，能够使区块链交易网络节点的重要性排名结果更加符合区块链交易网络的性质，并且能够提高区块链交易网络节点的重要性排序的公平性和可信性。

Description

一种区块链交易网络节点的重要性排序方法
技术领域
本发明涉及区块链技术，尤其涉及一种区块链交易网络节点的重要性排序方法。
背景技术
当前区块链技术被认为是继蒸汽机、电力、互联网之后的下一代颠覆性的核心技术。如果说蒸汽机释放了人们的生产力，电力解决了人们基本的生活需求，互联网彻底改变了信息传递的方式，那么区块链作为构造信任的机器，将可能彻底改变整个人类社会价值传递的方式。
区块链技术(Blockchain Technology,BT)是一种互联网数据库技术，其特点是去中心化、公开透明，允许每个人均可参与数据库记录。区块链的基本概念包括：交易(Transaction)，一次操作，导致账本状态的一次改变，如添加一条记录；区块(Block)，记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识；链(Chain)，由一个个区块按照发生顺序串联而成，是整个状态变化的日志记录。
如果把区块链作为一个状态机，则每次交易就是试图改变一次状态，而每次共识生成的区块，就是参与者对于区块中所有交易内容导致状态改变的结果进行确认。
假设数据库是一本账本，读写数据库就可以看做一种记账的行为，区块链技术的原理是在一段时间由一部分人来记账，然后将账本的这一页信息发给整个系统里的其他所有人。这也就相当于改变数据库所有的记录，发给全网的其他每个节点，所以区块链技术也称为分布式账本(Distributed Ledger)技术。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。而所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。
当前区块链系统的重要性证明共识机制(PoI)使用的排名计算方法中：新经济运动(New Economy Movement，NEM)区块链系统，基于区块链转账历史数据构建简单的交易图，使用NCDawareRank作为排名算法，其利用网络的社群聚类效应，使用SCAN作为聚类算法。此外还有LeaderRank算法，LeaderRank算法通过在网络中添加背景节点，之后建立了背景节点和其他每个节点的双向链接，以此来代替PageRank的超距传送参数。
然而，NEM区块链系统所使用的NCDawareRank算法利用了网络的社群聚类效应，但由于区块链交易天然具有匿名性，用户可以很容易地创造交易记录来操纵社群聚类算法的结果，进而提升自己的排名，因此无法满足公平性的要求。其他技术对交易网络的利用重点在于揭示去匿名化，只用到简单的排名方法作为辅助手段，还需要人工介入进行主观筛选，因此又无法保证公平可信的要求。而上述加权的LeaderRank算法，由于其每个节点提供给背景节点的链接强度相同，又不足以体现对资金流动的重视。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种区块链交易网络节点的重要性排序方法，通过对加权的LeaderRank算法的机制进行改进，使得排序/排名结果更加符合区块链交易网络的性质，体现对促进资产流动的奖励，以提高区块链交易网络节点的重要性排序的公平性和可信性；以及在构造的交易网络中，找出最有传播力和最能促进资产流动的个人用户地址，使重要性排序的结果真实反映地址对区块链上资产流动的促进作用，并杜绝刻意生成的交易记录以低成本的代价操纵排名结果的不足，从而提升重要性排名的公平性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种区块链交易网络节点的重要性排序方法，该方法包括如下步骤：
A、生成交易网络拓扑图的步骤；
B、添加背景节点的步骤；
C、添加从非背景节点到达背景节点的边的步骤；
D、添加从背景节点到各非背景节点的边的步骤；
E、生成概率转移矩阵，对每个节点赋初始重要性分数的步骤；
F、对所述概率转移矩阵H进行乘幂迭代得到为各个节点评分结果的步骤；
G、判断所述各个节点评分结果是否收敛，如果是，则执行步骤H；如果否，则返回执行步骤F。
H、删除所述背景节点，得到其余节点的重要性分数。
其中：步骤B所述添加背景节点的步骤，具体为：在所述拓扑图中加入一个新的节点的步骤；所述新的节点即背景节点。
步骤C所述添加从非背景节点到达背景节点的边的步骤，具体包括：从所有非背景节点引一条边指向所述背景节点，并执行公式(1)，使收入总金额减去支出总金额，更大的节点向背景节点输出了更强的链接；
ω(v,y)＝αAv
其中：C代表集合{wi,j|wi,j＝0,0≤i,j≤N}的中位数；表示节点净收入总额的评分；γ表示各笔交易金额的中位数占Bv的比例；α表示占背景节点出边权值的比例；
步骤D所述添加从背景节点到各非背景节点的边的步骤，具体为：从所述背景节点引一条边指向所有非背景节点，执行公式(2)，使收入总金额更大的节点接收更多来自背景节点的入边权值；
ω(y,v)＝βBv
其中：C代表集合{wi,j|wi,j＝0,0≤i,j≤N}的中位数；Bv表示节点收入总额的评分；μ表示各笔交易金额的中位数占Bv的比例；β表示Bv占背景节点入边权值的比例。
步骤E所述生成概率转移矩阵，对每个节点赋初始重要性分数的步骤，具体为：在LeaderRank算法中添加背景节点之后，按加入背景节点的交易网络有向图的拓扑结构中的边权，使用公式(4)生成概率转移矩阵H，然后按照公式(3)中的P对每个节点赋初始重要性分数；
其中：P代表各节点评分的列向量；H表示概率转移矩阵；N表示节点个数；
其中：hi,j表示从节点j到节点i的转移概率。
6.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤F所述对所述概率转移矩阵H进行乘幂迭代为各个节点评分结果的步骤，具体为：根据公式(5)进行迭代计算；
其中：P* v表示收敛后节点v的分值；P* G表示收敛后背景节点的分值。
步骤F所述其余节点的重要性分数即为所求。
本发明的区块链交易网络节点的重要性排序方法，具有如下有益效果：
1)该重要性排序方法，对加权的LeaderRank算法的机制进行改进，通过提高区块链交易网络节点的重要性排序的公平性和可信性，使排序/排名结果更加符合区块链交易网络的性质，体现对促进资产流动的奖励。
2)采用该重要性排序方法，能够在构造的交易网络中，找出最有传播力和最能促进资产流动的个人用户地址(区块链中的地址一般为一串全网唯一的等长的字节流，如0xA0bB4Ba19F578A63Fa3f67adaF7bbcA15CcADC45)，使重要性排序的结果真实反映地址对区块链上资产流动的促进作用，并杜绝刻意生成的交易记录以低成本的代价操纵排名结果的不足，从而提升重要性排名的公平性。
3)该重要性排序方法计算出的排名结果难以伪造，使得操纵提升排名的成本较高，因而提高了排序的可信性。
4)该重要性排序方法更符合区块链应用场景，由于同时兼顾了交易的深度和广度，使得选出的高排名节点必然具有大的交易量并且在交易网络中处于中心位置，因此更具有公平性。
附图说明
图1为本发明实施例区块链交易网络节点的重要性排序方法流程图；
图2为本发明所引用的LeaderRank算法的加权机制示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的区块链交易网络节点的重要性排序方法作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例区块链交易网络节点的重要性排序方法流程图。
如图1所示，该区块链交易网络节点的重要性排序方法，主要包括如下步骤：
步骤11：生成交易网络拓扑图的步骤。
步骤12：添加背景节点的步骤。
具体为：在所述拓扑图中加入一个新的节点的步骤。所述新的节点，称为背景节点。
步骤13：添加从非背景节点到达背景节点的边的步骤。
参考图2，具体过程为：从所有非背景节点引一条边指向所述背景节点，图2第左侧执行公式(1)，表示“净流入”即收入总金额减去支出总金额，更大的节点向背景节点输出了更强的链接。
ω(v,y)＝αAv
其中：C代表集合{wi,j|wi,j＝0,0≤i,j≤N}的中位数；表示节点净收入总额的评分；γ表示各笔交易金额的中位数占Bv的比例；α表示占背景节点出边权值的比例。
步骤14：添加从背景节点到各非背景节点的边的步骤。
参考图2，从背景节点引一条边指向所有非背景节点，图2的右侧则执行公式(2)，表示收入总金额更大的节点接收了更多来自背景节点的入边权值。
ω(y,v)＝βBv
其中：C代表集合{wi,j|wi,j＝0,0≤i,j≤N}的中位数；Bv表示节点收入总额的评分；μ表示各笔交易金额的中位数占Bv的比例；β表示Bv占背景节点入边权值的比例。
步骤15：生成概率转移矩阵，对每个节点赋初始重要性分数的步骤。
LeaderRank算法的计算过程与PageRank算法的基本相同，可以理解为求马可夫链的稳定状态。所不同的是，本发明实施例LeaderRank改进算法添加了背景节点之后，不再需要考虑PageRank算法的Damping factor，并且所有节点天然地就具有少许出入度。按加入了背景节点的交易网络有向图的拓扑结构中的边权，使用公式(4)生成概率转移矩阵H，然后按照公式(3)中的P对每个节点赋初始重要性分数。
其中：P代表各节点评分的列向量；H表示概率转移矩阵；N表示节点个数。
其中：hi,j表示从节点j到节点i的转移概率。
步骤16：对所述概率转移矩阵H进行乘幂迭代得到为各个节点评分结果的步骤。
具体为：根据公式(5)进行迭代计算，得到各个节点评分结果。
其中：P* v表示收敛后节点v的分值；P* G表示收敛后背景节点的分值。
步骤17：判断所述各个节点评分结果是否收敛，如果是，则执行步骤18。如果否，则返回执行步骤16。
步骤18：删除所述背景节点，得到其余节点的重要性分数。其中，所述其余节点的重要性分数即为所求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、生成交易网络拓扑图的步骤；
B、添加背景节点的步骤；
C、添加从非背景节点到达背景节点的边的步骤；
D、添加从背景节点到各非背景节点的边的步骤；
E、生成概率转移矩阵，对每个节点赋初始重要性分数的步骤；
F、对所述概率转移矩阵H进行乘幂迭代得到为各个节点评分结果的步骤；
G、判断所述各个节点评分结果是否收敛，如果是，则执行步骤H；如果否，则返回执行步骤F。
H、删除所述背景节点，得到其余节点的重要性分数。
2.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤B所述添加背景节点的步骤，具体为：在所述拓扑图中加入一个新的节点的步骤；所述新的节点即背景节点。
3.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤C所述添加从非背景节点到达背景节点的边的步骤，具体包括：从所有非背景节点引一条边指向所述背景节点，并执行公式(1)，使收入总金额减去支出总金额，更大的节点向背景节点输出了更强的链接；
ω(v,y)＝αAv
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其中：C代表集合{wi,j|wi,j＝0,0≤i,j≤N}的中位数；表示节点净收入总额的评分；γ表示各笔交易金额的中位数占Bv的比例；α表示占背景节点出边权值的比例。
4.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤D所述添加从背景节点到各非背景节点的边的步骤，具体为：从所述背景节点引一条边指向所有非背景节点，执行公式(2)，使收入总金额更大的节点接收更多来自背景节点的入边权值；
ω(y,v)＝βBv
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其中：C代表集合{wi,j|wi,j＝0,0≤i,j≤N}的中位数；Bv表示节点收入总额的评分；μ表示各笔交易金额的中位数占Bv的比例；β表示Bv占背景节点入边权值的比例。
5.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤E所述生成概率转移矩阵，对每个节点赋初始重要性分数的步骤，具体为：在LeaderRank算法中添加背景节点之后，按加入背景节点的交易网络有向图的拓扑结构中的边权，使用公式(4)生成概率转移矩阵H，然后按照公式(3)中的P对每个节点赋初始重要性分数；
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其中：hi,j表示从节点j到节点i的转移概率。
6.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤F所述对所述概率转移矩阵H进行乘幂迭代为各个节点评分结果的步骤，具体为：根据公式(5)进行迭代计算；
其中：P* v表示收敛后节点v的分值；P* G表示收敛后背景节点的分值。
7.根据权利要求1所述区块链交易网络节点的重要性排序方法，其特征在于，步骤F所述其余节点的重要性分数即为所求。
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