CN110163517B - 一种基于g-限量服务休假规则的区块链系统建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于G‑限量服务休假规则的区块链系统建模方法，要解决的是现有区块链系统的工作效率不高的问题。本发明具体步骤如下：步骤一，收集相关资料，设定相关参数；步骤二，建立区块链系统的数学模型，确定区块链系统的稳态条件；步骤三，进行模型解析，求解区块链系统的性能指标；步骤四，进行仿真实验，验证理论分析的正确性；步骤五，构建收益函数，分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为；步骤六，制定合理的交易费。本发明可以调节各个环节参数提高区块链系统的工作效率；本发明通过分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为，制定合理的交易费，达到最大化区块链系统的社会收益的目的。

Description

一种基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法
技术领域
本发明涉及区块链领域，具体是一种基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法。
背景技术
近年来，随着科技的进步，越来越多的新技术应用到人们的生活、工作和学习，区块链技术就是其中一种。
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。区块链本质上是一个不允许删除数据的去中心化分布式账本。与传统的记账技术相比，区块链技术具有去中心化、不可篡改性、数据透明、及安全性等优势。自从中本聪在2008年首次提出“区块链”的概念以来，区块链技术不断发展。
近年来，越来越多的相关工作人员关注于区块链系统的研究，关于G-限量服务休假规则的区块链系统就是其中一个热点，现有的关于G-限量服务休假规则的区块链系统的工作效率还达不到人们的预期。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，具体步骤如下：
步骤一，收集相关资料，设定相关参数；
步骤二，建立区块链系统的数学模型，确定区块链系统的稳态条件；
步骤三，进行模型解析，求解区块链系统的性能指标；
步骤四，进行仿真实验，验证理论分析的正确性；
步骤五，构建收益函数，分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为；
步骤六，制定合理的交易费，达到最大化区块链系统的社会收益的目的。
作为本发明实施例进一步的方案：相关参数包括交易的到达率λ、块的最大容量b、挖矿参数θ以及块验证参数μ等影响区块链系统正常运行的参数。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤二中块验证过程看作服务期，把挖矿过程看作休假期，建立了一个带有批量服务的G限量服务休假模型，并确定区块链系统的稳态条件为λ(E[S]+E[V])＜b，E[S]为交易的平均服务时间，E[V]为平均休假时间，b为块的最大容量。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤三中采用嵌入马尔可夫链方法进行模型分析。
作为本发明实施例进一步的方案：马尔可夫链方法中马尔科夫点处交易数的概率分布及其母函数为：
Figure BDA0002074990450000021
k为第n+1个块验证过程开始时系统内存在的交易数，j为第n个块验证过程开始时系统内存在的交易数，S*V(t)为服务时间S与休假时间V卷积的分布函数，
Figure BDA0002074990450000022
S*(λ(1-z))为块验证过程到达交易数的母函数，V*(λ(1-z))为挖矿过程到达交易数的母函数，
Figure BDA0002074990450000023
通过分析挖矿循环的逝去时间，得到交易的平均确认时间E[T]：
Figure BDA0002074990450000024
，E]S2]为服务时间的二阶矩，E]V2]为休假时间的二阶矩，Qb(1)为Qb(z)在1点处的值，Q”b(1)为Qb(z)在1点处的二阶导数。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤五中社会最优行为通过交易的个人收益和交易的社会收益定义评价，交易的个人收益定义为完成服务所获得的回报减去等待确认所花费的成本，其函数表示如下：UI＝R-βE[T]，R为交易完成服务所获得的回报，β为交易在区块链系统滞留时单位时间所花费的成本，交易的社会收益定义为单位时间内所有交易的个人收益与单位时间内获胜矿工获得的区块奖励之和，其函数表示如下：
Figure BDA0002074990450000031
Figure BDA0002074990450000032
为获胜矿工获得的coinbase回报，E[C]为平均挖矿循环。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤六中交易费的表达式为
Figure BDA0002074990450000033
λ*为社会最优到达率。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：
本发明是基于真实的区块链工作流程，建立基于G限量服务休假规则的数学模型，评估区块链系统的响应性能，可以调节各个环节参数提高区块链系统的工作效率；
本发明通过分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为，制定合理的交易费，达到最大化区块链系统的社会收益的目的，使用前景广阔。
附图说明
图1为基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法的工作流程图。
图2为基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法中区块链系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，具体步骤如下：
步骤一，收集资料，基于区块链的运行机制，分析影响区块链正常运行的因素，设定相关参数，其中假设交易的到达率λ，块的最大容量b，挖矿参数θ，块验证参数μ。
步骤二，把块验证过程看作服务期，把挖矿过程看作休假期，建立了一个带有批量服务的G限量服务休假模型，并确定区块链系统模型的稳态条件为：
λ(E[S]+E[V])＜b (1)
式(1)中λ为交易的到达率，E[S]为平均服务时间，E[V]为平均休假时间，b为块的最大容量。
步骤三，求解区块链系统的性能指标，并对其理论结果进行仿真验证；
采用嵌入马尔可夫链的方法分析排队模型，给出在马尔科夫点的交易数的概率分布及其母函数。
Figure BDA0002074990450000041
式(5)中Qb(z)为Q(z)的部分母函数，S*(λ(1-z))为块验证过程到达交易数的母函数，V*(λ(1-z))为挖矿过程到达交易数的母函数。
通过分析挖矿循环的逝去时间，得到交易的平均确认时间：
Figure BDA0002074990450000042
式(3)中E]S2]为服务时间的二阶矩，E]V2]为休假时间的二阶矩，Qb(1)为马尔科夫点的交易数的部分母函数在1点处的值，Q”b(1)为马尔科夫点的交易数的部分母函数在1点处的二阶导数。
步骤四中，构建收支函数，进行数值实验，分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为；
交易的个人收益定义为完成服务所获得的回报减去等待确认所花费的成本，其函数表示如下：
UI＝R-βE[T] (4)
式(4)中R为交易完成服务所获得的回报，β为交易在区块链系统滞留时单位时间所花费的成本。
交易的社会收益定义为单位时间内所有交易的个人收益与单位时间内获胜矿工获得的区块奖励之和，其函数表示如下：
Figure BDA0002074990450000051
式(5)中
Figure BDA0002074990450000052
为获胜矿工获得的coinbase回报，E[C]为平均挖矿循环。
通过数值实验，分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为，发现相同参数下，纳什均衡到达率λe大于社会最优到达率λ*。
步骤五，制定合理的交易费，达到最大化区块链系统的社会收益的目的。
交易费的表出如下:
Figure BDA0002074990450000053
式(6)中λ*为社会最优到达率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，收集相关资料，设定相关参数；
步骤二，建立区块链系统的数学模型，确定区块链系统的稳态条件；把块验证过程看作服务期，把挖矿过程看作休假期，建立了一个带有批量服务的G限量服务休假模型；
步骤三，采用嵌入马尔可夫链方法进行模型分析，求解区块链系统的性能指标；
步骤四，进行仿真实验，验证理论分析的正确性；
步骤五，构建收益函数，分析区块链系统中交易的纳什均衡行为和社会最优行为；
步骤六，制定合理的交易费；
所述马尔可夫链方法中马尔科夫点处交易数的概率分布及其母函数为：
Figure FDA0002931750820000011
k为第n+1个块验证过程开始时系统内存在的交易数，j为第n个块验证过程开始时系统内存在的交易数，S*V(t)为服务时间S与休假时间V卷积的分布函数，
Figure FDA0002931750820000012
Figure FDA0002931750820000013
S*(λ(1-z))为块验证过程到达交易数的母函数，V*(λ(1-z))为挖矿过程到达交易数的母函数，交易的平均确认时间E[T]：
Figure FDA0002931750820000014
E[S2]为服务时间的二阶矩，E[V2]为休假时间的二阶矩，Qb(1)为Qb(z)在1点处的值，Q”b(1)为Qb(z)在1点处的二阶导数。
2.根据权利要求1所述的基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，其特征在于，所述相关参数包括交易的到达率λ、块的最大容量b、挖矿参数θ以及块验证参数μ。
3.根据权利要求1所述的基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，其特征在于，所述步骤二中区块链系统的稳态条件为λ(E[S]+E[V])＜b，E[S]为交易的平均服务时间，E[V]为平均休假时间，b为块的最大容量。
4.根据权利要求1所述的基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，其特征在于，所述步骤五中社会最优行为通过交易的个人收益和交易的社会收益定义评价，交易的个人收益定义为完成服务所获得的回报减去等待确认所花费的成本，其函数表示如下：UI＝R-βE[T]，R为交易完成服务所获得的回报，β为交易在区块链系统滞留时单位时间所花费的成本，交易的社会收益定义为单位时间内所有交易的个人收益与单位时间内获胜矿工获得的区块奖励之和，其函数表示如下：
Figure FDA0002931750820000021
Figure FDA0002931750820000022
为获胜矿工获得的coinbase回报，E[C]为平均挖矿循环。
5.根据权利要求4所述的基于G-限量服务休假规则的区块链系统建模方法，其特征在于，所述步骤六中交易费的表达式为
Figure FDA0002931750820000023
λ*为社会最优到达率。
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