CN111522884A - 一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络威胁情报交易联盟链中的基于利益分配的交易促进技术领域，具体涉及一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法。本发明针对威胁情报交易联盟链交易过程中交易背书用户的身份隐私保护问题，基于联盟链的分片机制，结合博弈论的方法分析了统一利益分配和公平利益分配机制下节点的博弈策略并研究其合作均衡条件，在公平利益分配机制的合作均衡条件下，提出了基于分片的公平分配的利益分配机制。本发明可以达到吸引更多用户参与交易合作的效果，实现了促进威胁情报交易良性发展的目标。

Description

一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法

技术领域

本发明属于网络威胁情报交易联盟链中的基于利益分配的交易促进技术领域，具体涉及 一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法。

背景技术

近些年，随着互联网空间的不断发展和完善，网络环境尤其是网络安全环境也日趋复杂。 网络威胁情报信息是一种规范化的数据信息，具有高度的信息关联性和准确性，有助于各种 安全保障组织进行威胁情报信息的分析，为网络威胁的检测和防御提供有力的数据支撑。网 络威胁情报信息交易是网络空间安全保障组织获取信息的重要来源，因此研究网络威胁情报 信息交易机制，尤其是如何在业界知名的网络安全组织、攻击团体或个人黑客等网络威胁情 报信息提供者或需求者间，进行及时高效且安全的网络威胁情报信息的P2P交易的需求日益 凸显。联盟链技术的出现和发展为P2P交易的网络威胁情报信息交易提供了一种可行的交易 方案。在联盟链的模型架构、联盟链相关协议分析以及联盟链相关技术的研究和扩展等方面， 国内外相关研究学者已经进行了大量的研究。通过网络安全组织、攻击团体或个人黑客等各 种有网络威胁情报交易需求的实体组成交易联盟链，在联盟链内为各节点在安全授予的权限 内进行联盟链内的网络威胁情报信息的P2P交易，并由各联盟内节点负责本组织内的参与节 点管理。

联盟链技术的出现为研究P2P交易的网络威胁情报信息交易提供了新的思路。在由安全 厂商、安全组织或个人安全研究人员等各种有网络威胁情报交易需求的P2P交易实体组成的 威胁情报交易联盟链中，联盟内各节点可以在全联盟范围内进行实时的网络威胁情报的P2P 交易，参与交易的节点可以实时对数据和交易进行跟踪审计，从而实现威胁情报数据传播可 控的P2P交易。但是实际联盟链的交易场景中普遍去除了如公共链中的代币、手续费等机制， 会导致联盟链内节点的利益驱动较低，缺乏足够的吸引力和利益驱动来推动联盟链的良性发 展。如果节点全部以满足自身情报信息需求出发发起交易，将会导致交易规模降低、节点参 与度逐步下降的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供解决针对面向网络威胁情报交易的联盟链中节点参与积极性较低 问题的一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：威胁情报交易联盟链中每个节点n_i确定自身所属的分片k_i；

步骤2：分片k_i中的n个节点投票选举出本分片内的主节点

步骤3：从k个分片主节点中投票选举最终委员会主节点，由最终委员会主节点负责最 终交易区块的提交；

步骤4：在交易周期开始时，交易发起节点创建并发起总数为

的交易，交易申请发送 到所有的分片主节点上；

步骤5：分片主节点将交易申请发送到分片内其他节点中，每个节点n_i对

个交易中的 每个交易都进行验证，并初步决定是否参与交易合作策略，然后将验证结果摘要和自身策略 发送回分片主节点

步骤6：分片主节点

接收到该分片内的所有n个验证后的策略集合后，确定目前合作 节点数量l_i，并计算出阈值

和

所述的阈值

和

的计算方法为：

其中，C^s为节点处理分片内共识和确定自身合作或不合作策略的通信和计算处理成本；C^v为确定参与合作的节点的交易处理成本，即每笔交易的验证成本；BCR为固定奖励。即联 盟内交易对等节点成功提交区块后的交易经营缴费；y为每笔交易的收益，即收取每笔交易收 取费用的百分比；xⁱ为提交的交易数量；

步骤7：分片主节点

在本分片内广播预期的合作节点集合以及计算出的阈值

和

如果节点n_i存在于广播的预期合作节点集合中，节点n_i根据阈值

决定是否更改自身的合作 策略；如果节点n_i不在广播的预期合作节点集合中，节点n_i根据阈值

决定是否更改自身的 不合作策略；

步骤8：分片内节点将新的合作策略集合发送给分片主节点，分片主节点在接收新的合 作策略集合后，通过判断每个交易验证通过的数量是否可以满足共识标准，决定是否提交该 交易；分片主节点重新确定要提交的交易数量xⁱ后，将分片内交易的共识情况提交给最终委 员会主节点，由最终委员会主节点判断是否可以达成最终共识并进行区块封装和提交操作；

步骤9：在交易周期的末尾，如果交易区块最终提交成功，则分片主节点分别对采取合 作策略和非合作策略的节点按照公平利益分配方案进行本次交易周期的交易的利益分配；

对于依照合作策略的节点由分片主节点进行公平利益分配，分配到的利益为：

对于偏离合作策略和非合作策略的节点，这些节点不会获得任何的交易收益，且需要支 付固定成本：

本发明还可以包括：

所述的步骤6中合作节点数量l_i需要满足l_i≥2*(n-1)/3。

所述的步骤9中分片主节点在进行公平的利益分配时，依据本交易周期内交易的合作节 点列表，去验证合作节点列表中的节点n_i，判断其是否按照预定的合作策略参与交易的合作， 防止出现节点伪造合作的情况。

本发明的有益效果在于：

本发明针对威胁情报交易联盟链交易过程中交易背书用户的身份隐私保护问题，提出了 一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法。本发明基于联盟链的分片机制， 结合博弈论的方法分析了统一利益分配和公平利益分配机制下节点的博弈策略并研究其合作 均衡条件，在公平利益分配机制的合作均衡条件下，提出了基于分片的公平分配的利益分配 机制。本发明可以达到吸引更多用户参与交易合作的效果，实现了促进威胁情报交易良性发 展的目标。

附图说明

图1是联盟链交易流程图

图2是分片主节点准备确定合作节点列表和阈值方法实现图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提出了一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法，具体步骤如下：

(1)分片的组建和主节点选举阶段处理方法：每个节点确定自身所属的分片，然后使用 投票选举的机制，在该分片内选举出本分片内的主节点。

(2)发起交易并确定交易数量阶段处理方法：在交易周期开始时，交易发起节点创建并 发起交易，交易申请发送到所有的分片主节点上。

(3)确定合作节点列表和阈值阶段处理方法：分片内的每个节点都获得进行验证，并初 步决定是否参与交易合作策略，然后将验证结果摘要和自身策略发送回分片主节点，分片主 节点在本分片内广播预期的合作节点集合以及计算出的阈值。

(4)验证并提交交易阶段处理方法：如果节点存在于广播的预期合作节点集合中，节点 与宣布的阈值进行比较并决定是否更改自身的合作策略。与此相反，如果节点不在广播的预 期合作节点集合中，节点与宣布的阈值进行比较并决定是否更改自身的不合作策略。

(5)利益分配阶段处理方法：在交易周期的末尾，如果交易区块最终提交成功，则所获 的收益由分片主节点对采取合作策略和非合作策略的节点按照公平利益分配方案进行本次交 易周期的交易的利益分配。

在进行利益分配的博弈模型分析前，首先对威胁情报交易联盟链进行介绍。在各种有网 络威胁情报交易需求的P2P交易实体组成的威胁情报交易联盟链中，在威胁情报交易联盟链 中参与交易的各方按照图1所示流程进行整体的交易处理，由客户端发起交易申请，节点负 责执行链码、进行交易背书和验证背书结果，由排序服务接收并排序节点提交的交易，生成 交易区块然后广播到节点，节点对可以达成共识的区块提交到联盟链中。将一次交易发起、 验证、并最终提交到联盟区块链上的过程看作一个交易周期T，威胁情报交易的步骤在每个 交易周期内都会执行，因此在进行利益分配的博弈模型分析前，需要首先对网络威胁情报交 易联盟链的交易周期进行说明。在联盟区块链HyperLedger Fabric的交易周期中，威胁情报交 易联盟链中应用SDK用于和区块链网络进行通信和交易申请等功能。节点负责背书、验证、 提交交易等功能，每个节点都维护了一个或是多个账本，同时与其他节点保持通信，且每个 节点都是无状态的。order服务负责打包、排序和分发交易。

基于威胁情报交易联盟链，首先对交易周期内联盟链的分片进行介绍，介绍威胁情报交 易联盟链的分片步骤。其次，研究联盟链内节点的交易处理成本机制。然后对统一利益分配 机制进行博弈分析。最后，对公平利益分配机制进行博弈分析，研究其达成合作均衡的条件。

在实际的交易环境中，联盟链中参与交易的不同节点在地理位置、人员数量、经济实力 和交易的接受能力上可能存在差异，因此在一次威胁情报信息交易中选择合作或者不合作策 略时考量的因素也不尽相同。故结合实际影响交易策略的因素，可以将联盟链内节点划分为k 个不同的分片，联盟链上任何的交易B都是由k个不相交的交易B_i组成，即 B＝{B₁,B₂,…,B_i,…,B_k}，其中在分片内无法达成共识或者分片中所有节点都选择不参与合作交易时，B_i可以为空。

为简化研究和说明，假设联盟链中一个分片内的所有节点在处理交易的计算能力上等同， 而且联盟链内所有的节点都是诚实理性但自私的。联盟链内节点决定合作或者不合作策略时 只取决于自身，并严格执行要采取的策略，而且目标均为最大化自身可获得的利益。

在经典的分片协议Elastico协议的基础上，介绍威胁情报信息交易联盟链分片涉及的主 要步骤。虽然相关的研究工作，例如Omniledger为Elastico中原始的分片协议提供了一些增 强和附加功能，但是分片协议将节点划分到不相交的分片、分配处理器委员会，每个分片并 行处理的关键思想仍然相同。在威胁情报交易联盟链中，每个分片由一组节点构成，在每个 分片内的一组节点间执行分布式的共识协议，如PBFT算法。通过将联盟链网络内的节点划 分为k个不相交的分片，并且在每个分片内验证共识协议、处理交易并分配奖励，可以做到并 行处理，加快交易的处理和验证速度并且保证节点提交的交易都是有效的。

在联盟链每个交易周期T内执行分片步骤，联盟链内的节点按照如下的步骤来在一个交易 周期内进行分片：

(1)分片组建阶段处理方法

首先，联盟链内新的节点的加入是联盟链内节点通过投票机制决定的，所以联盟链内节 点已经获得了可验证的身份，无需进行额外的身份验证。然后，将每个节点分配到其对应的 分片中组建分片，通过节点身份的最低有效位，使用哈希函数计算得到分片的标识进行节点 的分片分配并确定分片主节点。

(2)分片内部共识阶段处理方法

在分片组建成功之后，分片内的节点在对应的分片内通过拜占庭协议，来商定该分片内 的一组交易。假设分片内的节点数为n，则必须保证整个分片内不合作节点数为小于等于 (n-1)/3个，才可以达成分片内部共识。然后，该分片的主节点会将已达成共识的交易集B_i发 送给最终委员会。

(3)最终共识阶段处理方法

最终委员会由联盟链的分片主节点构成或联盟链内节点投票选举产生，负责接收k个分 片发送的共识交易集B_i并将这些集合合并，在合并操作期间，最终委员会验证k个分片中不 合作分片的总数和计算验证其加密摘要哈希，来判断是否可以达成最终的共识。必须由最终 委员会达成最终共识后，才会由各分片的共识交易集B_i生成最终交易区块的交易相关摘要信 息，并提交该交易的区块。必须在交易区块成功提交到联盟链交易账本后，才可以进行联盟 链内的交易的利益分配。

(4)为下一个周期准备阶段处理方法

在该交易周期完成后，由最终委员会生成一组随机字符串并广播到网络中。联盟链内节 点将这些随机字符串用于下一个交易周期的最终委员会组建任务。

分片的四个阶段是强制性的，如果某个联盟链内节点无法组建分片或者最终委员会无法 就交易达成最终共识，那么在这个交易周期内，无法生成区块加入到联盟链的交易账本中。 但是如果某个分片内的节点选择不合作，并不是意味着交易会失败，因为PBFT共识算法的 固有容错率意味着可以接受一定数量的节点选择不合作，即任意分片k_i中n个节点中不合作节 点的总数需要小于等于(n-1)/3个，否则会导致该交易周期内达成交易共识失败。

由于目前联盟链中普遍去除了如公共区块链中的代币、手续费等机制，无法直接衡量实 际交易中节点交易的交易成本。因此引入节点的处理成本等交易成本机制的研究，更符合实 际联盟链的需要支付必要成本费用的交易环境。通过对公共区块链中代币、手续费等交易成 本机制的研究，对威胁情报信息交易联盟链内交易成本机制进行研究分析，是进行利益分配 机制的研究的重要基础。

在威胁情报交易联盟链的一个交易周期内的研究相关成本情况。在联盟链达成交易的一 个交易周期中，每个节点需要在不同时间段承担诸如参与分片组建和达成分片共识的通信成 本、节点的计算成本和交易的处理成本等不同成本。这里需要说明的是，进行威胁情报信息 交易联盟链内交易成本机制的研究，并不是要对这些成本进行精确的量化和定义，而是通过 对其进行表述来分析研究节点间合作与不合作策略的不同行为可能导致的不同利益分配结果。

在分片的创建阶段，节点承担的成本为强制性的成本，即所有节点都需要支付该成本来 加入到某分片中，记固定成本值为C^f，固定成本与一次交易周期内的要验证的交易数量和最 终分片提交的交易量无关。分片的创建阶段的主要活动是节点按照身份参与组建对应分片， 以及分片内领导节点或者协调主节点的选举带来的通信和计算成本，因此可以通过联盟链网 络内的通信成本以及确定领导节点的计算成本来计算C^f的值。

在分片内共识和最终委员会达成最终共识阶段的相关成本为非固定成本，主要由两个部 分构成，分别为节点处理分片内共识和确定自身合作或不合作策略的通信和计算处理成本， 记为C^s，以及确定参与合作的节点的交易处理成本，记每笔交易的验证成本为C^v。节点的非 固定成本C^a是由C^s和C^v计算得到，C^s和C^v两个部分的成本取决于节点本身达成共识和在交易 时的合作或者不合作的抉择策略，并不是需要固定支付的成本。

进一步研究C^s和C^v这两部分的成本。在达成共识时，节点通过PBFT共识算法达成共识， 节点的计算成本受固定的平均成本约束。换而言之，成本C^s中达成共识的成本是可以估算的， 成本C^s的变化主要依赖于节点策略抉择带来的计算和通信成本。节点在选择合作的策略后， 需要对该分片已经收到但未验证的交易进行有效性的验证。交易验证的计算成本对于选择在 本次交易周期内合作的节点而言，是不可忽略的巨大的成本，这一部分的成本主要取决于要 验证的未完成的交易数量，使用C^v表示要验证的每笔交易的成本。因此，分片k_i中选择合作 策略的任意节点的非固定总成本

可以计算为：

公式(1)中，

是分片中节点n_i收到并验证的交易数量。

基于公式(1)和固定成本的研究，基于分片的联盟链中每个交易周期内节点的处理总成 本

由公式(2)所示。

在进行统一利益分配机制的博弈分析前，首先分析节点在参与联盟链交易时选择不参与 交易合作的非合作策略的合理性，这是研究联盟链用户节点的博弈策略前必备的。

在上小节中叙述基于分片的联盟链环境时，假设联盟链中节点都是诚实、理性但自私的， 所以节点在决定是否合作的策略后不会任意偏离既定的策略执行或者丢弃协议消息，而是节 点仅会在有动机时才会决定是否参与合作的策略。如果在一个交易周期内，共识执行成功并 且交易成功提交，则所有参与交易合作的节点都会获得一些奖励，如固定奖励、交易收益等。 所有决定参与合作的节点都将承担一定的成本费用，因为自私且理性的节点将始终选择能够 提高自身收益的策略，而节点在任意交易周期中可以获得的总收益是该周期中所获得的报酬 与所花费成本之差，所以当节点的收益无法达到预期时，节点会选择不参与交易合作的策略。 非合作的策略可以帮助该节点节省非固定成本，且对于其它决定采取合作策略的其他节点， 可能会使合作在交易周期结束时得到预期的收益。

在采用统一利益分配机制的联盟链中，节点在加入分片后必须决定以何种策略(合作或 不合作)参与联盟链交易步骤的后续阶段。记统一利益分配的博弈模型为G。博弈模型G为静 态博弈模型，因为所有节点在加入分片后都必须决定其策略，且在一个交易周期内的任何时 间段，任意分片k_i中的n个节点之间都会按照既定策略进行交易处理。对于基于统一利益分 配机制的博弈模型G，成功达成交易后获得的收益在所有节点间统一平均分配的。

博弈模型G可以定义为三元组{P,S,I}，三元组中P是博弈玩家集合，S是策略集合，I是收 益值集合。

(1)博弈玩家集合P

博弈玩家集合

参与博弈的集合P中的玩家指的是联盟链内的节点，在每个交 易周期T中均已经加入其对应的分片中。而且所有k个分片中的全部N个节点都已经支付了固 定成本C^f，这里

对于博弈模型G中的集合P，任意分片中的任意节点n_i都会根据 其策略决定是否对该节点接收到的

个交易进行验证以及是否参与共识过程，然后提交xⁱ个 验证通过的交易。

(2)策略集合S

每个节点n_i可以在两种策略之间做出选择，用C表示合作策略，不合作策略用U表示。策 略集合S＝{C,U}。当节点n_i确定选择合作策略C时，该节点将进行交易合作，将会验证所有 接收到的交易并参与共识过程，并因此支付相应的成本。与合作策略相反，非合作策略U下 节点n_i可以拒绝所有的交易验证，在本交易周期内不采取任何动作。

(3)收益集合I

威胁情报交易联盟链中的收益主要包含两种类型：一种是固定收益部分，联盟内交易对 等节点成功提交区块后的交易经营缴费，记为固定奖励BCR。一种是交易收益部分，即收取 每笔交易收取费用的百分比作为交易收益，为便于研究和说明，假设每笔交易的收益都是平 均的，用y表示，则任意分片k_i中节点可以从交易中获得总收益为yxⁱ。则收益集合I可以估算 为

结合博弈模型G和公式(2)可知，采取合作策略的节点n_i的总成本为

而采取不合作 策略的节点n_i仅需要支付强制性的成本，即不合作策略的节点n_i的总成本为C^f。规定

和

分别表示在分片k_i的n个节点中有l_i个合作节点和n-l_i个非合作节点。为了在分片中达 成共识，必须满足l_i≥2*(n-1)/3，而且为保证最终委员会的共识，最多有(N-1)/3个节 点选择不合作，否则该交易周期中将无法达成交易并添加新的区块到联盟链中。

在统一利益分配情况下，无论节点选择合作策略还是选择非合作策略，在交易达成后， 最终都会收到固定奖励BCR和交易收益。基于此，讨论选择合作策略的节点和选择非合作策 略的节点的最终利益份额的计算公式。由于所有选择合作策略的节点在达成交易之后都可以 获得相等份额的利益的，因此所有k个分片中的任意节点n_i，

时，该节点的利益份额

由公式(3)所示。

同理，对于任意非合作节点n_i，

在联盟链采取统一利益分配时，其利益份额

由公式(4)所示。

使用统一收益分配的收益计算公式(3)和公式(4)对博弈模型G进行分析。应用了博 弈论的方法，分析节点的策略选取行为的均衡条件，研究统一利益分配机制的纳什均衡条件 对博弈模型G进行博弈分析。

定义1在纳什均衡的策略组合中，没有任何参与者可以单方面更改其策略以提高其效用。

基于定义1和博弈论理论知识，非合作博弈中所有决定策略都是博弈玩家间的最佳相互 动作，没有博弈参与者有任何动机单方面偏离其决定的策略，同时纳什还证明，任何有限的 博弈中，至少存在一个可以达到纳什均衡的策略。Tucker等提出的囚徒困境是经典的两人博 弈，并证明了为什么两个有理性的人可能不合作，即使看起来合作策略对两者都更有利。在 此基础上，Hamburger定义了N玩家参与的非合作博弈模型，也称为PCG博弈，在PCG博 弈模型下每个人都可以选择合作并且缴纳费用，或选择不做出贡献也不支付任何费用，然后 将所有收益相加并平均分配给所有参与者，无论他们是合作还是不合作。

虽然当每个人都为公共利益做出贡献时，所有用户的总收益将最大化，但Archetti已经 证明了PCG博弈的纳什均衡是所有用户的选择不合作策略。

首先在定理1中证明采用统一利益分配机制的博弈模型G，其纳什均衡是所有用户选择 非合作策略，即博弈G是PCG博弈。

定理1在N个节点的组成的联盟链的每个交易周期中，对于博弈模型G，如果在N个节 点间无论其合作或者不合作策略都统一均等的分配利益，则博弈G是PCG博弈。

证明令所有N个节点都选择不合作策略，则所有节点都不需要支付非固定的成本，将这 种策略集记为ALL-U。则任意节点i的收益为-C^f，在ALL-U情况下，任何节点都不会单方 面改变策略以增加收益。因为如果某个分片中任一个节点n_i改变策略选择合作，那么这个唯 一选择合作的节点n_i，缺少其它至少2*(n-1)/3个节点的协作，无法达成拜占庭共识，在该 交易周期内无法达成交易并附加新的区块到联盟链中，故其收益为

低于选 择不合作策略时的收益-C^f，即节点n_i由不合作策略更改为合作策略时无法获得更高的收益， 反而降低了收益。因此ALL-U策略是纳什均衡，即博弈G是PCG博弈。证毕。

其次，在定理2中证明博弈模型G中的全合作策略无法达成纳什均衡。

定理2在N个节点组成的联盟链的每个交易周期中，对于博弈G，全合作策略无法达成 纳什均衡。

证明令所有N个节点都选择合作策略，并且所有节点都已经成功支付固定成本C^f和非固 定的成本

由公式(3)可得出某个分片中任一个节点n_i的合作策略时的收益，假设该节点 n_i单方面偏离合作策略，选择不合作策略，则通过公式(4)可以计算出非合作策略的收益， 该收益始终大于等于公式(3)计算出的合作时收益。因此，每个节点都有足够的动机来单方 面的偏离全合作策略以增加收益，即博弈模型G中，全合作策略策略无法达成纳什均衡。证 毕。

最后，在定理3中研究博弈模型G中实现合作均衡的条件，即通过强制令数量可以达成 共识的部分节点选择合作策略，达成纳什均衡。用

表示分片i中l_i个合作节点的集合，用

表示分片i中n-l_i个非合作节点的集合。

定理3令每个分片的n个节点中都有l_i个合作节点和n-l_i个非合作节点，且l_i＝2*(n- 1)/3。令

表示所有分片中合作节点的总集合，则(L^S,U^N-S)为博弈G在每个交易周 期内的合作均衡，其中

证明若强制在所有分片中选择l_i个合作节点，则任意一个合作处理器都不会单方面的偏离 规定的合作策略。因为偏离合作策略后会导致达成共识失败，则无法获得固定奖励BCR和交 易收益yxⁱ，由公式(3)计算可得会降低合作节点收益，因此合作节点没有动机来单方面的 偏离合作策略。同理，n-l_i个非合作节点也没有动机来单方面的偏离非合作策略，因为其如 果选择合作需额外支付非固定成本

这也会降低非合作节点的收益。故在每个分片的n个 节点中强制选择l_i个合作节点为博弈G在每个交易周期内的合作均衡。证毕。

在实际的威胁情报交易联盟链的交易环境中不存在强制要求有且仅有l_i个节点合作的情 况，因此定理3可以证明如果在所有节点间采用统一分配的利益分配机制，无法在威胁情报 交易联盟链中实现博弈G的合作均衡。

在统一利益分配机制下，定理1证明了节点都会选择非合作策略参与联盟链交易，定理 2和定理3分别证明了全合作和部分合作的合作策略无法达成合作均衡。即在统一利益分配 机制下，无法达成合作均衡，所有节点均选择非合作策略参与联盟链交易。

上节分析结果表明，在统一利益分配机制下无法达到合作均衡，因此需要研究公平利益 分配机制下是否可以达成合作均衡，以及达成合作均衡的条件。将上节的博弈G扩展为公平 利益分配机制的博弈模型G^N。

在公平利益分配机制下，当且仅当分片中的节点在该交易周期内选择合作策略时，节点 才会被分配收益，则

合作节点集合中节点的收益可以表示为公式(5)。

由公式(5)，固定奖励BCR在各分片的所有合作节点间平均分配，即所有分片中选择合 作策略的节点都可以收到。每个选择合作策略的节点都会收到交易提交成功后交易收益，同 时需要支付固定成本和非固定成本。需要说明的是，在一个交易周期内，某个分片内选择合 作策略的节点n_i接收到要进行验证的交易量

和最终所有其他节点验证通过提交的交易量xⁱ可能并不总是相等，例如有交易无法被验证通过时，对应的

和xⁱ就会出现不相等的情况。

通过将固定奖励BCR和单笔交易的收益值y设置为零，可以研究节点无法获得收益的情 况。这里与统一利益分配机制不同，公平利益分配模型下选择非合作策略的节点不会收到任 何固定奖励和交易收益。结合公式(4)和公式(5)，博弈G^N中非合作策略的节点的收益可 以表示为公式(6)。

与定理1的证明不同的是，公平利益分配机制下通过公式(5)和公式(6)进行收益分 配时，无法直接确定

和

二者的大小，因此节点全选择非合作策略不是博弈G^N的 纳什均衡。因此，博弈G^N可以实现合作纳什均衡。

在定理4中提出并证明博弈G^N的合作均衡条件。用

表示分片i中l_i个合作节点的集合 和

表示分片i中n-l_i个非合作节点的集合。

定理4每个分片的n个节点中都有l_i个合作节点和n-l_i个非合作节点，令

表示 所有分片中合作节点的总集合，则(L^S,U^N-S)为博弈G^N在每个交易周期内的合作均衡，且要 满足该合作均衡需满足以下条件：

(1)在每个分片中，l_i≥2*(n-1)/3；

(2)对任意分片k_i中的任意节点，假设

则节点n_i接收的交易量

须满足：

(3)对任意分片k_i中的任意节点，假设

则节点n_i接收的交易量

须满足：

证明首先对于条件1，选择合作策略的节点的总数必须大于等于2*(n-1)/3，否则合作 处理器将无法达成共识，并因此不会收到固定奖励和交易收益，当合作节点总数达不到共识 的最低阈值时，合作节点会单方面偏离合作策略来增加收益。如果节点n_i在合作节点集合L^S中， 则可以通过公式(5)计算其收益

当其收益

时该节点不会单方面偏离 合作策略，因为偏离合作策略会导致收益减少。这时需要对

和

这两种情况分别 进行证明。

对于

即节点n_i接收到要进行验证的交易数量和最终所有合作节点验证通过提交 的交易数量相等的情况下，此时需满足合作收益大于非合作收益，由公式(5)和公式(6) 计算可得

时：

将

带入公式(7)可以计算出，阈值

满足公式(8)。

即在

时，满足

的条件下，合作节点参与合作的收益大于非合作的收益， 不会单方面偏离合作策略。

对于

时，此时要满足合作收益大于非合作收益，阈值

满足公式(9)。

由公式(9)，在

时，满足

的条件下，参与合作的收益大于非合作的收益， 不会单方面偏离合作策略。综上，在满足三个条件后，(L^S,U^N-S)可以在博弈G^N的每个交易 周期内达成合作均衡。证毕。

定理4证明了博弈G^N可以一个合作节点数满足共识条件且接受到的交易数量满足一定范 围时，就可以在交易周期内达成合作均衡。而且由公式(8)可知，如果降低计算和通信成本 C^s，则对于给定的待验证交易数量

阈值

会相应降低，会有更多节点选择合作策略。这 符合降低成本，可以提高获得的利益，也就会有更多节点选择合作策略的实际的威胁情报交 易情况。

此外，由计算出的阈值

和

可以看出，在恒定交易数量

和非固定成本C^s时，合作节 点获得的收益与合作节点的个数l_i成反比，即在大于阈值

后，合作节点数量的增长会导致单 个合作节点收益降低，直至达到阈值

后，如果继续增加则定理4中的合作纳什均衡会被破 坏，导致合作节点偏离合作策略。

通过上述研究，证明了公平利益分配博弈模型G^N可以达到合作均衡，并在定理4中提出 了达成合作均衡的条件，因此可以基于定理4来分析如何吸引更多节点参与威胁情报交易联 盟内交易合作。

基于联盟链的分片思想和公平利益分配的博弈模型分析，设计基于分片的公平分配的利 益分配机制，来改进联盟链交易流程，以提高联盟链内节点的交易参与积极性，吸引更多的 节点参与交易，形成规模效应来获取更多的利润。

在采用基于分片的公平分配的利益分配机制的联盟链中，将节点划分为k个分片，然后 对于分片k_i，选举分片内n个节点的分片主节点，该主节点除了基于从每个节点接收的信息 宣布分片中每个节点的合作或不合作策略之外，还会在最终交易达成后进行按照公平分配的 利益分配机制进行利益的分配。

在一个交易周期内，基于分片的公平分配的利益分配机制技术的执行流程为：

(1)分片的组建和主节点选举阶段处理方法：每个节点n_i确定自身所属的分片k_i，然后 使用投票选举的机制，在该分片中k_i的n个节点选举出本分片内的主节点，记分片主节点为

然后在k个分片主节点中投票选举最终委员会的主节点，由该主节点负责最终交易区块 的提交。

(2)发起交易并确定交易数量阶段处理方法：在交易周期开始时，交易发起节点创建并 发起总数为

的交易，交易申请发送到所有的分片主节点上，但并非

个交易都将成功达成 交易并加入联盟链账本中，只有分片内节点的验证通过并提交的数量为xⁱ的交易可以最终提 交区块到联盟链中。

(3)确定合作节点列表和阈值阶段处理方法：分片内的每个节点n_i都获得

个交易进行 验证，节点n_i对

个交易中的每个交易都进行验证，并初步决定是否参与交易合作策略，然 后将验证结果摘要和自身策略发送回分片主节点

分片主节点

接收到该分片内的所有 n个验证后的策略集合后，可以确定目前合作节点数量l_i，并计算出阈值

和

基于此信息， 分片主节点

在本分片内广播预期的合作节点集合以及计算出的阈值

和

(4)验证并提交交易阶段处理方法：如果节点n_i存在于广播的预期合作节点集合中，节 点n_i与宣布的阈值

进行比较并决定是否更改自身的合作策略。与此相反，如果节点n_i不在 广播的预期合作节点集合中，节点n_i与宣布的阈值

进行比较并决定是否更改自身的不合作 策略。最后节点将新的合作策略集合发送给分片主节点，分片主节点在接收新的合作策略集 合后，通过判断每个交易验证通过的数量是否可以满足共识标准，决定是否提交该交易。分 片主节点确定要提交的交易数量xⁱ后，将分片内交易的共识情况提交给最终委员会主节点， 由最终委员会主节点判断是否可以达成最终共识并进行区块封装和提交操作。

(5)利益分配阶段处理方法：在交易周期的末尾，如果交易区块最终提交成功，则所获 的收益由分片主节点按照公式(5)和公式(6)分别对采取合作策略和非合作策略的节点按 照公平利益分配方案进行本次交易周期的交易的利益分配。

依照基于分片的公平分配的利益分配机制在威胁情报交易联盟链内完成交易，在交易周 期末尾，交易区块成功提交并添加到联盟链后，即可进行公平的利益分配。

分片主节点在进行公平的利益分配时，依据本交易周期内交易的合作节点列表，去验证 合作节点列表中的节点n_i，判断其是否按照预定的合作策略参与交易的合作，防止出现节点 伪造合作的情况，对于依照合作策略的节点由分片主节点根据公式(5)进行公平利益分配。 对于偏离合作策略和非合作策略的节点，这些节点不会获得任何的交易收益，且需要支付固 定成本。

方法Fair_GetResVector在分片主节点准备确定合作节点列表和阈值时被调用，用于分片 主节点确定交易状态，并返回合作节点列表和阈值结果数组。方法Fair_GetResVector的伪代 码如图2所示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (3)

1.一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：威胁情报交易联盟链中每个节点n_i确定自身所属的分片k_i；

步骤2：分片k_i中的n个节点投票选举出本分片内的主节点

步骤3：从k个分片主节点中投票选举最终委员会主节点，由最终委员会主节点负责最终交易区块的提交；

步骤4：在交易周期开始时，交易发起节点创建并发起总数为

的交易，交易申请发送到所有的分片主节点上；

步骤5：分片主节点将交易申请发送到分片内其他节点中，每个节点n_i对

个交易中的每个交易都进行验证，并初步决定是否参与交易合作策略，然后将验证结果摘要和自身策略发送回分片主节点

步骤6：分片主节点

接收到该分片内的所有n个验证后的策略集合后，确定目前合作节点数量l_i，并计算出阈值

和

所述的阈值

和

的计算方法为：

其中，C^s为节点处理分片内共识和确定自身合作或不合作策略的通信和计算处理成本；C^v为确定参与合作的节点的交易处理成本，即每笔交易的验证成本；BCR为固定奖励。即联盟内交易对等节点成功提交区块后的交易经营缴费；y为每笔交易的收益，即收取每笔交易收取费用的百分比；xⁱ为提交的交易数量；

步骤7：分片主节点

在本分片内广播预期的合作节点集合以及计算出的阈值

和

如果节点n_i存在于广播的预期合作节点集合中，节点n_i根据阈值

决定是否更改自身的合作策略；如果节点n_i不在广播的预期合作节点集合中，节点n_i根据阈值

决定是否更改自身的不合作策略；

步骤8：分片内节点将新的合作策略集合发送给分片主节点，分片主节点在接收新的合作策略集合后，通过判断每个交易验证通过的数量是否可以满足共识标准，决定是否提交该交易；分片主节点重新确定要提交的交易数量xⁱ后，将分片内交易的共识情况提交给最终委员会主节点，由最终委员会主节点判断是否可以达成最终共识并进行区块封装和提交操作；

步骤9：在交易周期的末尾，如果交易区块最终提交成功，则分片主节点分别对采取合作策略和非合作策略的节点按照公平利益分配方案进行本次交易周期的交易的利益分配；

对于依照合作策略的节点由分片主节点进行公平利益分配，分配到的利益为：

对于偏离合作策略和非合作策略的节点，这些节点不会获得任何的交易收益，且需要支付固定成本：

2.根据权利要求1所述的一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法，其特征在于：所述的步骤6中合作节点数量l_i需要满足l_i≥2*(n-1)/3。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于利益分配的威胁情报交易联盟链的交易促进方法，其特征在于：所述的步骤9中分片主节点在进行公平的利益分配时，依据本交易周期内交易的合作节点列表，去验证合作节点列表中的节点n_i，判断其是否按照预定的合作策略参与交易的合作，防止出现节点伪造合作的情况。

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