CN114841685B - 一种比特币交易的溯源方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种比特币交易的溯源方法及装置，通过对比特币网络中的数据进行分析，能够实现将交易与交易创建者的IP相关联，因此在对比特币用户真实身份的推测方面具有更好的效果，解决了传统技术方案无法处理的比特币交易与交易用户的真实身份信息之间的关联问题，填补了比特币交易溯源的技术空白，以便更好的服务于加密货币反洗钱、打击犯罪等。

Description

一种比特币交易的溯源方法及装置

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种比特币交易的溯源方法及装置。

背景技术

近年来，区块链与加密货币技术迅猛发展，并且由于其技术架构具有分布式、匿名化等特性可实现跨国资金的流动，传统犯罪集团的洗钱活动逐渐转移到加密货币领域。目前，关于比特币溯源的技术讨论较少，现有的传统溯源技术也更多地将关注点放在对于比特币区块链数据的分析上。目前的技术方案主要着眼于区块链数据的分析，区块链数据中包含所有比特币用户的交易信息，通过分析交易信息可以获得比特币资金在各笔交易中的流动情况，进而推测比特币用户之间的资金流动情况，具体的技术流程如图1所示。

由此可见，现有技术主要针对区块链数据进行分析以便获得比特币用户的资金流动情况，但是区块链中储存的交易地址与用户的真实身份信息之间没有任何关联，因此分析区块链数据只能在一定程度上推测各个账户之间的资金流向，却无法获知具体的用户身份信息，对于比特币溯源的帮助较为有限。综上所述，现有的比特币交易的溯源方法存在结果准确性和有效性均不高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种比特币交易的溯源方法及装置，能够实现从比特币交易到交易用户的真实身份信息的溯源。

本发明提供的一种比特币交易的溯源方法，包括以下步骤：

步骤1、获取比特币网络中的所有节点，形成原始节点地址列表；建立与原始节点地址列表中所有节点的平行连接；对所有平行连接中传输的数据进行处理得到中间消息数据；

步骤2、根据确定的分析条件，从所述中间消息数据中提取交易数据和地址数据，从所述交易数据中得到交易的转发节点IP及转发时间，剔除其中仅存在单个转发节点的交易，得到实际交易数据；

步骤3、计算所述实际交易数据中各交易的传播向量，由传播向量间的相关系数形成相关系数矩阵；

步骤4、对所述相关系数矩阵进行聚类，得到多个聚类簇；计算各聚类簇中所有节点的转发权重之和，选取转发权重之和满足设定阈值的节点作为关键交易节点；从所述地址数据中选取所述关键交易节点接收的Addr消息中的地址数据，形成交易源地址集合；对所有交易源地址集合进行交集运算，得到关键源地址集合；

步骤5、根据所述关键源地址集合得到交易的溯源结果。

进一步地，所述步骤1中的建立与原始节点地址列表中所有节点的平行连接的方式为：在比特币网络中引入探针节点，由所述探针节点与原始节点地址列表中所有节点的平行连接。

进一步地，所述步骤1中的对所有平行连接中传输的数据进行处理得到中间消息数据的过程为：对所述平行连接中传输的数据进行过滤保留其中的Addr消息及Inv消息，再进行去重处理，得到所述中间消息数据。

进一步地，所述步骤3中计算所述实际交易数据中各交易的传播向量的过程为：

确定交易的所有交易转发节点的转发交易时间中的最小值，以该最小值作为最小交易转发时间；计算交易转发时间与最小交易转发时间的差值得到相对交易转发时间，根据相对交易转发时间确定各交易转发节点的转发权重；未参与交易转发的所有节点的转发权重设置为0；由所有节点与交易对应的转发权重组成的向量作为交易的传播向量。

进一步地，所述步骤4中对所有交易源地址集合进行交集运算，得到关键源地址集合的过程还包括：若交集运算的结果为空集则停止交集运算；若交集运算的次数小于设定阈值，则认删除当前得到的关键源地址集合。

本发明提供的一种采用权利要求1所述的溯源方法的比特币交易的溯源装置，包括网络接入模块、数据收集模块、数据储存模块、数据处理模块和结果分析模块；

所述网络接入模块，用于获取比特币网络中的所有节点形成原始节点地址列表，并与所述原始节点地址列表中的所有节点建立平行连接；

所述数据收集模块，用于获取所述平行连接中传输的数据，对数据进行过滤保留其中的Addr消息及Inv消息，再进行去重处理，得到中间消息数据；

所述数据储存模块，用于对所述中间消息数据进行持久化储存；

所述数据处理模块，用于从所述数据储存模块获取指定的数据，计算关联矩阵并对交易数据进行聚类得到交易源地址集合，再对交易源地址集合进行交集运算得到关键源地址集合；

所述结果分析模块，用于对所述数据处理模块输出的关键源地址集合进行数据分析，得到交易的溯源结果。

有益效果：

本发明通过对比特币网络中的数据进行分析，能够实现将交易与交易创建者的IP相关联，因此在对比特币用户真实身份的推测方面具有更好的效果，解决了传统技术方案无法处理的比特币交易与交易用户的真实身份信息之间的关联问题，填补了比特币交易溯源的技术空白，以便更好的服务于加密货币反洗钱、打击犯罪等。

附图说明

图1为现有技术中比特币交易溯源的流程图。

图2为本发明提供的一种比特币交易的溯源方法的流程图。

图3为本发明提供的一种比特币交易的溯源装置的结构图。

图4为本发明提供的一种比特币交易的溯源装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供的一种比特币交易的溯源方法，流程如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤1、获取比特币网络中的所有节点，形成原始节点地址列表。

获取当前网络中的所有节点的方式可采用现有方法，如：通过bitcoin种子节点获取初始连接节点列表，并尝试连接列表中的节点，连接成功后向节点发送Getaddr消息获取新的连接地址，之后重复之前步骤，直到获取并连接bitcoin网络中的所有节点，能够同时实现节点地址列表的获取和数据网络的建立；也可以通过各大区块链浏览器等网站提供的API直接获取当前网络中的节点地址列表。

步骤2、在比特币网络中引入探针节点，探针节点与原始节点地址列表中的所有原始节点建立连接，称为平行连接。

步骤3、获取所有平行连接中传输的数据，对数据进行过滤保留其中的Addr消息及Inv消息，再进行去重处理，得到中间消息数据。

实际过程中，每个节点的多条平行连接可能会在短时间内收到多条相同的消息，系统需要对这些消息进行去重处理，再将其存入数据库。

步骤4、根据确定的分析条件，从中间消息数据中提取相应的交易数据和地址数据，从交易数据中分析得到每笔交易的转发节点IP和对应的转发时间，剔除其中的仅存在单个转发节点的交易，得到实际交易数据。

分析条件，通常是用于限制从数据库中拉取数据的范围，例如特定时间段等。

步骤5、计算实际交易数据中每笔交易的传播向量，再计算各交易的传播向量间的相关系数，由相关系数形成矩阵，作为网络的相关系数矩阵。其中，传播向量是用于描述交易传播中的行为特征信息的向量，是由所有节点IP及其对应的转发权重组成的集合。

计算交易的传播向量及相关系数矩阵的过程，包括以下步骤：

步骤5.1、确定比特币网络中参与当前交易转发的所有节点，作为交易转发节点；确定所有交易转发节点的转发交易时间中的最小值，以该最小值作为最小交易转发时间；计算交易转发时间与最小交易转发时间的差值得到相对交易转发时间，根据相对交易转发时间确定各交易转发节点的转发权重；确定网络中未参与当前交易转发的所有节点，作为交易无关节点，将交易无关节点的转发权重设置为0；由网络中所有节点与当前交易对应的转发权重组成的向量作为当前交易的传播向量；

步骤5.2、计算各个交易的传播向量间的相关系数，将相关系数以矩阵形式保存，即为相关系数矩阵。

例如，将每笔交易中的所有转发时间与其中的最小转发时间做差，计算得出相对转发时间t，之后根据转发时间为每个IP分配转发权重w，对于未转发该交易的节点IP，令其转发权重的取值为0。将由第i个交易的所有转发权重组成的向量v_i记为传播向量，计算各个交易的传播向量v_i间的相关系数，将结果以矩阵形式保存为相关系数矩阵。

步骤6、采用不同的聚类数量，分别对步骤5得到的相关系数矩阵进行聚类分析，得到多个聚类簇。其中，聚类簇与交易相对应。

实际当中，对于某笔交易来说，多次聚类分析产生的结果即聚类簇可能不同，由此推测得到的节点IP也不同，因此，可将由基于多次聚类分析结果推测出的可能IP组成的集合作为最终的结果。根据相关系数矩阵，使用k均值算法对相关系数矩阵进行聚类，聚类数量分别可设定为交易总数的5％、10％和20％，保存三次聚类的结果。

步骤7、针对步骤6得到的聚类簇，计算每个聚类簇中所有节点的转发权重之和，选取转发权重之和满足设定阈值的节点作为关键交易节点；在步骤4得到的地址数据中选取关键交易节点接收的所有Addr消息中的地址数据，形成多个交易源地址集合；分别对交易源地址集合进行两两求交集，直到遍历交易源地址集合中的每个元素，得到至少包含一条地址信息的关键源地址集合。

具体来说，对于每个聚类簇计算簇内所有IP的转发权重之和，再对得到的所有簇的转发权重之和进行降序排序，选取位于前面的几个节点作为关键交易节点，例如，选取前8个节点，从步骤4拉取的地址数据中找出这8个节点发送的地址集合作为交易源地址集合，依次对得到的地址集合进行交集运算，直到这8个集合均完成交集运算或交集运算的结果为空集时停止交集运算，执行完交集运算后得到的集合为交易创建节点IP的集合，即关键源地址集合。关键源地址集合中的节点即为与聚类簇相对应的交易的源节点。

进一步地，本发明中在对交易源地址集合进行两两求交集时，若得到的交集为空则停止求交集的运算，若交集运算的次数小于设定阈值，则认为结果异常，删除当前得到的关键源地址集合。

例如，对于交集运算的次数小于5的聚类簇，可能是在聚类时出现了错误，由于其交集运算次数过少将导致判定依据不足，则认定针对该聚类簇的分析结果存在异常，并删除这类交易的推测结果即关键源地址集合。

步骤8、根据步骤7的计算过程及得到的关键源地址集合，分析得到交易的溯源结果。

具体来说，为了便于用户查看，本发明提供以下两种方式表示溯源结果：

一种是按照交易来呈现，数据格式如下，交易ID、聚类簇的编号、簇内交易数量、交集运算的次数、关键源地址集合；另一种是按照网络中的节点IP来呈现，即节点IP与交易的对应关系，数据格式如下，节点IP、交易ID、聚类簇的编号、聚类簇内的交易数量、交集运算的次数、关键源地址集合。

此外，还可根据需要对聚类簇的运算过程进行扩展分析，例如，按照平均交集运算次数为6的标准选择聚类簇，得到有以下编号[18,26,35,44,63,86,94,131,147,172,181,201,204,213]的聚类簇，计算这些聚类簇的以下平均统计量，包括平均聚类运算次数为14、平均节点数为3及平均交易数为25。其中，平均节点数是指具有相同交集运算次数的所有聚类簇的关键源地址集合中的平均源节点IP数量，平均交易数是指聚类簇中包含的平均交易数量。

本发明提供的一种比特币交易的溯源装置，结构如图3所示，包括网络接入模块、数据收集模块、数据储存模块、数据处理模块和结果分析模块。

其中，网络接入模块，用于获取比特币网络中的所有节点形成原始节点地址列表，以及在比特币网络中引入探针节点，探针节点与原始节点地址列表中的所有节点建立平行连接。

数据收集模块，用于获取平行连接中传输的数据，对数据进行过滤保留其中的Addr消息及Inv消息，再进行去重处理，得到中间消息数据。

数据储存模块，用于将数据收集模块输出的中间消息数据进行持久化储存。

数据处理模块，用于从数据储存模块获取指定部分的数据，从获取的数据集中剔除不合规的数据，计算关联矩阵并对交易数据进行聚类并推测各个聚类簇的交易源地址集合，分别对交易源地址集合进行两两求交集，直到遍历交易源地址集合中的每个元素，得到至少包含一条地址信息的关键源地址集合。

结果分析模块，用于对数据处理模块输出的关键源地址集合进行数据分析，得到交易的溯源结果。

具体来说，本发明提供的一种比特币交易的溯源装置启动后，流程如图4所示，先尝试获取比特币网络中的节点地址信息并尝试于网络中的节点进行连接，连接网络建立成功后系统开始从网路各个节点收集所需的交易数据以及地址数据并将这些数据储存在数据库中。同时，用户可以指定条件(如时间段)并从数据库中获取对应的数据，获取完成后系统会先对获取的数据进行预处理，去除其中的非法数据，之后系统计算各个交易之间的关联性并生成关联矩阵，并根据关联矩阵对交易进行聚类，聚类成功后为每个聚类簇推测其创建者的IP地址。最后，系统将分析处理完成后的数据，并导出分析报告。

相较于其他对区块链数据分析的方案，本方案可以直接将特定交易与推测的交易创建者的IP地址关联，从而实现对交易与交易创建者的真实身份相关联，这对监管和打击各类利用比特币的非法活动具有重要意义。

综上所述，以上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。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 (4)

1.一种比特币交易的溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取比特币网络中的所有节点，形成原始节点地址列表；建立与原始节点地址列表中所有节点的平行连接；对所有平行连接中传输的数据进行处理得到中间消息数据；

步骤2、根据确定的分析条件，从所述中间消息数据中提取交易数据和地址数据，从所述交易数据中得到交易的转发节点IP及转发时间，剔除其中仅存在单个转发节点的交易，得到实际交易数据；

步骤3、计算所述实际交易数据中各交易的传播向量，由传播向量间的相关系数形成相关系数矩阵；

步骤4、对所述相关系数矩阵进行聚类，得到多个聚类簇；计算各聚类簇中所有节点的转发权重之和，选取转发权重之和满足设定阈值的节点作为关键交易节点；从所述地址数据中选取所述关键交易节点接收的Addr消息中的地址数据，形成交易源地址集合；对所有交易源地址集合进行交集运算，得到关键源地址集合；

步骤5、根据所述关键源地址集合得到交易的溯源结果；

所述步骤3中计算所述实际交易数据中各交易的传播向量的过程为：

确定交易的所有交易转发节点的转发交易时间中的最小值，以该最小值作为最小交易转发时间；计算交易转发时间与最小交易转发时间的差值得到相对交易转发时间，根据相对交易转发时间确定各交易转发节点的转发权重；未参与交易转发的所有节点的转发权重设置为0；由所有节点与交易对应的转发权重组成的向量作为交易的传播向量；

所述步骤4中对所有交易源地址集合进行交集运算，得到关键源地址集合的过程还包括：若交集运算的结果为空集则停止交集运算；若交集运算的次数小于设定阈值，则删除当前得到的关键源地址集合。

2.根据权利要求1所述的溯源方法，其特征在于，所述步骤1中的建立与原始节点地址列表中所有节点的平行连接的方式为：在比特币网络中引入探针节点，由所述探针节点与原始节点地址列表中所有节点的平行连接。

3.根据权利要求1所述的溯源方法，其特征在于，所述步骤1中的对所有平行连接中传输的数据进行处理得到中间消息数据的过程为：对所述平行连接中传输的数据进行过滤保留其中的Addr消息及Inv消息，再进行去重处理，得到所述中间消息数据。

4.一种采用权利要求1所述的溯源方法的比特币交易的溯源装置，其特征在于，包括网络接入模块、数据收集模块、数据储存模块、数据处理模块和结果分析模块；

所述网络接入模块，用于获取比特币网络中的所有节点形成原始节点地址列表，并与所述原始节点地址列表中的所有节点建立平行连接；

所述数据收集模块，用于获取所述平行连接中传输的数据，对数据进行过滤保留其中的Addr消息及Inv消息，再进行去重处理，得到中间消息数据；

所述数据储存模块，用于对所述中间消息数据进行持久化储存；

所述数据处理模块，用于从所述数据储存模块获取指定的数据，计算关联矩阵并对交易数据进行聚类得到交易源地址集合，再对交易源地址集合进行交集运算得到关键源地址集合；

所述结果分析模块，用于对所述数据处理模块输出的关键源地址集合进行数据分析，得到交易的溯源结果。