基于自适应零行列式策略的区块链矿池合作演化方法

矿工加入矿池是目前比特币挖矿最常见的方式。然而，比特币系统中存在矿池互相渗透攻击的现象，这将导致被攻击矿池的矿工收益减少，发起攻击的矿池算力降低，从而造成比特币系统的整体算力减小。针对矿池之间互相攻击，不合作挖矿的问题，提出自适应零行列式策略（AZD），采取"比较预期合作收益与背叛收益，选择促进高收益的策略"的思想促进矿池合作。首先，通过结合时序差分增强算法与零行列式策略的方法预测下一轮合作收益与背叛收益；其次，通过决策过程（DMP）选择策略进一步改变下一轮的合作概率和背叛概率；最后，通过迭代执行自适应零行列式策略，达到网络中矿池均互相合作、积极挖矿的目的。实验模拟表明，AZD策略与自适应策略相比，合作概率收敛为1的速度提高了36.54%；与零行列式策略相比，稳定度提高了50%。这个结果表明AZD策略能够有效促进矿工合作，提高合作收敛速率，保证矿池的稳定收益。     

区块链中区块截留攻击的研究与分析

区块截留攻击又称扣块攻击,是存在于区块链中的一种攻击方式,攻击者通过渗透进目标矿池中进行消极挖矿以达成破坏目标矿池的目的.简要介绍了挖矿机制和区块截留攻击的工作原理,总结了区块截留攻击的几种模型,并对现有的区块截留攻击模型的攻击方式和收益进行了研究,分析出其攻击效果.构造了一个在提升收益率的同时提升收益速度的区块截留攻...     

基于交易记录特征的自私挖矿检测方案

自私挖矿攻击是一种挖矿策略,存在基于工作量证明（PoW,proof of work）机制的区块链中。自私矿工通过延迟区块广播的时机来截取其他矿工的挖矿奖励,以此获得比正常情况下更多的收益。这种攻击对工作量证明机制的激励相容性造成了破坏。近年来,自私挖矿这一攻击行为被研究者从许多角度进行了研究和分析。然而这一挖矿策略利用了工作量证明机制区块链在网络延迟方面存在的缺陷,使得采用这一挖矿策略的矿工在行为上与正常挖矿行为没有明显的区别,导致当前缺少可以有效检测出自私挖矿行为的方案。因此,提出了一种自私挖矿的检测方案,该检测方案创新性地利用了区块链中区块的高度和区块中的交易记录特征,可以做到对网络中的自私挖矿行为进行实时检测,有一定的实用价值。所提检测方案为生成的新区块定义了一个状态值,这个状态值与区块中包含的交易数量、支付给矿工的交易费用等数据有关。根据这些特征值间的数学关系,可以判断出该区块是否来自自私矿工。通过仿真实验测试了攻击者在不同算力下,该检测方案的检测情况。结果表明,所提检测方案在判断区块是否来自自私挖矿时,有86.02%以上的检测准确率,可以有效地对自私挖矿产生的区块进行检测。     

采用工作量证明共识机制的区块链中挖矿攻击者间的“鲶鱼效应”

近年来,采用工作量证明共识机制(Proof of Work,PoW)的区块链被广泛地应用于以比特币为代表的数字加密货币中.自私挖矿攻击(Selfish mining)等挖矿攻击(Mining attack)策略威胁了采用工作量证明共识机制的区块链的安全性.在自私挖矿攻击策略被提出之后,研究者们进一步优化了单个攻击者的挖矿攻击策略.在前人工作的基础上,本文提出了新颖的两阶段挖矿攻击模型,该模型包含拥有单攻击者的传统自私挖矿系统与拥有两个攻击者的多攻击者系统.本文的模型同时提供了理论分析与仿真量化分析,并将两个攻击者区分为内部攻击者与外部攻击者.通过引入内部攻击者与外部攻击者的概念,本文指出传统自私挖矿系统转化为多攻击者系统的条件.本文进一步揭示了在多攻击者系统中两个攻击者将产生竞争并面临着“矿工困境”问题.攻击者间的竞争可被总结为“鲶鱼效应”:外部攻击者的出现导致内部攻击者的相对收益下降至多67.4%,因此内部攻击者需要优化攻击策略.本文提出了名为部分主动发布策略的全新挖矿攻击策略,相较于自私挖矿策略,该策略是半诚实的攻击策略.在特定场景下,部分主动发布策略可以提高攻击者的相对收益并破解攻击者面临的“矿工困境”问题.     

关于比特币中BWH攻击的一个注记

比特币是当前信息安全应用研究领域的热点问题之一.在比特币所采用的PoW共识协议中,挖矿具有重要作用.在现实生活中,矿工为获得更多的奖励,往往聚集成矿池,以达到在挖矿中获取更高算力进而获取更多区块奖励的目的.针对比特币矿池,Meni Rosenfeld首次提出了一种称为BWH攻击的攻击方式,Loi Luu等人进一步从理论上证明了相对于诚实挖矿,攻击者通过实施BWH攻击可以获得更高的收益.在本文中,我们分析了BWH攻击的理论基础,发现Loi Luu等人关于BWH攻击的理论分析中存在的一个错误,即Loi Luu等人忽略了整体算力改变对系统产生区块所需时间的影响,从而导致其所对比的关于攻击者实施BWH攻击所获得的收益与不实施攻击所获得的收益,实际上是在不同时间长度下的收益对比.显然这种对比缺乏合理性.在相同时间长度下,我们进一步讨论了攻击者实施BWH攻击与不实施攻击所获得的收益对比,得到了与Loi Luu等人完全相反的结论,即相对诚实挖矿来说,攻击者实施BWH攻击反而获得了相对较少的收益.因此攻击者缺乏实施BWH攻击的动机,除非其纯粹出于破坏矿池的目的而采用BWH攻击.     

区块链中矿池选择策略的研究与分析

在基于工作量证明（proof of work,PoW）的区块链网络中,矿工通常选择加入矿池。由于存在多个矿池并且不同的矿池拥有的算力不同以及可能采取不同的奖励机制,所以矿工可以在不同的矿池中获得不同的收益。针对矿工面临的矿池选择问题,建立了一个基于风险决策准则的矿池选择模型,研究了矿池算力和奖励机制对矿工最优选择策略的影响。首先计算了矿工在不同矿池中的收益,给出收益矩阵;其次分别利用最大可能性准则和期望值准则得出最优选择策略;最后通过仿真实验,对提出的策略进行了验证分析。实验结果表明,提出的策略与简单策略相比,在绝大多数情况下能为矿工带来更高的收益。     

PoW共识算法中的博弈困境分析与优化

区块链是随着比特币等数字加密货币逐渐兴起而盛行的一种新型去中心化分布式系统,具有去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点.目前,区块链已引起政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注.如何在一个去中心化的分布式系统中高效地达成共识是区块链技术研究的重要问题.本文从工作量证明（Proof of work,PoW）共识算法的挖矿困境入手,分析PoW共识过程中矿工策略选择的纳什均衡存在条件.利用零行列式（Zero determinant,ZD）策略对矿工策略选择进行优化,并通过数值仿真来验证优化算法的有效性.概括来说,本文从博弈论角度来理解和剖析PoW共识算法,为进一步设计基于博弈论的共识算法提供新的思路和方法.     

区块链多矿池恶意攻击模型研究

区块链中针对交易的双花攻击是区块链安全的研究重点,矿池作为大的算力集合有潜在的作恶行为,其中多个矿池结合起来可通过不同攻击形式对交易进行双花攻击,给区块链带来巨大的安全隐患。基于多矿池的恶意攻击组合方式,提出两种多矿池恶意攻击模型。首先,在多矿池集中攻击模型中,多个矿池算力聚合为一个恶意算力集,集中对区块链双花攻击。其次,多矿池分散攻击模型中,每个矿池为独立恶意算力集,分散同步对区块链算力攻击;此外结合矿池数量、算力占比等参量,模拟推导两种多矿池模型内部运行机制;基于该机制,构建两种攻击模型的安全性约束。实验验证了两种矿池攻击模型的有效性,数据化呈现两种多矿池攻击模型异同以及攻击规律。最后,结合理论模型和实验结果分析给出防控策略。     

移动边缘计算中基于Stackelberg博弈的算力交易与定价

针对移动边缘计算中轻量级智能设备计算和存储能力有限等问题，提出一种基于Stackelberg博弈的计算卸载解决方案。首先，结合区块链技术构建基于云挖掘机制的算力交易模型——CPTP-BSG，允许移动智能设备（矿工）将密集且复杂的计算任务卸载到边缘服务器；其次，将矿工与边缘计算服务提供商（ESP）之间的算力交易建模为一个两阶段的Stackelberg博弈过程，并构建矿工与ESP的预期利润函数；然后，使用逆向归纳法分别在统一定价和歧视性定价策略下分析纳什均衡解的存在性和唯一性；最后，提出一种低梯度迭代算法来实现矿工和ESP的利润最大化。实验结果证明了所提算法的有效性，并且与统一定价相比，歧视性定价更符合矿工的个性化算力需求，能达到更高的算力需求总量和ESP利润。     

移动边缘计算中基于Stackelberg博弈的算力交易与定价

针对移动边缘计算中轻量级智能设备计算和存储能力有限等问题,提出一种基于Stackelberg博弈的计算卸载解决方案。首先,结合区块链技术构建基于云挖掘机制的算力交易模型——CPTP-BSG,允许移动智能设备（矿工）将密集且复杂的计算任务卸载到边缘服务器;其次,将矿工与边缘计算服务提供商（ESP）之间的算力交易建模为一个两阶段的Stackelberg博弈过程,并构建矿工与ESP的预期利润函数;然后,使用逆向归纳法分别在统一定价和歧视性定价策略下分析纳什均衡解的存在性和唯一性;最后,提出一种低梯度迭代算法来实现矿工和ESP的利润最大化。实验结果证明了所提算法的有效性,并且与统一定价相比,歧视性定价更符合矿工的个性化算力需求,能达到更高的算力需求总量和ESP利润。     

基于平均强化学习的订单生产方式企业订单接受策略

从收益管理思想出发,采用平均强化学习算法研究不确定环境下订单生产(MTO)方式企业的订单接受问题。以最大化平均期望收益为优化目标,采用多级价格机制,把订单类型、价格和提前期的不同组合作为系统状态划分标准,结合平均强化学习原理,提出了具有学习能力的订单接受算法(RLOA)。仿真结果表明,RLOA算法具有学习和选择性接受订单的能力,与其他订单接受规则相比,在平均收益、订单类型接受状况和适应性等方面都有较好表现。     

基于Meta平衡的多Agent Q学习算法研究

多Agent强化学习算法的研究一直以来大多都是针对于合作策略,而NashQ算法的提出对非合作策略的研究无疑是一个重要贡献。针对在多Agent系统中,Nash平衡无法确保求得的解是Paret。最优解及其计算复杂度较高的问题,提出了基于Mcta平衡的MctaQ算法。与NashQ算法不同,MctaQ算法通过对自身行为的预处理以及对其它Agent行为的预测来获取共同行为的最优策略。最后通过研究及气候合作策略游戏实验,证明了MctaQ算法在解决非合作策略的问题中有着很好的理论解释和实验性能。     

基于强化学习的值迭代算法

强化学习（Reinforcement Learning）是学习环境状态到动作的一种映射,并且能够获得最大的奖赏信号。强化学习中有三种方法可以实现回报的最大化：值迭代、策略迭代、策略搜索。该文介绍了强化学习的原理、算法,并对有环境模型和无环境模型的离散空间值迭代算法进行研究,并且把该算法用于固定起点和随机起点的格子世界问题。实验结果表明,相比策略迭代算法,该算法收敛速度快,实验精度好。     

基于博弈论的隐私保护分布式数据挖掘

隐私保护的分布式数据挖掘问题是数据挖掘领域的一个研究热点,而基于经济视角,利用博弈论的方法对隐私保护分布式数据挖掘进行研究只是处于初始阶段。基于收益最大化,研究了完全信息静态博弈下分布式数据挖掘中参与者(两方或多方)的策略决策问题,得出了如下结论:数据挖掘在满足一定的条件下,参与者(两方或多方)的准诚信攻击策略是一个帕累托最优的纳什均衡策略;在准诚信攻击的假设下,参与者(多方)的非共谋策略并不是一个纳什均衡策略。同时给出了该博弈的混合战略纳什均衡,它对隐私保护分布式数据挖掘中参与者的决策具有一定的理论和指导意义。     

融合序列模式评分的策略梯度推荐算法

推荐算法在一定程度上解决了信息过载问题,但传统推荐模型在挖掘数据特性方面有待改进。为此,结合强化学习方法提出一种融合序列模式评分的策略梯度推荐算法。将推荐过程建模为马尔可夫决策过程;分析推荐基础数据特性模式,设计以序列模式评分为奖励的反馈函数,在算法的每一次迭代过程中学习;通过对累积奖励设计标准化操作来降低策略梯度的方差。将该方法应用到电影推荐中进行验证,结果表明所提方法具有较好的推荐准确性。     

纯策略纳什均衡的博弈强化学习

将博弈理论与多智能体强化学习结合形成博弈强化学习逐渐受到关注,但是也存在算法的计算复杂度高和无法保证纯策略纳什均衡的问题。Meta equilibrium Q-learning算法通过反应函数将原始博弈转换为元博弈,而元博弈推导出的元均衡是纯策略纳什均衡。该算法在保证纯策略纳什均衡的前提下能够使得每个智能体的回报不低于某特定阈值。同时,基于分形的均衡程度评估模型能够通过计算任意状态的分形维数来判断其稳态,并评估任意状态与均衡状态之间的距离,该模型可以检验元均衡的科学性与合理性,上述算法和模型的相关结论在福利博弈和夺控战中都得到具体验证。     

基于深度强化学习的生鲜产品联合库存控制与动态定价研究

针对生鲜产品的易逝性特征以及复杂多变的现实环境导致生鲜产品的最优订货和定价策略难以获得的问题,提出了基于深度强化学习方法的生鲜产品联合库存控制与动态定价方法,结合生鲜产品特性对问题进行建模并定义为马尔可夫决策过程,然后基于深度强化学习设计了生鲜品联合库存控制和动态定价算法。实验结果表明,基于深度强化学习的联合库存控制和动态定价策略收益表现最佳,因此,基于深度强化学习的联合库存控制和动态定价研究能够提高企业收益,有效促进强化学习在收益管理领域的落地,具有实际应用价值。