改进的长延迟攻击下的区块链PoW协议安全属性研究

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比特币的核心是区块链技术,关于其安全性研究对整个区块链发展具有重要的实际意义和研究价值,而面对众多针对区块链安全日益尖锐的问题中,区块链网络中节点间的通信延迟是对区块链网络中各个矿工所维护的分布式账本一致性的极大挑战。因此,在延迟环境下维护各个节点间分布式账本的一致性以及当前的共识机制能否在复杂的延迟环境下保持较好的安全性引起了大量关注,在现有研究中已有大量工作证明了当矿工数量和挖矿成功概率一定时,敌手最多可将区块信息延迟一定轮数,且当延迟轮数较小情况下PoW共识机制能够满足较好的安全性,而当延迟轮数较大时,相关研究模型还较为理想化,使得其分析结果具有一定的局限性。针对区块链PoW共识机制在面对延迟轮数较大的情况下,本文从PoW共识机制在长延迟环境下的安全性出发,通过对区块链安全属性的影响,探究了在复杂延迟环境下的安全性问题,主要工作如下:1.为了改善相关记录模型误差问题,对已有的区块链PoW共识机制的主链记录模型做出改进,提出了改进的主链记录模型。改进后的模型在保证原有模型记录简洁明了特点的基础上,改进了原有模型中易产生记录误差问题,介绍了改进后区块链主链记录模型的具体记录方法、记录流程及模型相关性质,并做出改进后记录主链模型与区块链公共前缀、链质量及链增速三类区块链安全属性的相关性研究,证明了改进后的记录模型能够在误差限度内有效模拟区块链PoW协议下的主链演变状态。2.为了更准确地探究区块链PoW共识机制在长延迟环境下的安全性,对比了改进前后主链记录模型在长延迟环境下相关安全属性的影响。此外,在改进后的主链记录模型基础上对原有的长延迟攻击模型做出优化,使得在改进后的攻击模型中,敌手在控制矿工通信的基础上控制部分矿工算力,且被敌手控制的腐败矿工算力具有较强的灵活性,能够在特定条件下所属不同链上动态挖矿,分析相关参数对敌手攻击成功率的所形成的影响,对比改进前后不同攻击模型的敌手攻击成功率。
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