一种区块链可持续挖矿方法及系统技术方案

本发明专利技术属于金融技术领域，尤其涉及一种区块链可持续挖矿方法及系统，通过设置一种交易税费机制；补偿或替代原有的系统性挖矿回报，使挖矿过程稳定；利用链上数据结构设置税费专用账户，税费收集与挖矿回报支付都通过共识验证，实现交易税费管理；采用基于双门限控制的滑窗平均算法进行交易税率计算，进行税费余额的稳定性和可靠性控制。本发明专利技术通过设置一种交易税费机制，并设立税费专用账户实现税费收集与管理。利用链上数据结构和区块链共识过程，实现交易税费管理的公开性和安全性；通过计算机仿真对一系列系统性能指标进行验证，结果显示所提出的新方案可以有效解决区块链挖矿可持续性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种区块链可持续挖矿方法及系统
本专利技术属于金融
，尤其涉及一种区块链可持续挖矿方法及系统。
技术介绍
基于区块链的交易系统(以下简称交易系统)，其中一个支撑性机制就是通过挖矿产生虚拟数字货币，进而形成交易系统的经济生态。挖矿，通过竞争计算哈希难题来获得区块链的记账权，对系统中的交易信息进行区块封装，同时赢得记账权的矿工将会获得一定的虚拟货币作为挖矿回报。也就是说，挖矿对于交易系统有两点贡献：一是虚拟数字货币发行(产生)的唯一方式；二是控制区块的生成。挖矿回报，是矿工挖矿的激励，更高层面上也是区块链正常工作的基础。然而，对于任何金融系统的稳定性来说，系统内货币总量应该是有限的。这就意味着，交易系统中的虚拟数字货币也应该限定在一定范围。例如比特币，其最终货币总量大概是2100万枚比特币。其货币控制策略是每生成21万个区块，矿工获得的挖矿回报减半，直至回报减为零。众所周知，矿工挖矿消耗大量算力(包括硬件设备消耗、电力消耗等)。如果所获得挖矿回报不足以抵消支出，挖矿工作就难以为继，区块链也就难以为继，这对交易系统是灾难性的。针对上述问题，目前尚未有理想的解决方案。为了提高挖矿回报收益，有些系统引入小费策略；系统交易用户可以自愿支付小费，获得记账权的矿工可以将当前区块包含的所有交易小费收入到自己的账户中；然而该方法并不能保证区块链过程中矿工收入的稳定性，在交易动态变化性和矿工获得记账权的随机性这两个系统特性下，矿工收益无法保障稳定；在系统性奖励过低甚至停止后，对于交易系统的可持续性存在极大的威胁；针对矿工获得记账权的随机性问题，使得矿工付出算力去常常得不到回报，有些系统允许矿工进行合作挖矿，然后根据算力的付出分享挖矿收益；该方法有限地解决了矿工收益不均衡的问题，其并没有对小费支付进行约束，只是约定合作矿工对当前挖矿收益进行分享，收益还是受到小费动态变化的影响；因此，如何在系统性的挖矿回报减少或停止的情况下，实现挖矿奖励的可持续性，是基于区块链的交易系统迫切需要解决的问题。综上所述，现有技术存在的问题是：基于区块链的交易系统，通过挖矿奖励过程进行数字货币的发行，然而为了经济生态的稳定性，数字货币发行总量有限，因此，区块链挖矿过程中系统性奖励会逐步减少至零，使得挖矿过程难以为继；此外，即使现有交易系统引入小费机制，由于交易发生的动态性和小费支付的随意性，还是难以保证矿工的稳定收入，从而难以保证区块链的可持续性。因此，现有交易系统存在的挑战性难题如下：设计一种新的可持续挖矿回报机制，该机制具备提供稳定回报的能力，可以补充或替换现有的系统性挖矿回报机制，从而实现交易系统的可持续性；在区块链去中心化环境中，即没有中心化管理机构情况下，实现可持续挖矿机制的安全可靠。以上问题的解决，可以避免基于区块链因挖矿回报不足而中断的潜在威胁；对基于区块链交易系统的稳定性和可持续性有至关重要的作用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种区块链可持续挖矿方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种区块链可持续挖矿方法，所述区块链可持续挖矿方法包括：所有交易系统用户在交易过程中按照税率支付一定的交易费用；该交易费用不直接支付给矿工，而是收集到设置的一个税费专用账户中；每成功生成一个新区块，获得该新区块记账权的矿工从税费专用账户中领取固定的挖矿回报的税费机制；补偿或替代原有的系统性挖矿回报，使挖矿过程稳定；利用链上数据结构设置税费专用账户，税费收集与挖矿回报支付都通过共识验证，实现税费管理；采用基于双门限控制的滑窗平均算法进行交易税率计算，进行税费余额的稳定性和可靠性控制。进一步，所述税费机制具体包括：税费专用账户的设置：采用链上数据结构的方式进行税费专用账户的设置；在区块头中增加两个数据域，分别记为余额和税率；税收及挖矿回报协议的设置，包括：交易税费支付：用户创建交易时，按照交易额和税率支付交易费用，具体计算根据：交易额×税率；其中用输入表示用户引用的UTXO(未经使用的交易输出，是指向在某个区块声明的、该交易创建者所持有的虚拟数字货币)，找零表示UXTO高于交易额与交易税费之和的部分返还给该用户；交易创建时需满足：输入－交易额×(1+税率)＝找零；交易税费全网验证：在交易创建完成后，该交易需要通过全网传播和税费验证，验证交易税费支付步骤中交易创建时需满足的关系式；税费收集及挖矿回报支付：交易系统中的矿工，收集网络上传播的交易，对交易进行验证；矿工收集所有成功验证的交易的税费；成功获得记账权的矿工，给自己的钱包存入指定数量的货币作为挖矿回报，同时更新税费专用账户中的余额信息；同时，矿工还根据系统给定的交易税率计算方法，进行下一周期税率的计算，并更新税率信息；税费专用账户数据全网验证：矿工生成新区块后，将该新区块广播至全网进行验证；收到新区块的网络节点，对税费专用账户中的余额信息和税率信息进行验证；税费专用账户数据写入账本：在新区块通过网络大多数节点验证之后，区块成功加入主链，税费专用账户的数据信息得到全网认可。进一步，所述交易税率计算采用滑窗平均法对交易量进行估计，根据交易量的估计和其他系统参数，计算交易税率，具体如下：用x(k)表示第k个区块统计的税费专用账户余额；s(k)表示第k个区块发生的交易总额；μ表示挖矿回报，为常量；λ(k)表示第k个区块生成周期的交易税率；L表示滑窗长度；相关计算如下：进一步，所述双门限方法对税率进行微调具体包括：根据税费专用账户余额进行税率调整；第一步：如果当前账户余额低于余额下限XL，则上调税率如下：λ(k+1)←λ(k+1)(1+δ)；否者，进入第二步；第二步：如果当前账户余额高于余额上限XH，则下调税率如下：λ(k+1)←λ(k+1)(1+δ)；否者，进入第三步；第三步：维持第一步之前所计算得到的税率，即：λ(k+1)←λ(k+1)；第四步：输出所得到的税率λ(k+1)。进一步，所述区块链可持续挖矿方法还包括：从挖矿回报、税费余额、税率稳定性分析建立评价体系；具体包括：首先，用μ表示挖矿的固定回报，用μ(k)表示产生第k个区块获得的挖矿回报，定义Δμmax＝max1≤k≤K|μ(k)-μ|为挖矿回报距离目标回报的最大偏移；定义为挖矿回报距离目标回报的平均偏移，其中K是统计的时长；其次，税费专用账户余额，一方面表征系统交易活跃程度，一方面也体现支付挖矿回报的能力；分别定义和为账户余额的均值和标准差；然后，进行税率稳定性分析，定义平均税率和税率公平性两个指标，分别如下其中，公平性指标中当所有λ(k)，k＝1，2，...，K}都相等时，公平性指数达到最大值1。本专利技术的另一目的在于提供一种区块链可持续挖矿系统。系统包括链上税费专用账户模块，交易量统计模块，税率计算及自适应调整模块，以及执行税费管理与挖矿汇报支付的协议机制模块；税费专用账户模块，其设置在区块头中增加两个数据域，用于记录账户余额和声明下一区块周期的税率；税费专用账户的管理由获得记账权的矿工负责，税费专用账户数据可靠性由全网络共识机制验证；交易量统计模块，其实现当前区块以及之前若干区块中包含的交易额的平均统计，统计区块数目调整算法参数L决定；统计结果用于下一区块周期内交易额的估计；税率计算及自适应调整模块，其根据交易量统计模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种区块链可持续挖矿方法，其特征在于，所述区块链可持续挖矿方法包括：所有交易系统用户在交易过程中按照税率支付一定的交易费用；所述交易费用不直接支付给矿工，而是收集到设税费专用账户中；每成功生成一个新区块，获得该新区块记账权的矿工从税费专用账户中领取固定的挖矿回报的税费机制，补偿或替代原有的系统性挖矿回报；利用链上数据结构设置税费专用账户，税费收集与挖矿回报支付都通过共识验证，进行交易税费管理；采用基于双门限控制的滑窗平均算法进行交易税率计算，对税费余额的稳定性和可靠性进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种区块链可持续挖矿方法，其特征在于，所述区块链可持续挖矿方法包括：所有交易系统用户在交易过程中按照税率支付一定的交易费用；所述交易费用不直接支付给矿工，而是收集到设税费专用账户中；每成功生成一个新区块，获得该新区块记账权的矿工从税费专用账户中领取固定的挖矿回报的税费机制，补偿或替代原有的系统性挖矿回报；利用链上数据结构设置税费专用账户，税费收集与挖矿回报支付都通过共识验证，进行交易税费管理；采用基于双门限控制的滑窗平均算法进行交易税率计算，对税费余额的稳定性和可靠性进行控制。2.如权利要求1所述的区块链可持续挖矿方法，其特征在于，所述税费机制具体包括：税费专用账户的设置：采用链上数据结构的方式进行税费专用账户的设置；在区块头中增加两个数据域，分别记为余额和税率；税收及挖矿回报协议的设置，包括：交易税费支付：用户创建交易时，按照交易额和税率支付交易费用，具体计算根据：交易额×税率；其中用输入表示用户引用的UTXO，找零表示UXTO高于交易额与交易税费之和的部分返还给该用户；交易创建时满足：输入-交易额×(1+税率)＝找零；交易税费全网验证：在交易创建完成后，所述交易进行全网传播和税费验证，验证交易税费支付步骤中交易创建时需满足的关系式；税费收集及挖矿回报支付：交易系统中的矿工，收集网络上传播的交易，对交易进行验证；矿工收集所有成功验证的交易的税费；成功获得记账权的矿工，给自己的钱包存入指定数量的货币作为挖矿回报，同时更新税费专用账户中的余额信息；同时，矿工还根据系统给定的交易税率计算方法，进行下一周期税率的计算，并更新税率信息；税费专用账户数据全网验证：矿工生成新区块后，将该新区块广播至全网进行验证；收到新区块的网络节点，对税费专用账户中的余额信息和税率信息进行验证；税费专用账户数据写入账本：在新区块通过网络大多数节点验证之后，区块成功加入主链，税费专用账户的数据信息得到全网认可。3.如权利要求1所述的区块链可持续挖矿方法，其特征在于，所述交易税率计算采用滑窗平均法对交易量进行估计，根据交易量的估计和其他系统参数，计算交易税率，具体如下：用x(k)表示第k个区块统计的税费专用账户余额；s(k)表示第k个区块发生的交易总额；μ表示挖矿回报，为常量；λ(k)表示第k个区块生成周期的交易税率；L表示滑窗长度；相关计算如下：4.如权利要求1所述的区块链可持续挖矿方法，其特征在于，所述双门限方法对税率进行微调；当余额低于XL，税率上调δ；当余额高于XH，税率下调δ；具体包括：根据税费专用账户余额进行税率调...

【专利技术属性】
技术研发人员：林飞龙，郑忠龙，黄志亮，陈欣，王艳霞，陈中育，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33