一种基于博弈论的支付通道网络中交易请求处理方法技术

本发明专利技术属于支付通道网络机制设计领域，具体为基于博弈论的支付通道网络交易请求处理机制设计。本发明专利技术首先构建支付通道网络交易请求处理问题的数学模型——将支付通道网络构建为有向图：以余额限制和公链交易费用限制作为限制条件；使用优化模型来最小化多个交易的总交易费用，并设计相关算法，得到处理交易的最优顺序以及每个交易的支付通道选择策略，同时采用沙普利值函数对新机制带来的收益进行公平、合理的分配，最后在仿真环境下进行机制性能测试。仿真实验结果表明，本发明专利技术方法能够大幅提高交易在支付通道网络中处理的成功率，降低交易所需要的总费用，为交易通道网络性能提升提供了新思路。为交易通道网络性能提升提供了新思路。为交易通道网络性能提升提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于博弈论的支付通道网络中交易请求处理方法


[0001]本专利技术属于支付通道网络设计
，具体涉及基于博弈论的支付通道网络交易请求处理方法。

技术介绍

[0002]支付通道是解决区块链[1][2]可扩展性问题的重要手段之一，在支付通道网络中，两个用户将一定数量的电子货币存储在区块链的一个多签地址中，这些电子货币代表了此刻该用户能够向另一个用户支付的最大金额。在支付通道关闭之前，两个用户可以频繁进行交易而不需要将交易上传至区块链公链上进行记录，同时两方各自的余额会发生变化，但是余额总和不变。在支付通道网络中，没有建立支付通道的用户之间进行交易需要通过中继通道完成。中继通道的余额不少于交易请求的传输金额，交易发起人需要为使用中继通道支付相应交易费用，如果支付通道网络中没有满足交易请求的相关通道，则该交易请求需要在区块链公链上进行处理，交易费用较高且等待交易确认时间较长，如何选择合适的中继通道从而最小化交易费用是支付通道网络中非常具有挑战性的问题。
[0003]目前，对于支付通道网络中通过改进中继通道选择算法进而最小化交易费用的研究主要分为两种，一种主要针对单个交易请求进行。Zhang等人[3]设计了Cheapay算法用于在时间和余额约束下寻找可用路径，以实现交易费最小化；Piatkivskyi和Rohrer等作者分别在[7]、[8]中提出了一系列相关工作，通过将单路径传输转化成多路径传输，从而抵抗通道余额限制，减少交易费用；Ren[5]等人提出了一种新的保持通道余额平衡的收费机制，将收费比例定义为当前容量的负指数，从而保证支付通道余额能够保持相对平衡，进而成功处理更多的交易请求。Wang等人[4]提出了Flash算法，将交易请求根据传输金额分为两类，传输金额较大的交易请求主要关注交易费支出，传输金额较小的交易请求主要关注探测可用中继通道所产生的探测支出。Varma和Maguluri利用双边队列，通过重新平衡通道余额从而处理尽可能多的交易请求[9]。Sivaraman等提出了基于交易请求分组处理的Spider网络，通过采用多路径传输协议提高支付通道网络的吞吐量[6]。但是现有机制只关注低成本或高效率，很少有研究通过两者之间的均衡同时实现合理的成本和效率。

技术实现思路

[0004]针对现有支付通道网络中支付通道选择算法的不足，本专利技术基于博弈论的思想提出了在支付通道网络中能够同时实现合理成本和合理效率的交易请求处理方法。
[0005]本专利技术通过合作博弈和优化模型重新排列交易请求处理顺序，并为每个交易请求选择最优路径。在联盟博弈及合作机制框架下，利用沙普利值函数进行收益再分配，从而激励联盟的形成和稳定。该收益分配方法具有个体理性、高效和公平的特点，联盟内所有的交易请求都受益于路由总费用的降低，从而实现较高的交易请求处理成功率，以及较低的总交易费用。
[0006]本专利技术提供的基于博弈论的支付通道网络交易请求处理方法，具体步骤如下：
[0007](一)首先，为支付通道网络交易请求处理问题进行数学建模，具体包括：
[0008]将支付通道网络建模为有向图：其中，代表节点集，ε代表链路集；每个节点表示在支付通道网络中建立了一个或多个支付通道的用户；每个链路e
ij
∈ε代表从节点n
i
到节点n
j
的一条支付通道。每条链路具有三个属性(c
ij
(t),w
ij
,b
ij
)，指在时刻t节点n
i
能够支付给节点n
j
的最大金额，称为通道余额，与传统通信网络不同，n
i
与n
j
之间是双边通道，且双边通道的余额相加为常数，当一个从n
i
向n
j
支付的交易请求被成功处理，c
ij
减少，c
ji
增加，反之亦然；代表c
ij
(t)的集合，代表w
ij
集合，代表b
ij
集合；指若交易请求处理需要经过链路e
ij
，则每单位传输金额需要向n
j
支付的费用；指使用e
ij
的基础费用，该基础费用与传输金额无关。使用四元组X
k
＝(n
s
(k),n
r
(k),v
k
,t
k
)表示一个交易请求，其中n
s
和n
r
分别表示交易k的发送者和接收者，v
k
表示传输金额，t
k
表示交易请求到达时刻。对于交易X
k
，其交易费用可表示为：
[0009][0010]是交易X
k
在时刻t进行处理所需的交易费，ξ是交易请求在公链上成功处理所需的交易成本。
[0011]新型交易处理机制的任务为，遵循可用路径规则，选择恰当的可用路径及中继节点，通过支付通道网络处理尽可能多的交易请求，其余交易请求通过区块链公链处理，最小化所有交易请求的总交易费用；
[0012]新型交易处理机制的目标为，寻找处理交易请求的最优顺序，并在可用路径规则限制下寻找各交易请求的最优路径，以最小化交易费用，在减少交易费用的前提下在支付通道网络中成功处理尽可能多的交易请求；
[0013]可用路径规则包括余额条件限制和公链交易费用限制，即：
[0014][0015][0016]其中，V
k
(i,j)是交易请求X
k
在链路e
ij
上实际传输的金额，包括交易金额和所需支付的交易费，是交易X
k
所选择的支付通道路径。
[0017](二)将交易请求进行重排序
[0018]本专利技术不同于传统支付通道网络中交易请求“即到即处理”原则，支付通道网络每隔时间T进行一次集中交易请求处理，对于每个T时间内产生的m个交易请求，其产生瞬间需选择是否与其他交易请求进行合作，并提交个人的交易请求信息，其中包括交易请求的发送者、接收者和传输金额，同时记录交易请求到达的时间戳；对于其中选择合作的n个交易请求，基于合作博弈思想计算其最优处理顺序，获取最小交易费用。
[0019]参与者：每个交易请求被视为一个参与者，交易集合表示为：X：＝{X0,X1,
…
,X
N
‑1}，其中，交易请求到达时间
[0020]特征函数：ψ(S)，其中，S为X的任意非空子集；特征函数用来衡量联盟成员合作产生的效益，即接受合作所产生的收益，依赖所涉及的新机制产生；
[0021]所有的交易请求处理顺序主要依据两条规则：
[0022]规则1：对于联盟外的交易请求，将交易请求处理时间记为其交易请求到达时刻，即：
[0023][0024]对于联盟内的交易请求，将交易请求处理时间记为联盟内最早到达交易的到达时刻，即：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于博弈论的支付通道网络交易请求处理方法，其特征在于，通过优化模型重新排列交易请求处理顺序，为每个交易请求选择最优路径；在一定规则和联盟博弈框架下，利用沙普利值函数进行收益再分配，从而激励大联盟的形成和稳定；具体步骤如下：(一)首先，为支付通道网络交易请求处理问题进行数学建模，具体包括：将支付通道网络建模为有向图：其中，代表节点集，ε代表链路集；每个节点表示在支付通道网络中建立了一个或多个支付通道的用户；每个链路e
ij
∈ε代表从节点n
i
到节点n
j
的一条支付通道；每条链路具有三个属性(c
ij
(t),w
ij
,b
ij
)，指在时刻t节点n
i
能够支付给节点n
j
的最大金额，称为通道余额，n
i
与n
j
之间是双边通道，且双边通道的余额相加为常数，当一个从n
i
向n
j
支付的交易请求被成功处理，c
ij
减少，c
ji
增加，反之亦然；代表c
ij
(t)的集合，代表w
ij
集合，代表b
ij
集合；指若交易请求处理需要经过链路e
ij
，则每单位传输金额需要向n
j
支付的费用；指使用e
ij
的基础费用，该基础费用与传输金额无关；使用四元组X
k
＝(n
s
(k),n
r
(k),v
k
,t
k
)表示一个交易请求，其中n
s
和n
r
分别表示交易k的发送者和接收者，v
k
表示传输金额，t
k
表示交易请求到达时刻；对于交易X
k
，其交易费用表示为：为：是交易X
k
在时刻t进行处理所需的交易费，ξ是交易请求在公链上成功处理所需的交易成本；交易处理的任务为，遵循可用路径规则，选择恰当的可用路径及中继节点，通过支付通道网络处理尽可能多的交易请求，其余交易请求通过区块链公链处理，最小化所有交易请求的总交易费用；交易处理的目标为，寻找处理交易请求的最优顺序，并在可用路径规则限制下寻找各交易请求的最优路径，以最小化交易费用，在减少交易费用的前提下在支付通道网络中成功处理尽可能多的交易请求；可用路径规则包括余额条件限制和公链交易费用限制，即：可用路径规则包括余额条件限制和公链交易费用限制，即：其中，V
k
(i,j)是交易请求X
k
在链路e
ij
上实际传输的金额，包括交易金额和所需支付的交易费，是交易X
k
所选择的支付通道路径；(二)将交易请求进行重排序支付通道网络每隔周期T时间进行一次集中交易请求处理，对于每个T时间内产生的m个交易请求，其产生瞬间需选择是否与其他交易请求进行合作...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐跃东，白倩兰，王新，
申请(专利权)人：珠海复旦创新研究院，
类型：发明
国别省市：