基于云監(jiān)管的P2P網(wǎng)絡(luò)Bitcoin虛擬貨幣模型

趙龍妹 ? B 劉鋒

摘要：Bitcoin是目前越來越流行的網(wǎng)絡(luò)虛擬貨幣，該貨幣的理論基礎(chǔ)是由特定的p2p算法大量計(jì)算產(chǎn)生，并使用整個p2p網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)庫來確認(rèn)并記錄所有的交易過程，bitcoin優(yōu)點(diǎn)很多但隨著應(yīng)用的廣泛確定也逐漸顯示出。該文試想了將云技術(shù)應(yīng)用于bitcoin的交易過程，使得bitcoin的使用更加安全和快捷。

關(guān)鍵詞：bitcoin；云；p2p；網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）05-1157-04

Bitcoin是目前越來越流行的網(wǎng)絡(luò)虛擬貨幣，他正在逐步的走進(jìn)我們的現(xiàn)實(shí)生活中，關(guān)于bitcoin的交易和使用已經(jīng)成為越來越多學(xué)者研究的方向，該文構(gòu)想了一種以云監(jiān)管為中心的bitcoin交易模型和借貸模型。

1 bitcoin的概念及研究意義

1.1 bitcoin的概念

bitcoin是一種由開源的P2P軟件產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)虛擬貨幣。bitcoin不依靠特定貨幣機(jī)構(gòu)發(fā)行，它通過特定算法的大量計(jì)算產(chǎn)生，并使用整個P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)庫來確認(rèn)并記錄所有的交易行為[1]。

1.2 bitcoin的優(yōu)點(diǎn)是

1.2.1 去中心化

bitcoin是第一種以分布式為基礎(chǔ)的虛擬貨幣，整個網(wǎng)絡(luò)由每個用戶結(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其去中心化是比特幣安全與自由的保證。

1.2.2 流通性廣

bitcoin可以在任意一臺接入互聯(lián)網(wǎng)的電腦上進(jìn)行管理，用戶可以在眾多平臺上發(fā)掘不同硬件的計(jì)算能力。

1.2.3 安全性

操控bitcoin需要私鑰，因?yàn)?1%的p2p網(wǎng)絡(luò)原理，bitcoin網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠健壯

1.2.4 交易方便

作為一種支付手段只要知道對方比特幣地址就可以進(jìn)行支付。

1.2.5 保值性

到2014年流通的bitcoin上限將會達(dá)到2100萬，bitcoin將不會出現(xiàn)通貨膨脹的問題

1.3 同時bitcoin還有其特有的缺點(diǎn)

1.3.1 交易平臺的脆弱性

Bitcoin的網(wǎng)絡(luò)很健壯，但交易平臺很脆弱。交易平臺通常是一個網(wǎng)站，容易遭到黑客的攻擊或者管理部門的關(guān)閉。

1.3.2 交易確認(rèn)時間長

由于bitcoin交易過程的特出性，即使是小筆交易也得消耗大約半小時的交易確認(rèn)時間。

1.3.3 價(jià)格波動極大

由于bitcoin的數(shù)量限制和大量炒家介入，導(dǎo)致bitcoin的兌換波動極大，從剛開始1美元平均能夠買到1309.03個比特幣，但如今1比特幣的價(jià)值相當(dāng)于144美元。

挖礦的實(shí)際含義：

從技術(shù)上講，挖掘是計(jì)算一個哈希值的塊頭，其中包括參考以前的塊哈希一組事物集和一個隨機(jī)數(shù)。如果被發(fā)現(xiàn)是小于當(dāng)前的目標(biāo)的散列值，則形成一個新的塊，那么礦工得到新生成的比特幣（每塊25在目前的水平）。若該散列值不小于當(dāng)前的目標(biāo)，嘗試一個新的隨機(jī)數(shù)，并計(jì)算一個新的哈希值[2]。

payload =

nonce = 1

hash = SHA2（ SHA2（ payload + nonce ） ）

礦工的工作包括反復(fù)增加“隨機(jī)數(shù)”，直到散列函數(shù)產(chǎn)生的值 ，但是可以看出，在開采過程中不計(jì)算什么特別的東西。它只是試圖找到一個數(shù)字（也簡稱為亂數(shù)） ，其具有特殊性的哈希值結(jié)果。

一個比特幣地址實(shí)際上是哈希的ECDSA公鑰，計(jì)算的方式：

Version = 1 byte of 0 （zero）； on the test network， this is 1 byte of 111

Key hash = Version concatenated with RIPEMD-160（SHA-256（public key））

Checksum = 1st 4 bytes of SHA-256（SHA-256（Key hash））

Bitcoin Address = Base58Encode（Key hash concatenated with Checksum）

1.4 Bitcoin的研究意義[3]

由于bitcoin優(yōu)點(diǎn)使得bitcoin被越來越多的人所接受和投資，使用bitcoin完成的交易也是越來越廣泛，這種基于p2p的虛擬貨幣正如現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)貨幣一樣成為了人們生活中的一部分。比如在前段時間的四川雅安地震中，截止到2013年4月24日晚上7點(diǎn)，壹基金合作發(fā)展部總監(jiān)霍慶川和比特幣中國的官方微博顯示，壹基金已經(jīng)收到233個比特幣，折合人民幣將近22萬元。

2 bitcoin的交易方式

Bitcoin使用公鑰加密和驗(yàn)證數(shù)字簽名，每個用戶都有一個或者多個與解決每次交易相關(guān)的公鑰和私鑰對，用戶使用私鑰可以將bitcoin交易給別人，但是任何人都可以使用該用戶的公鑰來驗(yàn)證簽名[4-5]。

假設(shè)Alice想支付給Bob bitcoin

.Bob將其地址（可以推導(dǎo)出公鑰）給Alice

.Alice生成一個交易信息，該交易信息記錄了Bob的公鑰和bitcoin的金額

.Alice使用她的私鑰來驗(yàn)證交易

.Alice將交易信息廣播在bitcoin網(wǎng)絡(luò)上（這個步驟由Bitcoin的客戶端軟件完成）

從交易外部來看，知道這些地址屬于Alice和Bob的都會知道Alice已經(jīng)同意將該部分的bitcoin交易給Bob，原因是除了Alice本人以外沒有其他人會擁有Alice的私鑰。

當(dāng)Bob想要轉(zhuǎn)讓bitcoin的時候也會做同樣的操作。

3 云監(jiān)管的作用

Bitcoin的系統(tǒng)并不是完美的[6]，在bitcoin中對于小額交易來說需要至少等待6個塊（一個直接塊和5個后續(xù)塊），整個交易時間為60分鐘。（現(xiàn)在有的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在研究快速支付手段[7]）

引入云監(jiān)管的好處是，因?yàn)閎itcoin的數(shù)量是有限的。交易中心處于云中心，將塊地址的交易的過程進(jìn)行跟蹤記錄，如果發(fā)現(xiàn)重復(fù)付費(fèi)可以及時作出終止交易等措施。云中心同樣能夠提供信譽(yù)借貸服務(wù)，而且當(dāng)借貸方不在線的時候，云中心可提供自動托管服務(wù)。在云中心添加一級hash加密，用戶可以通過云監(jiān)管中的緩存機(jī)制請求對進(jìn)行交易的bitcoin進(jìn)行一定程度上的托管。

4 基于云監(jiān)管的bitcoin虛擬貨幣付款方式

圖1 交易過程圖

云監(jiān)管下的交易方式：

假設(shè)同樣是Alice想支付給Bob bitcoin

.Bob將其地址（可以推導(dǎo)出公鑰）給云監(jiān)管端，云監(jiān)管端并自動使用hash將此地址加密（同樣可推導(dǎo)出公鑰）

.在云監(jiān)控的Alice端的緩沖區(qū)域生成一個交易信息，該交易信息記錄了Bob的公鑰和bitcoin的金額

.Alice端的緩沖區(qū)域使用該緩沖區(qū)域的私鑰來驗(yàn)證交易

.Alice的緩沖區(qū)域?qū)⒔灰仔畔V播在bitcoin網(wǎng)絡(luò)上（這個步驟由Bitcoin的客戶端軟件完成）

交易時不論Bob在不在線，獲得的bitcoin都存儲在云端相對應(yīng)的用戶緩沖區(qū)內(nèi)，Bob可以從緩沖區(qū)內(nèi)獲取，也不必?fù)?dān)心不在線時的安全問題。當(dāng)Bob想繼續(xù)將該部分bitcoin交易給其他人時，可以直接從緩沖區(qū)交易，縮短了交易的時間。

5 基于云監(jiān)管下的信譽(yù)模型

根據(jù)[11]所提出的這種信譽(yù)模型，理論上實(shí)現(xiàn)了允許有富余資金的節(jié)點(diǎn)給需要資金的節(jié)點(diǎn)提供信用額度，從而為其他節(jié)點(diǎn)提供資金周轉(zhuǎn)，同時也為他們建立一定的信用評級的功能。在普通情況下，若欠款方不還錢，只會使欠款方的正常交易和信譽(yù)度受到較大影響，不能補(bǔ)償借出者的損失。欠款方更換id后可以繼續(xù)借款，使其他的借出者繼續(xù)蒙受損失。

本文考慮引入p2p網(wǎng)絡(luò)中的信任與激勵機(jī)制。在此定義下用戶的幾種等級及交易權(quán)限：

1）完全信任用戶。條件：①用戶實(shí)名注冊并將云應(yīng)用的注冊與其銀行卡綁定，并有足夠可以用來保證其信譽(yù)的賬目；②用戶交易活躍，不會出現(xiàn)長期離線狀態(tài)，且交易記錄良好無不良交易記錄，該用戶可自由交易并能向其他用戶或者中心銀行借貸一定規(guī)模的bitcoin進(jìn)行消費(fèi)。

2）信任用戶。滿足完全信任用戶的條件1或者條件2的用戶，可自由交易并可向其他用戶和中心銀行借貸小規(guī)模的bitcoin進(jìn)行消費(fèi)。

3）臨時信任用戶。用戶不活躍，交易次數(shù)少，但是無不良交易記錄且與完全信任用戶有過成功交易，可進(jìn)行小規(guī)模的交易，在有信任用戶等級以上的用戶的擔(dān)保下進(jìn)行小額的借貸。

4）歷史用戶。無交易記錄但是id使用時間較長或者進(jìn)行了實(shí)名注冊，可進(jìn)行小規(guī)模的交易，不可進(jìn)行借貸。

5）新用戶。無交易記錄且并未實(shí)名注冊，可進(jìn)行小規(guī)模的交易，每月的交易次數(shù)有限制，不可進(jìn)行借貸。

6）不可信任用戶。不可進(jìn)行交易和借貸活動，若是實(shí)名注冊的同實(shí)名下的所有id賬號用戶都被標(biāo)記為不可信任用戶。

7）用戶都是有信譽(yù)度的，信譽(yù)度的大小影響在借貸時云監(jiān)管通過p2p的搜索找到的想要借出方的先后順序。

5.1借貸過程

5.1.1 完全信任和可信任用戶

圖2 借貸過程

該類用戶當(dāng)需要借貸時，首先向云監(jiān)管發(fā)出一個借貸申請，云監(jiān)管審查用戶的借貸資格后，查看用戶想要借貸的數(shù)目（當(dāng)數(shù)目在允許的范圍內(nèi)的時候才執(zhí)行借貸的過程，完全信任和可信任用戶在借貸過程中只有借貸數(shù)目不同）。云監(jiān)管查閱云中心本身可以借貸出的額度和那些用戶愿意提供借貸服務(wù)。用戶需要向云監(jiān)管和提供貸款的用戶支付一定的管理費(fèi)用和利息（利息的支付與金額大小有關(guān)，如果云中心也提供了部分的貸款金額，同樣也會獲得貸款的利息）。

假設(shè)A在購買某件物品時，bitcoin暫時不夠但是想要貸款購買，A向云監(jiān)管發(fā)出請求，云監(jiān)管驗(yàn)證并同意A的請求后返回信息告訴A。A則首先將自身所擁有的bitcoin用于支付，然后給云監(jiān)管發(fā)出信息，云監(jiān)管確認(rèn)后將剩余的額度發(fā)送給愿意提供貸款的用戶B，由B進(jìn)行支付。

不及時還款的懲罰措施：

將還款期限分為2個等級，第一個等級是在n天之內(nèi)，第二個等級是在n到m之間。若是某次還款在n天之內(nèi)還清，此次借貸過程完成，對以后的借貸不產(chǎn)生影響，并且增加該用戶的可信度。若是在等級2的還款期還清，則標(biāo)記該用戶，如果有兩次這種情況，將該用戶等級降低。如果超過期限用戶不還清，云監(jiān)管會將該用戶的賬號鎖定，還清后賬號解鎖并降低該用戶一個等級。

5.1.2 臨時信任用戶

該類用戶借貸時，可以讓某個完全信任或者可信任用戶作為擔(dān)保，假設(shè)A在購買某件物品時，bitcoin暫時不夠但是想要貸款購買，A向云監(jiān)管發(fā)出請求，云監(jiān)管驗(yàn)證A的信息和擔(dān)保者的信息后，同意A的請求后返回信息告訴A和其擔(dān)保者，擔(dān)保者發(fā)送確認(rèn)信息給云監(jiān)管。A則首先將自身所擁有的bitcoin用于支付，然后給云監(jiān)管發(fā)出信息，云監(jiān)管確認(rèn)后將剩余的額度發(fā)送給愿意提供貸款的用戶B，由B進(jìn)行支付。

不及時還款的懲罰措施：

如果在n天之內(nèi)還清，則借貸方和擔(dān)保方的信譽(yù)值均增加，如果n到m天之內(nèi)還清，借貸方獲得一次標(biāo)記，如果有兩次標(biāo)記則會降低該用戶等級，擔(dān)保方的信譽(yù)值不增加。如果超過期限用戶不還清，云監(jiān)管會將該用戶的賬號鎖定，并給與擔(dān)保方一個標(biāo)記（同樣兩次降低用戶一個等級）還清后賬號解鎖并降低該用戶一個等級。

6 結(jié)束語

關(guān)于bitcoin的研究隨著bitcoin使用廣泛而越來越深入，該文只是從引入第三方驗(yàn)證來使得bitcoin的交易和借貸過程更加快速和安全，為未來更加深入的研究bitcoin的即時支付和安全保證提供一種思路。

參考文獻(xiàn)：

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