牌類游戲可信存證鏈系統(tǒng)

苑陳娟，孫國(guó)梓，李華康，王紀(jì)濤

南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，南京210023

牌類游戲因其量級(jí)輕、配置友好、游戲內(nèi)容豐富同時(shí)又具有一定的可挖掘性而在游戲市場(chǎng)中占據(jù)一席之地[1].然而，用戶之間的信任問題一直得不到妥善解決，外掛等作弊手段層出不窮.

目前，游戲平臺(tái)防止玩家篡改花色的方法是基于中心化節(jié)點(diǎn)的，即通過租賃第3 方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來備份存儲(chǔ)玩家的數(shù)據(jù)，從而保證游戲的公平性，但該方法主要存在著以下幾個(gè)問題：

1）數(shù)據(jù)在傳輸過程中遭到破壞的風(fēng)險(xiǎn)較大，容易出現(xiàn)瑕疵、斷點(diǎn)、不完整等問題，且需要多方人員共同處理數(shù)據(jù)，以致增加了數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的次數(shù)，加大了數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險(xiǎn).

2）這種方法對(duì)第3 方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的依賴較大，一旦服務(wù)器遭受惡意入侵或者無法運(yùn)轉(zhuǎn)，則連同其所控制的若干服務(wù)器上的電子數(shù)據(jù)都將面臨完整性、隱私性和可修復(fù)性等巨大安全隱患.

3）這種中心化的方法無法保證第3 方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是完全安全又絕對(duì)公平的，用戶往往會(huì)對(duì)第3 方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的誠實(shí)程度產(chǎn)生質(zhì)疑，擔(dān)心自己所上傳的數(shù)據(jù)泄露或者遭到惡意破壞，不利于系統(tǒng)與用戶建立長(zhǎng)期的信任關(guān)系，且可能導(dǎo)致用戶與平臺(tái)之間的信任危機(jī)，增加了雙方建立可靠的信任機(jī)制所需要的時(shí)間.

4）這種方法需要租賃第3 方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，成本較高，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重.

區(qū)塊鏈運(yùn)用了分布式存儲(chǔ)、共識(shí)機(jī)制、P2P 網(wǎng)絡(luò)、加密算法等技術(shù)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫將讀寫數(shù)據(jù)庫權(quán)限完全交付給某公司或管理員的中心化方式不同，它以去中心化和去信任的方式允許所有節(jié)點(diǎn)享有同等的讀寫操作權(quán)利以保證區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所有數(shù)據(jù)的一致性和可靠性，使得參與者在無需任何外部強(qiáng)制約束的情況下即可自行形成相互牽制的可信環(huán)境.這種可信的環(huán)境建立在互不信任的基礎(chǔ)之上，解決了信用與治安問題.

智能合約[2]是Nick Szabo 在90年代提出的概念，由主流的區(qū)塊鏈系統(tǒng)Ethereum 率先進(jìn)行開發(fā).這種合約是圖靈完備的編程語言，通過建立抽象的基礎(chǔ)層能使任何人都能創(chuàng)建合約并實(shí)現(xiàn)去中心化應(yīng)用的目的.它是一種可以部署在區(qū)塊鏈上的交易協(xié)議，其觸發(fā)條件、規(guī)則和事件信息可以預(yù)先設(shè)置.一旦部署在區(qū)塊鏈中就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行并根據(jù)觸發(fā)條件提供相應(yīng)的反饋信息，具有實(shí)時(shí)更新、準(zhǔn)確執(zhí)行、低人為干預(yù)和低運(yùn)營(yíng)成本的特點(diǎn).從本質(zhì)上來說，智能合約是傳統(tǒng)合約的數(shù)字化版本，以計(jì)算機(jī)程序的方式運(yùn)行在區(qū)塊鏈系統(tǒng)上.當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)滿足源碼中預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)預(yù)設(shè)的行為.智能合約一旦參與，達(dá)成協(xié)議寫入?yún)^(qū)塊鏈后就不可更改，這一點(diǎn)可以讓用戶對(duì)智能合約產(chǎn)生信任.

區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有公開透明、無法篡改、便于追溯的特點(diǎn)，規(guī)避了數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險(xiǎn)，而可編程易操作的智能合約能使用戶更方便直接地查看并驗(yàn)證電子數(shù)據(jù).因此，本文在區(qū)塊鏈基礎(chǔ)之上提出了一種牌類游戲可信存證鏈系統(tǒng)，妥善解決了用戶之間的信任問題.

傳統(tǒng)的存證模式存在電子化程度較低、數(shù)據(jù)易丟失易篡改、法律服務(wù)過程低效的問題，而區(qū)塊鏈特有的確保數(shù)據(jù)真實(shí)、不可篡改等特點(diǎn)就能有效解決上述問題.文獻(xiàn)[3]用一個(gè)存證鏈框架來管理收集到的車輛數(shù)據(jù)，將車輛公鑰管理整合到存證鏈中為會(huì)員們提供隱私保護(hù)，并設(shè)計(jì)分類帳存儲(chǔ)車輛數(shù)據(jù).該框架實(shí)現(xiàn)了無信任、可追蹤和隱私感知事故后分析的目的，并將存儲(chǔ)和處理開銷降到最低.文獻(xiàn)[4]提出了以區(qū)塊鏈替代第3 方服務(wù)器，在固定地理區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航的同時(shí)確保用戶匿名，只允許法律授權(quán)機(jī)構(gòu)對(duì)分類帳進(jìn)行取證分析，因此該方法能夠保護(hù)用戶的隱私.文獻(xiàn)[5]將區(qū)塊鏈與取證中的監(jiān)管鏈相結(jié)合，保證了所收集證據(jù)的可審計(jì)完整性和所有者的可追溯性.文獻(xiàn)[1]中將數(shù)據(jù)存證相關(guān)技術(shù)與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，為用戶提供更高效的數(shù)據(jù)存證服務(wù).文獻(xiàn)[2]提出一個(gè)基于智能合約的以太坊可信存證框架，與區(qū)塊鏈存證相比，其數(shù)據(jù)管理功能更多樣，區(qū)塊存儲(chǔ)成本更低，存證效率更高.

目前，將區(qū)塊鏈存證應(yīng)用在牌類游戲的可信存證方面的文獻(xiàn)尚未查到.市場(chǎng)上仍然使用第3 方服務(wù)器備份玩家數(shù)據(jù)，這種中心化的模式具有極大的安全隱患，因此本文提出了一種牌類游戲可信存證鏈系統(tǒng).采用區(qū)塊鏈存證技術(shù)來保存牌類游戲中每個(gè)玩家在整個(gè)游戲流程中的牌面信息，這樣牌面信息一旦上鏈就不可篡改.如果在游戲過程中有玩家換牌的事件發(fā)生，那么存證鏈上的玩家初始牌面信息將不同于游戲結(jié)束后玩家的出牌信息，此時(shí)系統(tǒng)就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)玩家的作弊行為，大大提高了牌類游戲的可信任性.

1 基本原理

1.1 系統(tǒng)整體運(yùn)行流程

牌類游戲可信鏈系統(tǒng)的詳細(xì)流程圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)詳細(xì)流程圖Figure 1 System detailed flow chart

本系統(tǒng)首先通過API 接收玩家初始抽到的牌面信息即發(fā)牌信息，根據(jù)一定的隨機(jī)算法選定一套數(shù)據(jù)庫里的編碼對(duì)牌類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮；接著通過智能合約將數(shù)據(jù)上傳并錨定至區(qū)塊鏈側(cè)鏈；然后從側(cè)鏈上將可信數(shù)據(jù)拉取下來并用HuffMHT 算法對(duì)牌面信息進(jìn)行處理壓縮后生成摘要，再通過智能合約將其錨定在區(qū)塊鏈主鏈上形成最終存證，同時(shí)智能合約也會(huì)反饋對(duì)局作弊情況至本地.另外，當(dāng)游戲系統(tǒng)、玩家或是第3 方仲裁機(jī)構(gòu)需要查詢過往對(duì)局信息時(shí)，也只要提供牌局ID 與玩家ID 即可獲取過往對(duì)局最終信息，或進(jìn)一步從側(cè)鏈上獲取具體的牌局對(duì)戰(zhàn)信息，以判定作弊情況.

1.2 系統(tǒng)整體框架

本框架設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)劃分成3 層，從上至下依次是邏輯實(shí)現(xiàn)層、智能合約層、區(qū)塊鏈層，如圖2所示.

1.2.1 邏輯實(shí)現(xiàn)層

邏輯實(shí)現(xiàn)層是系統(tǒng)核心功能的實(shí)現(xiàn)層.首先，系統(tǒng)通過API 接入玩家初始抽到的牌面信息對(duì)牌面數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、壓縮、編碼排序、數(shù)據(jù)加密等一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理；其次，當(dāng)一局游戲結(jié)束以及當(dāng)平臺(tái)或用戶對(duì)游戲?qū)执嬖诋愖h時(shí)，需要證明對(duì)局?jǐn)?shù)據(jù)信息是否可信，本系統(tǒng)將會(huì)收集平臺(tái)或用戶的異議信息，自動(dòng)從區(qū)塊鏈上取證驗(yàn)證信息比對(duì)Hash.

1.2.2 智能合約層

在智能合約層里有部署在以太坊平臺(tái)的智能合約.智能合約層作為邏輯實(shí)現(xiàn)層和區(qū)塊鏈層之間的橋梁，將邏輯實(shí)現(xiàn)層的處理數(shù)據(jù)，如牌局的ID、游戲平臺(tái)發(fā)牌過程中的編碼信息等錨定到區(qū)塊鏈上，或從區(qū)塊鏈上獲取數(shù)據(jù)至邏輯實(shí)現(xiàn)層；同時(shí)智能合約也實(shí)現(xiàn)了一部分的邏輯函數(shù)，如CmprStr，這樣可以方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能并統(tǒng)一系統(tǒng)輸出API.

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖Figure 2 System architecture diagram

1.2.3 區(qū)塊鏈層

區(qū)塊鏈層作為系統(tǒng)去中心化的數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)邏輯實(shí)現(xiàn)層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息.其中，網(wǎng)絡(luò)層承擔(dān)驗(yàn)證交易信息、產(chǎn)生新區(qū)塊、維護(hù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行的工作；數(shù)據(jù)層保存著整個(gè)系統(tǒng)所有上傳的關(guān)鍵信息.

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

2.1 玩家信息接入

將游戲開始時(shí)各位玩家及其抽取牌的信息通過API 接入本插件.考慮到牌的花色信息需要在客戶端以及后端系統(tǒng)之間進(jìn)行傳輸，故借助Socket[6-7]實(shí)現(xiàn)兩者之間數(shù)據(jù)的傳輸與控制.目前，可以使用的Socket 有兩種方式：流式和數(shù)據(jù)報(bào)式.其中，前者基于TCP 傳輸，后者基于UDP 傳輸.經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)：流式Socket 能按序提供穩(wěn)定的雙向數(shù)據(jù)流通信服務(wù)，適合本系統(tǒng)需要傳輸牌面信息和網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的傳輸情況，故選擇基于TCP 的Socket 來實(shí)現(xiàn)通信.

基于TCP 的Socket 通信主要分為下述4 個(gè)基本步驟：

步驟1在服務(wù)器端定義ServerSocket 對(duì)象實(shí)例，監(jiān)聽來自客戶端的連接請(qǐng)求；

步驟2在客戶端定義Socket 對(duì)象實(shí)例，向指定的服務(wù)器發(fā)起連接請(qǐng)求；

步驟3按照一定協(xié)議對(duì)Socket 進(jìn)行讀/寫操作，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和交互；

步驟4關(guān)閉輸入流、輸出流、雙方的Socket.

本文為每局游戲單獨(dú)啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行通信，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有用戶信息和牌類花色信息.

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

牌面信息數(shù)據(jù)量較大，為了減少系統(tǒng)處理時(shí)間和存儲(chǔ)空間，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮.這里運(yùn)用了Huffman 編碼[8]和Merkle-tree[9]相結(jié)合的編碼方法對(duì)HuffMHT 編碼進(jìn)行移位壓縮，最終達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的.本文將此方法稱為Huffman Merkle Hash tree，簡(jiǎn)稱HuffMHT.

2.2.1 HuffMHT 編碼

HuffMHT 以牌面信息（牌的花色數(shù)字）的哈希值構(gòu)建一個(gè)不平衡的哈希樹.一個(gè)樣例HuffMHT 如圖3所示.

圖3 HuffMHTFigure 3 HuffMHT

下面概述構(gòu)建HuffMHT 的算法步驟.

步驟1本文將每張牌的花色數(shù)字轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的哈希值并存放在一個(gè)數(shù)組中，這個(gè)數(shù)組就是哈希序列.

步驟2將哈希值序列以字典順序進(jìn)行排序.

步驟3選取排序后哈希序列中最末的兩個(gè)哈希值作為孩子節(jié)點(diǎn)，將這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的值進(jìn)行雙哈希運(yùn)算Hash（左孩子哈希值，右孩子哈希值），從而生成了一個(gè)父節(jié)點(diǎn).此時(shí)，在哈希序列中去掉剛剛相互組合的兩個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)，加入生成的父節(jié)點(diǎn)的值.

步驟4重復(fù)步驟2 和3，當(dāng)哈希序列中的元素為0 時(shí)，HuffMHT構(gòu)建完成.

2.2.2 移位壓縮

2.2.1 節(jié)采用HuffMHT 編碼方式將字符轉(zhuǎn)變?yōu)榫幋a，若用char 數(shù)組存儲(chǔ)編碼，則size并沒有減少，因此本文考慮用移位壓縮.編碼完成后，碼的形式是0 和1 組成的二進(jìn)制編碼串，因此按位存儲(chǔ)更節(jié)省空間.由Huffman 編碼性質(zhì)可知：編碼長(zhǎng)的出現(xiàn)頻率低，編碼短的出現(xiàn)頻率高.假設(shè)平均編碼長(zhǎng)度為5 位，則32 位4 個(gè)字節(jié)可以存儲(chǔ)6.4 個(gè)字符，而char 只能存儲(chǔ)4 個(gè)字符，顯然數(shù)據(jù)得到了壓縮.整個(gè)壓縮執(zhí)行過程圖4所示.

2.2.3 編碼排序

接入的游戲牌面信息（牌的花色數(shù)字）都是亂序狀態(tài)，可見其對(duì)應(yīng)的壓縮編碼串也是一個(gè)亂序的狀態(tài)，于是本文按照牌面花色數(shù)字的大小規(guī)則將該編碼串排序，以便后續(xù)的作弊判定.排序流程如圖5所示：

圖4 移位壓縮Figure 4 Shift compression

圖5 排序圖示Figure 5 Sorting icon

對(duì)于圖5中有著4 個(gè)鍵值對(duì)的映射，以花色數(shù)字作為鍵，以花色數(shù)字對(duì)應(yīng)的壓縮編碼作為值，將花色數(shù)字由大到小排序后輸出其對(duì)應(yīng)的壓縮編碼值，這樣就完成了壓縮編碼的排序.

2.3 數(shù)據(jù)加密

因?yàn)镾HA1 算法的安全性較高，且加密運(yùn)行時(shí)間較少[10]，所以本文選擇SHA1 算法進(jìn)行加密.

2.4 數(shù)據(jù)上鏈

2.4.1 以太坊環(huán)境的搭建

以太坊環(huán)境的搭建步驟如下：

步驟1從官網(wǎng)上下載Windows 版本的Geth 安裝包，完成安裝后將軟件目錄添加到Windows 系統(tǒng)環(huán)境變量PATH 列表中.

步驟2右鍵點(diǎn)擊任務(wù)欄上Windows 徽標(biāo)，打開powershell，進(jìn)入項(xiàng)目目錄，如D:Ether,其命令為cd D:Ether

步驟3以開發(fā)人員模式新建Etherum 私有鏈，并開啟rpc 模式，其命令為

geth-datadir data-dev-networkid 233-rpc

-datadir 參數(shù)為系統(tǒng)擬建立的私鏈數(shù)據(jù)目錄，如data，此處路徑表示為相對(duì)路徑，其對(duì)應(yīng)的絕對(duì)路徑應(yīng)為D:Gethdata.

-dev 參數(shù)為開啟開發(fā)者模式.在開發(fā)者模式下，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)創(chuàng)世區(qū)塊，使用POA 共識(shí)網(wǎng)絡(luò)并隨之生成一個(gè)初始賬戶，其初始密碼為空；在開發(fā)者模式下，一旦交易被提交至私鏈上時(shí)，初始賬戶便自動(dòng)開始挖礦，將交易自動(dòng)寫入?yún)^(qū)塊鏈.測(cè)試開發(fā)時(shí)使用開發(fā)者模式來模擬一條保持運(yùn)行的成熟私鏈.

-networkid 參數(shù)表示選擇的區(qū)塊網(wǎng)絡(luò).若要搭建私鏈網(wǎng)絡(luò)，則輸入任意非一般常見網(wǎng)絡(luò)ID 即可.

-rpc 參數(shù)為啟用http 的rpc（遠(yuǎn)程過程調(diào)用）服務(wù)，系統(tǒng)采用了所有的默認(rèn)參數(shù).

-rpcaddr value HTTP-RPC 服務(wù)器監(jiān)聽地址(default: “l(fā)ocalhost”)

-rpcport value HTTP-RPC 服務(wù)器監(jiān)聽端口(default: 8545)

-rpcapi value 指定需要調(diào)用的HTTP-RPC API 接口，默認(rèn)只有eth，net，web3

步驟4保持步驟3 中powershell 運(yùn)行，新建powershell，輸入如下命令連接至運(yùn)行的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)：

geth attach ipc:\.pipegeth.ipc

其中attach 參數(shù)是通過rpc 或者ipc 與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互的.

步驟5新建測(cè)試用戶

personal.newAccount(“test”)

這里新建了一個(gè)密碼為test 的賬戶.

步驟6為了便于后續(xù)開發(fā)，將兩個(gè)賬戶定義為變量m與n：

m=eth.accounts[1]

n=eth.accounts[0]

2.4.2 編寫智能合約

將開始時(shí)的牌面Hash 和整局游戲結(jié)束時(shí)贏家的Hash 稱為數(shù)據(jù)Hash，為了將這個(gè)數(shù)據(jù)Hash 值存入以太坊區(qū)塊鏈，本文采用編寫智能合約的方法將該值錨定在區(qū)塊鏈上.

智能合約[11-13]最早是由Nick Szabo 于20世紀(jì)90年代提出的，但當(dāng)時(shí)缺少可信的執(zhí)行環(huán)境，因此并未應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)業(yè).Ethereum 作為主流的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，率先進(jìn)行智能合約的開發(fā).

智能合約本質(zhì)上是傳統(tǒng)合約的數(shù)字化版本，以計(jì)算機(jī)程序的方式運(yùn)行于區(qū)塊鏈系統(tǒng).當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)滿足源碼中預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)預(yù)設(shè)的行為.智能合約被寫入Ethereum 區(qū)塊鏈后便不可更改，這一點(diǎn)可以讓用戶對(duì)智能合約產(chǎn)生信任.

本文定義的智能合約包含4 個(gè)集合，分別為發(fā)牌集合cardsL、出牌集合cardsP、出牌結(jié)果集合resultL、發(fā)牌結(jié)果集合resultP，用以存儲(chǔ)各個(gè)階段的牌類信息.其中cardsL、cardsP 存放的是發(fā)牌、出牌階段的詳細(xì)牌類信息的編碼，resultL、resultP 存放的是本系統(tǒng)對(duì)詳細(xì)牌類信息處理后得到的HuffMHT 摘要的值.基于上述4 個(gè)變量，編寫了上傳數(shù)據(jù)模塊函數(shù)、查詢下載數(shù)據(jù)模塊函數(shù)以及游戲?qū)纸Y(jié)果查詢函數(shù).

智能合約簡(jiǎn)要算法流程圖如圖6與7 所示.

編寫完智能合約后需要完成智能合約的部署，其大致步驟如下.

步驟1編譯與調(diào)試

本文使用Remix 對(duì)智能合約進(jìn)行編譯與調(diào)試.首先選擇與智能合約solidity 語言版本相符的編譯器版本，如本系統(tǒng)的智能合約solidity 語言版本如下：

pragma solidity ^0.5.2;

意味著編譯器需要采用兼容0.5.2 的編譯器，如

version: 0.5.9+commit.e560f70d.Emscripten.clang

圖6 對(duì)局信息編碼交互流程圖Figure 6 Flow chart for game information coding interaction

之后選擇remix 自帶的JavaScript VM 環(huán)境中進(jìn)行調(diào)試.

步驟2獲取智能合約的abi 與bytecode

編譯與調(diào)試無誤后，需要從remix 中獲取智能合約的abi（應(yīng)用程序二進(jìn)制接口）與bytecode，當(dāng)然也需要對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化處理.abi 需要用在線json 格式化工具去除空格，使其成為一行字符串；bytecode 中需要留下object 部分，并在其前加上“0x”十六進(jìn)制標(biāo)識(shí)符.

步驟3創(chuàng)建合約

進(jìn)入已連接上節(jié)點(diǎn)的Geth 環(huán)境，將步驟2 中的abi 與bytecode 數(shù)據(jù)賦值給abi 與byte變量.

通過abi 變量在Geth 環(huán)境中重現(xiàn)智能合約，命令為

Contract =eth.contract(abi)

之后預(yù)估合約所需的gas，為部署智能合約預(yù)設(shè)的gas 上限需要大于預(yù)估值，其命令為

eth.estimateGas({data: byte})

命令行返回的結(jié)果即為智能合約部署所需要的gas，同時(shí)在部署之前需要解鎖賬戶，以支付智能合約部署所需的gas，命令為

personal.unlockAccount(my)

此時(shí)需要輸入m賬戶的密碼test，注意此時(shí)輸入沒有回顯.

之后部署智能合約，生成智能合約對(duì)象，并將其用變量fff 表示，命令為

fff=Contract.new({data:byte,gas:3000000,from:my})

圖7 對(duì)局結(jié)果交互流程圖Figure 7 Game result interaction flow chart

因?yàn)楹竺嫔婕暗胶蠖伺c區(qū)塊鏈的交互，所以要保留智能合約對(duì)象的地址，其命令為

fff.address

步驟4Geth 中智能合約對(duì)象的方法調(diào)用

Solidity 的方法調(diào)用一般分為交易方法的調(diào)用與常量方法的調(diào)用.

常量方法的調(diào)用只需直接以類方法的格式調(diào)用.假設(shè)需要獲取已上傳至區(qū)塊鏈的牌類信息，則調(diào)用getCardInfo.命令為

fff.getCardInfo(<參數(shù)>)

而交易方法的調(diào)用還需要額外進(jìn)行sendTransaction 操作，即需要加入交易的發(fā)起者.假設(shè)需要調(diào)用uploadCardL方法，其命令為

demo.uploadCardL.sendTransaction(<參數(shù)>,<參數(shù)>, {from: my})

2.5 作弊判定

當(dāng)平臺(tái)或用戶對(duì)游戲?qū)执嬖诋愖h時(shí)，需要證明對(duì)局?jǐn)?shù)據(jù)信息是否可信，本系統(tǒng)將收集平臺(tái)或用戶的異議信息，自動(dòng)從區(qū)塊鏈上驗(yàn)證信息的有效性.流程圖如圖8所示.

3 實(shí) 驗(yàn)

3.1 HuffMHT 編碼測(cè)試與結(jié)果分析

本文提出了一種有效的編碼實(shí)現(xiàn)方案HuffMHT，允許以一種最小化平均響應(yīng)長(zhǎng)度的方式分發(fā)包含牌面信息的葉節(jié)點(diǎn)HuffMHT，為狀態(tài)檢查中可以找到的所有類型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)節(jié)省了較大的帶寬[14-15].該編碼方案能夠保持良好的性能，比Huffman 樹表現(xiàn)得更好.

當(dāng)牌的數(shù)量不同時(shí)，比較HuffMHT 編碼和Huffman 編碼的編碼耗時(shí)情況，如圖9所示.

圖8 數(shù)據(jù)仲裁流程圖Figure 8 Data arbitration flow chart

從圖9中可以看出，隨著牌的數(shù)據(jù)規(guī)模的增大，HuffMHT 編碼的性能越來越好.此外，HuffMHT 編碼結(jié)合了加密算法，可防御Sybul 攻擊，剝奪“睡眠”攻擊等，與Huffman 編碼相比安全性得到了大幅度的提高.從以上分析可以看出，HuffMHT 編碼比Huffman 編碼表現(xiàn)得更好.

圖9 HuffMHT 編碼速度Figure 9 HuffMHT encoding speed

3.2 編碼壓縮測(cè)試與結(jié)果分析

根據(jù)HuffMHT 編碼原理可以知道，牌的花色數(shù)字采用的是定長(zhǎng)編碼（每種都是用一個(gè)字節(jié)表示），而HuffMHT 編碼是緊致碼[16].因此，牌的花色數(shù)字的編碼串是具有壓縮空間的，表1給出了壓縮測(cè)試的結(jié)果.

表1 移位壓縮測(cè)試結(jié)果Table 1 Shift compression test result

從測(cè)試結(jié)果來看，壓縮后的文件小于源文件所占的空間，因此采取移位壓縮的方法的確可以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的.從表1中可以看出：隨著牌的數(shù)據(jù)量的上升，壓縮率是不斷下降的.這一點(diǎn)根據(jù)移位壓縮的原理不難理解，一個(gè)字符占8 位，如果編碼長(zhǎng)度不超過8 位，就有壓縮的空間；如果編碼長(zhǎng)度等于或超過8 位，移位壓縮就不起作用了.本文只需要壓縮54 張牌，顯然移位壓縮能夠滿足本系統(tǒng)的需求.

3.3 加密算法測(cè)試與結(jié)果分析

以一個(gè)108.0 字節(jié)的牌面花色數(shù)字信息為測(cè)試樣本，測(cè)試1 000 次的平均值，3 種算法的運(yùn)行時(shí)間見表2.

表2 3 種常見加密算法的運(yùn)行時(shí)間Table 2 Time of three common encryption algorithms

由表2中信息可知：MD5[17]的加密運(yùn)行時(shí)間最短，但比其他兩種加密算法更容易碰撞，安全性較低；SHA256[18]的安全性最高，但其加密運(yùn)行時(shí)間比MD5 和SHA1 大得多，因此SHA1 是這3 種加密算法中性能最好的一款加密算法，故本文采用了SHA1 算法生成Hash.

4 結(jié) 語

考慮到了區(qū)塊鏈與游戲的結(jié)合點(diǎn)太少，本文改變應(yīng)用場(chǎng)景，利用區(qū)塊鏈去信任、去中心化的獨(dú)特機(jī)制有效驗(yàn)證作弊行為.同時(shí)棋牌類小游戲數(shù)據(jù)并不復(fù)雜，運(yùn)算時(shí)不會(huì)造成太大負(fù)擔(dān)而產(chǎn)生擁堵現(xiàn)象.因此本文基于區(qū)塊鏈的獨(dú)特性質(zhì)來設(shè)計(jì)防作弊系統(tǒng)，將牌類游戲中牌的花色作為電子數(shù)據(jù)存于區(qū)塊鏈中，以保證數(shù)據(jù)的可驗(yàn)證性、不可篡改性和不可偽造性.花色等電子數(shù)據(jù)一旦存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，就可以供驗(yàn)證者調(diào)用并與待查證信息進(jìn)行比對(duì)，以證明此待查證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，防止玩家中途換牌等作弊行為.借助以太坊平臺(tái)，通過API 接口接入游戲，從而防止用戶更改花色、私自換牌等篡改、偽造游戲數(shù)據(jù)的作弊行為.