基于區(qū)塊鏈的三人籃球數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的研究

高士博，劉 波，杜 禹，姚輝波

1 前言

三人籃球起源于20世紀(jì)60年代美國紐約州的一種街頭籃球游戲。三人籃球運(yùn)動是傳統(tǒng)五人籃球運(yùn)動的一種延伸，是集于休閑娛樂和競技競賽為一體的體育項目。作為一種全新的體育賽事。三人籃球自誕生至今，憑借其自身強(qiáng)大的吸引力在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，賽事規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，賽事體系不斷完善，國際籃協(xié)參與或直接舉辦的比賽有三人籃球世錦賽、世界三人籃球巡回賽等一些具有國際交流意義的重大賽事，2020年，國際奧委會正式把該項運(yùn)動納入奧運(yùn)會，三人籃球在世界籃球的發(fā)展下國際舞臺影響越來越高。由于三人籃球作為正式比賽起步較晚，各級籃球賽事繁雜，缺乏比賽的系統(tǒng)性和權(quán)威性，尤其是缺少賽事的技術(shù)統(tǒng)計，限制了三人籃球事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此要重視完善三人籃球賽事體系、賽事數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，在大數(shù)據(jù)時代建立三人籃球賽事數(shù)據(jù)庫，為有效提高賽事質(zhì)量，擴(kuò)大賽事影響力提供幫助。

2 區(qū)塊鏈對三人籃球數(shù)據(jù)庫的意義

區(qū)塊鏈作為全新的數(shù)據(jù)管理模式，其核心功能在于分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機(jī)制等，其技術(shù)模式和主要工作是如何在一個去中心化的分布式系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全可靠存儲與共享。 因此， 我們正在進(jìn)入的大數(shù)據(jù)時代迫切需要區(qū)塊鏈技術(shù)的植入和應(yīng)用，以提升大數(shù)據(jù)平臺的工作效率和安全系數(shù)，推動包括體育大數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)信息技術(shù)的革新和應(yīng)用?；@球數(shù)據(jù)庫包含最新籃球賽程、籃球聯(lián)賽資料,籃球隊及隊員資料,還包括了籃球賽事賽果、聯(lián)賽積分等數(shù)據(jù)資料。區(qū)別于傳統(tǒng)五人籃球賽專業(yè)的數(shù)據(jù)管理平臺，現(xiàn)在的三人籃球缺少專業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計平臺，三人籃球的各個組織，包括俱樂部、媒體、籃球愛好者，完全屬于一個分布式的現(xiàn)狀，而且通過中心化的組織來全面的統(tǒng)計現(xiàn)有的三對三籃球賽事數(shù)據(jù)不太現(xiàn)實?；谌嘶@球賽事種類雜、關(guān)注度不高、分布較為分散的特點，正好可以發(fā)揮區(qū)塊鏈架構(gòu)下分布式記錄、激勵性強(qiáng)的優(yōu)點。一方面可以較為全面的記錄所需賽事數(shù)據(jù)，另一方面可以調(diào)動多種實體參與數(shù)據(jù)統(tǒng)計的積極性，提高三人籃球的關(guān)注度。而且，區(qū)塊鏈防篡改的特點又能夠保證三人籃球數(shù)據(jù)的可靠性。

3 基于區(qū)塊鏈的三人籃球數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的技術(shù)研究

3.1 三人籃球大數(shù)據(jù)的采集與存儲方式

如圖一所示，我們采用虛擬P2P區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)作為三人籃球大數(shù)據(jù)聯(lián)盟平臺的框架。將聯(lián)盟中的一個實體i(體育媒體、籃球俱樂部、現(xiàn)場觀眾) 映射為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點。每一個節(jié)點i都具有自己的一個信息賬戶，用于記錄三對三籃球比賽的數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及一些附加信息。每個節(jié)點除了可以共享區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)平臺中的數(shù)據(jù)之外，還可以通過上傳相關(guān)數(shù)據(jù)到區(qū)塊鏈中來獲得聯(lián)盟提供的獎勵積分，而積分又可以用于兌換區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)平臺中的相關(guān)數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)的增多，我們將在這些節(jié)點中選取一個可靠節(jié)點將一定時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)打包到一個區(qū)塊中，被選中的節(jié)點會因為它的打包數(shù)據(jù)工作而獲得相應(yīng)的獎勵積分，繼而隨著時間的增長，我們又將不同時間的區(qū)塊串聯(lián)成一條鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)，可以保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的無法被篡改。首先，我們先對聯(lián)盟區(qū)塊鏈中的概念進(jìn)行描述定義：

設(shè)(Pi，Si)為節(jié)點i的公鑰/私鑰對，H(·)為抗碰撞、不可逆哈希函數(shù)。節(jié)點i使用其公鑰Pi的哈希編碼H(Pi)作為其個人的標(biāo)識地址。

圖一 三人籃球區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)記錄: 節(jié)點i(籃球俱樂部、體育媒體、現(xiàn)場觀眾)上傳一場有關(guān)比賽j數(shù)據(jù)我們稱之為一條記錄ri,j。在區(qū)塊鏈上，ri,j主要由四部分構(gòu)成，即ri,j={H(Pi),xi,j,Ci，j,σi}。H(Pi)表示比賽數(shù)據(jù)上傳節(jié)點i的個人標(biāo)識地址，xi,j表示比賽j的技術(shù)統(tǒng)計，包括得分、籃板、助攻、失誤等等。Ci，j表示節(jié)點i通過上傳比賽j的數(shù)據(jù)而獲得的獎勵積分，σi是節(jié)點i使用密鑰加密的公開可驗證的數(shù)字簽名，用以證明數(shù)據(jù)上傳節(jié)點身份的真實性，σi=signi(Si)，signi(·)是節(jié)點i的簽名函數(shù)。

節(jié)點根據(jù)現(xiàn)有協(xié)議(例如，在Ethereum中的Whisper)向整個籃球區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上傳一場比賽數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建一條數(shù)據(jù)記錄。為了可靠并且有序地管理一定時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄，區(qū)塊鏈將這些數(shù)據(jù)記錄存儲在一個塊鏈中，每一個塊記錄一組數(shù)據(jù)記錄。下面我們將介紹區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

區(qū)塊：如圖二所示，時間t產(chǎn)生的區(qū)塊Yt主要有五部分組成，即Yt={t,Rt,(Px,σx),H(Yt),?H(Yt-1)}。t是區(qū)塊鏈中塊Yt的時間戳，它記錄了Yt生成的大致時間。Rt={r1,r2,···,rw}是t-1到t時間段內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄集合，他以默克爾樹的形式存放在區(qū)塊中。(Px,σx)包含發(fā)布塊的節(jié)點x的公鑰和簽名，σx=signSx(Rt)。H(Yt)和H(Yt-1)分別是t和t-1時刻的區(qū)塊頭，H(Yt)=H(t‖Rt‖(Px,σx)‖H(Yt-1))。

圖二 三人籃球區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈：我們將Gt={Y1,Y2,···,Yt}定義為按時間順序的連接成的鏈。Y1是Gt的第一個塊，即創(chuàng)世區(qū)塊。因為所有區(qū)塊都被連接到一條鏈上，如果存在某惡意節(jié)點想要修改一個塊中的某些數(shù)據(jù)記錄，那么它必須修改后面的每個塊。此外，每個節(jié)點都有整個區(qū)塊鏈的所有數(shù)據(jù)記錄。區(qū)塊鏈可以作為分布式的三人籃球聯(lián)盟的防篡改公共數(shù)據(jù)庫。

3.2 三人籃球數(shù)據(jù)上鏈的實施手段

三人籃球區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是一個公共、公開的數(shù)據(jù)庫，同時也是一個點對點的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每一個實體都有一份完整的籃球數(shù)據(jù)備份，所有節(jié)點的數(shù)據(jù)內(nèi)容必須完全一致。每個節(jié)點都可以向區(qū)塊鏈中上傳數(shù)據(jù)。然而，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€完全去中心化的組織，沒有一個中心來指揮、協(xié)調(diào)，也沒有一個固定的組織來打包數(shù)據(jù)上鏈，因此，要完成數(shù)據(jù)高可靠的上鏈，區(qū)塊鏈就必須有一個共識機(jī)制，這個機(jī)制必須解決最基本也是最重要的問題：誰有權(quán)寫入數(shù)據(jù)。

目前比特幣中使用的共識機(jī)制稱為工作量證明機(jī)制。區(qū)塊鏈中的每個實體都對區(qū)塊鏈貢獻(xiàn)自己龐大的計算能力，由能夠完成系統(tǒng)給出數(shù)學(xué)難題的節(jié)點獲得出塊權(quán)即創(chuàng)建一個新的區(qū)塊并獲得出塊獎勵。而在籃球區(qū)塊鏈中，大多數(shù)節(jié)點沒有足夠的計算能力來解決難題，而且計算難題也會造成大量的資源浪費(fèi)以及較長的數(shù)據(jù)上鏈時間。因此采用積分結(jié)合股權(quán)證明的出塊方式是一個較好的解決方案。

在籃球區(qū)塊鏈中，所有的網(wǎng)絡(luò)實體(籃球俱樂部、體育媒體、現(xiàn)場觀眾)均可以參與競爭出塊，出塊者獲得出塊獎勵積分，這也是產(chǎn)生新積分的方式。 接下來我們將介紹我們的出塊機(jī)制：

(1)時間被劃分成多個時刻，每個時刻產(chǎn)生一個區(qū)塊記錄該時刻內(nèi)實體上傳的數(shù)據(jù)記錄。多個時間段構(gòu)成一個時間段，同一時間段內(nèi)的參與的潛在出塊者相同。

(3)每個時刻內(nèi)的出塊者由所有的潛在出塊實體投票產(chǎn)生，獲得的選票比例最大者獲得出塊權(quán)。并獲得出塊獎勵積分。

由上可知，積分獲得要么通過出塊獎勵獲得，要么是通過積極的上傳比賽數(shù)據(jù)獲得。因此，實體的表現(xiàn)越積極，所獲得積分越高，那么他獲得出塊權(quán)的概率也就越大。因此，基于積分與股權(quán)證明的出塊方式既能激勵各方實體參與出塊，也能激勵用戶更加積極地參與三人籃球數(shù)據(jù)上傳。

4 結(jié)論

1．三人籃球各級籃球賽事繁雜，缺乏比賽的系統(tǒng)性和權(quán)威性，尤其是缺少賽事的技術(shù)統(tǒng)計，限制了三人籃球事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，完善三人籃球賽事數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，在大數(shù)據(jù)時代建立三人籃球賽事數(shù)據(jù)庫，可以有效提高賽事質(zhì)量，擴(kuò)大賽事影響力。

2．區(qū)塊鏈架構(gòu)下分布式記錄、激勵性強(qiáng)的優(yōu)點。一方面可以較為全面的記錄所需賽事數(shù)據(jù)，另一方面可以調(diào)動多種實體參與數(shù)據(jù)統(tǒng)計的積極性，提高三人籃球的關(guān)注度，同時，區(qū)塊鏈防篡改的特點又能夠保證三人籃球數(shù)據(jù)的可靠性。

3．通過積分獎勵或者上傳比賽數(shù)據(jù)獲得激勵。實體的表現(xiàn)越積極，所獲得積分越高，獲得出塊權(quán)的概率也就越大。因此，基于積分與股權(quán)證明的出塊方式既能激勵各方實體參與出塊，也能激勵用戶更加積極地參與三人籃球數(shù)據(jù)上傳。