区块链中的攻击行为及防御策略研究

作     者：刘子州 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程晓荣

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：区块链 区块截留攻击 攻击行为 防御策略 电力交易 

摘      要：区块链技术自伴随比特币问世以来,凭借其去中心化、安全、可追溯等特点,在近几年里吸引了国内外众多学者的目光,金融、身份认证、物联网等越来越多的领域投入了对区块链的研究。在众多领域对区块链技术的研究逐渐深入的同时,针对区块链的攻击行为也越来越多,严重威胁到了区块链技术的发展,对区块链安全的研究十分重要,研究区块链中的攻击行为并提出防御策略对于区块链的发展有十分重要的意义。本文对区块链中的攻击行为和防御策略进行了研究,重点研究了区块链中的区块截留攻击及其防御策略。区块截留攻击存在于以比特币为代表的区块链系统中。针对区块截留攻击,通过对现有区块截留攻击模型的收益率和收益速度进行分析后,构造了一种收益速度提高的区块截留攻击模型。对所构造模型进行算力和收益分析,通过引入时间参数t,将所构造的区块截留攻击模型划分为三个阶段,分别对模型的每一阶段进行构建,逐个阶段分析所构造模型的攻击状态和收益状态,之后对所构造的模型进行了实验验证,结果显示确实能提高攻击者的收益速度,最后根据实验结果分析了所构造模型的应用场景。基于区块截留攻击的恶劣影响,对区块截留攻击的防御策略进行了研究。通过对多种防御策略的工作原理进行研究和分析,将多种防御策略按照其特点归纳分类,对于两种可行的防御策略进行了多方面的实验验证分析,实验表明两种策略的防御有效,基于实验结果分析了防御策略的防御效果和适用场景。本文将区块链与电力交易相结合,研究了区块截留攻击对于区块链电力交易的影响。针对区块截留攻击对区块链电力交易造成的收益降低和算力异常等情况,给出了一种可防御区块截留攻击的电力交易方案。在方案中通过价格博弈来竞争售电权和确定电价,并通过采用额外奖励分配方案来维护交易的合法进行。实验表明该方案可以保护用户节点的收益并有效防御区块截留攻击。