基于区块链的绿色供应链网络碳资产发行方法与流程

本发明涉及区块链系统的激励机制设计领域，尤其涉及基于区块链的绿色供应链网络碳资产发行方法。

背景技术：

1、近年来区块链系统的蓬勃发展，导致系统中的矿工需要承担越来越高的存储花销，其存储总量在2018-2021年间翻了4倍，已经达到7tb。然而用户所支付的交易费用远低于快速增长的巨额存储花销，这一现象导致了矿工数量的迅速减少。因此在区块链系统研究方面，如何设计合理的激励机制，从而实现交易费用与存储花销的平衡成为热门的研究主题。以往在区块链系统中，大多数研究直接考虑对区块链的数据结构进行设计，通过优化交易数据结构达到降低存储花销的目的，但该方法没有从根本上解决交易费用与存储花销的平衡问题。

2、例如，一种在中国专利文献上公开的“区块链键值对智能合约及其设计方法”，公告号cn112968930a，其区块链键值对智能合约包括键值对合约内容和智能合约编译模块，键值对合约内容用于以键值对的形式记录用户所需服务的关键信息字段，智能合约编译模块包括合约校对模块和预编译功能函数模块；其中智能合约的功能函数部分被预先编译并提前部署在参与区块链共识的或服务提供者的区块链网络节点中，以供键值对合约内容的快速验证与部署后的快速编译调用，可降低智能合约的编译成本，减少合约的网络传输与网络中节点存储开销。该方案所提出的区块链键值对智能合约设计方法通过轻量级的设计模式，使其适合部署于规模较大且服务类型单一的区块链服务应用中，但是该方案无法从根本上解决交易费用与花销不平衡的问题，因此该方案存在一定缺陷。

技术实现思路

1、本发明主要解决现有区块链系统设计方法无法从根本上解决交易费用与存储花销不平衡的问题；提供基于区块链的绿色供应链网络碳资产发行方法，鼓励用户在提出交易时支付足够的交易费用，从根本上消除了交易费用不足以覆盖存储花销的问题，所提出的技术方案填补了这一研究领域的空白。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、本发明包括以下步骤：第一步，建立区块链矿工的交易选择的博弈：对矿工的参数、策略和收益进行建模；第二步，构造对区块链用户选择交易费用的模型：对用户的参数、策略和收益进行建模；第三步，构造设定备选交易费用的激励机制模型；最终通过逆向归纳法求解各个模型的动态博弈均衡；其中包括矿工选择交易的纳什均衡，用户设定交易费用的纳什均衡，以及机制设计中最优备选交易费用的设定，能够保证区块链网络的存储花费的可持续性。

4、作为优选，所述的第一步包含以下内容：对矿工的参数进行建模：设区块链网络中矿工的数量为m，并建立矿工的集合对矿工的策略进行建模：每个矿工在参与区块链系统的维护过程中，选择交易池中待处理的交易，并将其放入待完成的区块t中；矿工m的策略表示为在区块大小的限制下，矿工m的策略满足如下表达式：

5、

6、对矿工的收益进行建模：影响矿工的收益的因素包含两方面：矿工所获得的交易费用奖励和存储交易所导致的花销。

7、作为优选，所述的对矿工的收益进行建模步骤中还包括以下内容：：交易费用奖励：将矿工m所拥有的归一化算力记为αm，即矿工发现区块的概率为αm，当矿工m成功发现一个区块时，其获得区块中的所有的交易费用，费用表达式如下：

8、

9、存储交易的花销：当任意一个矿工l成功发现一个区块时，所有的矿工均需要要储存这个区块中的交易；则矿工m存储交易的总花销如下：

10、

11、综上所述得到如下表达式：

12、

13、上述表达式为矿工m的收益为交易费用奖励减去存储交易的花销。

14、作为优选，所述的第二步包括：对用户的参数进行建模：设区块链网络中用户的数量为n，并建立矿工的集合对用户的策略进行建模：任意用户从系统所提供的备选交易费用中选择一个作为交易的费用，并将交易广播给整个网络；用户n的策略表示为fn∈{ρl，ρh}；对用户的收益进行建模：影响各个用户收益的因素包括：交易完成的收益、所支付的交易费用和等待时间导致的花销。

15、作为优选，所述的对用户的收益进行建模具体包括以下内容：设定交易完成的收益：将用户n完成一个交易所获得的收益设为rn；设定所支付的交易费用：当任意一个矿工m成功发现一个区块并包含用户的交易时，用户n需要向矿工m支付交易费用fn；等待时间的花销：用户n需要等待矿工处理自己的交易，用户n的平均等待时间记为wn，单位等待时间造成的花销记为γn，则针对每个交易，用户n的平均等待花销为γnwn；则通过如下表达式：

16、vn＝rn-fn-γnwn.#(5)

17、表示用户在一个交易中所获得的收益。

18、作为优选，所述的备选交易费用的激励机制模型包括：激励机制中的决策变量、激励机制的目标函数；第三步具体包括：设计激励机制中的决策变量：区块链用户设定交易费用时，从激励机制给定的交易费用中任选一个，激励机制需要决定给定的备选交易费用：ρ＝(ρl，ρh)；设计激励机制的目标函数即社会总效用：首先定义指示函数，其反映了一个交易i是否被矿工录入区块链中：

19、

20、则通过如下表达式：

21、

22、表示整个系统的社会总效用。

23、作为优选，所述的设计激励机制的目标函数过程中还包括：对交易费用进行约束：区块链设计者需要保证用户支付的交易费用能覆盖存储花销：

24、

25、激励机制设计被建模为如下问题：考虑约束(8)的同时，通过设定备选交易费用ρ＝(ρl，ρh)的大小，最大化系统目标函数sw。

26、作为优选，所述的求解模型的动态博弈均衡的过程中，包括矿工选择交易的纳什均衡、用户设定交易费用的纳什均衡和最优的机制设计；矿工选择交易的纳什均衡包括：矿工交易选择博弈中，在纳什均衡点，每个矿工m会采取如下策略：将所有交易按照交易费用从高到低排列，逐个添加每个交易至自己的策略中，直到达到区块大小的上限或者当前交易的交易费用小于其对单个矿工造成的存储花费(fi＜scs)为止；也就是说，当交易的交易费用大于其对单个矿工造成的存储花费，矿工就会最终选择这个交易，并将其录入区块链中；然而，这个交易的交易费用，可能远远低于所有矿工的存储花费总和。

27、作为优选，所述的基于矿工交易选择博弈的纳什均衡包括：得到用户设定交易费用的纳什均衡，已知用户设定交易费用的博弈中，出现的纳什均衡包括：l均衡和h均衡；其中在l均衡下，所有的用户都会选择支付交易费用ρl，在h均衡下，所有的用户都会选择支付交易费用ρh；通过更进一步求解得到了c均衡和r均衡的条件。

28、作为优选，所述的当则存在h均衡，当则存在l均衡；基于以上的纳什均衡分析，得到最优的机制设计结果如下：

29、

30、即最优的备选交易费用和通过对用户和矿工收益的分析并提出博弈论模型，保证激励机制的有效性，当任何用户或者矿工偏离系统所期望的行为时，其收益只会下降。

31、本发明的有益效果是：

32、1.本发明的基于区块链的绿色供应链网络碳资产发行方法，通过描述区块链矿工交易选择的行为，建立矿工能源选择的博弈论模型，并通过上述模型构造对区块链用户选择交易费用的博弈，最终构造出备选交易费用的奖励机制模型，能够选择处最优的备选交易费用；

33、2.本发明的基于区块链的绿色供应链网络碳资产发行方法，通过对用户和矿工收益的分析并提出博弈论模型，当任何用户或者矿工偏离系统所期望的行为时，其收益只会下降，从而保证激励机制的有效性；

34、3.本发明的基于区块链的绿色供应链网络碳资产发行方法，鼓励用户在提出交易时支付足够的交易费用，从根本上消除了交易费用不足以覆盖存储花销的问题