[发明专利]一种基于信息熵的理性公平交换协议设计

说明书

本发明公开了一种基于信息熵的理性公平交换协议设计方案，旨在改变当前理性交换协议中效用函数缺乏统一性标准的现状，满足理性公平协议在实际中的应用需求。其技术要点是，假设理性参与者在交换信息协议过程中的每一轮信息熵都会发生变化，将这个变化的差值定义为理性参与者的效用。也就是说，每一轮信息交换之后，理性参与者的效用定义为交换前后的信息熵差值。在这个基础上，进一步定义多轮信息交换协议中理性参与者的效用函数，并据此寻求理性交换协议的均衡策略，最终实现信息公平交换。该方法具有较强的通用性，可以将其扩展到其他信息熵有波动的理性协议中，本发明适用于理性交换协议公平性的实现。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及使用信息熵概念设计理性公平交换协议。

背景技术

理性信息交换协议借鉴博弈论的思想，认为参与者是理性的，假设他们根据自己的收益来决定在协议中所采取的策略，这一点与传统的半诚实参与者和恶意敌手的假设不同。因此，理性参与者的效用函数定义就成为理性信息交换协议中的核心问题。效用函数的主要目的是阻止参与者偏离协议，使其按照协议规定的策略执行协议，这样就可以达到公平交换的效果。否则，一旦理性参与者偏离协议，协议提前终止，必将有一方处于不公平的状态。因此，效用函数的设计成为理性公平信息交换协议亟需解决的问题之一。

通常情况下，效用函数的定义是延续博弈论中某个特定博弈（例如，囚徒困境博弈）的定义。然后在这个效用函数的基础上，进一步定义理性参与者的策略，通过设定一定的参数，将理性参与者的策略限定在一定的范围内，最终使得理性参与者按照协议规定的步骤进行，达到公平交换信息的目的。虽然这种定义方式具有一定的效果，但是不具有一般性。例如有的理性协议不具备和囚徒困境博弈相似的运行策略，这样就不能照搬囚徒困境效用函数的定义。需要一种新的效用函数定义方法。因此，将信息熵引入到理性信息公平交换协议中，利用理性参与者在参与协议前后的信息熵来定义他们的效用函数，这个定义具有通用性，适合所有信息熵发生动态变化的理性协议。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信息熵的理性公平交换协议设计方案，协议参数初始化、效用函数定义、理性参与者采取策略、寻找均衡等步骤，其具体过程如下：

第一步：定义理性参与者集合和每个理性参与者的行动空间；

第二步：对于理性公平信息交换协议来说，需要满足三个基本特性信息隐私性、正确性和公平性，定义三个变量来表示他们对应的特性；

第三步：表示理性参与者在每一轮的信息熵；

第四步：在每一轮，先行者（即，第一个采取行动的参与者）决定他的策略，如果采取终止策略，则协议终止，如果采取合作策略，则向对方发送本轮的信息；

第五步：后行者（即，第二个采取行动的参与者）决定他的策略，如果采取终止策略，则协议终止，如果采取合作策略，则向对方发送本轮的信息；

第六步：在这里，理性参与者采取的策略需要根据效用函数来定义，与以往理性协议的效用函数定义不同，第一点，这里的效用函数定义不是静态的，而是随着协议执行不断变化的，第二点，这里的效用函数定义不是基于囚徒困境博弈，而是基于信息熵的变化，第三点，根据协议安全性的要求，效用函数是由三部分组成的；

第七步：对于每一轮，给出效用函数的定义；

第六步：定义每个特性在协议结束之后的效用函数；

第七步：给出每个参与者总的效用函数；

第八步：最后证明，基于信息熵的公平交换协议在混合模型中，具有唯一的纳什均衡，理性参与者均具有采取的动机。