[发明专利]一种基于区块链的蜂窝网络安全交易平台

权利要求书

1.一种基于区块链的蜂窝网络安全交易平台，其特征在于：在典型蜂窝网络场景中，使用用户协作缓存调度策略缓解核心网络压力，用户在运行过程中也同样会产生多种多样的高性能计算需求，因此用协作计算模型解决计算任务；为确保用户之间数据传输和个人隐私安全，部署基于区块链技术的资源交易安全性平台；基于PBFT共识协议的蜂窝网络安全交易平台，通过将资源用户成为共识节点的方式，激励资源用户分享自己的硬盘空间和计算资源，同时也保证了数据交换时可能面临的数据安全问题；考虑系统中共识节点和控制器的信任特性，建立节点间的诚信度模型；通过基于PBFT算法的区块链共识协议，所有交易被认证，添加到区块链上；将整个区块链吞吐量优化问题，拆解成由缓存策略优化以及计算资源分享两个子问题，采用基于分层强化学习的方法进行求解；

假设基站将频谱均分给每个用户，则每个用户都将占有一个带宽为B的子信道；所以通过香农定义，得出用户n与基站s之间的t时刻数据传输速度r_s,n(t)，当用户n请求文件f_n时，如果邻近的资源用户的存储空间中缓存着该文件，则优先通过D2D链路获取该文件；认为用户在进行D2D协作传输的过程中速度是很快的，且由于距离较短，干扰较小，所以通过D2D传送文件时，文件传输时延大致相同，用t_D2D来表示；如果邻近的用户的缓存空间中没有存储该文件而基站服务器中存储着该文件时，则通过蜂窝网络连接基站获取；如果在基站和附近的用户中都没有找到该文件，用户只能通过基站连接互联网获取，同理，由于基站与内容服务器之间，通过可靠的有线链路传输，所以文件在核心网中传输时延也近似相同，记作固定值t_fix；同时，用e_n＝{0,1,2}来表示文件的获取的方式，如果e_n＝0，则代表本地没有该文件，从核心网获取；如果e_n＝1，则从基站获取，e_n＝2，则从邻近用户获取；

对于用户设备而言，使用马尔科夫过程对用户k的计算资源进行建模；将用户k的计算资源j_k量化成Y个级别，j＝{j₀,j₁,...,j_Y-1}；因此使用条件转移概率矩阵trans^j(t)来预测用户在下一时刻的计算资源；

对于用户而言，认为大部分用户的计算资源比较有限，为C₀MHz；普通用户n的计算任务变化往往存在时间相关性，将用户的任务强度也进行量化，量化成Z个级别，则任务用α＝{α₀,α₁,...,α_Z-1}表示；用马尔科夫过程对用户n的计算任务变化进行建模；因此用条件转移概率矩阵trans^a(t)来预测用户在下一时刻的任务强度；

考虑到共识节点与控制器真实信任特征的时间相关性，使用马尔科夫链对区块链共识节点和控制器中信任特征的转换进行建模，如下：

1)对于共识节点k，在τ时刻从状态σ变化到另一个状态σ′的转移概率用σσ′(τ)表示；则关于共识节点信任特性的H×H维度状态转移矩阵transⁿ(τ)为，

transⁿ(τ)＝[σσ′(τ)]_H×H

其中σσ′(τ)＝Pr(δ^k(τ+1)＝σ′|δ^k(τ)＝σ),并且σ，σ′∈δ；

2)对于控制器s，在τ时刻从状态κ变化到另一个状态κ′的转移概率用κκ′(τ)表示；

PBFT共识过程的详细步骤如下：

1)请求共识阶段：控制器会给整个区块链系统的所有节点发送池信息s代表控制器的ID；这个池信息中包含了控制器s在收集周期内收集的所有交易，并通过自己的私钥进行加密，之后通过所有设备两两约定好的对称密钥进行加密，所有的节点接收到池信息之后使用特殊的MAC进行认证；在共识开始前，Agent还会在共识过程中挑选一个共识节点作为初始节点，初始节点完成对池信息的MAC校验和交易池中交易的校验；

2)预准备阶段：完成区块的打包以后，初始节点p会给所有的副本节点发送一条pre-prepare消息，消息通过对称密钥加密以供各副本节点确认消息的准确性；其中p代表初始节点的ID，s代表控制器的编号，H(m)代表初始节点p生成的区块的Hash值，也就是区块的摘要信息；

3)准备阶段：在上面两个步骤完成后，每个副本节点会都会发送一个prepare消息给所有的节点，格式为k代表当前节点的ID；每个副本节点只要收到2f个与本地的pre-prepare相同的prepare消息以后，就会进行确认阶段，其中f＝(k-1)/3，代表三分之一的共识节点；

4)确认阶段：在收到2f条prepare消息，确认无误后，节点会发送一条commit消息给其他所有节点，收到2f条相同的commit消息以后进入reply阶段；

5)回复阶段：在回复阶段，实质上已经基本完成了区块链的共识过程，包括初始节点在内的所有节点将校验通过的区块写入到自己所持有的区块链上，然后给所有控制器群发一个reply消息，每个节点都要给所有控制器发送reply信息，reply信息中还包含验证好的区块信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的蜂窝网络安全交易平台，其特征在于：假设基站与用户之间的无线电传播信道是典型的瑞利信道，包括路径损耗和瑞利衰落；在同一个基站服务下，分配给所有用户的频谱彼此正交，不存在相干信道干扰；在t时刻用户与基站之间的信噪比SNR_s,n(t)表示为

其中，g_s,n(t)是信道增益参数，是用户n到基站s之间的距离，是瑞利信道的路径损失，β是路径损失参数,p_s,n(t)是基站s到用户n之间下行发射功率,是噪声功率。