Page 241 - 《软件学报》2025年第7期
P. 241

3162                                                       软件学报  2025  年第  36  卷第  7  期


                 其中, P(t) 是区块链程序在时刻      t 的瞬时功率. 当考虑整个网络时, 可以取平均值:

                                                            ∑
                                                               TPP u
                                                      TPP =   u                                      (13)
                                                              N

                 3.3   安全性指标
                    区块链常见的安全攻击模式包括            51%  攻击、女巫攻击、日蚀攻击、网络分区攻击等, 这些攻击行为通常对
                 区块链造成两种后果: 一是网络分叉, 引发数据不一致、双重花费、数据篡改、资金损失等风险; 二是吞吐率下
                 降, 引发交易延迟、业务中断等风险. 例如女巫攻击容易导致网络不稳定、分区行为, 从而使区块链分叉, 出现双
                 重支付的风险. DDoS     攻击通过   TCP  或  Ping  洪水攻击耗尽区块链系统资源, 使其无法提供正常的服务, 降低系统
                 的吞吐率. BlockBench [39] 中首次提到了安全性指标的定义, 本研究在此基础上总结出使用孤儿块率和性能下降率
                 两个指标来量化区块链的安全性, 这些指标可以帮助评估区块链系统在面对攻击时的稳定性和可靠性.

                 3.3.1    孤儿块率
                    在区块链中, 孤儿块是指被挖掘出来, 但未被接受的区块. 孤儿块与主链分离, 形成分支. 孤儿块率                           ( DP F ) 定义
                 为区块链网络中的孤儿块数与主链中总块数的比值. 比值越低, 系统的安全性就越高, 越不容易受到攻击. 该指标
                 可以通过公式     (14) 计算.

                                                             |B forks |
                                                        DP F =                                       (14)
                                                             |B main |
                 其中,  |B main | 表示主链的长度  (即区块数量), 而  |B forks | 表示网络中所有孤儿块总数.

                 3.3.2    性能下降率
                    性能下降率     ( DP) 定义为受到攻击时系统的性能与系统正常运行时的性能的比值, 可具体分为吞吐率比率和
                 延迟比率两个指标.
                    吞吐率比率     ( DP TPS ) 量化为受到攻击时的吞吐率与系统正常运行时吞吐率的比值. 比值越高, 系统的抗攻击
                 能力越强. 该指标可以通过公式         (15) 计算.

                                                             TPS attack
                                                      DP TPS =                                       (15)
                                                            TPS normal
                 其中,  TPS attack  代表遭受恶意攻击时的吞吐率,    TPS normal  代表正常系统的吞吐率,   DP TPS  通过受攻击时系统的吞吐率
                 与正常吞吐率的比值来衡量受到攻击时系统的安全性.
                            DP TL  定义为受到攻击时的事务延迟与系统正常运行时的延迟的比例, 比值越低, 系统的抗攻击能力
                    延迟比率
                 越强. 该指标可以通过公式        (16) 计算.

                                                             TL attack
                                                       DP TL =                                       (16)
                                                             TL normal
                 其中,  TL attack  代表遭受恶意攻击时的延迟,    TL normal  代表正常系统的延迟,  DP TL  通过受攻击时系统的延迟与正常延
                 迟的比值来衡量受到攻击时系统的安全性.

                 3.4   扩展性指标
                    扩展性指标是用来衡量区块链随着节点和工作负载的增加, 系统性能随资源变化的情况, 可具体分为吞吐率
                 扩展指标和延迟扩展指标两种. 在节点和工作负载增加的情况下, 系统如果能够保持较高的吞吐率, 并且延迟保持
                 在可接受的范围内, 则认为系统具有较好的扩展性, 文献               [39] 中首次对区块链的扩展性能进行了评估. 文献            [39,46,88]
                 中提到扩展性是区块链的关键指标, 通过观察增加节点数时吞吐率和延迟的变化来进行衡量. 用户可以通过扩展
                 性指标了解不同的区块链在相同的节点规模下的性能表现. 针对扩展性指标的测试也能展示区块链系统的性能拐
                 点, 比如当节点规模增大到一定数值时系统性能出现急剧下降的情况                      [39] .

                 3.4.1    吞吐率扩展指标
                    吞吐率扩展指标      ( EP TPS ) 量化为系统扩展过程中增加的吞吐率与增加的节点数量之间的比值, 比值越高, 代表
   236   237   238   239   240   241   242   243   244   245   246