比特币交易记录中的复杂网络分析毕业论文

论文总字数：26400字

摘 要

互联网已经渗透进我们生活的方方面面，各种在线支付平台的出现极大地方便了我们的生活。比特币作为一种新兴的电子加密货币，每天都会产生大量的交易记录，形成了庞大的交易网络。

本论文构建了比特币交易的同属网络，并且对比特币交易网络的结构特征进行了分析。本论文首先分析了比特币区块链中的区块数据结构，从中提取得到具体的交易记录，设计算法对交易记录进行聚类，构建出第一部分同属网络，然后从MtGox交易记录中匹配得到另一部分区块链交易记录，构建出第二部分同属网络，最后从多个角度观察两部分同属网络并进行对比分析。

关键词：网络，比特币，区块链，聚类

Analysis of complex network in Bitcoin transaction record

09013223 Yuan Liu

Advisor Feng Shan

Abstract

The Internet has penetrated into all aspects of our lives, and the emergence of a variety of online payment platforms has greatly facilitated our lives. Bitcoin, a newly developing electronic encrypted currency, produces a large number of transaction records every day, forming a huge trading network.

In this paper, we have constructed the congeneric trading network and analyzed several typical characteristics of the Bitcoin trading network. First of all, we analyzed the data structure of the blocks in the BlockChian of Bitcoin, extracted the specific transaction records from the blocks. After that, we designed algorithms to cluster the transaction records, constructed the first part of the congeneric network. Then we constructed another part of the congeneric trading network by matching the MtGox transaction records with the BlockChian transaction records. Finally, we observed the two parts of the congeneric networks from several angles and analyzed the similarities and differences between them.

KEY WORDS: network, Bitcoin, BlockChian, cluster

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究目标和内容 2

1.4 论文组织结构 3

第二章 比特币交易信息提取 4

2.1 简介 4

2.2 比特币交易流程 4

2.3 区块链核心概念 4

2.4 区块结构分析 6

2.5 区块数据读取 9

2.5.1 读取工具 9

2.5.2 区块读取 10

第三章 同属网络构建 12

3.1 区块链同属网络构建 12

3.1.1 聚类算法设计 12

3.1.2 聚类算法实现 13

3.1.3 聚类算法性能分析 15

3.1.4 聚类结果优化 16

3.2 MtGox同属网络构建 17

3.2.1网络构建思路 17

3.2.2代码实现 17

第四章 BlockChain与MtGox同属网络对比分析 19

4.1 BlockChain同属网络分析 19

4.1.1 未包含找零地址 19

4.1.2包含找零地址 20

4.2 MtGox同属网络分析 22

4.3 MtGox与BlockChain同属网络对比分析 24

4.4 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 论文总结 31

5.2 工作展望 31

致 谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1 研究背景

著名经济学家弗里德里希·冯·哈耶克在他的著作^[1]中提出了一种大胆的构想，允许私人发行货币，在货币领域引入市场的自由竞争，从而选择出最优秀的货币，然而受限于当时有限的技术能力，这种构想并没有得到实现。

计算机科学，密码学以及互联网的迅速发展，逐渐为哈耶克的构想提供了技术基础。1982年，David Chaum提出了基于密码学的不可追踪的网络支付系统^[2]。1988年，Nick Szabo提出了对于建立信任至关重要的工作量证明机制。在这些基础之上，2008年11月1日，设计比特币系统的论文^[3]被一名自称为“中本聪”的匿名用户发表在一个密码学讨论组上，在这篇论文中，中本聪构建出了比特币的基本框架。2009年，中本聪为比特币建立了开源代码项目，宣告比特币正式诞生。

作为一种非政府官方发行的电子加密货币^[4]，以区块链技术^[5]为核心的比特币从诞生之初就饱受争议。在比特币刚刚出现的时候，主要流通在社区开发人员与极客之间，2010年7月之后，比特币逐渐进入流通市场，开始被更加广大的普通用户群体所接受。2010年7月，世界最大的比特币交易商MtGox成立，开启了比特币与主权货币之间的兑换。2012年12月6日，法国比特币官方交易所正式成立。包括美国在内的许多国家陆续承认了比特币的合法性，中国对于比特币一直持比较谨慎的态度。2013年，国家五部委就曾发出过针对比特币风险防范的通知^[6]，通知中提出比特币并非官方发行，不具有货币属性。但是中国逐渐在比特币交易市场中扮演着越来越重要的作用，截止2013年11月，全球比特币市场中超过50%的交易发生在中国，中国也成为了全世界最大的比特币交易市场。

匿名性是比特币的核心理念之一。论文^[7]中详细介绍了比特币的原理，比特币利用非对称加密算法进行加密，用户将自己的公钥在互联网上公布，供交易的另一方使用。用户每次交易都可以产生新的公钥用于交易，而且这些公钥都无法追溯到它们的使用者，从而实现了对比特币用户身份的保护。从好的方面来看，交易双方的身份无法追溯，让类似于维基解密这样的网站可以得到别人的匿名资助，而资助人并不需要担心因为自己的身份暴露而引来不必要的麻烦，也让更多的人敢于说出真相。从坏的方面来看，交易双方的身份无法追溯，同时也成了滋生违法犯罪的温床，论文^[8]中介绍了典型的比特币庞氏骗局。以前隐匿于黑暗中的地下交易变得堂而皇之，臭名昭著的丝绸之路网站就是典型的例子。丝绸之路利用比特币的匿名性，架起了毒品贩卖，军火交易的桥梁，毒贩和恐怖分子可以方便的在这个线上黑市进行交易而不用担心自己的身份暴露。由于现阶段比特币市场的监管还比较困难，加上比特币操作的手续费比较低，交易双方无法追踪，导致比特币成为了洗钱的理想工具。匿名性是一把双刃剑，它赋予了比特币用户极大的自由，同时也成为了不法分子践踏法律的帮凶。

1.2 研究现状

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