基于區塊鏈的三人籃球數據庫構建的研究

高士博，劉 波，杜 禹，姚輝波

1 前言

三人籃球起源于20世紀60年代美國紐約州的一種街頭籃球游戲。三人籃球運動是傳統五人籃球運動的一種延伸，是集于休閑娛樂和競技競賽為一體的體育項目。作為一種全新的體育賽事。三人籃球自誕生至今，憑借其自身強大的吸引力在世界范圍內迅速發展，賽事規模進一步擴大，賽事體系不斷完善，國際籃協參與或直接舉辦的比賽有三人籃球世錦賽、世界三人籃球巡回賽等一些具有國際交流意義的重大賽事，2020年，國際奧委會正式把該項運動納入奧運會，三人籃球在世界籃球的發展下國際舞臺影響越來越高。由于三人籃球作為正式比賽起步較晚，各級籃球賽事繁雜，缺乏比賽的系統性和權威性，尤其是缺少賽事的技術統計，限制了三人籃球事業的進一步發展。因此要重視完善三人籃球賽事體系、賽事數據統計與分析，在大數據時代建立三人籃球賽事數據庫，為有效提高賽事質量，擴大賽事影響力提供幫助。

2 區塊鏈對三人籃球數據庫的意義

區塊鏈作為全新的數據管理模式，其核心功能在于分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制等，其技術模式和主要工作是如何在一個去中心化的分布式系統中，實現數據的安全可靠存儲與共享。 因此， 我們正在進入的大數據時代迫切需要區塊鏈技術的植入和應用，以提升大數據平臺的工作效率和安全系數，推動包括體育大數據在內的數據信息技術的革新和應用。籃球數據庫包含最新籃球賽程、籃球聯賽資料,籃球隊及隊員資料,還包括了籃球賽事賽果、聯賽積分等數據資料。區別于傳統五人籃球賽專業的數據管理平臺，現在的三人籃球缺少專業的數據統計平臺，三人籃球的各個組織，包括俱樂部、媒體、籃球愛好者，完全屬于一個分布式的現狀，而且通過中心化的組織來全面的統計現有的三對三籃球賽事數據不太現實。基于三人籃球賽事種類雜、關注度不高、分布較為分散的特點，正好可以發揮區塊鏈架構下分布式記錄、激勵性強的優點。一方面可以較為全面的記錄所需賽事數據，另一方面可以調動多種實體參與數據統計的積極性，提高三人籃球的關注度。而且，區塊鏈防篡改的特點又能夠保證三人籃球數據的可靠性。

3 基于區塊鏈的三人籃球數據庫構建的技術研究

3.1 三人籃球大數據的采集與存儲方式

如圖一所示，我們采用虛擬P2P區塊鏈網絡作為三人籃球大數據聯盟平臺的框架。將聯盟中的一個實體i(體育媒體、籃球俱樂部、現場觀眾) 映射為區塊鏈網絡中的一個節點。每一個節點i都具有自己的一個信息賬戶，用于記錄三對三籃球比賽的數據統計以及一些附加信息。每個節點除了可以共享區塊鏈數據平臺中的數據之外，還可以通過上傳相關數據到區塊鏈中來獲得聯盟提供的獎勵積分，而積分又可以用于兌換區塊鏈數據平臺中的相關數據。隨著數據的增多，我們將在這些節點中選取一個可靠節點將一定時間段內的數據打包到一個區塊中，被選中的節點會因為它的打包數據工作而獲得相應的獎勵積分，繼而隨著時間的增長，我們又將不同時間的區塊串聯成一條鏈式結構，以這種鏈式結構來存儲數據，可以保證網絡數據的無法被篡改。首先，我們先對聯盟區塊鏈中的概念進行描述定義：

設(Pi，Si)為節點i的公鑰/私鑰對，H(·)為抗碰撞、不可逆哈希函數。節點i使用其公鑰Pi的哈希編碼H(Pi)作為其個人的標識地址。

圖一 三人籃球區塊鏈網絡

數據記錄: 節點i(籃球俱樂部、體育媒體、現場觀眾)上傳一場有關比賽j數據我們稱之為一條記錄ri,j。在區塊鏈上，ri,j主要由四部分構成，即ri,j={H(Pi),xi,j,Ci，j,σi}。H(Pi)表示比賽數據上傳節點i的個人標識地址，xi,j表示比賽j的技術統計，包括得分、籃板、助攻、失誤等等。Ci，j表示節點i通過上傳比賽j的數據而獲得的獎勵積分，σi是節點i使用密鑰加密的公開可驗證的數字簽名，用以證明數據上傳節點身份的真實性，σi=signi(Si)，signi(·)是節點i的簽名函數。

節點根據現有協議(例如，在Ethereum中的Whisper)向整個籃球區塊鏈網絡上傳一場比賽數據，從而創建一條數據記錄。為了可靠并且有序地管理一定時間段內的數據記錄，區塊鏈將這些數據記錄存儲在一個塊鏈中，每一個塊記錄一組數據記錄。下面我們將介紹區塊鏈的數據結構。

區塊：如圖二所示，時間t產生的區塊Yt主要有五部分組成，即Yt={t,Rt,(Px,σx),H(Yt),?H(Yt-1)}。t是區塊鏈中塊Yt的時間戳，它記錄了Yt生成的大致時間。Rt={r1,r2,···,rw}是t-1到t時間段內產生的數據記錄集合，他以默克爾樹的形式存放在區塊中。(Px,σx)包含發布塊的節點x的公鑰和簽名，σx=signSx(Rt)。H(Yt)和H(Yt-1)分別是t和t-1時刻的區塊頭，H(Yt)=H(t‖Rt‖(Px,σx)‖H(Yt-1))。

圖二 三人籃球區塊鏈數據結構

區塊鏈：我們將Gt={Y1,Y2,···,Yt}定義為按時間順序的連接成的鏈。Y1是Gt的第一個塊，即創世區塊。因為所有區塊都被連接到一條鏈上，如果存在某惡意節點想要修改一個塊中的某些數據記錄，那么它必須修改后面的每個塊。此外，每個節點都有整個區塊鏈的所有數據記錄。區塊鏈可以作為分布式的三人籃球聯盟的防篡改公共數據庫。

3.2 三人籃球數據上鏈的實施手段

三人籃球區塊鏈網絡是一個公共、公開的數據庫，同時也是一個點對點的協作網絡。網絡中的每一個實體都有一份完整的籃球數據備份，所有節點的數據內容必須完全一致。每個節點都可以向區塊鏈中上傳數據。然而，區塊鏈是一個完全去中心化的組織，沒有一個中心來指揮、協調，也沒有一個固定的組織來打包數據上鏈，因此，要完成數據高可靠的上鏈，區塊鏈就必須有一個共識機制，這個機制必須解決最基本也是最重要的問題：誰有權寫入數據。

目前比特幣中使用的共識機制稱為工作量證明機制。區塊鏈中的每個實體都對區塊鏈貢獻自己龐大的計算能力，由能夠完成系統給出數學難題的節點獲得出塊權即創建一個新的區塊并獲得出塊獎勵。而在籃球區塊鏈中，大多數節點沒有足夠的計算能力來解決難題，而且計算難題也會造成大量的資源浪費以及較長的數據上鏈時間。因此采用積分結合股權證明的出塊方式是一個較好的解決方案。

在籃球區塊鏈中，所有的網絡實體(籃球俱樂部、體育媒體、現場觀眾)均可以參與競爭出塊，出塊者獲得出塊獎勵積分，這也是產生新積分的方式。 接下來我們將介紹我們的出塊機制：

(1)時間被劃分成多個時刻，每個時刻產生一個區塊記錄該時刻內實體上傳的數據記錄。多個時間段構成一個時間段，同一時間段內的參與的潛在出塊者相同。

(3)每個時刻內的出塊者由所有的潛在出塊實體投票產生，獲得的選票比例最大者獲得出塊權。并獲得出塊獎勵積分。

由上可知，積分獲得要么通過出塊獎勵獲得，要么是通過積極的上傳比賽數據獲得。因此，實體的表現越積極，所獲得積分越高，那么他獲得出塊權的概率也就越大。因此，基于積分與股權證明的出塊方式既能激勵各方實體參與出塊，也能激勵用戶更加積極地參與三人籃球數據上傳。

4 結論

1．三人籃球各級籃球賽事繁雜，缺乏比賽的系統性和權威性，尤其是缺少賽事的技術統計，限制了三人籃球事業的進一步發展，完善三人籃球賽事數據統計與分析，在大數據時代建立三人籃球賽事數據庫，可以有效提高賽事質量，擴大賽事影響力。

2．區塊鏈架構下分布式記錄、激勵性強的優點。一方面可以較為全面的記錄所需賽事數據，另一方面可以調動多種實體參與數據統計的積極性，提高三人籃球的關注度，同時，區塊鏈防篡改的特點又能夠保證三人籃球數據的可靠性。

3．通過積分獎勵或者上傳比賽數據獲得激勵。實體的表現越積極，所獲得積分越高，獲得出塊權的概率也就越大。因此，基于積分與股權證明的出塊方式既能激勵各方實體參與出塊，也能激勵用戶更加積極地參與三人籃球數據上傳。