一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法技术

本发明专利技术涉及一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，提高再平衡策略的最终效果，它能够在时间复杂度提升较小的情况找出尽可能多的有效路径；在确保策略在执行过程中更公平合理的基础上，抑制了一些“恶意节点”在再平衡策略中的不规范行为，也维护了“诚实节点”在再平衡过程中的利益；同时缓解区块链支付通道中的资金偏移问题，提高支付通道的可用性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法
本专利技术属于数据库和信息安全领域，涉及网络流和支付通道的相关原理及技术，特别涉及一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法。
技术介绍
为了解决区块链的容量问题，目前主流的扩容方案主要有两大类，分别针对区块链交易系统的两层结构实现扩容效果。针对第一层结构的扩容方案是直接修改区块链中区块的结构，以增加区块链的运行效率，实现更快的验证速度。常见方式包括直接增加区块的大小、采用分片机制、改进共识机制等。但是，这样的扩容方式会受到硬件水平、网络情况等客观条件限制。针对第二层结构的扩容方案是采用“链下支付(Off-ChainPayment)”的方式，以减少链上的资源消耗。常见的方式主要为支付通道(PaymentChannels)。通过支付通道技术，用户可以将大量的小额交易从链上转移至链下，直接跳过了链上验证的过程。支付通道技术能够在一定程度上缓解区块链交易系统的容量压力，但该解决方案依旧有待完善。例如，经过一段时间的交易之后，支付通道内可能会发生严重的资金偏移，导致后续交易无法顺利进行。在此基础上，2017年，Khalil和Gervais提出了“再平衡(re-balancing)”的方案。通过使用再平衡的策略，支付通道能够在损耗较小的前提下对其中的余额进行调整。该方案的提出提高了支付通道的可用性。但是该方案仅仅提供了调整思路，依然存在很多有待完善的问题。用于区块链中链下支付的再平衡策略，改进了链下支付通道网络的再平衡算法，改进了再平衡策略中策略选择优化问题和奖惩机制的设置；在传统有向图网络中的路径发现算法的基础上，提出支付通道中的路径发现算法(PaymentChannelsRoutingAlgorithm，PCRA)。改进的路径发现算法能够在时间复杂度提升较小的情况找出尽可能多的有效路径。同时，为了能够使再平衡策略的最终效果有所提升，提出再平衡决策改进算法(ImprovedRe-balancingDecisionAlgorithm，IRDA)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，提高再平衡策略的最终效果，它能够在时间复杂度提升较小的情况找出尽可能多的有效路径；在确保策略在执行过程中更公平合理的基础上，抑制了一些“恶意节点”在再平衡策略中的不规范行为，也维护了“诚实节点”在再平衡过程中的利益；同时缓解区块链支付通道中的资金偏移问题，提高支付通道的可用性。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，其特征在于：所述方法的步骤为：1)确定再平衡策略的领导者，进行领导者选举；2)节点向领导者汇报信息及再平衡需求；3)在支付通道出现资金偏移情况并产生再平衡需求之后向领导者汇报，领导者统计再平衡要求，当统计数量达到某个特定阈值之后启动再平衡策略；4)将再平衡策略的部分路径合并；5)领导者在收到其他节点的汇报消息后，将整个再平衡策略的执行结果进行统计验证，判断是否符合要求。而且，权利要求1所述的用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，其特征在于：所述步骤1)选举再平衡策略的领导者的具体操作为：(1)某一个约定时刻，支付通道网络中节点采用PoW的计算方式，所有节点统一进行一次计算；(2)完成计算的节点A向其他所有节点发送自己的计算结果，并宣布参与领导者选举；同时，其他节点开始进行A的计算结果验证，在计算结束之后，领导者并不能即刻当选，需要等待一个哈希时间周期；(3)网络中其他节点验证之后，向节点A发出确认消息，在收到2+1/节点的确认消息之后，确定节点A为本阶段的领导者；(4)节点A当选本时间段领导者之后，当某一条支付通道出现再平衡需求时，需要将自己的再平衡需求及其他相关信息向节点A汇报，同时由节点A统计并判断能否执行再平衡策略；(5)在一段时间之后，节点A完成了该时间段的领导者工作，由系统随机生成一个新的随机数，其他非领导者节点对该随机数进行运算，开始进行下一轮领导者选举过程；(6)随着另一个节点B完成规定运算，并将运算结果进行广播，网络中除节点A及节点B以外的其他节点进行验证，并且在得到验证确认之后成为新的一轮再平衡策略的领导者；(7)节点A将在其任期内还未超时的再平衡需求发送至节点B，与节点B进行工作交接。而且，所述步骤2)中节点向领导者汇报信息包括支付通道的双方节点信息、平衡的方向及需求金额、再平衡需求保留的最后期限、节点的可平衡最大金额及双方的确认签名。而且，所述步骤3)的具体操作为：(1)参与者汇报再平衡需求；(2)当再平衡需求量满足一定的阈值之后，领导者向网络中所有节点宣布再平衡过程准备开始；(3)所有节点重新衡量自身的再平衡需求，并将在平衡需求重新统计并汇报；同时根据自身需求冻结当前支付通道内交易金额，确保再平衡策略能够顺利执行；(4)再平衡策略过程开始，领导者进行计算，做出再平衡策略；(5)领导者将再平衡策略广播至所有参与节点，并等待节点确认；(6)在节点收到再平衡策略之后，计算再平衡策略是否公正合理，之后向领导者回复确认消息；(7)领导者制定策略的执行时间，在再平衡策略过期之前要求所有节点统一执行再平衡策略；(8)所有再平衡策略的参与节点执行该策略；(9)再平衡策略的参与者将执行结果向领导者汇报；领导者根据执行结果计算再平衡策略执行费用；(10)各节点结算再平衡过程手续费，再平衡过程结束。而且，所述步骤5)的具体操作为：进行统计验证，判断是否符合要求，如果所有节点都按照要求完成再平衡方案，说明再平衡方案执行成功；此时，领导者将整个再平衡策略的执行结果在支付通道网络中进行广播，保证本次再平衡策略执行的可溯源性；如果有节点没有按约定完成其再平衡策略任务，则认为该节点为恶意节点，扣除其“再平衡保证金”，并将该保证金用于补偿收到影响的节点。至此，整个再平衡过程结束。本专利技术的优点和有益效果为：1、本专利技术一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，有效地降低有向图拓扑结构的复杂度，在规模较大的网络问题上相较于改进之前有明显提升。2、本专利技术一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，通过再平衡策略，提高链下支付通道的可用性，减少拆散或重建支付通道的次数，提升支付通道的交易能力。3、本专利技术一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，专利技术了新型PCRA和IRDA算法，仅需要极小的损耗便能够重新调整每一条支付通道中的余额状态，合理的利用再平衡策略能够减少对区块链链上资源的消耗，同时减少支付通道网络在跨通道交易时的手续费损耗；在整个再平衡过程中，保证诚实节点不会有任何损失，能够保证诚实节点的资金安全。附图说明图1为再平衡策略中的路径合并示意图；图2为再平衡策略中平衡总金额柱状图；...

【技术保护点】
1.一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，其特征在于：所述方法的步骤为：/n1)确定再平衡策略的领导者，进行领导者选举；/n2)节点向领导者汇报信息及再平衡需求；/n3)在支付通道出现资金偏移情况并产生再平衡需求之后向领导者汇报，领导者统计再平衡要求，当统计数量达到某个特定阈值之后启动再平衡策略；/n4)将再平衡策略的部分路径合并；/n5)领导者在收到其他节点的汇报消息后，将整个再平衡策略的执行结果进行统计验证，判断是否符合要求。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1)确定再平衡策略的领导者，进行领导者选举；
2)节点向领导者汇报信息及再平衡需求；
3)在支付通道出现资金偏移情况并产生再平衡需求之后向领导者汇报，领导者统计再平衡要求，当统计数量达到某个特定阈值之后启动再平衡策略；
4)将再平衡策略的部分路径合并；
5)领导者在收到其他节点的汇报消息后，将整个再平衡策略的执行结果进行统计验证，判断是否符合要求。


2.根据权利要求1所述的用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，其特征在于：所述步骤1)选举再平衡策略的领导者的具体操作为：
(1)某一个约定时刻，支付通道网络中节点采用PoW的计算方式，所有节点统一进行一次计算；
(2)完成计算的节点A向其他所有节点发送自己的计算结果，并宣布参与领导者选举；同时，其他节点开始进行A的计算结果验证，在计算结束之后，领导者并不能即刻当选，需要等待一个哈希时间周期；
(3)网络中其他节点验证之后，向节点A发出确认消息，在收到n2+1/节点的确认消息之后，确定节点A为本阶段的领导者；
(4)节点A当选本时间段领导者之后，当某一条支付通道出现再平衡需求时，需要将自己的再平衡需求及其他相关信息向节点A汇报，同时由节点A统计并判断能否执行再平衡策略；
(5)在一段时间之后，节点A完成了该时间段的领导者工作，由系统随机生成一个新的随机数，其他非领导者节点对该随机数进行运算，开始进行下一轮领导者选举过程；
(6)随着另一个节点B完成规定运算，并将运算结果进行广播，网络中除节点A及节点B以外的其他节点进行验证，并且在得到验证确认之后成为新的一轮再平衡策略的领导者；
(7)节点A将在其任期内还未超时的再平衡需求发送至节点B，与节点B进行工作交接。


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【专利技术属性】
技术研发人员：喻梅，韩铭，于瑞国，王建荣，于健，赵满坤，牛炳辉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12