本发明专利技术公开了一种用于区块链扩展的多人链下交易方法，包括以下步骤：通过部署通道智能合约创建链下通道；初始化通道，领导者通过随机领导者选举机制选出；普通链下用户向通道发起一笔交易请求加入链下通道，通过链下交易机制进行点对点的即时交易，领导者处理链下交易的同时维护全全局的用户状态；验证者对领导者对本轮交易所产生的检查点进行共识，直到达成共识后链下通道进入下一轮次；如果链下无法达成共识，进入挑战阶段；挑战者可选择使用智能合约对领导者发起挑战，最后依照不同的挑战类型对存在作恶行为的领导者实施惩罚。本发明专利技术把双人通道拓展到多人通道网络，改善了区块链中交易失败率高和通道失衡的问题。中交易失败率高和通道失衡的问题。中交易失败率高和通道失衡的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种用于区块链扩展的多人链下交易方法
[0001]本专利技术属于多人链下交易方法，属于密码学安全及区块链应用领域，具体涉及一种用于区块链扩展的多人链下交易方法，用于区块链的动态扩展。
技术介绍
[0002]区块链技术是一种可以实现互不信任的实体之间在没有受信任的第三方的情况下进行合作的颠覆性技术。去中心化的特性使得区块链技术在支付领域上拥有广泛的应用前景。但是由于区块链固有的分布式属性，每一笔交易需要经过全网共识节点的确认，导致区块链的可扩展性低，理论上比特币吞吐量7tps，以太坊15tps，远低于传统金融结算系统如Visa每秒上千的吞吐量。同时随着越来越多的交易在区块链系统上进行，链上网络状态越来越拥堵。吞吐量低导致的网络拥堵问题极大地限制了区块链在进一步的发展和应用，也使得区块链的可扩展性成为亟待解决的问题
[0003]链下扩容技术无需修改原有的区块链底层，将交易结算过程安全地转移到链下进行，从而避免链上昂贵的开销和拥堵，实现链下的即时交易。先前研究支付通道允许两个用户在通道通过更新通道资产分配来实现高频交易。然而，PC是采用双人支付模型，在多人支付场景下，建立成对的交易通道从而产生高额的高昂的gas消耗和双方成比例的资产锁定。支付通道网络允许两个(或多个)无通道交易方可借助复杂的路由算法实现多跳支付，从而有效解决PC双人支付模型所遗留的弊端问题。但是，PCN存在多跳支付失败率高和通道资金平衡两个弊端。
[0004]总的来说，现有的扩展技术的链下扩容依托于原有的区块链底层，侧重于把链上事务卸载到链下来达到减轻主链负担的效果。支付通道作为当前主流的扩容方案，交易双方需要直接在链上建立通道，n个交易方需要建立n(n+1)/2个通道。因此为了把双人通道拓展到多人通道网络，需要依赖复杂的网络路由，通过其他中间节点路由交易，存在交易失败率高和通道失衡的问题。
技术实现思路
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于区块链的多人链下交易方法。具体的交易执行和验证过程放到链下进行，把阶段性的检查点提交到链上合约，这样既能提高交易吞吐量，又能降低交易成本。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下的技术方案：
[0007]一种用于区块链扩展的多人链下交易方法，其包括如下步骤：
[0008]步骤1、通过部署通道智能合约创建链下支付通道；
[0009]步骤2、初始化链下支付通道，通过随机领导者选举机制选出领导者；
[0010]步骤3、用户通过链下交易机制进行点对点的即时交易，领导者处理链下交易和维护全局的用户状态；
[0011]步骤4、经过即时交易后，验证者对领导者对本轮交易所产生的检查点进行共识，
验证者达成链下共识后进入步骤3；如没有达成，则进入步骤5；
[0012]步骤5、挑战者对领导者发起交易欺诈挑战、状态欺诈挑战、超时挑战这三种挑战中的任一种挑战，最后依照不同的挑战类型对存在作恶行为的领导者实施惩罚，交易欺诈挑战、状态欺诈挑战、超时挑战这三种挑战中的任一种挑战的挑战结束阶段结束后将重新进入下一轮的循环，若挑战成功则重新选举领导者后步骤2，若挑战不成功则重新进入步骤3。
[0013]进一步地，所述用户包括付款方和收款方，所述领导者用于响应所述用户的交易请求和确定所述用户的交易顺序，所述验证者用于检查所述领导者所发布的批交易集合信息、最新状态信息和检查点无误信息，判断是否达成链下共识，若达成链下共识，用户进入下一轮次的交易阶段。
[0014]进一步地，所述步骤1的具体步骤为：
[0015]S101：在链上部署通道智能合约后，用户拥有具有唯一标识的合约地址；
[0016]S102：所述验证者根据所述合约地址存入一定的资产作为抵押物；
[0017]S103：经约定时间，若干数量的验证者加入链下支付通道后，链下支付通道进入初始状态。
[0018]进一步地，所述步骤2的具体步骤为：
[0019]S201：以所述验证者资产作为权重采用随机领导者选举机制选出领导者；
[0020]S202：选出所述领导者后初始化通道轮次数为0；
[0021]S203：待加入的用户向指定的通道合约存入一定的资金后，再向所述领导者发起加入通道请求；
[0022]S204：所述领导者把所述用户添加到用户列表，根据所述用户存入的资金初始化新用户的链下状态。
[0023]进一步地，所述步骤3的具体步骤为：
[0024]S301：所述付款方向所述收款方发起交易消息；
[0025]S302：所述收款方收到来自所述付款方的交易消息后，回复所述收款方的签名表示同意；
[0026]S303：所述付款方向所述领导者发送附有所述付款方和所述交易方的签名的交易信息；
[0027]S304：所述领导者检查所述付款方和所述收款方的地址和签名的合法性、交易金额是否大于付款方余额，检查无误后把有效交易添加到批交易集合；
[0028]S305：所述领导者发送带有交易Id的交易回执以及所述领导者的签名至所述付款方。
[0029]进一步地，所述交易回执为TxReceipt＝{Tx，Txid}，其中Tx表示交易消息，Txid表示当前交易在当前批交易集合里面的执行序号。
[0030]进一步地，所述步骤4的具体步骤为：
[0031]S401:领导者将收到的交易添加到批交易集合后在本地执行交易，每执行一笔交易都产生一个过程状态，以过程状态的序列作为默克尔树节点生成过程状态根；
[0032]S402：以批量交易集合、最终状态、用户列表和退出列表分别生成交易根、过程状态根、最终状态根、用户列表根和退出列表根；
[0033]S403：所述领导者打包检查点；
[0034]S404：所述领导者向所述验证者公布所述批量交易集合、所述最终状态和所述检查点；
[0035]S405：所述验证者对来自领导者的所述批量交易集合、所述最终状态和所述检查点验证；
[0036]S406：所述验证者检查无误后回复对当前检查点的签名表示同意，直到所述领导者收集到所有验证者的签名表示达成链下共识；
[0037]S407；所述领导者通过发起链上交易提交检查点；
[0038]S408:所述领导者广播新的一轮状态后进入新的轮次，轮次数加1。
[0039]进一步地，所述检查点包括领导者Id、轮次数、交易根、过程状态根、最终状态根、用户列表根和退出列表根。
[0040]进一步地，所述步骤5的具体步骤为：
[0041]S501：根据不同情况，验证者发起交易欺诈挑战、状态欺诈挑战或者超时挑战；
[0042]S502：挑战成功后，恶意的领导者的押金将被扣除，最后选举新的领导者进入新的交易轮次。
[0043]进一步地，所述不同情况分为三种：
[0044]情况一：所述验证者在验证过程中发现当前批交易集合里面存在欺诈交易，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于区块链扩展的多人链下交易方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤1、通过部署通道智能合约创建链下支付通道；步骤2、初始化链下支付通道，通过随机领导者选举机制选出领导者；步骤3、用户通过链下交易机制进行点对点的即时交易，领导者处理链下交易和维护全局的用户状态；步骤4、经过即时交易后，验证者对领导者对本轮交易所产生的检查点进行共识，验证者达成链下共识后进入步骤3；如没有达成，则进入步骤5；步骤5、挑战者对领导者发起交易欺诈挑战、状态欺诈挑战、超时挑战这三种挑战中的任一种挑战，最后依照不同的挑战类型对存在作恶行为的领导者实施惩罚，交易欺诈挑战、状态欺诈挑战、超时挑战这三种挑战中的任一种挑战的挑战结束阶段结束后将重新进入下一轮的循环，若挑战成功则重新选举领导者后步骤2，若挑战不成功则重新进入步骤3。2.根据权利要求1所述的用于区块链扩展的多人链下交易方法，其特征在于，所述用户包括付款方和收款方，所述领导者用于响应所述用户的交易请求和确定所述用户的交易顺序，所述验证者用于检查所述领导者所发布的批交易集合信息、最新状态信息和检查点无误信息，判断是否达成链下共识，若达成链下共识，用户进入下一轮次的交易阶段。3.根据权利要求2所述的用于区块链扩展的多人链下交易方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：S101：在链上部署通道智能合约后，用户拥有具有唯一标识的合约地址；S102：所述验证者根据所述合约地址存入一定的资产作为抵押物；S103：经约定时间，若干数量的验证者加入链下支付通道后，链下支付通道进入初始状态。4.根据权利要求3所述的用于区块链扩展的多人链下交易方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：S201：以所述验证者资产作为权重采用随机领导者选举机制选出领导者；S202：选出所述领导者后初始化通道轮次数为0；S203：待加入的用户向指定的通道合约存入一定的资金后，再向所述领导者发起加入通道请求；S204：所述领导者把所述用户添加到用户列表，根据所述用户存入的资金初始化新用户的链下状态。5.根据权利要求4所述的用于区块链扩展的多人链下交易方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：S301：所述付款方向所述收款方发起交易消息；S302：所述收款方收到来自所述付款方的交易消息后，回复所述收款方的签名表示同意；S303：所述付款方向所述领导者发送附有所述付款方和所述交易方的签名的交易信息；S304：所述领导者检查所述付款方和所述收款方的地址和签名的合法性、交易金额是否大于付款方余额，检查无...
【专利技术属性】
技术研发人员：何锦淳，邱望洁，何日鑫，郑志明，卓胜达，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：
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