高可靠的中继跨链数据传输方法、系统、电子设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种高可靠的中继跨链数据传输方法、系统、电子设备及介质，属于区块链跨链技术领域。本发明专利技术基于已有区块链节点构建中继链，无需新增节点或寻找第三方公证人，无需接入新的中继链和开发适配器模块。本发明专利技术引入了节点可信度评估机制，通过使用基于可信度权重的A

【技术实现步骤摘要】
高可靠的中继跨链数据传输方法、系统、电子设备及介质


[0001]本专利技术属于区块链跨链
，尤其涉及一种高可靠的中继跨链数据传输方法、系统、电子设备及介质。

技术介绍

[0002]自中本聪2008年发表关于比特币的论文首次提出区块链以来，区块链已广泛应用于金融、司法、物流等诸多领域。随着区块链种类的不断增多，不同区块链架构异构使得不同区块链间的信息可信交互面临重大挑战，各个区块链账本间彼此相互隔离各自独立运行，产生了严重的区块链数据孤岛现象。为应对区块链数据孤岛问题，实现更广泛的链间数据转移与价值流通，跨链技术出现了。跨链技术，又称为区块链互操作技术，是指跨越单一区块链系统的数据可信边界，实现独立的两个或多个区块链间的有效协作的技术。它是实现区块链互联互通、提升区块链互操作性与可扩展性的重要技术手段。由于区块链的封闭性以及不同区块链之间的高度异构化，导致在不同区块链之间难以进行直接通信和区块上链。
[0003]侧链/中继是当前跨链技术研究主要聚焦的方向。侧链/中继链是一种能够自行验证交易数据并且具有可扩展性的跨链技术。侧链机制的思想是通过简单支付证明SPV(Simplified Payment Verification)验证，从侧链读取主链消息。BTC
‑
Relay项目基于侧链的思想构建了一种比特币的侧链，该项目在以太坊上部署智能合约，使用户可以在以太坊上验证比特币的交易，实现了以太坊和比特币之间的跨链交易和通信。然而，由于主链不知道侧链的存在，而侧链必须要知道主链的存在，该项目存在中心化严重的问题一直为人所诟病。
[0004]中继链，是从侧链发展而来的，其核心思想是通过使用一条侧链充当“中继”的角色，以连通若干条区块链，达到通信和互操作的目的。从本质上看，中继链就是侧链模型和公证人模型的优质结合与扩展。当前，开源社区内比较优秀的中继跨链项目是Commos和Polkadot。中继链技术的优势在于同时适用于同构和异构区块链，且中继链通常由多方参与维护和监督，故具有更为稳健的信任度。但中继链往往是选取第三方公链或者联盟链，接入复杂。而且中继机制下中继节点的组成相对固定，对于中继节点的选取并没有给出一个合适的方案，通常基于随机选取，这样意味着恶意节点和可信度不高的节点与普通节点成为中继节点概率是相同的，可能会对后续对跨链交易的验证和共识产生不利的影响。并且缺少对宕机节点的发现和清除机制，宕机节点无法及时参与共识的形成，进而逐步瓦解中继模式在异构链间的连通功能，最终降低可信互访的速率。
[0005]综上所述，现有的中继跨链技术存在的问题是：
[0006](1)中继链接入复杂。中继链通常是选取第三方公链或者联盟链担任，如果第三方链和源区块链或者目的区块链的底层架构存在较大差异，往往需要开发适配器模块进行适配来屏蔽底层差异，接入复杂。
[0007](2)中继节点组成固定，缺少合适的中继节点选取方案。中继节点一旦确定就无法
改变，如果中继节点中存在较多的恶意节点，会降低对跨链交易的验证和共识速率，进而影响跨链互操作的速率。并且中继节点通常是随机选取的，这意味着恶意节点和普通节点成为中继节点的概率是相同的，恶意节点成为中继节点的可能性没有被有效抑制。
[0008](3)缺少宕机节点的发现和清除机制。由于宕机节点无法参与共识的形成，如果宕机节点不被及时发现和清除，共识效率会降低，中继模式在异构链间的连通功能也会被逐步瓦解，最终导致可信互访的速率降低。

技术实现思路

[0009]针对现有中继跨链数据传输可靠性的不足，本专利技术提供了一种高可靠的中继跨链数据传输方法、系统、电子设备及介质，引入了节点可信度评估机制，通过使用基于可信度权重的A
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Res算法、基于已有的区块链节点选取中继节点构建中继链，并且专利技术了一种宕机节点的发现和清除机制，可以及时发现宕机节点进行清除，保证了跨链系统的正常运行，提高了系统的可靠性。
[0010]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种高可靠的中继跨链数据传输方法，其包括如下步骤：
[0012]1)源区块链和目的区块链的各个节点计算各自的可信度；
[0013]2)第一个周期开始前，给所有节点分发ID编号；源区块链和目的区块链按照基于可信度权重的A
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Res算法分别选取一定数量的节点作为中继节点组成中继链，中继节点同步各个区块链的最长链链头数据；源区块链和目的区块链选择自己链中可信度最高的节点作为跨链网关节点；
[0014]3)部署在源区块链上的上层应用程序调用跨链服务合约发起跨链交易；
[0015]4)源区块链的跨链网关节点监听到有上层应用程序发起跨链交易时，调用部署在源区块链上的跨链数据处理合约；跨链数据处理合约将跨链交易封装成跨链报文；
[0016]5)所有的中继节点对跨链交易进行验证和共识；此过程如有中继节点宕机，则宕机的中继节点会被发现，并重新选取中继节点；
[0017]6)中继链对跨链交易验证通过达成共识后，目的区块链跨链网关节点调用部署在目的区块链上的跨链数据处理合约，跨链数据处理合约调用目标智能合约；并向目标智能合约传递跨链数据，完成跨链。
[0018]7)当前周期结束时，返回步骤2)重新选取中继节点组成中继链并进行下一个周期的中继跨链数据传输，新选取的中继节点需要同步各个区块链的最长链链头数据。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种高可靠的中继跨链数据传输系统，其包括：
[0020]可信度计算模块，部署在源区块链和目的区块链上，计算节点的可信度；
[0021]节点选取模块，部署在源区块链和目的区块链上，根据基于可信度权重的A
‑
Res算法选取中继节点，中继节点同步各个区块链的最长链链头数据，源区块链和目的区块链选择自己链中可信度最高的节点作为跨链网关节点；
[0022]宕机节点处理模块，用于实时发现宕机节点；
[0023]跨链服务合约，部署在源区块链上，对跨链交易参数进行初步的合法性校验并发出合约事件；
[0024]跨链数据处理合约，部署在中继节点上解析合约事件中类型为跨链事件的事件数
据，封装成跨链交易报文；
[0025]监听模块，部署在中继节点上，监听源区块链发出的跨链事件；
[0026]验证共识模块，部署在中继节点上，就跨链交易是否可以被目的区块链接收并执行达成共识。
[0027]第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现上述的高可靠的中继跨链数据传输方法。
[0028]第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，用于实现上述的高可靠的中继跨链数据传输方法。
[0029]与现有的中继跨链方法相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠的中继跨链数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：1)源区块链和目的区块链的各个节点计算各自的可信度；2)第一个周期开始前，给所有节点分发ID编号；源区块链和目的区块链按照基于可信度权重的A
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Res算法分别选取一定数量的节点作为中继节点组成中继链，中继节点同步各个区块链的最长链链头数据；源区块链和目的区块链选择自己链中可信度最高的节点作为跨链网关节点；3)部署在源区块链上的上层应用程序调用跨链服务合约发起跨链交易；4)源区块链的跨链网关节点监听到有上层应用程序发起跨链交易时，调用部署在源区块链上的跨链数据处理合约；跨链数据处理合约将跨链交易封装成跨链报文；5)所有的中继节点对跨链交易进行验证和共识；此过程如有中继节点宕机，则宕机的中继节点会被发现，并重新选取中继节点；6)中继链对跨链交易验证通过达成共识后，目的区块链跨链网关节点调用部署在目的区块链上的跨链数据处理合约，跨链数据处理合约调用目标智能合约；并向目标智能合约传递跨链数据，完成跨链；7)当前周期结束时，返回步骤2)重新选取中继节点组成中继链并进行下一个周期的中继跨链数据传输，新选取的中继节点需要同步各个区块链的最长链链头数据。2.根据权利要求1所述的高可靠的中继跨链数据传输方法，其特征在于，步骤1)中，计算节点可信度方案如下：CR
i
＝λ1TR
i
+λ1ER
i
+λ1DE
i
其中CR
i
是节点i的可信度，λ1，λ2，λ3为权重系数，满足λ1+λ2+λ3＝1；其中，TR
i
是节点i在当前周期内验证交易所花费时间之和的倒数，所述节点i在当前周期内验证交易所花费时间之和的倒数依据如下公式进行计算：其中t
j
是节点i对第j笔交易验证开始的时间，t
ij
是节点i对第j笔交易验证结束的时间，假设在该周期内节点i总共完成了m笔交易验证；ER
i
表示节点i在区块链网络中的在线时长与加入网络的总时长的比例，即节点在线率；所述节点在线率基于以下公式进行计算：其中t
online
是节点i在区块链网络中的在线时长，t
total
是节点i加入区块链网络的总时长；DE
i
是对节点i的历史可信度进行极大极小归一化处理后的结果：D
i
其中是节点i的历史可信度，D
max
是所有节点中的最大历史可信度，D
min
是所有节点中的最小历史可信度。
3.根据权利要求1所述的高可靠的中继跨链数据传输方法，其特征在于，步骤2)中，源区块链和目的区块链按照基于可信度权重的A
‑
Res算法分别选取一定数量的节点作为中继节点，具体包括：2.1)确定各个区块链需要选取的中继节点数量；2.2)为每个节点的区块链进程生成唯一的全局ID，按照ID大小从小到大编号，ID最小的编号为1；2.3)计算每个节点的特征值，假设当前节点可信度为ω
i
，编号为i，生成一个随机数r
i
在(0，1]范围内；计算当前节点的特征值为：2.4)假定某条链选取k个中继节点；如果当前节点编号小于等于k，直接将当前节点以及对应的特征值加入结果集，结果集底层是以节点特征值为关键字的最小堆；2.5)如果当前节点编号大于k，计算特征值，如果该节点特征值大于结果集中特征值最小的节点，则将当前结果集中特征值最小的节点移出，将当前节点加入到结果集，遍历完某条链的所有节点后，得到该条链的最终结果集；2.6)选取结果集中的节点作为该条链被选取的中继节点。4.根据权利要求1所述的高可靠的中继跨链数据传输方法，其特征在于，步骤3)中，部署在源区块链上的应用调用跨链服务合约，跨链服务合约会首先对跨链交易参数进行初步的合法性校验，校验通过后会发出一个合约事件，事件主题为跨链事件，事件数据包括源区块链信息、跨链数据信息、目标链信息、目标智能合约信息；源区块链跨链网关节点监听事件，当监听到主题为跨链事件的合约事件时，调用部署在源区块链的跨链数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建海，李雨轩，刘振广，何钦铭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：