CN110852485B - 一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，通过设置支付通道集线器以连接多个支付通道，从而进行不同支付通道间的资金交易，实现交易路径的短路。本发明提供的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，充分利用了支付网络高灵活性的特点，通过在网络上设置支付通道集线器，实现了对不同支付通道的短路，从而大幅度缩短非直连节点之间交易的路径长度，提高了支付网络中的交易效率。

Description

一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，更具体的，涉及一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法。

背景技术

自2008年中本聪设计出比特币以及2013年支持智能合约的以太坊技术问世以来，以区块链为核心的加密货币技术就在全球范围内获得广泛关注。其所具有的去中心化、不可篡改、公开透明、安全可靠的特点使得区块链技术在医疗、供应链、金融等众多领域得到广泛引用。区块链技术背后的关键创新是共识机制和使用哈希算法串联起来的区块结构。前者使得所有参与者共同维护一个单一的账本，后者使得区块内容具有不可篡改以及安全可验证的特性。然而，共识机制的使用也使得区块链面临严重的性能及可扩展性问题。在目前的状态下，比特币每秒最多能够支持不到10笔交易，以太坊每秒支持最多20笔交易，作为对比，Visa每秒能够处理多达47000笔交易。

近年出现的链下支付通道技术是解决区块链可扩展性问题的可行方法。支付通道技术允许交易双方创建一条链下的支付通道，将双方之间频繁且小额的资金交易转移到链下进行，从而摆脱共识算法的性能限制，大幅提高交易的性能及可扩展性。创建链下支付通道时，交易双方需要协商好各自的资金储蓄，并在区块链上通过一笔特定的多重签名交易将这些资金进行冻结，被冻结的资金即为双方后续链下交易的最大限额。链下交易的本质就是双方通过支付通道协议来协商冻结资金在交易双方之间的重分配。支付通道协议和链上的多重签名交易共同保障了诚实一方的资金安全，确保诚实的交易方随时能够解冻属于自己的部分资金。支付通道的建立十分灵活，事实上，区块链网络中的任意一对交易双方都可以建立起支付通道，支付通道的建立不受交易双方距离的限制。我们将创建了支付通道的交易双方称为两个直连节点，则支付通道用于两个直连节点之间的链下资金交易。自然的，两个非直连节点可以通过：1)创建新的支付通道的方式；2)利用已有支付通道作为中间路径的方式来进行交易。实际上，第二种方式的成本低于第一种方式，我们也将多个支付通道所连接形成的链下网络结构称为支付通道网络(或支付网络)。

支付网络中的核心问题是如何对交易进行路由，即如何在支付网络中为两个非直连节点之间的交易找到一条满足交易要求的路径。现有的实现方案均使用传统的数据传输网络来类比支付网络。在寻找交易路径时，利用路标节点(事先确定好的一组特殊节点)所掌握的网络拓扑信息来确定一条或多条可行路径，这些路径的特点是首尾相连的，路径的起点和终点分别是交易双方，路径的中间节点则负责交易的中继。这种使用传统数据传输网络来类比支付网络的方式并不能有效地利用支付网络高灵活性的特点，导致其所确定的交易路径并不一定是最优解，从而造成资源浪费。

发明内容

本发明为克服使用传统数据传输网络来类比支付网络的方式无法有效利用支付网络高灵活性的特点，确定的交易路径不一定是最优解，存在资源浪费的技术缺陷，提供一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，通过设置支付通道集线器以连接多个支付通道，从而进行不同支付通道间的资金交易，实现交易路径的短路。

其中，所述的支付通道集线器是一份运行在区块链上的智能合约，其具体设置过程为：

将支付通道表示为β，交易双方两个节点根据协商确定的资金金额，分别加入支付通道β中以完成创建过程，此时支付通道β负责记录和维护交易双方各自的资金储蓄，当交易双方节点达到一致时，支付通道β才会将资金退回到交易双方各自的账户或用于其他用途；

将支付通道β作为成员加入到支付通道集线器中，其与支付通道集线器中的任意一个成员均可完成资金交易。

其中，所述支付通道β与支付通道集线器中的任意一个成员完成资金交易的过程具体为：

设有两个支付通道分别为β_AC和β_BD；其中，支付通道β_AC对应的交易双方为节点A和节点C，支付通道β_BD对应的交易双方为节点B和节点D；节点A与节点B需要交易但节点A与节点B之间并不存在直连的支付通道，或者节点A与节点B之间的路径长，因此将带有节点A与节点B的两个支付通道β_AC和β_BD加入支付通道集线器中，在交易前节点A、节点C、节点B和节点D四者通过支付通道集线器达成一致时，交易的结果是资金从支付通道β_AC转移到支付通道β_BD中。

其中，所述的资金从支付通道β_AC转移到支付通道β_BD的过程包括通道内协商、集线器交易和通道内结算三个阶段；其中：

所述通道内协商用于将本次交易所涉及到的四个节点对本次交易达成一致，即四个节点都同意使用支付通道集线器对支付通道β_AC和支付通道β_BD的资金转移，转移的资金量为Δx；

所述集线器交易用于对资金的实际转移，支付通道β_AC通过支付通道集线器将金额Δx转移到支付通道β_BD；

所述通道内结算用于对参与交易的两个支付通道在内部完成针对此次交易的结算，将交易双方的余额更新至最新结余。

其中，所述的通道内协商过程具体为：

支付通道β_AC的协商过程为：节点A准备消息pcc^AC，包括节点A的支付通道β_AC信息，支付通道β_BD信息，节点A、节点B、节点C、节点D的地址信息，交易金额信息和节点A的签名信息；节点A将消息pcc^AC发送至节点C，节点C收到消息pcc^AC后对其验证，验证通过后准备消息gcc^AC，包括消息pcc^AC和节点C的签名信息；节点C并将其发送给节点A、节点B、节点D三个节点；

同理，支付通道β_BD进行相同的操作，最终四个节点手上都持有gcc^AC和gcc^BD的两条信息，令节点A、节点B、节点C、节点D四个节点对本次交易达成一致。

其中，所述的集线器交易的过程主要由节点A与节点B进行推动，节点A和节点B分别代表β_AC和β_BD，具体过程为：

节点A将消息iou发送给支付通道集线器H，其中消息iou包括消息gcc^AC、消息gcc^BD和节点A的签名信息；支付通道集线器H收到消息iou后会记录并且向节点B转发该消息；当节点B收到来自支付通道集线器H的消息iou之后，对其进行验证，判断是否与通道内协商过程的两个消息gcc消息一致，若一致则向支付通道集线器H回应消息receipt，消息receipt包括消息gcc^AC、消息gcc^BD和节点B的签名信息；当支付通道集线器H收到来自节点B的消息receipt后，会将资金从支付通道β_AC转移至支付通道β_BD，并向节点A和节点B发送消息conf以完成集线器交易过程，其中消息conf包括消息iou和消息receipt。

其中，所述的通道内结算过程具体为：

支付通道β_AC的通道内结算过程为：节点A将消息res^AC发送给节点C，节点C收到消息res^AC之后对其进行验证，随后返回消息conf^AC向节点A进行确认；确认完毕后，节点A和节点C双方对支付通道β_AC资金容量的变更达成一致，结果为通道资金容量发生了变化，节点A在支付通道内的金额发生改变，改变量为Δx，节点C在支付通道内的金额不变；其中，消息res^AC包括消息conf和节点A的签名信息；消息conf^AC包括消息res^AC和节点C的签名信息；

同理，支付通道β_BD进行相应的操作，结果为通道资金容量发生了变化，节点B在支付通道内的金额发生改变，改变量为Δx，节点D在支付通道内的金额不变。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，充分利用了支付网络高灵活性的特点，通过在网络上设置支付通道集线器，实现了对不同支付通道的短路，从而大幅度缩短非直连节点之间交易的路径长度，提高了支付网络中的交易效率。

附图说明

图1为本发明所述方法流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，通过设置支付通道集线器以连接多个支付通道，从而进行不同支付通道间的资金交易，实现交易路径的短路。

更具体的，所述的支付通道集线器是一份运行在区块链上的智能合约，其具体设置过程为：

将支付通道表示为β，交易双方两个节点根据协商确定的资金金额，分别加入支付通道β中以完成创建过程，此时支付通道β负责记录和维护交易双方各自的资金储蓄，当交易双方节点达到一致时，支付通道β才会将资金退回到交易双方各自的账户或用于其他用途；

将支付通道β作为成员加入到支付通道集线器中，其与支付通道集线器中的任意一个成员均可完成资金交易。

更具体的，所述支付通道β与支付通道集线器中的任意一个成员完成资金交易的过程具体为：

设有两个支付通道分别为β_AC和β_BD；其中，支付通道β_AC对应的交易双方为节点A和节点C，支付通道β_BD对应的交易双方为节点B和节点D；节点A与节点B需要交易但节点A与节点B之间并不存在直连的支付通道，或者节点A与节点B之间的路径长，因此将带有节点A与节点B的两个支付通道β_AC和β_BD加入支付通道集线器中，在交易前节点A、节点C、节点B和节点D四者通过支付通道集线器达成一致时，交易的结果是资金从支付通道β_AC转移到支付通道β_BD中。

更具体的，所述的资金从支付通道β_AC转移到支付通道β_BD的过程包括通道内协商、集线器交易和通道内结算三个阶段；其中：

所述通道内协商用于将本次交易所涉及到的四个节点对本次交易达成一致，即四个节点都同意使用支付通道集线器对支付通道β_AC和支付通道β_BD的资金转移，转移的资金量为Δx；

所述集线器交易用于对资金的实际转移，支付通道β_AC通过支付通道集线器将金额Δx转移到支付通道β_BD；

所述通道内结算用于对参与交易的两个支付通道在内部完成针对此次交易的结算，将交易双方的余额更新至最新结余。

更具体的，所述的通道内协商过程具体为：

支付通道β_AC的协商过程为：节点A准备消息pcc^AC，包括节点A的支付通道β_AC信息，支付通道β_BD信息，节点A、节点B、节点C、节点D的地址信息，交易金额信息和节点A的签名信息；节点A将消息pcc^AC发送至节点C，节点C收到消息pcc^AC后对其验证，验证通过后准备消息gcc^AC，包括消息pcc^AC和节点C的签名信息；节点C并将其发送给节点A、节点B、节点D三个节点；

同理，支付通道β_BD进行相同的操作，最终四个节点手上都持有gcc^AC和gcc^BD的两条信息，令节点A、节点B、节点C、节点D四个节点对本次交易达成一致。

更具体的，所述的集线器交易的过程主要由节点A与节点B进行推动，节点A和节点B分别代表β_AC和β_BD，具体过程为：

节点A将消息iou发送给支付通道集线器H，其中消息iou包括消息gcc^AC、消息gcc^BD和节点A的签名信息；支付通道集线器H收到消息iou后会记录并且向节点B转发该消息；当节点B收到来自支付通道集线器H的消息iou之后，对其进行验证，判断是否与通道内协商过程的两个消息gcc消息一致，若一致则向支付通道集线器H回应消息receipt，消息receipt包括消息gcc^AC、消息gcc^BD和节点B的签名信息；当支付通道集线器H收到来自节点B的消息receipt后，会将资金从支付通道β_AC转移至支付通道β_BD，并向节点A和节点B发送消息conf以完成集线器交易过程，其中消息conf包括消息iou和消息receipt。

更具体的，所述的通道内结算过程具体为：

支付通道β_AC的通道内结算过程为：节点A将消息res^AC发送给节点C，节点C收到消息res^AC之后对其进行验证，随后返回消息conf^AC向节点A进行确认；确认完毕后，节点A和节点C双方对支付通道β_AC资金容量的变更达成一致，结果为通道资金容量发生了变化，节点A在支付通道内的金额发生改变，改变量为Δx，节点C在支付通道内的金额不变；其中，消息res^AC包括消息conf和节点A的签名信息；消息conf^AC包括消息res^AC和节点C的签名信息；

同理，支付通道β_BD进行相应的操作，结果为通道资金容量发生了变化，节点B在支付通道内的金额发生改变，改变量为Δx，节点D在支付通道内的金额不变。

在具体实施过程中，本发明充分利用了支付网络高灵活性的特点，通过在网络上设置支付通道集线器，对不同支付通道进行了短路，用于在两个支付通道间直接转移资金，从而大幅度缩短非直连节点之间交易的路径长度，提高了支付网络中的交易效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，其特征在于：通过设置支付通道集线器以连接多个支付通道，从而进行不同支付通道间的资金交易，实现交易路径的短路；

所述的集线器交易的过程主要由节点A与节点B进行推动，节点A和节点B分别代表β_AC和β_BD，具体过程为：

节点A将消息iou发送给支付通道集线器H，其中消息iou包括消息gcc^AC、消息gcc^BD和节点A的签名信息；支付通道集线器H收到消息iou后会记录并且向节点B转发该消息；当节点B收到来自支付通道集线器H的消息iou之后，对其进行验证，判断是否与通道内协商过程的两个消息gcc消息一致，若一致则向支付通道集线器H回应消息receipt，消息receipt包括消息gcc^AC、消息gcc^BD和节点B的签名信息；当支付通道集线器H收到来自节点B的消息receipt后，会将资金从支付通道β_AC转移至支付通道β_BD，并向节点A和节点B发送消息conf以完成集线器交易过程，其中消息conf包括消息iou和消息receipt；

所述的通道内结算过程具体为：

支付通道β_AC的通道内结算过程为：节点A将消息res^AC发送给节点C，节点C收到消息res^AC之后对其进行验证，随后返回消息conf^AC向节点A进行确认；确认完毕后，节点A和节点C双方对支付通道β_AC资金容量的变更达成一致，结果为通道资金容量发生了变化，节点A在支付通道内的金额发生改变，改变量为Δx，节点C在支付通道内的金额不变；其中，消息res^AC包括消息conf和节点A的签名信息；消息conf^AC包括消息res^AC和节点C的签名信息；

同理，支付通道β_BD进行相应的操作，结果为通道资金容量发生了变化，节点B在支付通道内的金额发生改变，改变量为Δx，节点D在支付通道内的金额不变。

2.根据权利要求1所述的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，其特征在于：所述的支付通道集线器是一份运行在区块链上的智能合约，其具体设置过程为：

将支付通道表示为β，交易双方两个节点根据协商确定的资金金额，分别加入支付通道β中以完成创建过程，此时支付通道β负责记录和维护交易双方各自的资金储蓄，当交易双方节点达到一致时，支付通道β才会将资金退回到交易双方各自的账户或用于其他用途；

将支付通道β作为成员加入到支付通道集线器中，其与支付通道集线器中的任意一个成员均可完成资金交易。

3.根据权利要求2所述的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，其特征在于：所述支付通道β与支付通道集线器中的任意一个成员完成资金交易的过程具体为：

设有两个支付通道分别为β_AC和β_BD；其中，支付通道β_AC对应的交易双方为节点A和节点C，支付通道β_BD对应的交易双方为节点B和节点D；节点A与节点B需要交易但节点A与节点B之间并不存在直连的支付通道，或者节点A与节点B之间的路径长，因此将带有节点A与节点B的两个支付通道β_AC和β_BD加入支付通道集线器中，在交易前节点A、节点C、节点B和节点D四者通过支付通道集线器达成一致时，交易的结果是资金从支付通道β_AC转移到支付通道β_BD中。

4.根据权利要求3所述的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，其特征在于：所述的资金从支付通道β_AC转移到支付通道β_BD的过程包括通道内协商、集线器交易和通道内结算三个阶段；其中：

所述通道内协商用于将本次交易所涉及到的四个节点对本次交易达成一致，即四个节点都同意使用支付通道集线器对支付通道β_AC和支付通道β_BD的资金转移，转移的资金量为Δx；

所述集线器交易用于对资金的实际转移，支付通道β_AC通过支付通道集线器将金额Δx转移到支付通道β_BD；

所述通道内结算用于对参与交易的两个支付通道在内部完成针对此次交易的结算，将交易双方的余额更新至最新结余。

5.根据权利要求4所述的一种区块链支付通道网络的交易路径短路方法，其特征在于：所述的通道内协商过程具体为：

支付通道β_AC的协商过程为：节点A准备消息pcc^AC，包括节点A的支付通道β_AC信息，支付通道β_BD信息，节点A、节点B、节点C、节点D的地址信息，交易金额信息和节点A的签名信息；节点A将消息pcc^AC发送至节点C，节点C收到消息pcc^AC后对其验证，验证通过后准备消息gcc^AC，包括消息pcc^AC和节点C的签名信息；节点C并将其发送给节点A、节点B、节点D三个节点；

同理，支付通道β_BD进行相同的操作，最终四个节点手上都持有gcc^AC和gcc^BD的两条信息，令节点A、节点B、节点C、节点D四个节点对本次交易达成一致。

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