CN111181853B - 一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统 - Google Patents

一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统，包括：数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成方法分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要；所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求；所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点；所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文；按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递。

Description

一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，并且更具体地，涉及一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统。
背景技术
目前，消息广播是区块链系统普遍采用的一种数据交换和传输方式，包括bitcoin、以太坊等。这种方式的问题是点对点协商的开销、延时、效率都比较低，同时，很难支持纯分布式的点对点协商和数据交换。因此，现有区块链系统的点对点数据交换多在线下进行或者基于第三方平台。随着区块链技术的发展和各领域的应用，比如点对点在线议价、点对点消息传递、物联网设备消息交互、支付通道等，上述模式越来越成为发展的制约因素。
现有的数据交换方法在数据交换效率、隐私性、安全性等方面均存在缺陷，难以直接应用到本场景。比如以太坊的whisper协议，目前面临支持节点少的问题，同时点对点消息传递还是采用广播的方式，隐私性难以保证。whisper协议参与节点少的一个重要原因是缺少激励机制设计。又比如闪电网络的支付通道技术，尽管可以用于节点支付通道路由的查找，但是在中间节点作恶应对等方面存在不足。比如蚁群算法，提出了节点之间通过路由匹配的方式进行路由查找，但是无法解决中间节点作假，比如并未看到match信息但是假装看到，同时不具备条件查询功能。
发明内容
本发明提出一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统，以解决如何高效、隐私地实现数据交换的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于区块链的纯分布式数据交换方法，所述方法包括：
数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成方法分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要；
所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求；
所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点；
所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点；
按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递。
优选地，其中所述第一数据交换请求包括：
(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；
所述第二数据交换请求包括：
(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)
其中，RA为所述数据交换源节点A对应的第一标识；RB为所述数据交换目的节点B对应的第二标识；CON为当前的数据交换请求的关键信息摘要，CON中支持黑名单和白名单配置；COUNTER为该数据交换请求经过的节点跳数；PATH为该数据交换请求经过的节点的集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为所述数据交换源节点愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明所述数据交换源节点已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为所述时间戳。
优选地，其中所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点，包括：
对于任一请求节点，在当前的邻居节点C接收到与所述请求节点对应的交换请求后，当确定当前的费用消耗与该邻居节点C的转发费用消耗fC之和小于等于所述最大费用，并且所述邻居节点C满足所述关键信息摘要时，判断所述邻居节点C内是否存储有另一个数据交换请求；其中，若所述邻居节点C内存储有另一个数据交换请求，则确定该邻居节点C为汇合节点，反之，则更新所述请求节点对应的数据交换请求，将更新后的数据交换请求存储至该邻居节点C，并转发至下一邻居节点，直至确定汇合节点；
其中，当所述请求节点为数据交换源节点A时，更新当前的第一数据交换请求为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)；当所述请求节点为所述数据交换目的节点B时，更新当前的第二数据交换请求为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)。
优选地，其中所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，包括：
对路由路径A-〉C和路由路径C-〉B进行路由可行性判断，判断是否满足FEE1+FEE2≤MAXFE；其中，若满足，则创建C的汇合回复报文为：
(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，A->C的请求为：
(RA,CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；
C->B的请求为：
(RA,RB,CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；C为汇合节点。
优选地，其中所述根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递，包括：
所述数据交换目的节点利用所述数据交换目的节点的公钥对待交换数据进行加密，以获取加密的待交换数据；
确定所述最优路由路径中每个转发节点对应的路径费用，并根据个转发节点对应的路径费用确定所述数据交换源节点到每个转发节点的支付交易数据，并进行加密，以获取支付交易加密数据；
所述数据交换源节点将所述支付交易加密数据和加密的待交换数据按照所述最优路由路径传递到所述数据交换目的节点；其中，每一个转发节点对接收到的支付交易加密数据进行解析，并将解析后的数据和所述加密的待交换数据发送至下一个转发节点；
所述数据交换目的节点获取每个转发节点的支付交易数据和待交换数据，并发布到区块链存储，以共识生效；其中，所述数据交换源节点和数据交换目的节点对每个支付交易进行联合签名。
优选地，其中所述方法还包括：
设置传递时间限值，对于超过传递时间限值的转发节点按照预设的超时处理规则进行处理；以及将恶意不进行路由转发的转发节点设置为黑名单。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于区块链的纯分布式数据交换系统，所述系统包括：
协商单元，用于数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成系统分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要；
数据交换请求确定单元，用于所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求；
汇合节点确定单元，用于所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点；
汇合回复报文确定单元，用于所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点；
数据交换单元，用于按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递。
优选地，其中所述第一数据交换请求包括：
(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；
所述第二数据交换请求包括：
(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)
其中，RA为所述数据交换源节点A对应的第一标识；RB为所述数据交换目的节点B对应的第二标识；CON为当前的数据交换请求的关键信息摘要，CON中支持黑名单和白名单配置；COUNTER为该数据交换请求经过的节点跳数；PATH为该数据交换请求经过的节点的集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为所述数据交换源节点愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明所述数据交换源节点已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为所述时间戳。
优选地，其中所述在汇合节点确定单元，数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点，包括：
对于任一请求节点，在当前的邻居节点C接收到与所述请求节点对应的交换请求后，当确定当前的费用消耗与该邻居节点C的转发费用消耗fC之和小于等于所述最大费用，并且所述邻居节点C满足所述关键信息摘要时，判断所述邻居节点C内是否存储有另一个数据交换请求；其中，若所述邻居节点C内存储有另一个数据交换请求，则确定该邻居节点C为汇合节点，反之，则更新所述请求节点对应的数据交换请求，将更新后的数据交换请求存储至该邻居节点C，并转发至下一邻居节点，直至确定汇合节点；
其中，当所述请求节点为数据交换源节点A时，更新当前的第一数据交换请求为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)；当所述请求节点为所述数据交换目的节点B时，更新当前的第二数据交换请求为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)。
优选地，其中所述在汇合回复报文确定单元，汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，包括：
对路由路径A-〉C和路由路径C-〉B进行路由可行性判断，判断是否满足FEE1+FEE2≤MAXFE；其中，若满足，则创建C的汇合回复报文为：
(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，A->C的请求为：
(RA,CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；
C->B的请求为：
(RA,RB,CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；C为汇合节点。
优选地，其中所述数据交换单元，根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递，包括：
所述数据交换目的节点利用所述数据交换目的节点的公钥对待交换数据进行加密，以获取加密的待交换数据；
确定所述最优路由路径中每个转发节点对应的路径费用，并根据个转发节点对应的路径费用确定所述数据交换源节点到每个转发节点的支付交易数据，并进行加密，以获取支付交易加密数据；
所述数据交换源节点将所述支付交易加密数据和加密的待交换数据按照所述最优路由路径传递到所述数据交换目的节点；其中，每一个转发节点对接收到的支付交易加密数据进行解析，并将解析后的数据和所述加密的待交换数据发送至下一个转发节点；
所述数据交换目的节点获取每个转发节点的支付交易数据和待交换数据，并发布到区块链存储，以共识生效；其中，所述数据交换源节点和数据交换目的节点对每个支付交易进行联合签名。
优选地，其中所述系统还包括：
节点处理单元，用于设置传递时间限值，对于超过传递时间限值的转发节点按照预设的超时处理规则进行处理；以及将恶意不进行路由转发的转发节点设置为黑名单。
本发明提供了一种基于区块链的纯分布式数据交换方法及系统，包括：数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求；数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点；所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点；按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递。本发明的方法通过对数据进行加密传输，能够保证数据交换的安全性和隐私性；通过确定最优路由路径，能够过滤很多无关节点，节省路由转发量，并且整个数据交换过程中的数据不可篡改，实现了高效、隐私、安全地进行数据交换。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的基于区块链的纯分布式数据交换方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的实现数据交换的整体架构图；
图3为根据本发明实施方式的基于区块链的纯分布式数据交换系统300的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的基于区块链的纯分布式数据交换方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于区块链的纯分布式数据交换方法，通过对数据进行加密传输，能够保证数据交换的安全性和隐私性；通过确定最优路由路径，能够过滤很多无关节点，节省路由转发量，并且整个数据交换过程中的数据不可篡改，实现了高效、隐私、安全地进行数据交换。本发明实施方式的基于区块链的纯分布式数据交换方法100，从步骤101处开始，在步骤101数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成方法分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要。
在本发明的实施方式中，数据交换源节点A与目的节点B分别按照预设的随机数算法生成随机数，分别为第一标识RA和第二标识RB，并且数据交换源节点A与目的节点B互相交换随机数RA和RB，使得双方知晓对方的随机数。数据交换源节点A向目的节点B发送CON条件和时间戳T，CON条件即关键信息摘要。
在步骤102，所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求。
优选地，其中所述第一数据交换请求包括：
(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；
所述第二数据交换请求包括：
(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)
其中，RA为所述数据交换源节点A对应的第一标识；RB为所述数据交换目的节点B对应的第二标识；CON为当前的数据交换请求的关键信息摘要，CON中支持黑名单和白名单配置；COUNTER为该数据交换请求经过的节点跳数；PATH为该数据交换请求经过的节点的集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为所述数据交换源节点愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明所述数据交换源节点已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为所述时间戳。
在本发明的实施方式中，数据交换源节点A初始化数据的第一数据交换请求的格式为：(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)，其中，RA为A生成的请求随机数，即第一标识，一般每一个新请求对应一个新随机数；CON为CONDITION，描述此次请求的关键信息摘要，根据数据交换请求的类型可以灵活定义，比如此次请求为支付申请，需要交换的数据是支付信息，这就要求中间的普通转发节点具备转发的能力，满足条件CONDITION。如果A的请求是向B支付100元，而节点C连一笔超过100元支付的通道都没有，说明C不满足数据交换的基本条件，则应当停止路由转发，以免造成资源浪费。需要说明的是CONDITION中支持黑名单、白名单配置，对于进入黑名单的节点，将排除在路由查找的过程，源节点不会选择该类节点进行数据转发。COUNTER为指请求经过的节点跳数；PATH为请求经过的节点集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为节点A愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明A已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为时间戳。
数据交换目的节点B初始化的第二数据交换请求的格式为：(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，RB为B生成的请求随机数，即第二标识，其他字段意义相同不再赘述。
在步骤103，所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点。
优选地，其中所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点，包括：
对于任一请求节点，在当前的邻居节点C接收到与所述请求节点对应的交换请求后，当确定当前的费用消耗与该邻居节点C的转发费用消耗fC之和小于等于所述最大费用，并且所述邻居节点C满足所述关键信息摘要时，判断所述邻居节点C内是否存储有另一个数据交换请求；其中，若所述邻居节点C内存储有另一个数据交换请求，则确定该邻居节点C为汇合节点，反之，则更新所述请求节点对应的数据交换请求，将更新后的数据交换请求存储至该邻居节点C，并转发至下一邻居节点，直至确定汇合节点；
其中，当所述请求节点为数据交换源节点A时，更新当前的第一数据交换请求为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)；当所述请求节点为所述数据交换目的节点B时，更新当前的第二数据交换请求为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)。
在本发明的实施方式中，数据交换源节点A与目的节点B分别向各自邻居节点发送数据交换请求。
数据交换源节点A向邻居节点发送第一数据交换请求后，邻居节点或普通转发节点C收到请求(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)后，处理流程如下:
If FEE+fC>MAXFEE
Quit//fC为C转发的收费，意味着转发费用不足，C的收益不满足要求
If C can not satisfy CON
Quit//意味着C无法满足本次转发要求
If C find(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)in memory
说明C为汇合节点。
Else
更新(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)
将(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)存入内存(直至超时将数据清除，超时时间可自行设置)并转发至下一邻居节点D，直至找到汇合节点。
数据交换源节点B向邻居节点发送第二数据交换请求(RA，RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)后，处理流程如下:
If FEE+fC>MAXFEE
Quit//fC为C转发的收费，意味着转发费用不足，C的收益不满足要求
If C can not satisfy CON
Quit//意味着C无法满足本次转发要求
If C find(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)in memory
说明C为汇合节点，进入步骤S40
Else
更新(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)
将(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)存入内存(直至超时将数据清除，超时时间可自行设置)并转发至下一跳D，直至找到汇合节点。
在步骤104，所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点。
优选地，其中所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，包括：
对路由路径A-〉C和路由路径C-〉B进行路由可行性判断，判断是否满足FEE1+FEE2≤MAXFE；其中，若满足，则创建C的汇合回复报文为：
(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，A->C的请求为：
(RA,CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；
C->B的请求为：
(RA,RB,CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；C为汇合节点。
在本发明的实施方式中，假定汇合节点为C，找到汇合节点意味着已经为A找到一条路由路径，即路由A-〉C和路由C-〉B，假设对应A->C的请求为(RA，CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；对应C->B的请求为(RA，RB，CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；汇合节点C进行路由可行性判断，包括：
If FEE1+FEE2>MAXFEE
Quit//意味着转发费用不足，没有满足收益要求的路由路径
Else
创建C的汇合回复报文，并分将所述汇合回复报文分别发送至A和B。其中，汇合回复报文包括：
(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)。
在步骤105，按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递。
优选地，其中所述根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递，包括：
所述数据交换目的节点利用所述数据交换目的节点的公钥对待交换数据进行加密，以获取加密的待交换数据；
确定所述最优路由路径中每个转发节点对应的路径费用，并根据个转发节点对应的路径费用确定所述数据交换源节点到每个转发节点的支付交易数据，并进行加密，以获取支付交易加密数据；
所述数据交换源节点将所述支付交易加密数据和加密的待交换数据按照所述最优路由路径传递到所述数据交换目的节点；其中，每一个转发节点对接收到的支付交易加密数据进行解析，并将解析后的数据和所述加密的待交换数据发送至下一个转发节点；
所述数据交换目的节点获取每个转发节点的支付交易数据和待交换数据，并发布到区块链存储，以共识生效；其中，所述数据交换源节点和数据交换目的节点对每个支付交易进行联合签名。
优选地，其中所述方法还包括：
设置传递时间限值，对于超过传递时间限值的转发节点按照预设的超时处理规则进行处理；以及将恶意不进行路由转发的转发节点设置为黑名单。
在本发明的实施方式中，数据交换源节点A收到回复信息后，本地存储，按照既定路由筛选原则进行路由路径选择，比如收到的路由路径为：C,D,E,G,H,B}，{C,D,E,G,H,K,B}，{C,D,E,G,H,K,L,B}，根据费用来确定最优路由路径。则A计算各条路径的总费用，比如{C,D,E,G,H,B}的费用为fc+fd+fe+fg+fh。如果路由选择原则为费用最小，则选择费用最小的一条路径作为最终路由路径。为了增强路由安全性，节点A也可以通过其他维度进行路由路径筛选，比如包含恶意节点的路径将不做选择。
在确定最优路由路径后，数据交换源节点A和目的节点B之间进行数据点对点隐私传递，包括：
步骤S1，在选择路由路径后，比如路径{C,D,E,G,H,B}、每跳路径费用为{fc,fd,fe,fg,fh}，源节点A将进行点对点传递数据，假设待传递数据为m。首先利用B的公钥PB对m进行加密，生成数据Enc(PB,m)。
步骤S2，然后生成支付交易(A,B,C,fc)，即A向C支付费用fc，该交易需要A和B联合签名才能生效。同样的方法生成A到每一跳路由途径节点的交易，(A,B,C,fc)、(A,B,D,fd)、(A,B,E,fe)、(A,B,G,fg)和(A,B,H,fh)。
步骤S3，将数据Enc(PC，Enc(PD，Enc(PE，Enc(PG，Enc(PH，(A,B,C,fc)(A,B,D,fd)(A,B,E,fe)、(A,B,G,fg)、(A,B,H,fh))))))Enc(PB,m)传递给下一跳C。
步骤S4，到达下一跳C后，进行一层解密，得到交易Enc(PD，Enc(PE，Enc(PG，Enc(PH，(A,B,C,fc)(A,B,D,fd)(A,B,E,fe)(A,B,G,fg)(A,B,H,fh)))))Enc(PB,m)。
步骤S5，依次操作，数据传递到B时，数据变为(A,B,C,fc)(A,B,D,fd)(A,B,E,fe)(A,B,G,fg)(A,B,H,fh)Enc(PB,m)。其中，每笔交易需要用A和B的联合签名才能生效，并由B发布到区块链存储共识生效。
为了保证数据传递的有效性，数据传递过程有一个超时时间EXPIRETIME限制，为源节点A设置，如果超过时间，A和B不会再发送奖励。如果转发节点收到数据后，恶意不进行路由转发，导致所有途径节点均收不到奖励，数据交换操作也没有完成，源节点A可以将其放入黑名单，在后续请求的CONDITION条件中进行设置体现。另外，如果节点转发数据失败，只要A觉得时间允许(比如A希望1小时完成发送，转发失败只用了半小时)，源节点A可以进行路由路径的重选择，以完成数据传递。
本发明实施方式同的方法与其他一些领域，比如网络路由算法是有着本质区别，并非直接可以借鉴的惯用方法。互联网路由算法中，数据路由基于目的地址，进行逐跳转发，无须预知整个路由路径，而本发明中需要提前探知路由路径；互联网路由仅涉及转发，而本发明中数据在转发过程中还会产生收益；互联网路由中的路径选择由中间网络设备根据既定算法计算得出，源节点无主动选择权，而本发明中的区块链节点可以自主选择路由路径，甚至可以同时根据不同路由路径发送多条数据；以及在本发明中源节点可以通过区块链构造多条路由路径，选择费用最低的路径进行转发，而在现有互联网路由协议中源节点并无类似选择权。本发明实施方式提供的方法实现了高效、隐私、安全地进行数据交换。
图2为根据本发明实施方式的实现数据交换的整体架构图。如图2所示，实现数据交换的过程包括：数据交换源节点A和数据交换目的节点B进行随机数交换和时间戳协商；数据交换源节点A与数据交换目的节点B初始化数据交换请求；双方发送数据交换请求，请求通过邻居广播泛洪，查找汇合节点K；汇合节点向数据交换源节点A和数据交换目的节点B发送回应信息；数据交换源节点A选择路由路径；以及数据交换源节点A和数据目的节点B之间进行数据的点对点隐私传递。
图3为根据本发明实施方式的基于区块链的纯分布式数据交换系统300的结构示意图。如图3所示，本发明实施方式提供的基于区块链的纯分布式数据交换系统300，包括：协商单元301、数据交换请求确定单元302、汇合节点确定单元303、汇合回复报文确定单元304和数据交换单元305。
优选地，所述协商单元301，用于数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成系统分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要。
优选地，所述数据交换请求确定单元302，用于所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求。
优选地，其中所述第一数据交换请求包括：
(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；
所述第二数据交换请求包括：
(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)
其中，RA为所述数据交换源节点A对应的第一标识；RB为所述数据交换目的节点B对应的第二标识；CON为当前的数据交换请求的关键信息摘要，CON中支持黑名单和白名单配置；COUNTER为该数据交换请求经过的节点跳数；PATH为该数据交换请求经过的节点的集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为所述数据交换源节点愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明所述数据交换源节点已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为所述时间戳。
优选地，所述汇合节点确定单元303，用于所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点。
优选地，其中所述在汇合节点确定单元303，数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点，包括：
对于任一请求节点，在当前的邻居节点C接收到与所述请求节点对应的交换请求后，当确定当前的费用消耗与该邻居节点C的转发费用消耗fC之和小于等于所述最大费用，并且所述邻居节点C满足所述关键信息摘要时，判断所述邻居节点C内是否存储有另一个数据交换请求；其中，若所述邻居节点C内存储有另一个数据交换请求，则确定该邻居节点C为汇合节点，反之，则更新所述请求节点对应的数据交换请求，将更新后的数据交换请求存储至该邻居节点C，并转发至下一邻居节点，直至确定汇合节点；
其中，当所述请求节点为数据交换源节点A时，更新当前的第一数据交换请求为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)；当所述请求节点为所述数据交换目的节点B时，更新当前的第二数据交换请求为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)。
优选地，所述汇合回复报文确定单元304，用于所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点。
优选地，其中所述在汇合回复报文确定单元304，汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，包括：
对路由路径A-〉C和路由路径C-〉B进行路由可行性判断，判断是否满足FEE1+FEE2≤MAXFE；其中，若满足，则创建C的汇合回复报文为：
(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，A->C的请求为：
(RA,CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；
C->B的请求为：
(RA,RB,CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；C为汇合节点。
优选地，所述数据交换单元305，用于按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递。
优选地，其中所述数据交换单元305，根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递，包括：
所述数据交换目的节点利用所述数据交换目的节点的公钥对待交换数据进行加密，以获取加密的待交换数据；
确定所述最优路由路径中每个转发节点对应的路径费用，并根据个转发节点对应的路径费用确定所述数据交换源节点到每个转发节点的支付交易数据，并进行加密，以获取支付交易加密数据；
所述数据交换源节点将所述支付交易加密数据和加密的待交换数据按照所述最优路由路径传递到所述数据交换目的节点；其中，每一个转发节点对接收到的支付交易加密数据进行解析，并将解析后的数据和所述加密的待交换数据发送至下一个转发节点；
所述数据交换目的节点获取每个转发节点的支付交易数据和待交换数据，并发布到区块链存储，以共识生效；其中，所述数据交换源节点和数据交换目的节点对每个支付交易进行联合签名。
优选地，其中所述系统还包括：
节点处理单元，用于设置传递时间限值，对于超过传递时间限值的转发节点按照预设的超时处理规则进行处理；以及将恶意不进行路由转发的转发节点设置为黑名单。
本发明的实施例的基于区块链的纯分布式数据交换系统300与本发明的另一个实施例的基于区块链的纯分布式数据交换方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是为以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解为依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于区块链的纯分布式数据交换方法，其特征在于，所述方法包括：
数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成方法分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要；
所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求；
所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点；
所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点；
按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递；
其中，所述第一数据交换请求包括：
(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；
所述第二数据交换请求包括：
(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)
其中，RA为所述数据交换源节点A对应的第一标识；RB为所述数据交换目的节点B对应的第二标识；CON为当前的数据交换请求的关键信息摘要，CON中支持黑名单和白名单配置；COUNTER为该数据交换请求经过的节点跳数；PATH为该数据交换请求经过的节点的集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为所述数据交换源节点愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明所述数据交换源节点已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为所述时间戳；
其中，所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，包括：
对路由路径A-〉C和路由路径C-〉B进行路由可行性判断，判断是否满足FEE1+FEE2≤MAXFE；其中，若满足，则创建C的汇合回复报文为：(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，A->C的请求为：
(RA,CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；
C->B的请求为：
(RA,RB,CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；C为汇合节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点，包括：
对于任一请求节点，在当前的邻居节点C接收到与所述请求节点对应的交换请求后，当确定当前的费用消耗与该邻居节点C的转发费用消耗fC之和小于等于所述最大费用，并且所述邻居节点C满足所述关键信息摘要时，判断所述邻居节点C内是否存储有另一个数据交换请求；其中，若所述邻居节点C内存储有另一个数据交换请求，则确定该邻居节点C为汇合节点，反之，则更新所述请求节点对应的数据交换请求，将更新后的数据交换请求存储至该邻居节点C，并转发至下一邻居节点，直至确定汇合节点；
其中，当所述请求节点为数据交换源节点A时，更新当前的第一数据交换请求为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)；当所述请求节点为所述数据交换目的节点B时，更新当前的第二数据交换请求为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递，包括：
所述数据交换目的节点利用所述数据交换目的节点的公钥对待交换数据进行加密，以获取加密的待交换数据；
确定所述最优路由路径中每个转发节点对应的路径费用，并根据个转发节点对应的路径费用确定所述数据交换源节点到每个转发节点的支付交易数据，并进行加密，以获取支付交易加密数据；
所述数据交换源节点将所述支付交易加密数据和加密的待交换数据按照所述最优路由路径传递到所述数据交换目的节点；其中，每一个转发节点对接收到的支付交易加密数据进行解析，并将解析后的数据和所述加密的待交换数据发送至下一个转发节点；
所述数据交换目的节点获取每个转发节点的支付交易数据和待交换数据，并发布到区块链存储，以共识生效；其中，所述数据交换源节点和数据交换目的节点对每个支付交易进行联合签名。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
设置传递时间限值，对于超过传递时间限值的转发节点按照预设的超时处理规则进行处理；以及将恶意不进行路由转发的转发节点设置为黑名单。
5.一种基于区块链的纯分布式数据交换系统，其特征在于，所述系统包括：
协商单元，用于数据交换源节点和数据交换目的节点按照预设的随机数生成系统分别确定对应的第一标识和第二标识，进行标识数据的共享，并协商时间戳和关键信息摘要；
数据交换请求确定单元，用于所述数据交换源节点确定第一数据交换请求，所述数据交换目的节点确定第二数据交换请求；
汇合节点确定单元，用于所述数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点；
汇合回复报文确定单元，用于所述汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，并将所述汇合回复报文分别发送至所述数据交换源节点和数据交换目的节点；
数据交换单元，用于按照预设的路由路径选择策略确定最优路由路径，并根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递；
其中，所述第一数据交换请求包括：
(RA,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)；
所述第二数据交换请求包括：
(RA,RB,CON,COUNTER,PATH,FEE,MAXFEE,TIMESTAMP)
其中，RA为所述数据交换源节点A对应的第一标识；RB为所述数据交换目的节点B对应的第二标识；CON为当前的数据交换请求的关键信息摘要，CON中支持黑名单和白名单配置；COUNTER为该数据交换请求经过的节点跳数；PATH为该数据交换请求经过的节点的集合，代表路由路径；FEE为截止到当前的费用消耗，用于节点判断是否有足够的收益驱动进行路由转发；MAXFEE为所述数据交换源节点愿意提供的最大费用，如果到达某个节点时，费用已经超出MAXFEE，说明所述数据交换源节点已经不会支付给节点足够费用，则节点会停止路由转发；TIMESTMP为所述时间戳；
其中，所述在汇合回复报文确定单元，汇合节点进行路由路径的筛查，根据筛查后的路由路径确定汇合回复报文，包括：
对路由路径A-〉C和路由路径C-〉B进行路由可行性判断，判断是否满足FEE1+FEE2≤MAXFE；其中，若满足，则创建C的汇合回复报文为：(RA,RB,CON,COUNTER1+COUNTER2,PATH1+PATH2,FEE1+FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；其中，A->C的请求为：
(RA,CON,COUNTER1,PATH1,FEE1,MAXFEE,TIMESTAMP)；
C->B的请求为：
(RA,RB,CON,COUNTER2,PATH2,FEE2,MAXFEE,TIMESTAMP)；C为汇合节点。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述在汇合节点确定单元，数据交换源节点和数据交换目的节点分别将所述第一数据交换请求和第二数据交换请求通过邻居进行广播，以确定汇合节点，包括：
对于任一请求节点，在当前的邻居节点C接收到与所述请求节点对应的交换请求后，当确定当前的费用消耗与该邻居节点C的转发费用消耗fC之和小于等于所述最大费用，并且所述邻居节点C满足所述关键信息摘要时，判断所述邻居节点C内是否存储有另一个数据交换请求；其中，若所述邻居节点C内存储有另一个数据交换请求，则确定该邻居节点C为汇合节点，反之，则更新所述请求节点对应的数据交换请求，将更新后的数据交换请求存储至该邻居节点C，并转发至下一邻居节点，直至确定汇合节点；
其中，当所述请求节点为数据交换源节点A时，更新当前的第一数据交换请求为(RA,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)；当所述请求节点为所述数据交换目的节点B时，更新当前的第二数据交换请求为(RA,RB,CON,COUNTER+1,PATH+C,FEE+fC,MAXFEE,TIMESTAMP)。
7.权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据交换单元，根据所述最优路由路径进行所述数据交换源节点和数据交换目的节点之间的数据点对点隐私传递，包括：
所述数据交换目的节点利用所述数据交换目的节点的公钥对待交换数据进行加密，以获取加密的待交换数据；
确定所述最优路由路径中每个转发节点对应的路径费用，并根据个转发节点对应的路径费用确定所述数据交换源节点到每个转发节点的支付交易数据，并进行加密，以获取支付交易加密数据；
所述数据交换源节点将所述支付交易加密数据和加密的待交换数据按照所述最优路由路径传递到所述数据交换目的节点；其中，每一个转发节点对接收到的支付交易加密数据进行解析，并将解析后的数据和所述加密的待交换数据发送至下一个转发节点；
所述数据交换目的节点获取每个转发节点的支付交易数据和待交换数据，并发布到区块链存储，以共识生效；其中，所述数据交换源节点和数据交换目的节点对每个支付交易进行联合签名。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
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