CN111598566A - 基于混合跨链的网络支付系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于混合跨链的网络支付系统，包括：开放联盟网关协议系统，用于主链和侧链之间的通用网关协议，维护了主链和侧链上的SPV或者全节点来对主链和侧链的交易进行验证；钱包系统，用于从用户的侧链地址转账到一个特定的地址或者侧链的销毁代币的交易，提供回兑到主链的接收地址；公证网络系统，用于保障公平、安全又快速在多个节点传递证明的有效性。本发明通过开放联盟网关协议系统使侧链模式的跨链可以加速不同链资产之间的流通，以保证多链架构的稳定性，实现主链和侧链资产的双向锚定，并且通过钱包系统和公证网络系统，一方面可保证了资产的安全，另外一方面，给了侧链更大的扩展空间，在吞吐量上有了很大提升。

Description

基于混合跨链的网络支付系统

技术领域

本发明涉及网络支付技术领域，特别是涉及一种基于混合跨链的网络支付系统。

背景技术

无论是价值网络还是去中心化应用，各个区块链就像一片片相互独立的孤岛，只有岛上的住民才能彼此传递价值和信息。此外区块链拓展韧性也受制于上线前协议框架的定义，传统非图灵完备的区块链如数字支付难以负载复杂的方案，在机制改革、高并发的需求下显得力不从心，而大规模的升级改造可能引发一系列故障和隐患，给用户带来不必要的资产损失，升级整个区块链还需要超过一半以上的节点支持。为了解决上述难题，区块链开发者提出各种解决方案，尝试将不同的两个区块链进行安全、稳定的价值转移，这一技术理念又被称作“跨链技术(Inter-Blockchain Technology)”。

随着以比特币为代表的数字货币的风靡,区块链作为其关键底层技术也越来越受关注。区块链技术是一种分布式账本技术，可以被应用在金融、健康医疗、供应链、资产管理等诸多领域。区块链的去中心化、数据不可篡改性、动态灵活的体系特征,使得其在银行、征信、金融等多领域应用前景非常广泛，但是受吞吐量、网络孤立性、监管、伸缩性等因素的制约，目前的区块链项目并不能很好的服务于商业应用。在区块链所面临的诸多问题中，网络孤立性阻碍了不同区块链之间的协同操作，极大程度的限制了区块链的应用空间。

区块链可用于在不可靠的参与者网络之间共享去中心化和交易型数据，近年来基于区块链技术的应用在各种场景引起了关注。但是受吞吐量、网络孤立性、监管、伸缩性等因素的制约，目前的区块链项目并不能很好的服务于商业应用。在区块链所面临的诸多问题中，网络孤立性阻碍了不同区块链之间的协同操作，极大程度的限制了区块链的应用空间。

许多组织或公司都建立了私有链或联盟链，但需要和另外一个领域私有链或联盟链进行数据交换时，建立连接的成本很高。此外，区块链的全局共识机制使得增加节点无法提高交易处理的速度，所以单个区块链的吞吐量很容易达到瓶颈。比特币TPS峰值为4.7，也就是每天最高约40万笔交易，而央行要求的网络支付机构的TPS至少达到2万。因此，跨链连通性和吞吐量的短板限制区块链的发展。

受共识机制限制，目前并没有区块链能够提供高效的服务，也就是说区块链不适合作为基础设施为其他区块链提供服务。因此，设计上没有采用构建通用区块链作为基础设施的方案。设计上多个区块链之间的连接器要具备足够的鲁棒性，在多区块链跨链交互中也要保证多条区块链之间低耦合，不能因为一条区块链的崩溃或者网络分区就引发整个多区块链架构的异常。

发明内容

基于此，有必要针对目前传统技术存在的问题，提供一种基于混合跨链的网络支付系统，以保证多链架构的稳定性，同时利用中间件技术提升多链架构中跨链交互的吞吐量，降低交互的时延。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于混合跨链的网络支付系统，包括：

开放联盟网关协议系统，用于主链和侧链之间的通用网关协议，维护了主链和侧链上的SPV或者全节点来对主链和侧链的交易进行验证，同时用M/N的方式进行多签投票，来保证主链资产的安全性；

钱包系统，用于从用户的侧链地址转账到一个特定的地址或者侧链的销毁代币的交易，提供回兑到主链的接收地址；

公证网络系统，用于保障公平、安全又快速在多个节点传递证明的有效性。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统的协议共识部分通过Braft协议来高效组织网关，可以将主链的资产安全的转移到侧链完成高速的交易或者在侧链实现更丰富的交易，并且可以通过网关实现资产的双向锚定和实时监控。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统包括：

signer，用于负责侧链到主链的回兑交易签名，以及网关本身的共识协议；

watcher，用于负责网关和链之间的交互，监听链上信息，适配不同的主链和侧链。

Key store service，用于保存私钥的服务，提供签名操作。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统的操作方式包括如下步骤：

用户在主链上往特定地址发送代币之后，watcher通过监控主链交易，会把相关的交易信息通知signer，signer通过tid去主链验证交易的真实性和正确性，并确定这笔交易不会被撤销之后，在自己的联盟链上保存这笔发币交易的信息，并给侧链发起发币请求；

用户在侧链上发起回兑请求后，侧链上完成销毁代币的交易，侧链的watcher通过监控全节点的交易，把相关节点信息发送给signer，signer在侧链验证交易的真实性和正确性，并确定这笔交易不会被撤销之后，在Braft链中进行共识，如果共识达成，signer发起一笔交易到主链，交易的输入是之前被锁定的代币，交易的输出一般分为两部分：一部分发送到用户的地址，代表回兑，另一部分继续被锁定，交易成功后，signer在自己的链上保存相关信息；

signer通过一个Key store service保存私钥，以保证网关中个别节点被攻击以后依旧能保证资金的安全。

在其中一个实施例中，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统,所述基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统的交易流程包括如下步骤：

leader创建一个待签名的BCH交易，广播给网络中的所有节点进行签名节点收到签名请求后，对交易内容进行合法性校验，如果校验通过，签名，并将签名内容广播给网络中的所有节点，否则广播拒绝签名节点收集其他节点的签名结果，如果成功收集到满足多签个数的签名结果，则merge签名，并发送交易到BCH链；如果超过阈值个数的节点都拒绝签名，则确定本轮签名失败，加入待处理队列，等待下一次处理发送交易到BCH链后，节点开始去链上监听交易最终有没有被链确认并打包进区块，监听到，则创建一笔网关内部交易，记录两条公链的交易信息；超时没有监听到，就把ETH链的熔币交易放入待处理队列，等待下一次处理。

在其中一个实施例中，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括秘钥管理系统，所述秘钥管理系统的密钥管理流程包括如下：

S1：生成多签地址

外部服务向私钥代理服务发出生成多签地址的请求；

私钥代理服务检测请求方和请求内容合法后，请求密钥管理服务执行多签地址的生成；

密钥管理服务生成对应的多签地址以及相应的密钥，对每一份密钥均随机选取AES256加密密钥进行加密，将加密后的数据存储到密钥存储服务得到存储路径或访问索引；

密钥管理服务为每一份密钥生成唯一标识符，建立相关索引关系，保证通过唯一标识符可以获取到密钥的AES256加密密钥以及存储访问路径；

密钥管理服务返回数据：多签地址+密钥的标识符列表给私钥代理服务；

私钥代理服务返回相关数据给外部服务请求方；

S2:签名

外部服务向私钥代理服务发出签名请求；

私钥代理服务检测请求方和请求内容合法后，请求密钥管理服务执行签名；

密钥管理服务根据提供的标识符获取密钥的存储访问路径和解密密钥；

密钥管理服务通过存储访问路径从存储服务通过取得加密后的密钥，利用解密密钥解出原始密钥，对数据执行加签，完成后安全移除加载的密钥信息，返回加签后的数据给私钥代理服务；

私钥代理服务返回相关数据给外部服务请求方。

在其中一个实施例中，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括多重签名加密的分层通道系统，用于对多个用户的同一份数字资产进行签名，只有满足特定人数签名验证才能对这份数字资产进行支配。

在其中一个实施例中，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括侧链合约注册系统，所述侧链合约注册系统分为网关管理合约和应用合约；所述网关管理合约为多签合约；所述应用合约为应用开发者编写。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统还包括在主链和侧链之间跨链的基础上的混合链，所述混合链具有兼容公链、跨链、联盟链的混合网格架构，支持所有的公链、联盟链及跨链平台，实现各链之间流量传输、数据交互和代币交易。

在其中一个实施例中，所述混合链通过智能合约，对性能、安全性及应用场景的不同需求产生不同行业应用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过开放联盟网关协议系统使侧链模式的跨链可以加速不同链资产之间的流通，以保证多链架构的稳定性，实现主链和侧链资产的双向锚定，同时利用基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统提升多链架构中跨链交互的吞吐量，降低交互的时延，并且通过钱包系统、秘钥管理系统和公证网络系统，一方面可保证了资产的安全，另外一方面，给了侧链更大的扩展空间，在吞吐量上有了很大提升。

附图说明

图1为本发明的开放联盟网关协议系统的示意图；

图2为本发明的多重签名的分层通道系统实现支付网络技术的核心流程；

图3为本发明的混合链的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

跨链交互根据所跨越的区块链底层技术平台的不同可以分为同构链跨链和异构链跨链：同构链之间安全机制、共识算法、网络拓扑、区块生成验证逻辑都一致，它们之间的跨链交互相对简单。而异构链的跨链交互相对复杂，比如比特币采用PoW算法而联盟链Fabric采用传统确定性共识算法，其区块的组成形式和确定性保证机制均有很大不同，直接跨链交互机制不易设计。异构链之间的跨链交互一般需要第三方辅助服务辅助跨链交互。跨链是解决区块链孤岛问题的重要方法。通过去中心化的网关模式来解决跨链问题，有相对较好的落地性，同时它通过侧链模式，实现主链和侧链资产的双向锚定，在某种程度上，它也实现了区块链的扩展性。以下为本发明的内容：

本发明提供一种基于混合跨链的网络支付系统，包括：

开放联盟网关协议系统，用于主链和侧链之间的通用网关协议，维护了主链和侧链上的SPV或者全节点来对主链和侧链的交易进行验证，同时用M/N的方式进行多签投票，来保证主链资产的安全性；

基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统，用于使得网关中多个节点达到一致性，并且提供容错性，在节点数量为3f+1的网络中，失效节点数小于等于f时,网络依然能够保持正确运行；

钱包系统，用于从用户的侧链地址转账到一个特定的地址或者侧链的销毁代币的交易，提供回兑到主链的接收地址；

秘钥管理系统，用于维护主链多签地址的私钥以及侧链多签地址的私钥；

公证网络系统，用于保障公平、安全又快速在多个节点传递证明的有效性。

开放联盟网关协议系统具备以下特性：

1)公开可验证，该网关系统是分布式并且公开可验证的，去除中心化风险。

2)可支持多类资产的转移，以实现连接多个公有链价值体系。

3)保障用户对资产的控制，随时可以将资产转入及转出系统。

4)我们是一个开放的协议系统，容许用户信任的组织或者个人搭建自己的联盟网关。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统的协议共识部分通过Braft协议来高效组织网关，可以将主链的资产安全的转移到侧链完成高速的交易或者在侧链实现更丰富的交易，并且可以通过网关实现资产的双向锚定和实时监控。

主链和侧链通过放联盟网关协议系统来实现双向楔入，如下面方式：

1)联盟网关生成多签地址，用户在主链上往这个多签地址发送代币。多重签名保证了用户的代币会被一直锁定在这个地址，直到用户在侧链主动发起回兑。任何某一个(或某些，由多签算法确定)网关成员都无法单独去花费这一笔资产。

2)相应的，侧链上一个或多个指定地址上会产生(或只是解锁)代币，这些代币被用于运行在侧链上的应用。

3)用户在侧链上进行回兑，即把侧链上的代币兑回主链上的代币。侧链给联盟网关发起回兑交易请求

4)联盟网关达成共识，确认这笔回兑交易。然后在主链上发起交易，把相应数量的代币解锁并发送给相应的用户地址。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统包括：

signer，用于负责侧链到主链的回兑交易签名，以及网关本身的共识协议；

watcher，用于负责网关和链之间的交互，监听链上信息，适配不同的主链和侧链。

Key store service，用于保存私钥的服务，提供签名操作。

在其中一个实施例中，所述开放联盟网关协议系统的操作方式包括如下步骤：

用户在主链上往特定地址发送代币之后，watcher通过监控主链交易，会把相关的交易信息通知signer，signer通过tid去主链验证交易的真实性和正确性，并确定这笔交易不会被撤销之后，在自己的联盟链上保存这笔发币交易的信息，并给侧链发起发币请求；

用户在侧链上发起回兑请求后，侧链上完成销毁代币的交易，侧链的watcher通过监控全节点的交易，把相关节点信息发送给signer，signer在侧链验证交易的真实性和正确性，并确定这笔交易不会被撤销之后，在Braft链中进行共识，如果共识达成，signer发起一笔交易到主链，交易的输入是之前被锁定的代币，交易的输出一般分为两部分：一部分发送到用户的地址，代表回兑，另一部分继续被锁定，交易成功后，signer在自己的链上保存相关信息；

signer通过一个Key store service保存私钥，以保证网关中个别节点被攻击以后依旧能保证资金的安全。

在其中一个实施例中，所述交易信息包括主链交易的tid、特定地址的address、金额、以及侧链相应的充值地址。

在其中一个实施例中，所述节点信息包括tid、金额、用户的侧链地址及用户的主链地址。

在其中一个实施例中，所述基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统中的节点的状态具有leader、follower、candidate三种状态，并且将时间片划分为term，每个term以选举阶段开始，选出leader后进行请求消息同步阶段，直到当前term没有可用leader，term结束进入新的term，节点之间通过RPC进行通信，同样包含RequestVote和AppendEntries。

假设整个集群有3f+1个节点，其中有不超过f个是拜占庭节点(宕机或者说谎)。集群有一个主节点(leader)，其他节点为从节点(follower)。leader负责打包区块并广播给所有的follower，只有超过2f+1个节点认可此区块，新的区块才能被添加到链上。

leader有一个任期(term)的概念，term是连续编号的整数，leader由p＝term modN得到，其中N是集群节点的个数，p是节点的编号(0～N-1)。当leader失效时，提升term，切换到新的leader。

在其中一个实施例中，所述基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统的交易流程包括如下步骤：

leader创建一个待签名的BCH交易，广播给网络中的所有节点进行签名节点收到签名请求后，对交易内容进行合法性校验，如果校验通过，签名，并将签名内容广播给网络中的所有节点，否则广播拒绝签名节点收集其他节点的签名结果，如果成功收集到满足多签个数的签名结果，则merge签名，并发送交易到BCH链；如果超过阈值个数的节点都拒绝签名，则确定本轮签名失败，加入待处理队列，等待下一次处理发送交易到BCH链后，节点开始去链上监听交易最终有没有被链确认并打包进区块，监听到，则创建一笔网关内部交易，记录两条公链的交易信息；超时没有监听到，就把ETH链的熔币交易放入待处理队列，等待下一次处理。

在其中一个实施例中，所述秘钥管理系统的密钥管理流程包括如下：

S1：生成多签地址

外部服务向私钥代理服务发出生成多签地址的请求；

私钥代理服务检测请求方和请求内容合法后，请求密钥管理服务执行多签地址的生成；

密钥管理服务生成对应的多签地址以及相应的密钥，对每一份密钥均随机选取AES256加密密钥进行加密，将加密后的数据存储到密钥存储服务得到存储路径或访问索引；

密钥管理服务为每一份密钥生成唯一标识符，建立相关索引关系，保证通过唯一标识符可以获取到密钥的AES256加密密钥以及存储访问路径；

密钥管理服务返回数据：多签地址+密钥的标识符列表给私钥代理服务；

私钥代理服务返回相关数据给外部服务请求方；

S2:签名

外部服务向私钥代理服务发出签名请求；

私钥代理服务检测请求方和请求内容合法后，请求密钥管理服务执行签名；

密钥管理服务根据提供的标识符获取密钥的存储访问路径和解密密钥；

密钥管理服务通过存储访问路径从存储服务通过取得加密后的密钥，利用解密密钥解出原始密钥，对数据执行加签，完成后安全移除加载的密钥信息，返回加签后的数据给私钥代理服务；

私钥代理服务返回相关数据给外部服务请求方。

在其中一个实施例中，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括多重签名加密的分层通道系统，用于对多个用户的同一份数字资产进行签名，只有满足特定人数签名验证才能对这份数字资产进行支配。

braft链上交易类型和数据格式，链上有四种交易类型：分别是主链锁币，主链解锁，侧链发币，侧链熔币。我们使用主链上transaction ID(简称TxID)和主链注册的唯一名称表示。

例如主链锁币的数据格式类似一个(主链ID，主链TxID，主链币锁定金额，侧链ID，<侧链钱包地址列表>，操作状态)的元组(为了方便理解，这里省略掉timestamp，nonce等数据)。侧链发币的的数据格式为：(主链TxID，侧链ID，侧链TxID，<侧链钱包地址列表>，操作状态)。通过区块链浏览器我们能够把同一个(主链ID，主链TxID，侧链ID，侧链TxID)作为一个交易集合做展示，观察到一个完整的主侧链之间的资产转移生命周期。

我们把从token从一条公链转移到另一条公链的过程称为一笔网关交易。节点接收watcher监听到的公链交易，放到待处理队列，经过一系列的处理步骤后，最终在另一侧公链成功发起token转移交易，实现token跨链流转。

处理token转移的过程需要考虑各种异常，以下是我们列举的一些点：

leader创建的交易输入输出作弊

leader不发起交易

各个节点之间的全节点不一定完全同步

如何防止双花(例如一笔ETH熔币交易，在BCH链上提币了两次)

网络异常，发送签名失败或者发送交易上链失败

结合上述问题，我们制定了一套完善的交易处理流程。根据目标链不同，处理流程会有略微区别。这里的差别主要在于目标链的token转移是基于UTXO还是基于智能合约。为了方便理解，下面会以BCH和ETH两条公链来举例说明。

从BCH转到ETH的基本操作是在BCH链上的往指定的多签地址转一定数量的BCH，相应的网关会去ETH链上的合约里面给指定账户充值相应数量的token。合约的token和BCH永久锚定一个固定比例。

节点动态加入退出：网关作为一条联盟链，必须要支持节点的动态加入和退出。每一次的节点变化，都必须通知到所有节点，达成集群变化的共识。除此之外，网关作为连接多条公链的中间机构，还必须要做一些额外处理，这部分我们将在后面详细说明。首先解决如何实现网关本身节点如何动态加入和退出。

节点加入，新节点加入前需要设置一个引导节点，通过这个引导节点获取集群信息。加入流程如下：

新节点给引导节点发请求，引导节点返回当前集群所有节点的信息(IP，port，nodeid等)

新节点向集群所有节点广播自己的Join请求，请求里面包含自己的IP，port，pubkey等信息

leader收到Join请求后，会把下一个区块设置为Reconfig类型，用于做集群节点信息的变更；其他节点收到Join请求后，会开始等待leader的Reconfig区块

随着Reconfig类型的区块共识完成，各个节点把新节点的信息加入到集群信息如果其他节点超时没有收到Reconfig，触发accuse重新选举leader来处理Join请求

为了防止任意server都能加入集群，新节点加入前需要集群节点加上新节点的host和pubkey信息，集群节点收到Join请求的时候会做校验，只有校验通过才认为是合法的Join请求。

节点退出，节点退出要简单一些，流程如下：

节点广播Leave请求

leader收到Leave请求后，会把下一个区块设置为Reconfig类型，用于做集群节点信息的变更；其他节点收到Leave请求后，会开始等待leader的Reconfig区块

随着Reconfig类型的区块共识完成，各个节点把该节点标记为离线退出

如果其他节点超时没有收到Reconfig，触发accuse重新选举leader来处理Leave请求

对公链的影响，前面提到网关除了更新节点信息之外，还需要做一些额外处理。网关在公链设有多签地址(例如BCH)或多签合约(例如ETH)，当有节点加入或删除的时候，相应的多签地址或多签合约也会有一些调整。下面分别对这两种情况进行分析。

多签合约:多签合约相对来说要简单一些，因为合约有账户模型，天然已经保存了每个账户的token余额，不涉及到token的迁移，只需要提供一个更新成员的接口即可。节点在Reconfig的时候调用这个接口来更新成员列表。

多签地址:对于采用UTXO模型的多签地址来说，情况要稍复杂一些。watcher需要持续监听老地址和新地址(不能假设用户马上就切换到新地址)，同时需要立刻把老地址的UTXO转移到新地址。此外，网关还需要持续监听老地址的余额，把老地址的余额转移到新地址。

侧链合约注册:侧链合约分为网关管理合约和应用合约。

网关管理合约为多签合约，包含权限管理、应用合约注册管理、应用合约铸币等几大部分。所有的接口均需要足够的签名才可以调用以保障安全。联盟节点通过权限管理接口，调整更改合约的多签权限；通过应用合约注册管理接口，注册新的应用合约，分配编号；通过应用合约铸币接口进行跨合约调用，完成到实际应用合约的发币操作。

应用合约为应用开发者编写，在满足ERC20的规范基础上，同时将发币增发接口调用权限限定只能由网关管理合约调用。通过网关合约注册接口，提交合约地址、合约相关信息(接收的代币、发行的代币)等。

Signer需要负责解锁主链代币以侧链发币请求的签署，进而需要维护主链多签地址的私钥以及侧链多签地址的私钥，故对于私钥的管理也是至关重要，需要同时兼顾安全性以及使用的实时性。

秘钥管理:私钥的管理服务有软/硬件不同的方案，我们期望不同网关可以选择适合自己环境的方案，并且能够尽可能实现异构的方案，这里给出的是一个软件的方案，主要为了说明基本的技术原理，另外可以选择有云服务商的HSM/KMS服务，也可以选择购买专用的加密机硬件。

这里的方案是私钥隔离加密存储，私钥生成及签署服务独立运行，通过私钥代理服务层对整理业务流程提供签名数据输出服务。

在其中一实施例中，私钥的管理主要分成三大块：密钥存储服务，密钥管理服务，私钥代理服务。

1)密钥存储服务专注于密钥的存储，其主要通过以下几种方式保证密钥的存储的安全以及可靠。

物理上密钥存储介质属于独立的机房并在独立的局域网络中，外网不可访问，最大程度上隔离互联网入侵。其仅提供有限的数据读取权限给到密钥管理服务程序，特殊情况下，可自动化控制直接断开存储网络与外界的物理连接形成离线孤岛

密钥等相关敏感数据采用加密方式存储(AES256),并且每条不同的数据均采用不同的加密密钥。从而即使数据意外泄露，也不会泄露原始密钥信息。

注：密钥加密用到的AES256密钥由密钥管理服务维护管理，其与密钥存储服务隔离。

采用冗余备份，异地备份的方式防止数据因为物理介质损坏等原因而导致数据丢失或不可恢复，提高存储的可靠性。

2)密钥管理服务，它主要处理密钥的生成，和密钥的使用，它不直接对外提供服务，而是通过相应的代理服务对外响应，其隔断了外界直接接触密钥的场景，同时满足业务的核心需求。它主要负责以下几项工作：

根据指令生成多签地址及其密钥，加密密钥并存储到密钥存储介质。

根据提供的数据，读取加密的密钥，解密出真正的密钥，对数据做签名，并输出处理好的签名的数据

3)私钥代理服务对外提供生成多签地址和签名服务，同时其提供风控管理的能力，跟踪记录访问行为，阻断非法请求，监控密钥管理服务运行状况，提供系统降级处理能力，比如：中断私钥管理服务和切断私钥存储网络。

去中心化交易所的应用场景：

如图1，通过OFGP我们可以把不同的主链资产映射到侧链上，通过侧链上高速的交易性能在侧链上构建高效的去中心化交易所(DEX)，传统的DEX只能依赖于某一条主链，完整该主链上的主币和ERC20类代币的交易(比如ethereum)，而如果要支持多种不同类型的币种，需要使用中心化交易所，这样无法保证数据的安全。通过联盟网关将不同币种映射到同一条侧链上可以帮助交易所灵活的操纵各类币种，当然这也需要钱包提供更复杂的协议支持。

比如可以通过建立一个BCH-ETH的网关，把BCH映射到ETH上的一种代币：BCH-Gw1-ETH，BCH-Gw1-ETH同时也是一种基于ETH的ERC20token，所以可以让原来在以太坊上开发的DEX的合约加入BCH-Gw1-ETH和ETH的交易对就可以进行BCH-ETH的交易。如果是其他主链的货币也可以通过网关映射后在ETH上完成交易。如果有更高性能的侧链这个交易所也可以在其他侧链上实现。

通过OFGP协议可以方便高效的在主链和侧链之间进行资产的转移，这里和传统的ICO不同，ICO本质是股权的形式来进行融资手段，而所有通过OFGP生成的资产都是基于债权的。通过联盟的网关建立了主链和侧链之间的信任通道，通过网关的资产映射能够加快不同生态之间的资产流动。同时我们也相信无信任无许可的创新模式，我们希望侧链应用可以用注册制的方式快速进行无许可的创新，而让联盟网关去保证主链的资产安全。构建的是联盟网关，它一方面通过维护主链和侧链SPV节点来对主链和侧链的交易进行验证，一方面采用M/N的方式进行多重签名投票，保证了资产的安全性。

如图2是多重签名的分层通道系统实现支付网络技术的核心流程：

收集A与B各自的公钥生成两多重签名的分层通道支付网络的多重签名地址：假设A是1Bit地址的持有者，B是1Dog地址的持有者。公钥在交换公钥的位置后可以生成两个2-of-2的多重签名合成地址，即3CSm地址和3Njd地址。公钥是可以公开的信息，可以主动公开的。也可以在线快速地生成合成地址。

A构造发到合约地址的交易TX1,及从合成地址锁定时间发回交易TX2发给B：A用1Bit地址的私钥，签名构造一个发向3CSm合成地址的交易，只要够造好后得到交易ID和位置n数据即可，可不先广播发布。然后再由A或者B，最好还是由A来构造一个从3CSm地址全部币发回1Bit地址的的交易TX2，注意修改下nLocktime锁定时间为合理的时间，比如说锁定一年之后。nLocktime,也被称为LockTime或lock_time,通常被设置为0，表示交易可随时发送到数字支付网络。如果nLocktime的值在1到5亿之间，则表示需要区块高度大于或等于nLocktime的区块时才可以写入区块链。如果nLocktime的值超过5亿，则表示从197001月01日开始算，加上nLocktime秒之后的一个时间点，即Unix时间戳，例如20171月1日是1483200000，若早于那个时间点，则该交易不会被发送到数字支付网路。另外注意sequence字段，不能为INT32最大值。

A发给B交易TX2的交易，获得签名后广播TX1形成闪电支付的通道把上面的交易TX2发给B，请B来确认没问题后用私钥签名会发回。A在收到来自B的签名后，然后用自己的私钥再签名下，看看是否成功。若成功，则可以将之前的交易TX1出去，从而形成类闪电支付通道。手里的TX2交易保存好，可能等锁定时间过后可能需要广播找回。

其实在一定对B信任的基础下A，可以A不用手动构造交易TX1不广播，而是直接用币钱包软件发币到3CSm地址。然后让B来用交易TX1的信息来构造一个签名好的带锁定时间的全发回1Bit地址交易，并且B签名好后发给A，让A妥善保存。一样可以形成类闪电支付通道，对A的技术要求会很低，但是需要B有足够的信用，而前面的方案是完全不需要B有任何信用的。

闪电支付通道中交易的快速零手续费使用，及双向通道实现。

多重签名的分层通道支付网络通道实现双向及跨链：

2-of-2多重签名的等多重签名的分层通道支付网络网络电通道是单向的，，这可能是与闪电网络最大的区别，只能单向的只增不减地从一方向另外一方转币，若想要双方互转，就要通过建立两个相互独立的通道来实现。而闪电网络是可增可减少，完全可任意重新的分配，可增可减，只要有双方签名即可，以时间最新的分配方案为准，之前的任意分配方案将无效。而类闪电支付是没有时间先后顺序的，都是有效。但作为接受方当然会拿币量最多，一般也是最新的自己量最多的分配方案。而发币的发送者因没有收币者的签名的无法发布任何分配版本的。等时间戳到，或者等收币者关闭。

因为只要支持有多重签名，有时间戳交易即可实现多重签名的分层通道支付网络通道，因此可以A到B是数字支付多重签名的分层通道支付网络通道，而B到A是狗狗币多重签名的分层通道支付网络通道。于是便相当于实现了跨链和安全地币币交易。

多重签名的分层通道支付网络网络支付路径设计：

根节点将负责跨树枝的交易，因此若仅仅一层就类似于星行网络了，经过1个节点。而两层网络，最多中间3个节点。而3层网络最多是，中间5个节点。N层网络最多2N-1个节点，都是先到上一层到根节点。再到目标。若在同一个分支中则不需要向上，类似于域名解析服务。根节点这里可以存储所有的最新数据，切定期的与下层的节点进行结算。

如图3，所述开放联盟网关协议系统还包括在主链和侧链之间跨链的基础上的混合链，所述混合链具有兼容公链、跨链、联盟链的混合网格架构，支持所有的公链、联盟链及跨链平台，实现各链之间流量传输、数据交互和代币交易。

在其中一个实施例中，所述混合链通过智能合约，对性能、安全性及应用场景的不同需求产生不同行业应用。

根据区块链的使用范围和准入权限的不同，区块链大体可分为公链、联盟链和私有链三种，所谓公链即面向大众，不需要任何许可，人人皆可参与使用；联盟链即面向行业阵营，需要一定的许可才能加入，譬如银行系统、保险系统、公安系统等，系统内部人员得到许可才能使用；私有链即单机链，公司内部数据库，不对外开放。区块链发展至今，已有成百上千个公链和联盟链项目，由于不同的链与链之间是平行空间，链上数据完全隔离，也就形成了一个个数据孤岛，且数据冗余程度远比互联网时期更甚，其中，第一代区块链网络主要以公链为主，第二代区块链网络包括公链、联盟链、私链，而第三代区块链网络主要是跨链。

在完全保持兼容公链，跨链、联盟链链技术架构，存储架构、治理组织的前提下，为各链间提供流通交互、互联互通服务，“多链-中继链-跨链”的融合链协议交互、混合存储。GMPC设计混合链的过程中，是想通过“多链-中继链-跨链”的混合链模式来解决GMPC的可拓展性问题。但在实际开发过程中，遇到过多链并行执行以及隐私保护等问题，其次，在如何将流量和资产进行交换问题方面，GMPC最终参考了IPFS协议，设计出GMPC流量分发协议，通过中继链，将GMPC的流量“搬运”到其他链上。除此之外，GMPC还遇到数据结构适配、不同共识算法的SPV证明等问题。本发明采用了与GMPC完全不同的技术方案：用智能合约定义，运用网络数据包，并通过API接口实现交互，利用物联网边缘计算技术提高数据传输智能化，优化传输速度，产生各种应用。在一实施例中：用智能数据包合约处理这些虚拟化的网络链路提供智能数据包合约，借助智能数据包合约，能够对网络数据包运行智能合约，以执行智能路由和数据包处理(见图3)。提供一个平台，在此平台上，开发人员可以使用智能数据包合约创建去中心化网络应用。

其包括软件定义的网络(SDN)、入侵检测与防御系统(IDS/IPS)、反恶意软件和反病毒防护、内容分发网络(CDN)、虚拟专业网络(VPN)以及新的区块链协议。应用采用“图灵完备”的语言，能够访问网络数据包，向下编译为字节代码。网络库中还提供三层API：用于影响路由和通信流的操作的控制API、用于检查有效负载等操作的内容API以及用于模式分析和机器学习的智能API。而API可以应用于所有计算机平台和操作系统。这些API以不同的格式连接数据。每种数据格式要求以不同的数据命令和参数实现正确的数据通信，但同时也不会产生不同类型的错误。

在智能数据包合约中的可编程分支区块链，可以由开发者定义自己的规则，发行相应的代币。支链能整理网状网络中的节点，不再依赖主链，分支链并采用智能合约可以构建特定条件下的运行程序，硬件协助的密钥共享机制使边缘计算中计算、存储、网络资源均采用虚拟化计算。边缘计算中，设备就近将数据整合并存储到最近的移动边缘平台(虚拟资源池)上，多个第三方应用和功能共享平台形成物联网边缘计算公共开放平台，用于面向物联网边缘计算开发的标准化互操作性框架，同时网络虚拟化技术提升了数据传输的智能化程度，减少传输时间，使得网络传输进一步优化，对于性能和安全性及应用场景的不同需求产生不同行业应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，包括：

开放联盟网关协议系统，用于主链和侧链之间的通用网关协议，维护了主链和侧链上的SPV或者全节点来对主链和侧链的交易进行验证，同时用M/N的方式进行多签投票，来保证主链资产的安全性；

钱包系统，用于从用户的侧链地址转账到一个特定的地址或者侧链的销毁代币的交易，提供回兑到主链的接收地址；

公证网络系统，用于保障公平、安全又快速在多个节点传递证明的有效性。

2.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述开放联盟网关协议系统的协议共识部分通过Braft协议来高效组织网关，可以将主链的资产安全的转移到侧链完成高速的交易或者在侧链实现更丰富的交易，并且可以通过网关实现资产的双向锚定和实时监控。

3.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述开放联盟网关协议系统包括：

signer，用于负责侧链到主链的回兑交易签名，以及网关本身的共识协议；

watcher，用于负责网关和链之间的交互，监听链上信息，适配不同的主链和侧链。

Key store service，用于保存私钥的服务，提供签名操作。

4.根据权利要求3所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述开放联盟网关协议系统的操作方式包括如下步骤：

用户在主链上往特定地址发送代币之后，watcher通过监控主链交易，会把相关的交易信息通知signer，signer通过tid去主链验证交易的真实性和正确性，并确定这笔交易不会被撤销之后，在自己的联盟链上保存这笔发币交易的信息，并给侧链发起发币请求；

用户在侧链上发起回兑请求后，侧链上完成销毁代币的交易，侧链的watcher通过监控全节点的交易，把相关节点信息发送给signer，signer在侧链验证交易的真实性和正确性，并确定这笔交易不会被撤销之后，在Braft链中进行共识，如果共识达成，signer发起一笔交易到主链，交易的输入是之前被锁定的代币，交易的输出一般分为两部分：一部分发送到用户的地址，代表回兑，另一部分继续被锁定，交易成功后，signer在自己的链上保存相关信息；

signer通过一个Key store service保存私钥，以保证网关中个别节点被攻击以后依旧能保证资金的安全。

5.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括基于RAFT改进的BFT RAFT算法系统,所述基于RAFT改进的BFTRAFT算法系统的交易流程包括如下步骤：

leader创建一个待签名的BCH交易，广播给网络中的所有节点进行签名节点收到签名请求后，对交易内容进行合法性校验，如果校验通过，签名，并将签名内容广播给网络中的所有节点，否则广播拒绝签名节点收集其他节点的签名结果，如果成功收集到满足多签个数的签名结果，则merge签名，并发送交易到BCH链；如果超过阈值个数的节点都拒绝签名，则确定本轮签名失败，加入待处理队列，等待下一次处理发送交易到BCH链后，节点开始去链上监听交易最终有没有被链确认并打包进区块，监听到，则创建一笔网关内部交易，记录两条公链的交易信息；超时没有监听到，就把ETH链的熔币交易放入待处理队列，等待下一次处理。

6.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括秘钥管理系统，所述秘钥管理系统的密钥管理流程包括如下：

S1：生成多签地址

外部服务向私钥代理服务发出生成多签地址的请求；

私钥代理服务检测请求方和请求内容合法后，请求密钥管理服务执行多签地址的生成；

密钥管理服务生成对应的多签地址以及相应的密钥，对每一份密钥均随机选取AES256加密密钥进行加密，将加密后的数据存储到密钥存储服务得到存储路径或访问索引；

密钥管理服务为每一份密钥生成唯一标识符，建立相关索引关系，保证通过唯一标识符可以获取到密钥的AES256加密密钥以及存储访问路径；

密钥管理服务返回数据：多签地址+密钥的标识符列表给私钥代理服务；

私钥代理服务返回相关数据给外部服务请求方；

S2:签名

外部服务向私钥代理服务发出签名请求；

私钥代理服务检测请求方和请求内容合法后，请求密钥管理服务执行签名；

密钥管理服务根据提供的标识符获取密钥的存储访问路径和解密密钥；

密钥管理服务通过存储访问路径从存储服务通过取得加密后的密钥，利用解密密钥解出原始密钥，对数据执行加签，完成后安全移除加载的密钥信息，返回加签后的数据给私钥代理服务；

私钥代理服务返回相关数据给外部服务请求方。

7.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括多重签名加密的分层通道系统，用于对多个用户的同一份数字资产进行签名，只有满足特定人数签名验证才能对这份数字资产进行支配。

8.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述基于混合跨链的网络支付系统还包括侧链合约注册系统，所述侧链合约注册系统分为网关管理合约和应用合约；所述网关管理合约为多签合约；所述应用合约为应用开发者编写。

9.根据权利要求1所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述开放联盟网关协议系统还包括在主链和侧链之间跨链的基础上的混合链，所述混合链具有兼容公链、跨链、联盟链的混合网格架构，支持所有的公链、联盟链及跨链平台，实现各链之间流量传输、数据交互和代币交易。

10.根据权利要求9所述的基于混合跨链的网络支付系统，其特征在于，所述混合链通过智能合约，对性能、安全性及应用场景的不同需求产生不同行业应用。

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