CN112150144A - 一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法 - Google Patents

一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法 Download PDF

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CN112150144A CN202010807089.8A CN202010807089A CN112150144A CN 112150144 A CN112150144 A CN 112150144A CN 202010807089 A CN202010807089 A CN 202010807089A CN 112150144 A CN112150144 A CN 112150144A
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Abstract

本发明公开了一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，步骤如下：1、用户连接：用户节点参与交易前，通过加密模块进入加密会话状态，加密和认证节点间消息。2、通道建立：用户节点进入加密会话状态后，节点双方协商建立支付通道。在通道余额清空前，节点双方可提前申请关闭支付通道。3、匿名支付：用户节点可选择已拥有通道的节点，这些节点有偿转发用户节点交易信息，用户节点通过本地网络视图确定费用最优的支付路径，完成跨节点匿名支付。本发明通过在交易前建立安全会话，保证交易双方通信安全；通过建立支付通道，节点可选择通道性价比高的节点生成匿名支付路径。本发明能够保证交易费用最优的同时达到快速、匿名交易的效果。

Description

一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法
技术领域
本发明属于区块链技术，具体涉及一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法。
背景技术
由于比特币的广泛关注，比特币市场的热点在不断攀升，其币值也在不断上升，而比特币系统中交易速度却成为诟病。由于早期比特币系统设计因相关规则限制，导致比特币网络处理交易速度为7笔/秒、每个区块存储容量1MB等等状况，其极大地限制了比特币支付交易的使用。与任何新兴技术一样，比特币同样需要解决一系列问题和调整措施。比特币的主要不足包括以下几个方面：
1)处理交易速度相对较慢。目前速度为每秒7笔交易，用户在等待交易确认要耗费大约一小时。在交易量需求大的情况下，这样的速度会导致系统吞吐量较低，对于有实时处理交易需求的客户很不友好。
2)对节点设备存储容量压力较大。早期的比特币全节点需要同步整个网络的区块才可以进行打包验证等工作，那么该节点需要存储100GB以上的区块到本地，这无疑会占据设备的大量存储空间。
3)每个区块存储量较小。比特币系统针对每个区块只存储1MB的交易数据，而面对海量交易数据相对来说，这样会限制系统效率。
4)面对小额交易手续费相对较高。在利用比特币进行交易时候，很多用户会进行大量小额支付。如购买日常生活用品需要支付给矿工的手续费，显然性价比不高。
针对上述问题，目前存在一些应对的解决办法。为解决问题2)，比特币系统使用轻节点的方式，不需要节点存储全部区块只需存储区块头即可，这样保证在减轻设备存储压力的同时节点可以正常运行；而针对其他三个问题，目前有学者提出采用硬分叉的办法，其中Gavin(Gavin.Andresen，早期比特币首席开发者)主张区块容量需要依据市场行为而确定，但因为涉及到对已有的区块链进行修改，可能会影响到以往的区块数据，对此争论很多，很难达成一个共识；而另一个针对的办法就是利用闪电网络，该技术是属于在比特币网络节点之间建立可以进行交易的支付通道，进行大量小额交易时不需要反复进行交易确认、减少手续费用，这对小额交易十分友好。然而，闪电网络中之前设计并不完善，对于其中节点的身份隐私还未完善、支付通道路径费用并不合理。因此基于闪电网络，设计一个拥有针对跨节点支付通道费用优化、节点隐私保护的匿名区块链交易系统很有必要。
发明内容
本发明的目的在于完善现有技术中的不足，提供一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，通过加密、通道、跨节点匿名支付的设计，解决节点通信安全、匿名支付路径优化问题。本发明不仅可以应用于比特币区块链当中，还可以通过一定改进后适用于其他基于区块链技术的电子货币系统，使其交易更加高效并保证隐私信息的安全性。
技术方案：一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，包括如下步骤：
步骤1：节点请求交易前需建立加密会话状态，该状态用于加密和认证节点之间发送的消息。其中，在节点进入身份验证和加密通信状态前，需要进行三步通信握手，保障通信的匿名性与安全性。
步骤2：节点进入加密模块的安全会话状态后，可以与其他节点通信交易信息进行有关通道的相关操作。其中，节点需要和其他节点协商通道信息，双方协商确认时，建立通道。
步骤3：节点间通道成功建立并正常运行的情况下，可以自由关闭支付通道。其中，当通道资金为0或通道资金不足时，直接清算并关闭支付通道。而当交易双方发起关闭通道请求时，会依据协商规则清算并关闭通道。
步骤4：节点可选择其他节点构建支付通道完成跨节点匿名支付。其中，被选择的节点需要使用洋葱路由隐藏转发身份，而节点为满足匿名性，需要将被选择节点的服务费用考虑在匿名支付路径上。
进一步的，所述步骤1的具体内容如下：
步骤1.1节点双方初始化会话状态，采用SHA256算法处理握手哈希h。发送方将接收方静态公钥rs累积进握手哈希获得新握手哈希h1,接收方将本地静态公钥ls累积进握手哈希获得新握手哈希h2。
步骤1.2发送方使用椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到共享密钥,并用HKDF算法派生新的lk与临时密钥tempk1，然后用关联数据身份验证加密算法生成明文，发送信息m。接收方对信息m进行版本校验，利用椭圆曲线迪费霍尔曼算法、HKDF算法和关联数据身份验证加密算法获得共享密钥和其他身份认证信息，确定发送方身份。
步骤1.3接收方回复握手申请，使用椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到共享密钥,并用HKDF算法派生新的lk与临时密钥tempk2，然后用关联数据身份验证加密算法生成明文，发送信息m。发送方对消息进行版本校验，解析接收方消息，确定接收方身份。
步骤1.4发送方发送给接收方握手信息，接收方确认握手信息。双方得到最终解密密钥和会话加密。为保证匿名性和安全性，需要椭圆曲线迪费霍尔曼密钥交换算法协商共享密钥，期间发送方没有暴露自己的公钥，只有在三次握手之后接收方成功恢复发送方的公钥。
进一步的，所述步骤2中的具体内容为：
步骤2.1发送方首先需要发送申请打开通道的OPEN消息给接收方，该OPEN消息包括申请的通道所在区块的哈希blockhash、通道tempID、发送方建立通道的资金fund以及相关交易金额上限、阈值等协议内容。
步骤2.2接收节点收到OPEN消息后，先针对协议内容进行判断，如果满意，接收方发送接收通道的ACCEPT消息给发送方，表示同意发送方建立通道请求，否则接收方可以拒绝该建立申请。
步骤2.3其中，发送方收到ACCEPT消息后接收创建通道内容，则发送方发送创建通道资金交易的CFUND消息给接收方，接收方发送SFUND消息给发送方，发送方确认后双方相互发送LFUND消息，表示该通道资金交易已被区块链网络接受，该通道成功建立并可正常运行。
进一步的，所述步骤3中的具体内容为：
步骤3.1当通道资金为0时会直接进行清算，或通道资金无法满足正常交易时会根据最后的交易以及结算协商情况将资金分给获得资金的一方，然后自动清理该通道。
步骤3.2当所属通道双方想提前关闭交易通道，由发起方发送一个SHUTDOWN消息给接收方表示想要申请关闭通道，接收方认可该消息则返回给发起方SHUTDOWN消息。此时开始清理该通道上的HTLC，保证之前剩下的HTLC可以被处理。
步骤3.3清理完成之后，双方开始进入关闭通道结算协商阶段。发起方将发送SCLOSING消息，此消息中包含关闭通道信息，交易双方同意协议内容则关闭通道。
进一步的，所述步骤4中的具体内容为：
步骤4.1节点通过gossip协议发现其他节点。其中，节点通过三则gossip消息来实现维护本地网络视图。
步骤4.2在发送方确定接收方后从本地网络视图中根据路由选择结合路径通道费用和转发匿名消息费用算法选择出相对最优的一条路径。
步骤4.3确定跨节点匿名支付路径后，发送方获取该路径上所有节点的公钥用于加密数据包，沿该路径的逆方向开始构造数据包，并通过椭圆曲线迪费霍尔曼密钥交换算法生成共享密钥进行加解密。
有益效果：本发明在比特币网络基础上引入匿名支付层，可以增强参与交易的节点通信的安全，为交易双方提供安全会话保障。在匿名环境下建立节点间支付通道，加快交易速度。同时，为每个节点寻找性价比最高的匿名支付路径，在增强匿名的同时降低服务消耗费用。
本发明的有益效果：
(1)实现节点间的通信安全
节点进行闪电交易之前需要通过建立安全会话，其中使用椭圆曲线迪费霍尔曼密钥交换算法和关联数据进行身份验证算法进行加密数据，确保数据安全和会话的安全建立。
(2)保障节点能够快速交易支付
拥有通道建立功能，经过节点双方协商通道资金和交易费用等条款且双方同意后，便可以成功建立通道并进行管理，同时在资金耗尽和有一方申请结束时撤销通道并返回资金。
(3)满足跨节点匿名支付需求
提供跨节点的匿名支付，节点根据路由选择算法确定一条跨节点匿名支付路径，在该路径上进行匿名支付，保证用户隐私安全的同时确保跨节点支付路径所需费用最优。
附图说明
图1为本发明的逻辑架构示意图图
图2为本发明加密模块握手第一步流程图
图3为本发明加密模块握手第二步流程图
图4为本发明加密模块握手第三步流程图
图5为本发明建立通道流程图
图6为本发明关闭通道流程图
图7为本发明跨节点支付过程图
具体实施方式
本发明提出了一种面向跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，用于区块链小额快速交易，以下简称跨节点匿名交易方法。步骤如下：1、用户连接：用户节点参与交易前，参与交易的节点通过加密模块进入加密会话状态，加密和认证节点间消息。2、通道建立：用户节点进入加密会话状态后，节点双方协商建立支付通道。在通道余额清空前，节点双方可提前申请关闭支付通道。3、匿名支付：用户节点可选择已拥有通道的节点，这些节点有偿转发用户节点交易信息，用户节点通过本地网络视图确定费用最优的支付路径，完成跨节点匿名支付。跨节点匿名交易通过在交易前建立安全会话，保证交易双方通信安全；通过建立支付通道，节点可选择通道性价比高的节点生成匿名支付路径。跨节点匿名交易能够保证交易费用最优的同时达到快速、匿名交易的效果。
下面对本发明技术方案结合附图来详细论述本发明的实施方式，应当理解此处描述的具体实施方式仅是解释本发明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明方法不仅可以应用于比特币区块链当中，还可以通过改进适用于其他基于区块链技术的电子货币系统。下面结合附图详细说明。
如图1系统逻辑架构简图所示，本系统的底层是比特币层，匿名支付层由分布式账本、P2P网络和共识机制三部分组成。比特币层的分布式账本是底层的数据存储结构，用于存储从创世区块到至今的区块数据，以及节点间参与的交易后，通过全网发布认证后永久地存储在分布式账本的数据。除了历史交易数据，还包括匿名支付层中的通道数据、节点交易数据等；匿名支付层作为第二层，主要由加密、通道和匿名支付三个模块组成。加密模块负责对节点建立通道前发送信息的加密和身份验证，使得节点之间可以安全的通信，避免遭受到中间人、篡改数据、窃听数据等攻击；通道模块处理闪电网络节点之间的通道发现、建立、维护和管理，便于节点间可以利用通道快速参与小额交易，以及充当中间节点的角色等操作；匿名支付模块主要处理节点间的跨节点多跳匿名支付，支付需要节点根据路径选择算法从本地视图中计算出费用相对最优的一条路径。之后，节点进行匿名支付操作。
本实施例的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法如下：
本发明是基于bitcoin-core设计，每一个节点都具有自己长期的钱包标识信息，该标识信息即为比特币钱包的地址公钥，该公钥用来建立与对等方节点的加密和认证连接，并且作为匿名支付层中任何信息的来源认证。
步骤1：节点请求交易前需要与其他节点建立加密会话状态，该状态用于加密和认证节点之间发送的消息。其中，在节点进入身份验证和加密通信状态前，需要进行三步通信握手，保障通信的匿名性与安全性。具体包括：
步骤1.1节点双方初始化会话状态，采用SHA256算法处理握手哈希h，握手哈希h包含链接密钥lk。发送方将接收方静态公钥rs累积进握手哈希获得新握手哈希h1,接收方将本地静态公钥ls累积进握手哈希获得新握手哈希h2。其中，密钥累积进h时会对密钥进行序列化操作。
步骤1.2如图2加密模块握手第一步流程图所示，发送方先生成自己的临时密钥对tk1，将公钥累积进h1，之后利用tk1的私钥和rs进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到共享密钥tks，,再利用HKDF算法通过tks和lk派生密钥得到新的lk以及临时密钥tempk1。其中，HKDF算法是通过获取一部分密钥材料，从其中派生出一个或多个具有更高安全性的密钥。最后开始对tempk1和h1使用关联数据进行身份验证加密算法生成明文c，将c累积进h1，然后将c和tk1的公钥作为消息m发送给接收方。
步骤1.3接收方收到m后，先进行版本校验，校验不通过则停止响应，然后从m中提取出c和tk1的公钥,其中tk1公钥作为rtk1的值，将rtk1累积进h2，用rtk1和自己静态密钥s的私钥进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到结果共享密钥tks，同样利用HKDF算法通过tks和lk派生密钥得到新的lk以及tempk1，之后利用tempk1、h2和c进行使用关联数据进行身份验证加密算法解密运算得到结果p进行MAC验证，验证失败则接收方停止响应，之后将c累积进行运算得到h2。
步骤1.4如图3加密模块握手第二步流程图所示，接收方生成自己的临时密钥对tk2，将其公钥累积进h2，利用tk2的公钥和第一步中的rtk1进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算得到共享密钥tkk，同样通过lk和tkk利用HKDF算法派生密钥lk和tempk2，最后利用tempk2和h2使用关联数据进行身份验证加密算法运行得到明文c并将其累积进入h2，最后通过tk2的公钥和c作为消息m发送给发送方。
步骤1.5发送方接收到消息m先进行版本校验，之后提取c和tk2公钥，tk2的公钥作为rtk2的值并将其累积进h1，之后将lk和rtk2进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算得到共享密钥tkk，同样通过HKDF算法将lk和tkk派生密钥lk和tempk2，利用tempk2、h1和c进行使用关联数据进行身份验证加密算法解密运算得到p进行MAC验证，最后将c累积进h1。
步骤1.6如图4加密模块握手第三步流程图所示，发送方通过将tempk2、h1和序列化后自己的静态密钥s的公钥进行使用关联数据进行身份验证加密算法加密运算得到c并将其累积进h1，之后将s的私钥和rtk2通过椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到共享密钥srk，利用HKDF算法对lk和srk进行密钥派生得到lk和tempk3，明文t的值为tempk3和h1进行使用关联数据进行身份验证加密算法得到的结果，最后利用HKDF算法对lk进行派生密钥得到fsk和frk，其中fsk是发送方进行加密信息所用密钥，而frk是发送方对信息进行解密的密钥，然后将c和t作为消息m发送接收方。
步骤1.7接收方接收到消息m后进行版本验证，提取c和t，之后利用tempk2、h2和c进行使用关联数据进行身份验证加密算法解密运行得到发送方的静态密钥s的公钥，将c累积进h2，然后为得到共享密钥srk对tk2的私钥和s的公钥进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算，再对lk用HKDF算法派生密钥lk和tempk3，最后用使用联数据进行身份验证加密算法解密算法解密t进行MAC检验，然后用lk进行HKDF密钥派生fsk和frk，握手结束。
步骤1.8双方最终得到解密密钥和会话加密。为保证匿名性和安全性，需要椭圆曲线迪费霍尔曼算法协商共享密钥，期间发送方没有暴露自己的公钥，只有在三次握手后接收方成功恢复发送方的公钥。
步骤2：节点进入加密模块的安全会话状态后，可以与其他节点通信交易信息进行有关通道的相关操作。其中，节点需要和其他节点协商通道信息，双方协商确认时，建立通道。具体包括：
步骤2.1如图5建立通道流程图所示，发送方首先需要发送申请打开通道的OPEN消息给接收方，该OPEN消息包括申请通道所在的区块哈希blockhash、通道tempID、发送方建立通道的资金fund以及相关交易金额上限、阈值等协议内容。
步骤2.2接收方收到OPEN消息后，先针对协议内容进行判断。接收方同意协议后，接收方发送接受通道的ACCEPT消息给发送方，表示同意发送方建立通道请求，否则接收方可以拒绝该建立申请。其中，ACCEPT消息包括tempID以及交易协议内容。
步骤2.3发送方收到ACCEPT消息后对该消息内的交易协议内容进行判断，接受协议内容后，发送方发送创建通道资金交易的CFUND消息给接收方，否则发送方拒绝通道的建立。
步骤2.4其中，CFUND消息包括该通道的实际通道ID、本次交易的ID以及自己的签名；接收方收到CFUND消息后，先验证该签名是否属于发送方，否则丢弃该消息，验证通过则发送SFUND消息给发送方，该SFUND消息包含本次交易签名及通道ID，表示认同该交易。
步骤2.5发送方收到SFUND消息后，同样先进行签名验证，通过之后该通道资金交易便可广播到区块链网络中。等待区块链网络上节点认证交易信息区块后，双方相互发送包含通道上链确认信息的LFUND消息，此消息互相发送完成后表示该资金交易通道已正式被区块链网络接受，双方可参与交易。
步骤2.6通道成功建立之后，双方节点可以直接通过该通道进行不高于通道资金额度的交易，每次小额交易完成后会更新通道剩余资金，而不需要将每次交易都广播到整个区块链网络。
步骤3：节点间通道成功建立并正常运行的情况下，可以自由关闭支付通道。其中，当资金不足时，直接清算并关闭支付通道。而当交易双方发起关闭通道请求时，会依据协商规则清算并关闭通道。具体包括：
步骤3.1当通道资金为0时会直接进行清算，或通道资金无法满足交易时系统会根据协议约定自动清理该通道。
步骤3.2如图6关闭通道流程图所示，当所属通道双方提前关闭交易通道时，由发起方发送一个SHUTDOWN消息给接收方表示想要申请关闭通道，该SHUTDOWN消息包括通道ID和比特币脚本公钥，接收方认可后返回给发起方一个SHUTDOWN消息，此时开始清理该通道上的哈希时间锁定合约(HTLC)，保证之前剩下的HTLC可以被处理完成。
步骤3.3HTLC清理完成之后，表示开始进入关闭通道结算协商阶段，发起方发送一个SCLOSING消息，表示和接收方进行结算协商，该SCLOSING信息包括通道ID、结算费用以及自己的签名；接收方收到SCLOSING消息后，首先进行签名验证，验证通过后对结算内容进行判断，同意结算内容则发送SCLOSING消息给发起方，该消息包括通道ID、同样的结算费用和自己的签名，发起方接收到SCLOSING消息便可以广播最终的交易至全网，等待主链认证后便可结束交易并关闭通道；
步骤3.4如果双方对结算信息不一致时，接收方可发送具有自己认可的结算费用的SCLOSING消息给发起方，同样发起方对结算费用不满意则双方持续发送SCLOSING消息进行协商，达到协商次数阈值后，会惩罚发起方，关闭通道。
步骤4：节点可选择其他节点构建支付通道完成跨节点匿名支付。其中，被选择的节点需要使用洋葱路由隐藏转发身份，而节点为满足匿名性，需要将被选择节点的服务费用考虑在匿名支付路径上。具体包括：
步骤4.1节点通过gossip协议发现节点与获取信息。其中，节点通过三则gossip消息来实现维护本地网络视图。
步骤4.2其中，一则gossip消息用于广播已有通道的BroadcastChannel消息，该BroadcastChannel消息用于标识唯一已存在的通道，包括该通道连接节点、节点转发匿名消息的费用、通道交易费用等所有有关该通道的消息。
步骤4.3两则gossip消息为UpdateChannel消息，该消息用于更新有关通道的最新信息。当节点接收到新的BroadcastChannel或UpdateChannel消息时，会将其消息的内容更新到自己的本地网络视图，如果有通道因为资金耗尽等原因而被撤销，则本地视图会根据该消息删除自己本地视图内的有关该通道的信息，之后将该消息添加到发送消息列表中。
步骤4.4为确定一条跨节点匿名支付路径，需要节点在自己的本地视图上根据路径选择算法选择出一条相对最优的路径。
步骤4.5计算路径时需要将通道转发费用和匿名消息转发费用综合考虑，因网络中的每个通道的转发费用和其连接的节点转发匿名消息费用存在不一致的可能性，因此我们将定义一个路径开销比PErate，该PErate的值是该路径上的通道转发费用和节点匿名消息转发费用之比。
对于匿名网络来说，其中间用于转发匿名消息的节点越多则越安全，但由于节点越多意味着所需的通道越多那么开销也会越大，所以综合考虑该值越接近于1则说明该路径的性价比越高，保证安全的同时也保证通道开销合理，选择最优路径则需要计算该路径的PErate值相对于其他路径更接近于1。
步骤4.6该路径算法如下面的算法1所示：在该算法中，发送方需要从自己本地视图G里面选出可以连接到接收方的路径pathi添加到路径列表Pathlist中，完成添加之后算法开始从Pathlist中依次计算该路径的通道转发费用tmpPathfeei以及节点匿名消息转发费用tmpPeerfeei，该tmpPathfeei等于HTLC基本费用basefee与转发等其他费用tfeei的和，然后计算路径的PEratei＝tmpPathfeei/tmpPeerfeei，如果该PEratei小于当前的最佳费用bestPErate，那么记录下该路径并更新bestPEratei和最佳路径bestpath的值，直到计算所有Pathlist的路径为止，返回最佳路径bestpath和最佳费用bestPErate。
Figure BDA0002629537460000091
Figure BDA0002629537460000101
步骤4.7如图7跨节点支付过程图所示：确定跨节点匿名支付路径后，发送方获取该路径上所有节点的公钥用于加密数据包然后发送方沿该路径的逆方向开始构造数据包，最里面的一层是需要发送的原始数据内容、版本号和有效载荷，其有效载荷可以用于进行HMAC检验以及最终节点的校验，完成打包之后用接收方的公钥进行加密该数据包，之后依次用路径逆方向的节点公钥加密数据包。
步骤4.8为保证匿名数据包的安全传输，节点之间发送数据包通过椭圆曲线迪费霍尔曼密钥交换算法生成共享密钥进行加解密，发送方用自己的临时私钥Temprivkey和接收方的公钥Publickey作为输入进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算得到共享密钥SKey，接收方用自己的临时公钥Tempubkey和自己的私钥Privatekey作为输入进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算可以得到同样的共享密钥SKey，该SKey作为节点间传输的安全密钥，保证节点间发送数据包的安全性.
步骤4.9匿名支付路径下各节点将交易数据包不断传递至最终节点。其中，接收节点收到匿名数据包后，进行HMAC验证并判断自己是否为最终接收节点。
步骤4.10最终节点会对数据包的有效载荷值进行检查并在错误的时候返回错误信息，对数据包中的值和自己接收到的HTLC值的进行对比，如果结果不符最终节点可直接丢弃该数据包。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：节点请求交易前需建立加密会话状态，该状态用于加密和认证节点之间发送的消息；在节点进入身份验证和加密通信状态前，需要进行三步通信握手，保障通信的匿名性与安全性；
步骤2：节点进入加密模块的安全会话状态后，可以与其他节点通信交易信息进行有关通道的相关操作；其中，节点需要和其他节点协商通道信息，双方协商确认时，系统建立通道；
步骤3：节点间通道成功建立并正常运行的情况下，可以自由关闭支付通道；其中，当通道资金为0或通道资金不足时，系统直接清算并关闭支付通道，而当交易双方发起关闭通道请求时，系统依据协商规则清算并关闭通道；
步骤4：节点可选择其他节点构建支付通道完成跨节点匿名支付；其中，被选择的节点需要使用洋葱路由隐藏转发身份，而节点为满足匿名性，需要将被选择节点的服务费用考虑在匿名支付路径上。
2.根据权利要求1所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程包括如下：
步骤1.1，节点双方初始化会话状态，采用SHA256算法处理握手哈希h，握手哈希h包含链接密钥lk；发送方将接收方静态公钥rs累积进握手哈希获得新握手哈希h1，接收方将本地静态公钥ls累积进握手哈希获得新握手哈希h2；其中，密钥累积进h时会对密钥进行序列化操作；
步骤1.2，加密模块握手第一步：发送方先生成自己的临时密钥对tk1，将公钥累积进h1，之后利用tk1的私钥和rs进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到共享密钥tks，,再利用HKDF算法通过tks和lk派生密钥得到新的lk以及临时密钥tempk1；其中，HKDF算法是通过获取一部分密钥材料，从其中派生出一个或多个具有更高安全性的密钥，最后开始对tempk1和h1使用关联数据进行身份验证加密算法生成明文c，将c累积进h1，然后将c和tk1的公钥作为消息m发送给接收方；
步骤1.3接收方收到m后，先进行版本校验，校验不通过则停止响应，然后从m中提取出c和tk1的公钥作为rtk1的值，将rtk1累积进h2，用rtk1和自己静态密钥s的私钥进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到结果共享密钥tks，同样利用HKDF算法通过tks和lk派生密钥得到新的lk以及tempk1，之后利用tempk1、h2和c进行使用关联数据进行身份验证加密算法解密运算得到结果p进行MAC验证，验证失败则接收方停止响应，之后将c累积进行运算得到h2。
步骤1.4加密模块握手第二步：接收方生成自己的临时密钥对tk2，将其公钥累积进h2，利用tk2的公钥和第一步中的rtk1进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算得到共享密钥tkk，同样通过lk和tkk利用HKDF算法派生密钥lk和tempk2，最后利用tempk2和h2使用关联数据进行身份验证加密算法运行得到明文c并将其累积进入h2，最后通过tk2的公钥和c作为消息m发送给发送方。
步骤1.5发送方接收到消息m先进行版本校验，之后提取c，tk2的公钥作为rtk2的值并将其累积进h1，之后将lk和rtk2进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算得到共享密钥tkk，同样通过HKDF算法将lk和tkk派生密钥lk和tempk2，利用tempk2、h1和c进行使用关联数据进行身份验证加密算法解密运算得到p进行MAC验证，最后将c累积进h1；
步骤1.6加密模块握手第三步：发送方通过将tempk2、h1和序列化后自己的静态密钥s的公钥进行使用关联数据进行身份验证加密算法加密运算得到c并将其累积进h1，之后将s的私钥和rtk2通过椭圆曲线迪费霍尔曼算法得到共享密钥srk，利用HKDF算法对lk和srk进行密钥派生得到lk和tempk3，明文t的值为tempk3和h1进行使用关联数据进行身份验证加密算法得到的结果，最后利用HKDF算法对lk进行派生密钥得到fsk和frk，其中fsk是发送方进行加密信息所用密钥，而frk是发送方对信息进行解密的密钥，然后将c和t作为消息m发送接收方；
步骤1.7接收方接收到消息m后进行版本验证，提取c和t，之后利用tempk2、h2和c进行使用关联数据进行身份验证加密算法解密运行得到发送方的静态密钥s的公钥，将c累积进h2，然后为得到共享密钥srk对tk2的私钥和s的公钥进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算，再对lk用HKDF算法派生密钥lk和tempk3，最后用使用联数据进行身份验证加密算法解密算法解密t进行MAC检验，然后用lk进行HKDF密钥派生fsk和frk，握手结束；
步骤1.8双方最终得到解密密钥和会话加密，为保证匿名性和安全性，需要椭圆曲线迪费霍尔曼算法协商共享密钥，期间发送方没有暴露自己的公钥，只有在三次握手后接收方成功恢复发送方的公钥。
3.根据权利要求1所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述步骤2具体过程包括：
步骤2.1发送方首先需要发送申请打开通道的OPEN消息给接收方，该OPEN消息包括申请通道所在的区块哈希blockhash、通道tempID、发送方建立通道的资金fund以及相关交易金额上限、阈值等协议内容；
步骤2.2接收方收到OPEN消息后，先针对协议内容进行判断，接收方同意协议后，接收方发送接受通道的ACCEPT消息给发送方，表示同意发送方建立通道请求，否则接收方可以拒绝该建立申请；其中，ACCEPT消息包括tempID以及交易协议内容；
步骤2.3发送方收到ACCEPT消息后对该消息内的交易协议内容进行判断，接受协议内容后，发送方发送创建通道资金交易的CFUND消息给接收方，否则发送方拒绝通道的建立。；
步骤2.4接收方收到CFUND消息后，先验证该签名是否属于发送方，否则丢弃该消息，验证通过则发送SFUND消息给发送方。
步骤2.5发送方收到SFUND消息后，同样先进行签名验证，通过之后该通道资金交易便可广播到区块链网络中，等待区块认证后，双方相互发送LFUND消息，表示该资金交易通道已被区块链网络接受，可参与交易；
步骤2.6通道成功建立之后，双方节点可以直接通过该通道进行不高于通道资金额度的交易，每次小额交易完成后会更新通道剩余资金，不需要将每次交易都广播到整个区块链网络。
4.根据权利要求3所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述CFUND消息包括该通道的实际通道ID、本次交易的ID以及自己的签名；所述SFUND消息包含本次交易签名及通道ID，表示认同该交易。
5.根据权利要求1所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程包括：
步骤3.1当通道资金为0时会直接进行清算，或通道资金无法满足交易时系统会根据协议约定自动清理该通道；
步骤3.2，当所属通道双方提前关闭交易通道时，由发起方发送一个SHUTDOWN消息给接收方表示想要申请关闭通道，该SHUTDOWN消息包括通道ID和比特币脚本公钥，接收方认可后返回给发起方一个SHUTDOWN消息，此时系统开始清理该通道上的HTLC，保证之前剩下的HTLC可以被处理完成；
步骤3.3HTLC清理完成之后，表示开始进入关闭通道结算协商阶段，发起方发送一个SCLOSING消息，表示和接收方进行结算协商，该SCLOSING信息包括通道ID、结算费用以及自己的签名；接收方收到SCLOSING消息后，首先进行签名验证，验证通过后对结算内容进行判断，同意结算内容则发送SCLOSING消息给发起方，该消息包括通道ID、同样的结算费用和自己的签名，发起方接收到SCLOSING消息便可以广播最终的交易至全网，等待主链认证后便可结束交易并关闭通道；
步骤3.4如果双方对结算信息不一致时，接收方可发送具有自己认可的结算费用的SCLOSING消息给发起方，同样发起方对结算费用不满意则双方持续发送SCLOSING消息进行协商，达到系统协商次数阈值后，系统会惩罚发起方，关闭通道。
6.根据权利要求1所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程包括：
步骤4.1节点通过gossip协议发现节点与获取信息；其中，节点通过三则gossip消息来实现维护本地网络视图；
步骤4.2为确定一条跨节点匿名支付路径，节点在自己的本地视图上根据路径选择算法选择出一条相对最优路径；
步骤4.3计算该最优路径时需要将通道转发费用和匿名消息转发费用综合考虑，因网络中的每个通道的转发费用和其连接的节点转发匿名消息费用存在不一致的可能性，因此定义一个路径开销比PErate，该PErate的值是该路径上的通道转发费用和节点匿名消息转发费用之比；
步骤4.4该最优路径算法为：发送方需要从自己本地视图G里面选出可以连接到接收方的路径pathi添加到路径列表Pathlist中，完成添加之后开始从Pathlist中依次计算该路径的通道转发费用tmpPathfeei以及节点匿名消息转发费用tmpPeerfeei，该tmpPathfeei等于HTLC基本费用basefee与转发等其他费用tfeei的和，然后计算路径的PEratei＝tmpPathfeei/tmpPeerfeei，如果该PEratei小于当前的最佳费用bestPErate，那么记录下该路径并更新bestPEratei和最佳路径bestpath的值，直到计算所有Pathlist的路径为止，返回bestpath和bestPErate；
步骤4.5跨节点支付：确定跨节点匿名支付路径后，发送方获取该路径上所有节点的公钥用于加密数据包然后发送方沿该路径的逆方向开始构造数据包，最里面的一层是需要发送的原始数据内容、版本号和有效载荷，其有效载荷可以用于进行HMAC检验以及最终节点的校验，完成打包之后用接收方的公钥进行加密该数据包，之后依次用路径逆方向的节点公钥加密数据包；
步骤4.6为保证匿名数据包的安全传输，节点之间发送数据包通过椭圆曲线迪费霍尔曼密钥交换算法生成共享密钥进行加解密，发送方用自己的临时私钥Temprivkey和接收方的公钥Publickey作为输入进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算得到共享密钥SKey，接收方用自己的临时公钥Tempubkey和自己的私钥Privatekey作为输入，进行椭圆曲线迪费霍尔曼算法运算可以得到同样的共享密钥SKey，该SKey作为节点间传输的安全密钥，保证节点间发送数据包的安全性；
步骤4.7匿名支付路径下各节点将交易数据包不断传递至最终节点；其中，接收节点收到匿名数据包后，进行HMAC验证并判断自己是否为最终接收节点；
步骤4.8最终节点会对数据包的有效载荷值进行检查并在错误的时候返回错误信息，对数据包中的值和自己接收到的HTLC值的进行对比，如果结果不符，最终节点可直接丢弃该数据包。
7.根据权利要求6所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述步骤4.1中的三则gossip消息：
一则用于广播已有通道的BroadcastChannel消息，该消息标识唯一已存在的通道，包括该通道连接节点、节点转发匿名消息的费用、通道交易费用等所有有关该通道的消息；
两则UpdateChannel消息，该消息用于更新有关通道的最新信息，当节点接收到新的BroadcastChannel或UpdateChannel消息时，会将其消息的内容更新到自己的本地网络视图，如果有通道被撤销，则本地视图会根据该消息删除自己本地视图内的有关该通道的信息，之后将该消息添加到发送消息列表中。
8.根据权利要求6所述的一种基于跨节点多跳支付的区块链匿名交易方法，其特征在于，所述步骤4.3中的路径开销比PErate值越接近于1则说明该路径的性价比越高，在保证安全的同时也保证通道开销合理，选择最优路径则需要计算该路径的PErate值相对于其他路径更接近于1。
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