CN112511355B - 一种跨链智能合约合作可能性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过对不同区块链中智能合约行为之间的触发关系构建模型，并对智能合约之间的合作可能性进行评估，提出了一种跨链智能合约合作可能性评估方法。首先提出了智能合约之间的行为触发模型，以及智能合约行为之间的触发类型包括随机触发器、全触发器和随机触发器。其次，我们使用智能合约的行为交互图，采用不同行为之间的触发权重来分析合作的可能性。由于路径边的权重不能直接用作配合可能性，因此我们在边权重中引入了维度，并讨论了多种情况下智能合约行为的合作可能性。

Description

一种跨链智能合约合作可能性评估方法

技术领域

本发明涉及区块链技术，尤其是区块链跨链的智能合约之间合作的可能性评估方法。

背景技术

物联网中，由于各种用途，可能具有不同的区块链，其目标可能是低延迟、节能、高效等。这些区块链之间的合作是必要的，例如由不同区块链之间的跨链解决方案构建的物联网数据管理解决方案。跨链可操作性通常由多个智能合约完成，这些合约部署在不同的区块链上。当涉及多个区块链时，需要将跨链的整个逻辑分离为多个智能合约。每个智能合约都部署在一个区块链中。原因有两个方面：(1)区块链是分离的系统，然后智能合约必须单独部署；(2)不同的区块链可能有不同的智能合约语言，如Solidity是为以太坊或其派生区块链，这要求跨链函数的不同部分由不同的智能合约语言编写。

关联的智能合约部署在不同的区块链上，分析关联智能合约之间的关系非常重要，这有助于我们了解关联的区块链是否是合作关系，并帮助检测可能导致目标区块链之间不合作的可能错误。

发明内容

本发明通过对不同区块链中智能合约行为之间的触发关系构建模型，并对智能合约之间的合作可能性进行评估，所述技术方案如下：

(1)一种跨链智能合约合作可能性评估方法，包括：智能合约的行为触发模型和智能合约的合作评估模型；

所述智能合约的行为触发模型对不同区块链中的智能合约之间的合作关系进行描述；

所述智能合约的合作评估模型，对所述行为触发模型中智能合约之间进行合作的可能性进行计算评估。

(2)所述智能合约的行为触发模型包括不同区块链中智能合约的行为集合，所述不同区块链中智能合约的行为集合由各智能合约行为构成；所述智能合约行为包括源行为和目标行为；所述源行为可以触发所述目标行为，所述源行为可以触发多个所述目标行为；所述目标行为可以作为源行为触发另一个目标行为。

(3)所述智能合约行为之间还具有触发器类型，所述触发器类型有随机触发器、全触发器和混合触发器；所述源行为与所述目标行为之间具有触发权重，即源行为触发目标行为的可能性。

(4)所述随机触发器为一个源行为具有一定的可能性触发n个目标行为，对于所述的n个目标行为中每一个目标行为，其触发权重为1/n，并且所述的源行为能且仅能触发所述n个目标行为中的一个；所述全触发器为一个源行为S 会触发n个目标行为，对于所述n个目标行为中的每一个目标行为，其触发权重分别为s₁,s₂,…,s_n,并且所述的源行为会触发所述n个目标行为中的所有目标行为；所述混合触发器为所述随机触发器和所述全触发器的组合。

(5)所述智能合约行为之间根据不同的触发器类型，构成行为交互图，由不同的智能合约行为和触发器组成，所述交互图中具有触发关系的智能合约行为之间有一条路径，所述路径可以包含多个智能合约行为和触发器。

(6)所述智能合约的合作评估模型是在所述智能合约的行为触发模型的基础上，对行为交互图中一个智能合约行为触发另一个智能合约行为的可能性进行计算，从而评估智能合约之间合作的可能性。

附图说明

图1描述了源行为触发目标行为

图2描述了智能合约行为之间的随机触发器

图3描述了智能合约行为之间的全触发器

图4描述了智能合约行为交互图

图5描述了智能合约行为之间的全触发器组合

图6描述了智能合约行为之间的全-随机触发器组合

图7描述了智能合约行为交互图的计算

图8描述了不同区块链之间的环拓扑

图9描述了不同区块链智能合约行为的交互图

图10描述了区块链智能合约行为之间的触发运行时间

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请提出了一种跨链智能合约合作可能性评估方法，包括智能合约的行为触发模型和智能合约的合作评估模型。智能合约的行为触发模型对不同区块链中的智能合约之间的合作关系进行描述；智能合约的合作评估模型，对行为触发模型中智能合约之间进行合作的可能性进行计算评估。

智能合约的行为触发模型包括不同区块链中智能合约的行为集合，不同区块链中智能合约的行为集合由各智能合约行为构成，包括源行为和目标行为；其中源行为可以触发一个或多个目标行为，目标行为可以作为源行为触发另一个目标行为，图1对源行为触发目标行为进行了描述。这里我们使用"行为"而不是"智能合约"的表示方法，原因是智能合约可能有不同的合作行为，它们位于智能合约的子模块中。为了更准确地描述交互，我们引入了一个细粒度的组件来描述它，即智能合约的行为，它是智能合约的函数或子模块，在接收来自其他智能合约的请求时运行。

智能合约行为之间还具有触发器类型，触发器类型有随机触发器、全触发器和混合触发器；源行为与目标行为之间具有触发权重，即源行为触发目标行为的可能性。其中随机触发器为一个源行为具有一定的可能性触发n个目标行为，对于这n个目标行为中每一个目标行为，其触发权重为1/n，并且该源行为能且仅能触发这n个目标行为中的一个，图2对随机触发器进行了描述。在某些情况下，有些智能合约行为是行为触发模型中的候选触发行为，实际触发的行为数量是有限的。例如，传感器区块链会通过智能合约行为向其他数据处理区块链中发送请求以进行合作，而只有一个区块链有机会处理数据，并非所有直接触发操作都允许触发。在随机触发器中，我们仅限制一个可以触发以简化操作。

全触发器为一个源行为S会触发n个目标行为，对于n个目标行为中的每一个目标行为，其触发权重分别为s₁,s₂,…,s_n,并且该源行为会触发这n个目标行为中的所有目标行为。图3对全触发器进行了描述，我们仍然用权重来描述这种情况，其中S是源操作。直观地说，权重1应分配给每个边。但是，每个边权重可以单独触发，我们给每个边权重1加上不同的维度。所有维度都以相同的前缀s开头，以指示它们由相同的行为触发。需要不同维度的原因是无法直接添加来自全触发器类型的权重，触发可能性的总和会出现大于1的情况。

智能合约行为之间根据不同的触发器类型，构成行为交互图，由不同的智能合约行为和触发器组成，交互图中具有触发关系的智能合约行为之间有一条路径，可以包含多个智能合约行为和触发器。我们以图形方式描述触发器对之间的关系。其节点是行为，其边是从源行为到目标行为的触发器。所有条件和操作都形成定向非环图，称为行为交互图。在行为交互图中，一个行为可能会触发多个行为，或者一个行为由多个行为触发(每个行为都可以触发此操作)，如图4描述所示行为交互图。

混合触发器为随机触发器和全触发器的组合，包括全触发器组合、全-随机触发器组合、随机-全触发器组合、随机触发器组合。对于全触发器组合，有两个级联全触发器，如图5描述，其中s,m,l,r,v为智能合约行为。智能合约行为之间生成了两个相关的维度，我们使用符号"#"来表示从旧维度(od)生成的旧维新维度(nd)的过程，即(od#ndod)，符号'#'称为维度生成符号，维度nd 是维度od的子维度，而od是nd的父维度。在图4中，行为r和行为v是行为 m的全触发器的目标触发行为，维度s1在第一个全触发器上生成，维度s1#m1和 s1#m2在第二个全触发器上生成。当第一个行为s的权重为d，则行为r的权重可以表示为d-----→d#s₁-----→d#s₁#m₁.

对于全-随机触发器组合，在此类型中，全触发器后跟随机触发器。在全触发器中形成不同的维度，然后在随机触发中划分权重，如图6描述所示。在图6 中，行为m的源行为是s，其目标行为m₁,m₂,…,m_n，s与目标行为之间具有全触发器，而行为m₁与它的目标行为之间具有随机触发器。由于随机触发器中m₁的目标行为数为n，因此每个行为的权重为s₁的1/n,即s₁/n.我们把它表示为 s₁(1/n).在这里，我们把1/n放在尺寸符号之后，而不是作为系数。行为l₁的权重表示为d-----→d#s₁-------→d#s₁(1/n).

对于随机-全触发器组合，在此类型中，第一个触发器是随机触发器，第二个触发器是全触发器，随机触发器划分前一维度的触发可能性，权重变化的过程可以表示为d-------→d(1/n)-----→d(1/n)#s1.

对于随机触发器组合，在这种情况下，有两个连续的随机触发器，每个触发器都对原始权重进行划分。假设第一个除法在n个配对操作之间，第二个除法在m配对操作之间，则权重更改过程表达式为d-----→d(1/n)-----→ d(1/mn).

智能合约的合作评估模型是在智能合约的行为触发模型的基础上，对行为交互图中一个智能合约行为触发另一个智能合约行为的可能性进行计算，从而评估智能合约之间合作的可能性。我们描述了基本触发器及其组合之间的合作可能性，其中只有一条路径从源行为到目标行为。在复杂的网络中，从源行为到其目标行为可能有多个路径，这会导致不同类型的维度组合。我们现在介绍当存在多个触发器路径时，如何计算两个行为之间的合作可能性，即它们的触发权重。

不同维度组合之间的关系。在行为交互图中，从一个智能合约行为到另一个智能合约行为，可能会有几条不同权重的路径，它们的维度不同。我们先讨论不同维度之间的关系。比如，一个权重为a(1/2)#b(1/4)#c，它的维度是a#b#c，它的子维度包括a,b,c,a#b,a#c,b#c和a#b#c。我们用P来表示维度。比如 a#b#d和a#b#f，它们的公共维度P是a#b，因此它们也可以表示为P#d和P#f。

相同维度之间的计算。这种情况中，一个目标行为的所有权重都是相同的，如果维度是P，并且从源行为到该目标行为的权重为P(x)，P(y)，P(z)，它们之间为随机触发器，则维度计算为直接相加，即(P(x),P(y),P(z))→P(x+y+z). 这个计算可以扩展，假设有两个维度P⁰和P⁰⁰，并且P⁰＝P1(x₁)#P2(x₂)#Pi(x_i) #...#Pn(x_n),P⁰⁰＝P1(y₁)#P2(y₂)#Pi(y_i)#...#Pn(y_n)，如果它们由一个相同的子维度S＝P1#P2#Pi#...#Pn，那么它们可以被计算为P＝P1(x₁+y₁)#P2(x₂+y₂)#Pi(x _i+y_i)#...#Pn(x_n+y_n).图7对这个过程进行了一个具体描述，上方表示最开始的触发权重关系，中间我们开始对从行为P1到行为P2的所有触发可能性进行相加，然后下方将行为P2到行为P3的所有触发可能性进行相加，然后这条路径上所有的触发可能性都进行了合并，这条路径上的触发权重便有了结果。

维度和派生维度之间的计算。当两个触发权重为P(x1)和P(x2)#k(y)时，它们相对应的维度是P和它的派生维度P#k.这两个触发分支来自同一个随机触发器，并且其中一个之后经过了一个全触发器，产生了权重P(x2)#k.由于这两个触发权重来自同一个随机触发器，目标行为被触发的可能性为这两个触发权重的和，即(i(x1),i(x2)#k(y)...)→i(x1+x2*y).

同一个行为的不同维度间的计算。在这种情况中，触发分支来自一个全触发器，比如P#p1(x),P#p2(y),P#p3(z)，每一个触发分支都是同时触发的，因此触发可能性是计算所有分支都不触发的反面，即(P#p1(x),P#p2(y),P#p3(z))→ P(1-(1-x)*(1-y)(1-z)).

不同维度之间的计算。在这种情况中，触发分支来自不同的路径，它们能被独立触发，因此它们的触发权重计算为(P1(x),P2(y),P3(z))→(x+y+z).

因此，我们可以通过上述的几种计算方法计算触发可能性。然而，不同的计算顺序可能导致不同的结果。因此我们规定一个计算顺序：在一个行为交互图中，首先计算具有相同维度的权重；然后计算来自同一个智能合约行为的不同维度或计算维度和它的派生维度，当这两种情况同时存在时，选择时间上最近发生的一对权重先进行计算；最后计算不同的维度。

下面结合实验对本发明进行进一步说明。

实验使用了七个区块链。他们的共识算法是工作量证明(PoW,Proof of Wo rk)。这些区块链是公共区块链，这意味着一个区块链可以通过P2P方法连接到其他区块链。一个节点可以从其他区块链获取区块，并获取行为触发模型的相应交易，智能合约的执行结果也打包到自己的区块链中，供其他区块链获取。

从另一个区块链获得区块后，区块链将相关交易发送到自己的区块链中。为了鼓励矿工从其他区块链开采交易，对块矿工给予额外奖励。对矿工的奖励包括三个部分。(1)将1枚硬币赋予开采一个区块的矿工。(2)如果新区块也包含行为触发模型的交易，则给予1/4额外的硬币(3)每个包含行为触发模型的交易都提供0.001枚硬币。区块链之间的拓扑是环拓扑。拓扑有两个子类型，一个包含5个区块链，另一个包含7个区块链，如图8所示。

我们验证全触发器模型，拓扑是图8中左方5个区块链拓扑。执行三种类型的验证，情况1、情况2和情况3，其逻辑连接如图9所示。注意，这是逻辑连接显示操作的触发方式，这不同于拓扑图。例如，区块链3在逻辑上由区块链 1触发，尽管区块链3不直接连接到区块链1。

在情况1中，用户使用区块链1中的事务触发初始行为，该事务可被视为可能性1。然后区块链2上的关联智能合约被触发区块链3从区块链2获取相应的状态，并触发关联的行为。

情况2类似于情况1。不同的是，区块链1的全触发器已传播到两个区块链，区块链2和3。目标区块链4从区块链2和3获得两个全触发器，当其中一个到来时，其行为被触发。情况3中间有三个区块链，可从区块链接收和发送所有触发器。权重计算如下，目标行为被触发，因为其权重为1。

公式1*1＝1描述情况1，其中没有分支；公式1-(1-1)*(1-1) ＝1用于描述情况2，其中区块链4上的目标智能合约有两个输入(i₁,i₂)；公式1-(1-1)*(1-1)(1-1)＝1用于描述情况3，其中区块链5上的目标智能合约有三个输入(i1,i2,i3).

我们进行了27轮验证，展示和比较它们的完成时间，结果如图10所示。从图10中，我们可以看到情况3的运行时间最长，平均为43.72秒。原因是目标区块链(区块链5)需要从另外三个区块链(区块链2、3和4)传播信息。尽管任何一个全触发器都可以触发区块链5上的智能合约行为；而交易需要通过三个区块链传播到区块链5，因为它是一个环形拓扑。每种类型的完成时间如表1所示。

表1运行时间(秒)情况1,2和3

情况1、2和3的运行时间不同，而目标区块链在所有27次测试回合中触发。它演示可以在全触发器路径之间触发目标操作。我们还随机关闭一个或两个区块链节点。该行为仍被触发，这表明部分节点故障不会影响整个区块链。原因是区块链共识算法能够达成一致，保持最终状态的统一。

Claims (1)

1.一种跨链智能合约合作可能性评估方法，其特征在于，所述跨链智能合约合作可能性评估方法包括：智能合约的行为触发模型和智能合约的合作评估模型；

所述智能合约的行为触发模型对不同区块链中的智能合约之间的合作关系进行描述；

所述智能合约的合作评估模型，对所述行为触发模型中智能合约之间进行合作的可能性进行计算评估；

所述智能合约的行为触发模型包括不同区块链中智能合约的行为集合，所述不同区块链中智能合约的行为集合由各智能合约行为构成；所述智能合约行为包括源行为和目标行为；所述源行为可以触发所述目标行为，所述源行为可以触发多个所述目标行为；所述目标行为可以作为源行为触发另一个目标行为；

所述智能合约行为之间还具有触发器类型，所述触发器类型有随机触发器、全触发器和混合触发器；所述源行为与所述目标行为之间具有触发权重，即源行为触发目标行为的可能性；

所述随机触发器为一个源行为具有一定的可能性触发n个目标行为，对于所述的n个目标行为中每一个目标行为，其触发权重为1/n，并且所述的源行为能且仅能触发所述n个目标行为中的一个；所述全触发器为一个源行为S会触发n个目标行为，对于所述n个目标行为中的每一个目标行为，其触发权重分别为s₁,s₂,…,s_n,并且所述的源行为会触发所述n个目标行为中的所有目标行为；所述混合触发器为所述随机触发器和所述全触发器的组合；

所述智能合约行为之间根据不同的触发器类型，构成行为交互图，由不同的智能合约行为和触发器组成，所述交互图中具有触发关系的智能合约行为之间有一条路径，所述路径可以包含多个智能合约行为和触发器；

所述智能合约的合作评估模型是在所述智能合约的行为触发模型的基础上，对行为交互图中一个智能合约行为触发另一个智能合约行为的可能性进行计算，从而评估智能合约之间合作的可能性。

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