CN112636930B - 一种基于原子交换的资产交易方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于原子交换的资产交易方法和系统，定义了支持异构区块链的跨链协议，统一跨链传输和验证的标准，并结合侧链中继技术完成跨链交易。交易双方的资产不需要用户采用“热钱包”保持较长时间连接到区块链网络，而是交给跨链合约进行委托交易，跨链合约根据分布式哈希表对其他链上需要跨链的资产进行匹配，因为交易是在跨链合约和侧链进行，所以完全避免了交易一方如果发生数据丢失或者没有在正确的时间内广播交易,将可能存在被另一方盗取资金的风险。结合侧链的零知识证明技术对交易双方的信息进行隐藏，增强交易双方的隐私性。

Description

一种基于原子交换的资产交易方法和系统
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体是一种基于原子交换的资产交易方法和系统。
背景技术
区块链技术自比特币区块链于2008年诞生以来,已逐步发展出上千种区块链项目，根据区块链的应用场景、节点准入条件及去中心化程度，区块链被分为公有链(publicblockchain)、私有链(private blockchain)以及联盟链(consortium blockchain)这三大类。区块链技术和经济的发展，对区块链跨链提出明显的诉求。在性能上，区块链从基于PoW的比特币和以太坊，发展到基于PBFT及DPoS共识算法的联盟链及公链网络，虽然实现了TPS(服务器每秒处理的事务数)从个位数到万级别的巨大提升，但是却以牺牲一定的“去中心化”为代价，这并不符合区块链的核心理念。区块链网络迫切需要在更好地保持去中心化理念的同时，大幅度提升区块链的交易性能。在功能上，伴随着智能合约开发平台的逐渐丰富并完善，大量纷繁复杂的垂直公链及区块链商业应用显现，形成众多独立的基础设施和业务体系。这些区块链应用之间迫切需要实现功能上的扩展，即区块链间的互联互通，进而实现价值和业务的链间流转。在经济上，目前实现区块链网络之间价值转移的最常用方式是中心化的交易所，基于跨链技术搭建的去中心化交易所能够降低链间交易摩擦，提高价值流动性，成为中心化交易所的有效补充手段。
目前的区块链项目都是由不同团队基于不同的场景需求和设计理念，采用不同的技术架构开发出的异构区块链。区块链项目的蓬勃发展，不可避免地引出了一个问题：链与链之间如何实现互联互通？价值孤岛现象也更加严重.区块链资产是否能够实现无需第三方参与的原子性交易？由于区块链本身的技术特点，每个区块链都是一个孤立的P2P网络，因此这些项目就像是一个个相互隔绝的“信息孤岛”。如何实现区块链之间的互联互通和价值转移成为当前区块链技术的研究重点。如果说共识机制是区块链的灵魂核心，那么跨链技术就是实现区块链之间互联互通和价值转移的关键。跨链技术是区块链3.0时代的核心和关键技术。而基于原子交换的跨链技术是实现区块链资产实现原子性交易的关键，原子交换是一种在不同区块链上交换资产的方法，它是点对点的、无须信任的。即指双方交易同时发生或同时不发生,二者不可分割.该方案通过让交易双方分别在比特币区块链和其他数字货币区块链上设定合约脚本,并利用是否获知某个哈希值的原像(preimage)作为合约触发条件。该原像由交易一方在交易之前随机产生,并结合方案设计的一系列合约锁定、解锁流程，实现跨链交易的原子性。
区块链从技术层面看是去中心化数据库和分布式账本，从商业层面看是价值网络。区块链要想获得大规模的商业应用，不仅需要实现平台间的信息互联，更需要实现区块链之间的信息互联。目前已有区块链系统支持保险、征信、资产证券化、知识产权和注册等商业场景，未来会有更多领域建立其自身区块链平台。跨链技术将带来不同场景的整合，塑造更具前景和活力的商业模式，跨链是实现无界价值互联的关键，技术突破将有助于推动跨链资产转移/抵押、跨链数据共享、中心化资产交易平台、分布式应用DApp的跨平台开发/部署/配置、跨链智能合约应用、垂直行业私有链价值交互等应用领域的发展。开放的公有链与访问受限的私有链、联盟链之间,区块链与传统软件系统之间,也存在价值拓展和交换的应用需求。未来跨链技术有可能演变为支撑更广泛应用的网络基础设施。
分布式哈希表DHT的全称是Distributed Hash Table，即分布式哈希表技术，是一种分布式的存储方法。这种分布式网络不需要中心节点服务器，而是每个客户端负责一个小范围的路由，并负责存储一小部分数据，从而实现整个DHT网络的寻址和存储。DHT网络还在于关键字最接近的节点上复制备份冗余信息，避免了单一节点失效问题。形象地，我们可以把整个DHT网络想象成一个大城市，那么每个客户端，就好比城市里各个角落的地图碎片，上面绘制了附近区域的地形情况，把这些地图碎片汇总后，整个城市的全貌也就出来了。
简单地说，DHT就是一种分布式的存储和寻址技术。通过DHT数据结构它把KEY和VALUE用某种方式对应起来。使用hash()函数把一个KEY值映射到一个index上：hash(KEY)＝index。这样就可以把一个KEY值同某个index对应起来。然后把与这个KEY值对应的VALUE存储到index所标记的存储空间中。这样，每次想要查找KEY所对应的VALUE值时，只需要做一次hash()运算就可以找到了。以上就是寻址过程。
侧链，实质上不是特指某个区块链，而是指遵守侧链协议的所有区块链，该名词是相对与比特币主链来说的。侧链协议是指：可以让代币安全地从主链转移到其他区块链，又可以从其他区块链安全地返回比特币主链的一种协议。
现有的区块链的交易存在以下问题：
1.目前跨链技术没有完整且全面的支持异构区块链跨链。
2.交易通道开启阶段必须保证定量的资金处于锁定状态,即用户需要采用“热钱包”保持较长时间连接到区块链网络以便能签名交易，而非“冷钱包”或离线存储等更安全的方式,因而将增加黑客盗取用户私钥的风险。
3.交易一方如果发生数据丢失或者没有在正确的时间内广播交易,将可能存在被另一方盗取资金的风险。
4.交易双方隐私性不强，一旦数字钱包地址和它的拥有者的个人信息对应起来，该钱包的拥有者所有账户信息、交易信息都将在整个网络中一览无遗并且无法消除，这会导致比互联网的隐私泄露更加严重的问题。
发明内容
鉴于以上现有技术中的问题，本发明定义了支持异构区块链的跨链协议，统一跨链传输和验证的标准，并结合侧链中继技术完成跨链交易。交易双方的资产不需要用户采用“热钱包”保持较长时间连接到区块链网络，而是交给跨链合约进行委托交易，跨链合约根据分布式哈希表对其他链上需要跨链的资产进行匹配，因为交易是在跨链合约和侧链进行，所以完全避免了交易一方如果发生数据丢失或者没有在正确的时间内广播交易,将可能存在被另一方盗取资金的风险。结合侧链的零知识证明技术对交易双方的信息进行隐藏，增强交易双方的隐私性。
本发明采用的技术方案是：一种基于原子交换的资产交易系统，包括五层结构；第一层为用户的接入终端，包括Web端和客户端；第二层为接口层，设置API网关；第三层为资产链智能合约层，用于部署路由数据、公钥数据和订单数据；第四层为侧链，部署侧链上的智能合约实现资产映射、资产交换和合约校验；第五层为资产区块链。
进一步，在所述第二层中部署跨链网关，用于对访问智能合约的请求进行负载均衡，把请求重定向给处理请求相对不多的智能合约。
上述方案中资产链智能合约层中部署的资产链智能合约包括实现资产注册、资产授权、世界信息功能的授权合约，以及实现资产交换、路由转发的交换合约。
进一步，所述授权合约先实现用户资产注册，与资产链智能合约签订授权合同同步到用户本身的资产区块链中，待授权合同上链并达到一定数量的确认后反馈给用户结果；授权成功后，用户可以获得资产链智能合约提供的世界信息查看第三方资产成交的最新交易数据，参考这些数据发布自己的资产交换信息。
进一步地，所述资产链智能合约层根据网络中的订单列表进行同步，对若干订单进行统一匹配，再从各个资产区块链智能合约分配资产。
所述交换合约将需要匿名的交换放入匿名池并激活侧链进行资产映射，侧链首先根据资产区块链资产进行Token发放并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射。
更具体地，在系统中采用的传输协议的数据格式为：Form：来源资产链的ID标志；To：目的资产链的ID标志；Hash：每笔交易创建时所生成的交易Hash值；Body：调用具体合约的JSON化字符串；Sign：发送交易时，用户或者节点的数字签名；Version：合约版本号；Num：记录当前来源资产链的区块高度；Note：提供记录备注信息。
本发明采用以上技术方案具有的有益技术效果如下：通过跨链传输协议统一跨链交互的规范，解决了异构应用链的共识算法与验签方式不同所带来的问题。设计多种智能合约相互合作，不再需要用户保持较长时间连接到区块链网络以便能签名交易，因而极大降低黑客盗取用户私钥的风险。而且通过智能合约控制订单匹配，通过智能合约间路由转发，公钥验证，极大降低了交易一方如果发生数据丢失或者没有在正确的时间内广播交易,将可能存在被另一方盗取资金的风险。最后结合支持匿名交易的侧链结构，对交换双方的智能合约地址进行隐藏，侧链浏览器上找不到用户与之对应的交换用户，只能知道用户进行了互换，而不知道和谁进行了交换，极大保护了交易的隐私性。
附图说明
图1为跨链传输协议的数据结构示意图；
图2为智能合约的结构示意图；
图3为支持智能合约的匿名交易结构示意图；
图4为本发明的系统架构图；
图5为原子交换授权和交换的活动图。
具体实施方式
鉴于异构应用链的共识算法与验签方式不同，为了兼容各异构应用链，本发明提出通用跨链传输协议用于资产链和中继链之间的交互以及多层智能合约间的交互。具体功能包括：提供跨链交易的验证证据；提供跨链交易的路由凭证。详细结构如图1所示。
Form：来源资产链的ID标志；To：目的资产链的ID标志；Hash：每笔交易创建时所生成的交易Hash值(索引)；Body：调用具体合约的JSON化字符串；Sign：发送交易时，用户或者节点的数字签名；Version：合约版本号，用于更新合约；Num：记录当前来源资产链的区块高度；Note：提供记录备注信息等。
智能合约的结构如图2所示，资产区块链上的智能合约采用功能分离方式进行设计，不同区块链间通过分布式哈希表寻址到目的合约地址交换资产，共设计两种智能合约。第一种智能合约实现资产注册、资产授权、世界信息功能，称为授权合约；第二种智能合约实现资产交换、路由转发功能，称为交换合约。授权合约先实现用户资产注册，与智能合约签订授权合同同步到用户本身的资产区块链中，待授权合同上链并达到一定数量的确认后反馈给用户结果。授权成功后，用户可以获得智能合约提供的世界信息查看第三方资产成交的最新交易数据，参考这些数据发布自己的资产交换信息，用户通过移动端或Web端发送给智能合约交易信息和公钥信息进行原子交换。智能合约根据网络中的订单列表进行同步，对多笔订单进行统一匹配，再从各个资产区块链智能合约分配资产。这样其他人无法确定到具体的地址进行了相对应的原子交换，提高了交换的安全性。
侧链上的智能合约共设计两种智能合约，第一种智能合约实现资产映射、资产交换功能；第二种合约实现校验功能，称为校验合约。资产区块链上的交换合约将需要匿名的交换放入匿名池并激活侧链进行资产映射，侧链首先根据资产区块链资产进行Token发放并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射，结合SERO的基于零知识证明技术的匿名交易结构对输入输出进行匿名，完全实现了资产的匿名性，最后通过侧链上合约的资产互换功能进行订单匹配和侧链上Token的匿名互换；在资产区块链进行资产授权和资产交换时，侧链合约上的校验合约根据资产区块链合约节点上的订单信息中的交易哈希进行校验，校验失败则回滚订单，校验成功则允许订单在网络中进行同步。
图3给出了一种支持智能合约匿名交易的结构。匿名交易拥有一个匿名的输入集合“Z ins”，一个匿名的输出集合“Z outs”，一个普通的输出集合“O outs”和一个名为“From”的暂存地址。“Z ins”是完全匿名的，让第三方观察者无法得知来源和内容，“Zouts”是完全匿名的UTXO，只有接受者能查看和使用它的内容，“O outs”携带的内容是非隐藏的，它指向的接受者有两种情况：一种是指向智能合约地址，一种是指向一个暂存地址。From代表交易的发送者，同样也是一个暂存地址。因此整个交易无法让人确定真实的用户是谁，其中携带的资产信息也被最大程度隐藏起来。
结合以上各部分，图4给出了本发明的系统总体架构。本系统分为五层结构，第一层为用户的接入终端，包括Web端和客户端；第二层为接口层，由于智能合约节点处理请求的能力有限，通过部署跨链网关对访问智能合约的请求进行负载均衡，分别把请求重定向给处理请求相对不多的智能合约，第三层为智能合约层，智能合约本地只要维护三种数据，智能合约在部署时所同步的路由数据，用户资产注册时所提交的公钥数据，用户发布资产交换时所发布的订单数据；第四层为侧链，侧链上的智能合约实现资产映射、资产交换功能。资产区块链上的交换合约将需要匿名的交换放入匿名池并激活侧链进行资产映射，侧链首先根据资产区块链资产进行Token发放并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射，使用零知识证明功能对输入输出进行匿名，完全实现了资产的匿名性；第五层为底层的资产区块链。
图5所示，为本发明的原子交换授权和交换的活动图。
用户进入原子交换入口时会触发授权验证功能，通过跨链传输协议与资产区块链上的授权合约进行通信，表明来源区块链、目的合约(授权合约)、合约函数(资产注册)等参数，授权合约返回给用户授权地址，用户通过给授权合约地址发送一笔交易进行签约记录，侧链上的校验合约对本次授权交易进行验证并上链后，则授权成功，用户提交交换信息时，遵循跨链传输协议，标明来源和目的区块链，目的合约(交换合约)、合约函数(资产交换)、参数(交换资产的具体JSON化数据)、合约签名、合约版本、来源区块链高度等信息。用户根据是否有需要匿名交易的需求，提交不同的交换请求，资产区块链上的交换合约根据用户发送的请求数据，把交易订单根据请求分别加入常规池或者匿名池，资产链上的交换合约产生临时地址返回给用户，用户将资产交易到本链的智能合约临时地址并加入订单池记录到资产区块链合约节点中，如果需要匿名交易，侧链上的智能合约使用资产映射功能对资产区块链资产进行Token发放，并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射，侧链上智能合约资产交换功能结合分布式哈希表，对资产区块链合约节点中存储的订单进行匹配，匹配成功后，侧链上的校验合约使用公钥池中对应的公钥验证协议中签名数据并进行交易。匿名交易时，侧链则通过支持智能合约的匿名交易结构完成资产互换。

Claims (5)

1.一种基于原子交换的资产交易系统，其特征在于：包括五层结构；第一层为用户的接入终端，包括Web端和客户端；第二层为接口层，设置API网关，对访问智能合约的请求进行负载均衡，把请求重定向给智能合约；第三层为资产链智能合约层，用于部署路由数据、公钥数据和订单数据，资产链智能合约包括实现资产注册、资产授权、世界信息功能的授权合约，以及实现资产交换、路由转发的交换合约，所述授权合约先实现用户资产注册，与资产链智能合约签订授权合同同步到用户本身的资产区块链中，待授权合同上链并达到一定数量的确认后反馈给用户结果；授权成功后，用户可以获得资产链智能合约提供的世界信息查看第三方资产成交的最新交易数据，参考这些数据发布自己的资产交换信息，所述交换合约将需要匿名的交换放入匿名池并激活侧链进行资产映射，侧链首先根据资产区块链资产进行Token发放并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射；第四层为侧链，部署侧链上的智能合约实现资产映射、资产交换和合约校验，侧链上的智能合约包括两种智能合约，第一种智能合约实现资产映射、资产交换功能；第二种合约实现校验功能，称为校验合约；资产区块链上的交换合约将需要匿名的交换放入匿名池并激活侧链进行资产映射，侧链首先根据资产区块链资产进行Token发放并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射，结合SERO的基于零知识证明技术的匿名交易结构对输入输出进行匿名，最后通过侧链上合约的资产互换功能进行订单匹配和侧链上Token的匿名互换；在资产区块链进行资产授权和资产交换时，侧链合约上的校验合约根据资产区块链合约节点上的订单信息中的交易哈希进行校验，校验失败则回滚订单，校验成功则允许订单在网络中进行同步；第五层为资产区块链。
2.根据权利要求1所述一种基于原子交换的资产交易系统，其特征在于：所述资产链智能合约层根据网络中的订单列表进行同步，对若干订单进行统一匹配，再从各个资产区块链智能合约分配资产。
3.根据权利要求1或2所述一种基于原子交换的资产交易系统，其特征在于：在系统中采用的传输协议的数据格式为：Form：来源资产链的ID标志；To：目的资产链的ID标志；Hash：每笔交易创建时所生成的交易Hash值；Body：调用具体合约的JSON化字符串；Sign：发送交易时，用户或者节点的数字签名；Version：合约版本号；Num：记录当前来源资产链的区块高度；Note：提供记录备注信息。
4.一种基于原子交换的资产交易方法，其特征在于：包括以下步骤：
授权验证，用户进入原子交换入口时会触发授权验证功能，通过跨链传输协议与资产区块链上的授权合约进行通信，表明来源区块链、授权合约、资产注册参数，授权合约返回给用户授权地址，用户通过给授权合约地址发送一笔交易进行签约记录，侧链上的校验合约对本次授权交易进行验证并上链后，则授权成功；所述授权合约实现资产注册、资产授权、世界信息功能，授权合约先实现用户资产注册，与智能合约签订授权合同同步到用户本身的资产区块链中，待授权合同上链并达到一定数量的确认后反馈给用户结果；
用户提交交换信息，遵循跨链传输协议，标明来源和目的区块链，交换合约、资产交换、交换资产的具体JSON化数据、合约签名、合约版本、来源区块链高度信息，用户根据是否有需要匿名交易的需求，提交不同的交换请求；所述交换合约实现资产交换、路由转发功能，将需要匿名的交换放入匿名池并激活侧链进行资产映射；
资产区块链上的交换合约根据用户发送的请求数据，把交易订单根据请求分别加入常规池或者匿名池，资产链上的交换合约产生临时地址返回给用户；
用户将资产交易到本链的智能合约临时地址并加入订单池记录到资产区块链合约节点中；
如果需要匿名交易，侧链上的智能合约使用资产映射功能对资产区块链资产进行Token发放，并对匿名池中的地址信息进行Token资产映射，侧链上智能合约资产交换功能结合分布式哈希表，对资产区块链合约节点中存储的订单进行匹配，匹配成功后，侧链上的校验合约使用公钥池中对应的公钥验证协议中签名数据并进行交易；所述校验合约实现校验功能，根据资产区块链合约节点上的订单信息中的交易哈希进行校验，校验失败则回滚订单，校验成功则允许订单在网络中进行同步。
5.根据权利要求4所述一种基于原子交换的资产交易方法，其特征在于：所述跨链传输协议的数据结构为Form：来源资产链的ID标志；To：目的资产链的ID标志；Hash：每笔交易创建时所生成的交易Hash值(索引)；Body：调用具体合约的JSON化字符串；Sign：发送交易时，用户或者节点的数字签名；Version：合约版本号，用于更新合约；Num：记录当前来源资产链的区块高度；Note：提供记录备注信息。
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