CN112702400A - 一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，在区块链打包节点，对所有的跨链交易数据进行分类汇总，每类内的元素构建一级叶子节点集合，构建多级默克尔树，获取第二级默克尔树各根节点的默克尔路径，打包区块后，将区块头、一级叶子节点集合、默克尔路径一起广播给对应的目标链。目标链接收到数据包后，首先验证区块头的合法性，以一级叶子节点集合列表构建默克尔树，计算根节点，并判断根节点是否在默克尔路径中，再通过默克尔证明验证默克尔路径的合法性，只要出现非法则丢弃数据，合法则保存。本申请通过区块头、一级叶子节点集合、默克尔路径验证跨链交易的合法性，减少了对资源的消耗，提高了安全性。

Description

一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，尤其是涉及一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法。

背景技术

目前生产环境下的区块链越来越多，数据量也越来越大，各区块链节点需要存储所有需要维护的链数据方能进行工作，否则只能实现部分功能，甚至不能安全的运行。尤其是涉及到跨链交易，传统方案是将目标链的数据实时存储到本地，进而来验证跨链交易的原始交易合法性。此种处理模式，在每个区块链节点，既运行原始链同时也运行目标链，因而需要占用大量的CPU、内存、磁盘、带宽等资源，影响运行速度。如果不存储目标链交易完备数据，或不存储部分目标链交易数据，如区块头、和完备的交易Hash列表等，则不能验证跨链交易的数据是否在原始链的区块中，目标链对跨链交易的信任就无从谈起。

因此，减少跨链交易合法性验证的重资源消耗，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，通过在打包出链端进行分类、建立默克尔树，得到根节点与默克尔路径；在目标接收端，重新根据分类列表中的元素构建默克尔树，验证区块头、一级集合元素、默克尔路径的合法性，验证交易是否合法，并对合法的跨链交易进行打包处理。本申请基于区块头、一级集合元素、默克尔路径完成跨链交易合法性的验证，减少了对资源的消耗，安全性高。

第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，

在区块链打包节点，对所有的跨链交易数据进行分类汇总，每类内的元素构建第一级叶子节点集合，基于第一级叶子节点集合，构建多级默克尔树，获取第二级默克尔树各根节点的默克尔路径，打包区块后，将区块头、第一级叶子节点集合、默克尔路径一起广播给对应的目标链。

本发明进一步设置为：以第一级叶子节点集合内元素，构建第一级默克尔树，以第一级默克尔树的各根节点构成第二级叶子节点集合，以第二级叶子节点集合，构建第二级默克尔树。

本发明进一步设置为：为第二级叶子节点获取默克尔路径，通过默克尔证明证明默克尔路径的合法性。

第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，目标链接收到数据包后，首先验证区块头的合法性，以第一级默克尔树节点列表构建默克尔树，计算根节点，并判断根节点是否在默克尔路径中，再通过默克尔证明证明默克尔路径的合法性，只要出现非法则丢弃数据，合法则保存。

本发明进一步设置为：以一级默克尔树节点列表构建默克尔树，判断默克尔树的根节点值是否在默克尔路径中，若在则合法，若不在则非法。

本发明进一步设置为：接收到打包链的跨链交易时，通过链标识和区块高度在本地查找对应的一级集合，若一级集合中包括交易标识，则合法，进行处理。

本发明进一步设置为：以一级默克尔树的节点列表是否包含本次交易标识，判断跨链交易是否合法。

第三方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现打包出块链的任一所述方法，或目标链的任一所述方法。

第四方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现打包出块链的任一所述方法，或目标链的任一所述方法。

与现有技术相比，本申请的有益技术效果为：

1.本申请通过在打包节点，对跨链交易数据进行分类，在各类集合中构建默克尔树，将打包数据整理，实现数据的有序管理；

2.进一步地，本申请通过默克尔路径，建立数据之间相互关系，便于数据查找；

3.进一步地，本申请以区块头、默克尔路径、叶子节点集合作为数据验证的内容，减少了数据量，节约了资源。

附图说明

图1是本申请的一个具体实施例的一级默克尔树的一个目标链结构示意图；

图2是是本申请的一个具体实施例的一级默克尔树的另一个目标链结构示意图；

图3是是本申请的一个具体实施例的一级默克尔树的又一个目标链结构示意图；

图4是是本申请的一个具体实施例的二级默克尔树的结构示意图；

图5是是本申请的一个具体实施例的二级默克尔树的默克尔路径结构示意图；

图6是是本申请的一个具体实施例的二级默克尔树的又一默克尔路径结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施例一

本申请的一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，包括对所有的跨链交易HASH进行分类汇总，分类方式是多样的，如根据目标链的标识ID、Name等进行分类，每一类内包括多个元素，构成一级集合。

分别对分类后的各一级集合构建默克尔树。

以一级集合内的元素作为第一级叶子节点，计算一级根节点，以一级根节点作为第二级叶子节点，构建多级默克尔树。

具体地，以偶数个第一级叶子节点，每二个一级叶子节点，计算得到一个第一级根节点，多个第一级根节点作为第二级叶子节点，形成多层结构的默克尔树，对于奇数个第一级叶子节点，复制当前值做为填充，变成偶数个一级叶子节点进行计算。

在本申请的一个具体实施例中，设有A、B、C、D四条链并行运行，且有交互数据。

以A链作为打包出块链，B、C、D三条链作为目标链进行说明如下。

本申请中，H表示HASH值，Tx表示交易。

A链作为打包出块链，需要构建多级默克尔树，方法如下：

构建第一级默克尔树：

A链在打包交易，对跨链交易数据进行分类，以目标链为分类标记，分为A->B、A->C、A->D三类，标记Hash交易结果集合分别为：Vec_B、Vec_C、Vec_D。

如图1所示，Vec_B交易集合内的元素，Tx_a表示A-B链交易中标注为a的交易，Tx_c表示A-B链交易中标注为c的交易，Tx_f表示A-B链交易中标注为f的交易,Tx_g表示A-B链交易中标注为g的交易,Tx_j表示A-B链交易中标注为j的交易。

Ha表示交易a的HASH值，以此类推。

Hac表示将Ha、Hc合在一起做HASH的值，以此类推。

以Ha、Hc、Hf、Hg、Hj作为第一级叶子节点，以二叉树的形式，建立多层结构的第一级默克尔（Merkle）树，其根节点为Rb。

其中，以Ha、Hc合在一起做HASH，得到Hac；以Hf、Hg合在一起做HASH，得到Hfg；因Hj只有一个，所以复制一次，以Hj、Hj合在一起做HASH，得到Hjj。以此类推，得到第一级默克尔树根节点Rb。

注意，若集合为空时取默认值。

同样地：

如图2所示，以Vec_C交易集合内的各元素Tx_b、Tx_e、Tx_h、Tx_i所对应的交易HASH值Hb、He、Hh、Hi，作为第一叶子节点, 以二叉树的形式，建立A-C链交易中多层结构的第一级默克尔树，其根节点为Rc。

如图3所示，以Vec_D交易集合内的各元素Tx_d、Tx_k的对应的交易HASH值Hd、Hk作为第一级叶子节点, 以二叉树的形式，建立A-D链交易中多层结构的第一级默克尔树，其根节点为Rd。

构建二级默克尔树：

以第一级默克尔树的根节点Rb、Rc、Rd形成第二级叶子节点集合，第二级叶子节点集合内的元素Rb、Rc、Rd，以二叉树的形式，构建第二级默克尔树，根节点为R，如图4所示。

以Rb、Rc元素做HASH运算，得到Hbc，以Rd、Rd元素做HASH运算，得到Hdd，建立第二默克尔树的第一层。

以Hbc、Hdd做HASH运算，得到根节点值R。

记录Rb的默克尔路径为 MPb；Rc的默克尔路径为MPc；Rd的默克尔路径为MPd。

数据广播：

将第二级默克尔树的根节点R存放在区块头里。

将区块头、Vec_B、MPb以组合或分散方式广播给B链；

将区块头、Vec_C、MPc以组合或分散方式广播给C链；

将区块头、Vec_D、MPd以组合或分散方式广播给D链；

至此A链出块逻辑完毕。

目标链接收区块：

以B目标链进行说明，C、D目标链的方法相同，不再赘述。

接收从A链广播过来的区块头、Vec_B、MPb；首先验证区块头的合法性，若验证为合法，则进入下一步，若验证为非法，直接丢弃。

采用交易集合Vec_B的元素作为叶子节点，组建默克尔树，算出根节点Rb，判断Rb是否在默克尔路径叶子节点中，通过默克尔证明（Merkle Proof）验证默克尔路径MPb的合法性。若验证为合法，则进入下一步，若验证为非法，直接丢弃。

验证默克尔路径MPb的根节点R是否与区块头中的默克尔证明根节点一致。

上述的验证全部通过，才认为该区块头相关信息合法。

如图5、6所示，以无填充色方框表示默克尔路径，图5的无填充色方框表示Rb的默克尔路径，由Rb到Hbc；图6的无填充色方框表示Rc的默克尔路径，由Rc到Hbc，以此类推。

在接收到打包出块链的跨链交易时，通过链标识和区块高度在本地查找对应的交易集合Vec_B。若交易集合Vec_B中包括交易HASH，则合法，否则为非法。对合法的跨链交易进行打包处理。

具体实施例二

本发明一实施例提供的一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备，该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一中的方法。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成多个模块，各模块具体功能如下：

1.HASH值计算模块，用于计算各HASH值；

2.构建默克尔树模块，用于建立默克尔树结构。

所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述上述示例仅仅是基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备的示例，并不构成对基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或组合某些部件，或不同的部件，例如所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU),还可以是其他通用处理器、数据信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP) 、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡 (Smart Media Card ,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

具体实施例三

所述一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述实施例的方法。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：

在区块链打包节点，对所有的跨链交易数据进行分类汇总，每类内的元素构建第一级叶子节点集合，基于第一级叶子节点集合，构建多级默克尔树，获取第二级默克尔树各根节点的默克尔路径，打包区块后，将区块头、第一级叶子节点集合、默克尔路径一起广播给对应的目标链。

2.根据权利要求1所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：以第一级叶子节点集合内元素，构建第一级默克尔树，以第一级默克尔树的各根节点构成第二级叶子节点集合，以第二级叶子节点集合，构建第二级默克尔树。

3.根据权利要求2所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：为第二级叶子节点获取默克尔路径，通过默克尔证明证明默克尔路径的合法性。

4.一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：目标链接收到数据包后，首先验证区块头的合法性，以第一级默克尔树节点列表构建默克尔树，计算根节点，并判断根节点是否在默克尔路径中，再通过默克尔证明证明默克尔路径的合法性，只要出现非法则丢弃数据，合法则保存。

5.根据权利要求4所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：以一级默克尔树节点列表构建默克尔树，判断默克尔树的根节点值是否在默克尔路径中，若在则合法，若不在则非法。

6.根据权利要求5所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：接收到打包链的跨链交易时，通过链标识和区块高度在本地查找对应的一级集合，若一级集合中包括交易标识，则合法，进行处理。

7.根据权利要求5所述基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证方法，其特征在于：以一级默克尔树的节点列表是否包含本次交易标识，判断跨链交易是否合法。

8.一种基于多级默克尔树的区块链跨链交易验证终端，其特征在于：包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-3任一所述方法，或如权利要求4-7任一所述方法。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-3任一所述方法，或如权利要求4-7任一所述方法。

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