CN113709037B - 一种跨链交易路由节点选择方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种跨链交易路由节点选择方法与装置，属于区块链领域，用于区块链之间交易时的路由节点选取，包括：跨链交易请求节点探测与其邻居节点间的链路，更新邻居节点数据信息；向邻居节点发出跨链交易请求；收集邻居节点交易手续费报价，生成候选节点路由表；根据节点交易手续费报价、路由距离和历史信誉等指标，计算候选节点路由表中各节点评分，评分最高者为获胜路由节点；以获胜路由节点非价格属性为标准，建立候选节点路由距离和历史信誉的等效报价函数，确定路由节点最终跨链交易手续费。本发明改变现有研究仅依靠路由距离最短或手续费最小等方式选择跨链交易路由节点的不足，为跨链交易路由节点选择提供全面依据。

Description

一种跨链交易路由节点选择方法与装置

技术领域

本发明属于区块链领域，具体是一种跨链交易路由节点选择方法与装置，可用于区块链之间交易时的路由节点选取。

背景技术

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。自从比特币诞生以来，区块链与加密货币得到了快速发展，多种区块链网络在金融、车联网、电子病历等领域得到了广泛的应用。在面对海量金融服务或多场景的区块链应用时，往往需要不同区块链间进行价值交换。现有的区块链系统之间通常相互隔离，难以进行有效的数据价值流通，缺乏互通性已成为企业业务应用区块链的障碍，适合跨链交易的技术和应用亟待完善，跨链交易的路由节点选择就是其中的重要内容。

专利文献CN110751468A(申请号：CN201910906584.1)提供了一种用于区块链扩展的多向状态通道方法、系统及介质，提出了一种高效的支持并行的多向状态通道方案，有效解决了多个用户之间存在高频的双向支付的应用场景。在跨通道支付的路由方面，相比于基于双向支付通道构建的闪电网络和雷电网络，具有更好的性能。该方案考虑了节点路由通信距离大小对路由花销的影响，但是没有考虑到应支付给中间节点跨链交易手续费，可能会给跨链请求者带来高额的中间费。

专利文献CN108009811B(申请号：201711237256.4)公开了一种面向云际计算环境价值交换的跨链通信方法，目的是保证价值交换过程的安全可靠和高效。在跨链路由部分，对连接交易双方通信的候选节点所需的手续费高低进行排序，选择手续费最低的候选节点作为路由节点。然而，候选节点与目标节点之间的通信距离、候选节点的历史信誉都是影响路由节点选择的重要因素，该方案没有考虑到路由节点的路径距离、节点历史信誉等因素带来的路由花费开销。

专利文献CN112465640A(申请号：202011429322.X)公开了一种区块链资产跨系统转移方法及装置，将跨链资产出售分为寻找资产买家与完成资产转移两部分，通过Vickrey拍卖选择买家节点，以谋求最大的价值交换比率，通过哈希时间锁这一原子交换技术保障资产顺利转移。在路由节点的选择上，通过Vickrey拍卖优化了买家节点作为路由节点的选择方案，但是忽略了路由节点的通信距离、交易手续费、节点历史信誉对路由花销的影响。

以上跨链交易的路由节点选择方法，未考虑路由效率与路由节点手续费的平衡问题，即：要么仅关注路由通信距离而忽略跨链交易手续费，要么仅考虑交易手续费而忽略了节点路由通信距离；作为共同的问题，都未考虑节点历史信誉对路由花费的影响(不守信誉的路由节点会导致路由交易失败)，并由此造成用户实际开销高、等待时间长、用户体验差。因此寻找满足节点通信距离、交易手续费报价和历史信誉等多个指标需求的路由节点，并计算该路由节点获得的最终跨链交易手续费，是当前跨链交易中一个亟需解决的环节。

发明内容

针对当前技术存在的问题，本发明提供了一种跨链交易路由节点选择方法与装置，用于解决现有跨链交易路由节点选择的方法无法全面考虑路由效率与路由手续费的平衡问题。根据跨链交易的请求节点路由表保存的数据信息，从候选节点的通信距离、手续费报价和历史信誉对其进行评分，选择路由距离短、手续费用低、信誉程度高的路由节点，并计算该路由节点获得的最终跨链交易手续费。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种跨链交易路由节点选择方法，所述方法包括如下步骤：

S1，各节点探测与其邻居节点间的链路，提取节点所在区块链网络中记录的各邻居节点的数据信息，更新节点路由信息表。

其中数据信息包括节点坐标、节点历史信誉、账户金额等。

S2，请求跨链交易的节点根据其路由表，通过多播的形式向路由表上邻居节点发出跨链交易请求，以实现与目标节点的跨链交易。

S3，搜集整理来自各邻居节点的跨链交易手续费报价，并计算各邻居节点与目标节点的路径距离，结合邻居节点报价、路径距离和历史信誉，生成候选节点路由表。

S4，根据跨链候选路由表信息，计算各候选节点评分，依据评分由高到低对路由表排序，选择路由表上第一个节点作为跨链交易的路由节点。

S5，根据获胜节点路径距离与节点历史信誉，确定非价格属性标准值。基于反向Vickrey拍卖计算跨链交易路由节点应得的最终手续费。

进一步的，在步骤S1中，采用基于图嵌入的方法确定节点的坐标位置信息；

进一步的，在步骤S1中根据历史节点的跨链服务违约次数确定节点的历史信誉；

进一步的，在步骤S1与S3中通过相应系统命令完成对于节点报价信息、位置信息、历史信誉的采集提取。通过所述的基于图嵌入的位置坐标计算出候选节点与目标节点的路径距离。

在所述步骤S4中，本发明引入熵值法确定路由距离、交易手续费报价和节点历史信誉等要素的重要程度关系，建立路由开销评分函数，改变现有研究仅依靠路由距离最短或手续费最小等方式选择跨链交易路由节点的不足。具体包括以下步骤：

S401：分析路由距离、交易手续费报价、节点历史信誉与路由开销的正负相关性确定积极指标和消极指标，利用候选节点各指标参数值建立指标矩阵；

S402：进行指标无量纲化：采用临界值法，分别对各指标进行归一化，得到各指标矩阵的正规化形式；

S403：建立跨链路由节点评分的线性加权和公式，求各指标的信息熵，通过熵权法确定线性加权和公式中各项权重系数，列出系数矩阵；

S404：依据指标权重计算各候选节点的评分。依据路由开销评分由高到低对候选节点路由表重新排序，选择路由表第一个节点作为获胜节点。

具体的，所述步骤S102中，各指标矩阵的无量纲化形式如下：

如果x_ij为积极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

如果x_ij为消极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

其中x_ij为第i个候选节点第j项指标的实际值，max(x_j)为第j项指标的最大值，min(x_j)为第j项指标的最小值。

具体的，所述步骤S103中，针对n个候选节点，m个评价指标各指标信息熵形式如下：

其中，K为常数，

y_ij为第i个用户的第j个指标的比重，

具体的，所述步骤S103中，第j指标权重w_j形式如下：

具体的，所述步骤S104中，对于m个路由开销指标，各候选节点的评分F_i为：

在所述步骤S5中，本发明引入反向Vickrey拍卖，避免候选节点不诚实报价。由于反向Vickrey拍卖仅考虑价格，未考虑路径距离、节点历史信誉等多项指标，本发明以获胜节点的非价格属性值为标准，将其他候选节点价格转化为标准属性值时的等效价格，从而将多属性转化为仅考虑价格的单属性，再依据Vickrey支付函数特点，确定次低价为最终的中间节点交易手续费。具体包括以下步骤：

S501：以S4步骤中获胜者k的m-1项非价格指标取值为准，计算非价格指标评分标准和V；

进一步的，

其中w_k1为手续费报价的权重系数。

S502：根据非价格分数标准和，分别计算各节点的等效报价；

进一步的，

其中x″_i1表示节点i的等效报价(i≠k)。

S503：对所有获选节点等效报价由低到高排序，剔除最低报价；

S504：剔除后，验证当前最低报价是否大于获胜节点报价，满足则确认为获胜节点收取的跨链交易手续费。

此外，为了实现上述的一种跨链交易路由节点选择方法，本发明提出了一种跨链交易路由节点选择装置，应用于区块链网络，实现跨链交易中对于提供中转服务的候选路由节点的选择，所述一种跨链交易路由节点选择装置包括：

信息采集模块：用于接受各节点探测与其邻居节点间链路的请求，提取节点所在区块链网络中记录的各节点的数据信息，更新节点路由信息表。其中数据信息包括节点坐标、节点历史信誉、账户金额等。

交易请求模块：用于接受节点跨链交易请求(请求者地址，目标地址，支付金额)，根据请求节点的路由表，通过多播的形式向邻居节点发出跨链交易请求，以实现与目标节点的跨链交易。

报价收集模块：用于搜集整理来自各邻居节点的跨链交易手续费报价，并计算各邻居节点与目标节点的路径距离，结合邻居节点报价、路径距离和历史信誉，生成候选节点路由表。

开销评分模块：根据报价收集模块生成的跨链候选路由表信息，计算各候选节点评分，依据评分由高到低对路由表排序，选择路由表上第一个节点作为跨链交易的路由节点。

费用确定模块：根据获胜节点路径距离与节点历史信誉，确定非价格属性标准值。基于反向Vickrey拍卖，计算非价格指标评分标准和跨链交易路由节点应得的最终手续费。

有益效果：

一、本发明解决现有跨链交易路由节点选择的方法无法全面考虑路由效率与路由手续费的平衡问题，较为客观，且方案可选指标涉及跨链交易的节点路由距离、交易手续费报价和历史信誉，但可以不仅限于以上三点。通过熵值法动态客观量化各个指标之间的关系与重要程度，全面评价候选节点多项指标对请求者路由开销带来的影响，本发明改变现有研究仅依靠路由距离最短或手续费最小等方式选择跨链交易路由节点的不足，为跨链交易路由节点选择提供全面依据。

二、本发明引入反向Vickrey拍卖，以赢得路由开销评估节点的非价格属性值为标准，建立候选节点等效报价函数，将路由距离、节点历史信誉等非价格属性转化成价格属性，建立以次低交易手续费报价为跨链交易请求者支出的支付规则，有效促进候选节点能诚实报价、公平竞标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明提供的跨链交易路由节点选择方法的步骤流程图；

图2为本发明提供的跨链交易路由节点选择方法中的开销评估流程图；

图3为本发明提供的确定跨链交易请求者实际支付交易手续费的流程图；

图4为本发明提供的一种跨链交易路由节点选择装置原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例一

如图1所示，根据本发明一实施例，提供了一种跨链交易路由节点选择方法，所述方法包括如下步骤：

S1，跨链请求节点探测与其邻居节点间的链路，提取其所在的区块链网络中记录的各邻居节点的数据信息，更新跨链请求节点路由信息表。

其中数据信息包括节点坐标、节点历史信誉、账户金额等。

S2，请求跨链交易的节点根据其路由表，通过多播的形式向路由表上邻居节点发出跨链交易请求，以实现与目标节点的跨链交易。

S3，搜集整理来自各邻居节点的跨链交易手续费报价，并计算各邻居节点与目标节点的路径距离，结合邻居节点报价、路径距离和历史信誉，生成候选节点路由表。

S4，根据跨链候选路由表信息，计算各候选节点评分，依据评分由高到低对路由表排序，选择路由表上第一个节点作为跨链交易的路由节点。

S5，根据获胜节点路径距离与节点历史信誉，确定非价格属性标准值。基于反向Vickrey拍卖计算跨链交易路由节点应得的最终手续费。

进一步的，在步骤S1中，采用基于图嵌入的方法确定节点的坐标位置信息，为了量化测量不同节点所在路径带来的路由时延问题，将交易转发的跨链网络抽象为无向图，建立相邻坐标集合记录所在区块链网络，根据节点是否在线、某条链的资金情况动态更新坐标集。

进一步的，在步骤S1中根据历史节点的跨链服务违约次数确定节点的历史信誉，初始节点历史信誉为某一值，如出现如：节点掉线、报价后不履约等恶意行为，扣除相应信誉积分。

进一步的，在步骤S1与S3中通过相应系统命令完成对于节点报价信息、位置信息、历史信誉的采集提取。通过所述的基于图嵌入的位置坐标计算出候选节点与目标节点的路径距离。

在所述步骤S4中，本发明引入熵值法确定所有指标间重要程度关系，建立考虑多指标的路由开销评分函数，揭示各因素对评分结果的影响，改变现有研究仅依靠路由路径距离或价格选择跨链交易路由节点的不足。如图2所示，具体包括以下步骤：

S401：分析路由距离、交易手续费报价、节点历史信誉与路由开销的正负相关性确定积极指标和消极指标，利用候选节点各指标参数值建立指标矩阵；

S402：进行指标无量纲化：采用临界值法，分别对各指标进行归一化，得到各指标矩阵的正规化形式；

S403：建立跨链路由节点评分的线性加权和公式，求各指标的信息熵，通过熵权法确定线性加权和公式中各项权重系数，列出系数矩阵；

S404：依据指标权重计算各候选节点的评分。依据路由开销评分由高到低对候选路由表重新排序，选择路由表第一个节点作为获胜节点。

具体的，所述步骤S102中，各指标矩阵的无量纲化形式如下：

如果x_ij为积极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

如果x_ij为消极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

其中x_ij为第i个候选节点第j项指标的实际值，max(x_j)为第j项指标的最大值，min(x_j)为第j项指标的最小值。

具体的，所述步骤S103中，针对n个候选节点，m个评价指标各指标信息熵形式如下：

其中，K为常数，

y_ij为第i个用户的第j个指标的比重，

具体的，所述步骤S103中，第j指标权重w_j形式如下：

具体的，所述步骤S104中，对于m个路由开销指标，各候选节点的评分Fi为：

在所述步骤S5中，本发明引入反向Vickrey拍卖，避免候选节点不诚实报价。由于反向Vickrey拍卖仅考虑价格，未考虑路径距离、节点历史信誉等多项指标，本发明以获胜节点的非价格属性值为标准，将其他候选节点价格转化为标准属性值时的等效价格，从而将多属性转化为仅考虑价格的单属性，再采用Vickrey支付函数确定获胜路由节点所得的跨链交易手续费。如图3所示，具体包括以下步骤：

S501：以S4步骤中获胜者k的m-1项非价格指标取值为准，计算非价格指标评分标准和V；

进一步的，

其中w_k1为手续费报价的权重系数。

S502：根据非价格分数标准和，分别计算各节点的等效报价；

进一步的，

其中x″_i1表示节点i的等效报价(i≠k)。

S503：对所有获选节点等效报价由低到高排序，剔除最低报价；

S504：剔除后，验证当前最低报价是否大于获胜节点报价，满足则确认为获胜节点收取的跨链交易手续费。

跨链交易请求节点按照以上获胜的候选路由节点及其交易手续费建立联系，完成跨链交易。

实施例二

本例将介绍为实现实施例一所述方法的一种跨链交易路由节点选择装置，应用于区块链网络与上述实施例中的方法一一对应。如图4所示该跨链交易路由节点选择装置包括信息采集模块10，交易请求模块20，报价收集模块30，开销评分模块40，费用确定模块50。各模块功能详细说明如下：

信息采集模块：用于接受各节点探测与其邻居节点间链路的请求，提取节点所在区块链网络中记录的各节点的数据信息，更新节点路由信息表。其中数据信息包括节点坐标、节点历史信誉、账户金额等。

交易请求模块：用于接受节点跨链交易请求(请求者地址，目标地址，支付金额)，根据请求节点的路由表，通过多播的形式向邻居节点发出跨链交易请求，以实现与目标节点的跨链交易。

报价收集模块：用于搜集整理来自各邻居节点的跨链交易手续费报价，并计算各邻居节点与目标节点的路径距离，结合邻居节点报价、路径距离和历史信誉，生成候选节点路由表。

开销评分模块：根据报价收集模块生成的跨链候选路由表信息，计算各候选节点评分，依据评分由高到低对路由表排序，选择路由表上第一个节点作为跨链交易的路由节点。

费用确定模块：根据获胜节点路径距离与节点历史信誉，确定非价格属性标准值。基于反向Vickrey拍卖，计算非价格指标评分标准和跨链交易路由节点应得的最终手续费。

关于本发明所述的一种跨链交易路由节点选择装置的具体工作流程与限定可以参见实施例一中对于跨链交易路由节点选择方法的流程与限定，在此不再赘述。上述的一种跨链交易路由节点选择装置中各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

有益效果：

一、本发明解决现有跨链交易路由节点选择的方法无法全面考虑路由效率与路由手续费的平衡问题，较为客观，且方案可选指标涉及跨链交易的节点路由距离、交易手续费报价和历史信誉，但可以不仅限于以上三点。通过熵值法动态客观量化各个指标之间的关系与重要程度，全面评价候选节点多项指标对请求者路由开销带来的影响，本发明改变现有研究仅依靠路由距离最短或手续费最小等方式选择跨链交易路由节点的不足，为跨链交易路由节点选择提供全面依据。

二、本发明引入反向Vickrey拍卖，以获胜路由节点的非价格属性值为标准，建立候选节点等效报价函数，将路由距离、节点历史信誉等非价格属性转化成价格属性，建立以次低交易手续费报价为跨链交易请求者支出的支付规则，有效促进候选节点能诚实报价、公平竞标。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种跨链交易路由节点选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、跨链请求节点探测与其邻居节点间的链路，提取其所在的区块链网络中记录的各邻居节点的数据信息，更新跨链请求节点路由信息表；

其中数据信息包括节点坐标、节点历史信誉、账户金额；

S2、请求跨链交易的节点根据其路由表，通过多播的形式向路由表上邻居节点发出跨链交易请求，以实现与目标节点的跨链交易；

S3、搜集整理来自各邻居节点的跨链交易手续费报价，并计算各邻居节点与目标节点的路径距离，结合邻居节点报价、路径距离和历史信誉，生成候选节点路由表；

S4、根据跨链候选路由表信息，计算各候选节点评分，评分最高的节点作为跨链交易的路由节点：

S401：分析候选节点报价、路径距离和历史信誉对路由开销的正负相关性，确定积极指标和消极指标，利用候选节点各指标参数值建立指标矩阵；

S402：进行指标无量纲化：采用临界值法，分别对各指标进行归一化，得到各指标矩阵的正规化形式，各指标矩阵的无量纲化形式如下：

如果x_ij为积极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

如果x_ij为消极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

其中x_ij为第i个候选节点第j项指标的实际值，max(x_j)为第j项指标的最大值，min(x_j)为第j项指标的最小值；

S403：建立跨链路由节点评分的线性加权和公式，求各指标的信息熵，通过熵权法确定线性加权和公式中各项权重系数，得到系数矩阵；针对n个候选节点，m个评价指标，各指标信息熵形式如下：

其中，K为常数，

为第i个用户的第j个指标的比重，

具体的，所述步骤S403中，第j指标权重w_j形式如下：

S404：依据指标权重计算各候选节点的评分；依据评分由高到低对候选路由表各节点排序，选择路由表第一个节点作为获胜节点，对于m个路由开销指标，各候选节点的评分F_i为：

S5、根据获胜节点路径距离与节点历史信誉，确定非价格属性标准值；基于反向Vickrey拍卖计算跨链交易路由节点应得的最终手续费；具体包括以下步骤：

S501：以S4步骤中获胜者k的m-1项非价格指标取值为准，计算非价格指标评分标准和V：

其中w₁为跨链交易手续费报价的权重系数；

S502：根据非价格分数标准和，分别计算各节点的等效报价：

其中x″_i1表示节点i的等效报价(i≠k)；

S503：对所有候选节点等效报价由低到高排序，剔除最低报价；

S504：剔除后，验证当前最低报价是否大于获胜节点报价，满足则确认为获胜节点收取的跨链交易手续费。

2.一种跨链交易路由节点选择装置，其特征在于，包括：

信息采集模块：用于接受各节点探测与其邻居节点间链路的请求，提取节点所在区块链网络中记录的各节点的数据信息，更新节点路由信息表；其中数据信息包括节点坐标、节点历史信誉、账户金额；

交易请求模块：用于接受节点跨链交易请求，包括请求者地址、目标地址以及支付金额，根据请求节点的路由表，通过多播的形式向邻居节点发出跨链交易请求，以实现与目标节点的跨链交易；

报价收集模块：用于搜集整理来自各邻居节点的跨链交易手续费报价，并计算各邻居节点与目标节点的路径距离，结合邻居节点报价、路径距离和历史信誉，生成候选节点路由表；

开销评分模块：根据报价收集模块生成的候选节点路由表信息，计算各候选节点评分，依据评分由高到低对路由表排序，选择路由表上第一个节点作为跨链交易的路由节点，具体为：

S401：分析候选节点报价、路径距离和历史信誉对路由开销的正负相关性，确定积极指标和消极指标，利用候选节点各指标参数值建立指标矩阵；

S402：进行指标无量纲化：采用临界值法，分别对各指标进行归一化，得到各指标矩阵的正规化形式，各指标矩阵的无量纲化形式如下：

如果x_ij为积极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

如果x_ij为消极指标，归一化后指标x′_ij表示为：

其中x_ij为第i个候选节点第j项指标的实际值，max(x_j)为第j项指标的最大值，min(x_j)为第j项指标的最小值；

S403：建立跨链路由节点评分的线性加权和公式，求各指标的信息熵，通过熵权法确定线性加权和公式中各项权重系数，得到系数矩阵；针对n个候选节点，m个评价指标，各指标信息熵形式如下：

其中，K为常数，

y_ij为第i个用户的第j个指标的比重，

具体的，所述步骤S403中，第j指标权重w_j形式如下：

S404：依据指标权重计算各候选节点的评分；依据评分由高到低对候选路由表各节点排序，选择路由表第一个节点作为获胜节点，对于m个路由开销指标，各候选节点的评分F_i为：

费用确定模块：根据获胜节点路径距离与节点历史信誉，确定非价格属性标准值；再基于反向Vickrey拍卖，计算非价格指标评分标准和跨链交易路由节点应得的最终手续费，具体包括以下步骤：

S501：以开销评分模块中获胜者k的m-1项非价格指标取值为准，计算非价格指标评分标准和V：

其中w₁为跨链交易手续费报价的权重系数；

S502：根据非价格分数标准和，分别计算各节点的等效报价：

其中x″_i1表示节点i的等效报价(i≠k)；

S503：对所有候选节点等效报价由低到高排序，剔除最低报价；

S504：剔除后，验证当前最低报价是否大于获胜节点报价，满足则确认为获胜节点收取的跨链交易手续费。

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