CN114240409A - 基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法 - Google Patents
基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,涉及区块链应用技术领域,属于区块链应用技术领域,包括以下步骤:S1用户A创建中间账户和Fabric上的哈希锁定交易,并返回第一交易锁定值给用户B;S2用户B与双链通信,创建以太坊上的哈希时间锁定交易,并返回第二交易锁定值给用户A;S3用户A与以太坊通信,获取资产;S4用户B与双链通信,查询锁定资产状态。本发明对每笔HTLC转账设置不同的中间账户,通过中间账户进行资产托管和转移,并在交易完成后及时销毁,一定程度上保证了交易的安全性,并扩展的HTLC跨链资产方案的使用场景。
Description
技术领域
本发明涉及区块链应用技术领域,尤其涉及一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法。
背景技术
区块链技术自诞生以来,就与资产交易有着密切的关系,第一代区块链公链——比特币公链是以比特币作为资产交易的区块链,第二代区块链则是在以太坊上以以太币Ether作为资产交易的智能合约平台。随着公链和联盟链上分布式应用的涌现,不同区块链间的资产、价值数据及业务信息如何交互成为了一个迫切需要解决的问题。与此同时,区块链跨链技术的出现,为此类问题提供了可行的解决途径。在目前的跨链技术相关研究中,比特币公链与以太坊如何进行跨链交互的研究成果已非常丰富。例如,由美国区块链软件技术公司ConsenSys设计的比特币与以太坊跨链访问方案BTCRelay,其通过对以太坊智能合约设计实现了以太坊对比特币的跨链数据访问。又例如由Wood提出的包括以太坊与比特币在内的多公链跨链方案Polkadot,其通过平行链的设计实现了多公链间的跨链交互。对于有关以无币的区块链——Fabric联盟链与以太坊的跨链交互仍有较大研究空白。
Fabric是一个由Linux基金会主导的开源协作项目,也是目前企业合作中使用最多的区块链技术框架。以太坊则是目前区块链领域中应用最广泛、用户规模最大的公链网络。因此,实现Fabric联盟链和以太坊的跨链交互的意义非凡,将助推区块链价值网络进一步构建。
发明内容
本发明的技术问题是提供一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,实现Fabric联盟链与以太坊的跨链交互。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,包括以下步骤:S1用户A创建中间账户和Fabric上的哈希锁定交易,并返回第一交易锁定值给用户B;S2用户B与双链通信,创建以太坊上的哈希时间锁定交易,并返回第二交易锁定值给用户A;S3用户A与以太坊通信,获取资产;S4用户B与双链通信,查询锁定资产状态。
进一步地,基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法还包括:S5交易结束后,销毁交易数据。
进一步地,S1包括:S11用户A通过哈希原像创建中间账户,得到账户地址和哈希值;S12创建Fabric上的哈希锁定交易,返回第一交易锁定值,并返回给用户B。
进一步地,S2包括:S21用户B通过第一交易锁定值查询Fabric上用户A锁定的资产交易,得到中间账户地址、哈希值和时间锁T;S22用户B通过中间账户地址确定中间账户金额;S23用户B使用哈希值和T/2创建以太坊上的哈希时间锁定,并返回第二交易锁定值给用户A。
进一步地,S3包括:S31用户A使用哈希原像和第二交易锁定值去以太坊获取资产,如果用户A在T/2时间内取回资产,资产交换成功,执行S4;如果用户A未在T/2时间内取回资产,执行S32;S32视为资产交换失败,退回用户B的资产。
进一步地,S4包括:S41用户B通过第二交易锁定值去以太坊上查询锁定资产状态,如果资产已被取走,执行S42;S42查询结果返回哈希原像,用户B通过哈希原像与Fabric进行通信,取回用户A锁定在Fabric上的资产;如果用户B未在T时间内取回资产,执行S43;S43视为资产交换失败,退回用户A的资产。
进一步地,Fabric采用NCASP协议实现资产锁定、资产提取、资产返回和哈希时间锁定查询。
进一步地,以太坊通过NCASP协议调用只能合约实现创建哈希时间锁定、资产提取、资产返还和查看资产锁定。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图,重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法的流程图;
图2是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法的系统接口调用图;
图3是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法中账户及代币的初始化图;
图4是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法中中间人账户创建图;
图5是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法中跨链转账测试中间过程图;
图6是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法的资产解锁图;
图7是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法中的账户金额查询结果图;
图8是本发明提供的NCASP协议与其他跨链方案的比较图;
图9是本发明提供的NCASP与BSN跨链方案测试表;
图10是本发明提供的一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法的总测试平均时间对比图;
图11是本发明提供的NCASP本地运行性能表。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明,但是不作为本发明的限定。
根据HTLC的交互流程,在跨链数据进行输入输出时,需要给定可供链外进行数据访问的接口,主要的数据接口如下:newHTLC,用于发送者调用此合约来创建一个新的HTLC流程,并返回32位字节的合约id;withdraw,用于在接收者知道哈希锁的原像后,通过该方法来提取锁定的资产;refund,用于在时间锁过期后,在接收者还没有提取锁定的资产,发送者或HTLC的创建者可以调用此方法取回资产;creatMidAccount,用于通过该方法创建一个中间账户,借助此类数据接口,可以对资产交易中链与链间数据进行调用查询。整体接口调用过程如图2所示,从图2中可以看到用户与Fabric SDK/Etherium SDK进行交互,SDK再调用对应的智能合约或链码。其中,可通过newHTLC接口生成一个新的HTLC交易结构体,交易结构体的数据上链至区块链并最终存储至区块链的levelDB数据库中。当用户需要提取资产时,则通过SDK调用智能合约/链码,智能合约/链码再调用withdraw接口发生交易到区块链网络,改变资产所属状态。同时,在时间锁过期后,智能合约/链码也将调用refund接口,发送交易至区块链网络,改变资产所属状态,实现退还资产事务。对于Fabric端来说,由于Fabric本身不存在账户机制,因此需要通过createAccount接口与createMidAccount接口来创建Account结构体与MidAccount结构体,结构体的数据上链并最终保存至Fabric中的levelDB数据库。
基于上述内容,本发明提供的方法具体流程如图1所示,共分为以下几步:S11用户A通过哈希原像创建中间账户,得到账户地址和哈希值;S12创建Fabric上的哈希锁定交易,返回第一交易锁定值,并返回给用户B。S21用户B通过第一交易锁定值查询Fabric上用户A锁定的资产交易,得到中间账户地址、哈希值和时间锁T;S22用户B通过中间账户地址确定中间账户金额;S23用户B使用哈希值和T/2创建以太坊上的哈希时间锁定,并返回第二交易锁定值给用户A。S31用户A使用哈希原像和第二交易锁定值去以太坊获取资产,如果用户A在T/2时间内取回资产,资产交换成功,执行S4;如果用户A未在T/2时间内取回资产,执行S32;S32视为资产交换失败,退回用户B的资产。S41用户B通过第二交易锁定值去以太坊上查询锁定资产状态,如果资产已被取走,执行S42;S42查询结果返回哈希原像,用户B通过哈希原像与Fabric进行通信,取回用户A锁定在Fabric上的资产;如果用户B未在T时间内取回资产,执行S43;S43视为资产交换失败,退回用户A的资产。
总的来说,改进的HTLC跨链资产方案针对每笔HTLC转账设置不同的中间账户,通过中间账户进行资产托管和转移,并在交易完成后及时销毁,一定程度上保证了交易的安全性,并扩展的HTLC跨链资产方案的使用场景。
为进一步证实方案的实用性,还需对NCASP协议设计方案进行仿真实验。实验运行的硬件环境如下:内存:8核8GB CPU:intel i7 2.60GHz硬盘:448GB系统运行环境:MAC OS。
NCASP协议在Fabric平台上的实现,包含了4个主要功能模块,分别为:锁定资产、提取资产、返回资产、哈希时间锁定查询。1)锁定资产:提供发送账户地址、接收账户地址、资产数量、锁定时间、哈希锁定值、发送账户密码、中间账户地址;此操作会把相关资产转移到中间账户进行锁定,并把资产锁定详情记录在链上,最后返回哈希时间锁定id1。2)提取资产:需要提供哈希时间锁定id1、哈希锁定值。通过id1可以查询到锁定资产的详情(发送方、接收方等信息),通过对比当前时间戳和资产锁定详情中记录的时间戳,以及哈希锁定值和转账详情中记录的哈希锁定值来判断转账是否合法。通过合法性检查后,链码会自动把资产转移到接收者账户中。3)返回资产:需要提供哈希时间锁定id1、哈希锁定值。在锁定资产时间过期后仍未被提取的情况下,资产发送者取回资产。4)哈希时间锁定查询:需要提供哈希时间锁定id,支持交易方查询锁定的资产详情。
NCASP协议在以太坊上利用智能合约实现的主要功能包括创建哈希时间锁定、提取资产、返还资产以及查看资产锁定详情。1)创建哈希时间锁定:执行此操作的参数分为基础交易参数和合约参数两部分。基础交易参数包括交易发送者与资产数量,合约参数包括接收者地址、哈希锁与时间锁。2)提取资产:提供锁定id2、哈希原值。此操作会根据锁定"查询资产锁定详情,对哈希原值进行SHA256哈希运算得到hashLockComputed,然后把计算得到的结果和资产锁定详情中的hashLock进行对比,如果两者匹配,则执行提取操作,否则合约回滚。3)返还资产:根据锁定id2查询到资产锁定详情,把当前时间戳和哈希锁定详情中的进行对比,如果超时则返还资产给调用者;否则回滚合约执行。4)查看资产锁定详情:锁定id2,根据锁定id2查询资产锁定详情。
基于上述Fabric与以太坊的功能实现,为证实HTLC跨链资产转账的实用性与可行性,给出以下实验片段进行论证。如图3所示,图3为账户及账户代币的初始化预先在以太坊与Fabric上分别创建实验账户Alice与Bob,并在Fabric上,设定Alice的初始账户金额为1000个Fabric代币,Bob为0;在以太坊上,设定Alice的初始账户金额为0.01以太代币,Bob为119.99以太代币。规定兑率为每10个Fabric代币可兑换0.5个以太代币。
在账户初始完成的基础上,需将跨链逻辑关联的合约部署上链。令Alice率先从Fabric链上对Bob发出用Fabric代币兑换以太坊代币资产的跨链请求。在协商完成后,由系统在Fabric上创建发送方为Alice,接受方为Bob的唯一中间人账户,如图4所示,从图4中可以看出,在确认完中间人账户alice0的哈希原像rootroot后,将对其进行哈希处理。实验中将借助此哈希值进行50个Fabric代币兑1.5个以太代币的跨链交易。图5为跨链转账的中间过程。从图5可看出,系统将Fabric上Alice要转账的50个Fabric代币锁定并生成id1,将以太坊上Bob要转账的1.5个以太代币值锁定并生成id2。Alice利用哈希原像与id2在以太坊上解锁获得Bob转账的资产。Alice获取资产成功后,Bob可通过id2查看以太坊上获取的哈希原像,并用id1与哈希原像获取Fabric上Alice转账锁定的资产,如图6所示。最后为验证此次跨链资产交互的正确性,分别对Alice、Bob在Fabric与以太坊上的账户上资产金额进行确认,如图7所示。
结合图7,Alice在Fabric上的账户减少了50个Fabric代币,以太坊上的账户增加了1.5个以太坊代币;Bob在Fabric上的账户增加了50个Fabric代币,以太坊上账户减少了1.5个以太坊代币。忽略跨链过程中以太坊需要的gas费,Alice和Bob账户收支平衡,实验证实了NCASP协议在跨链资产交换上的可行性。此外,NCASP协议通过中间人账户机制创新性地解决了Fabric联盟链与以太坊之间的跨链资产交换问题,利用哈希时间锁定机制使得跨链资产交换过程中的安全性得到保证。图8为NCASP协议与其他跨链方案的比较表。
从图9中NCASP与BSN跨链方案测试表可以看出,基于改进哈希时间锁的跨链资产交互协议与闪电网络的跨链方案相比,其适用范围因为中间人账户机制的创新而得到了极大地扩展,不仅适用于公链间的跨链资产交换,也支持公链与联盟链以及联盟链与联盟链间的跨链资产交换;与当前较为主流的BSN跨链方案相比,其适用范围一致,但后者方案引入了第三方区块链,安全性与效率上要略微逊色于NCASP协议。为进一步突显NCASP协议跨链交易的高效,本研究额外引入BSN测试网络的跨链方案进行对比。对比的实验环境基于以太坊Ropsten测试网与BSN Fabric测试链,分别使用NCASP协议方案与BSN跨链方案进行20次跨链转账单体测试,并记录每次跨链交易的平均耗时与资源费用开销,如图9所示。
从图9中可以看出,NCASP协议单次跨链交易的平均时间开销在170秒到190秒之间,资源费用开销在0.00035到0.00041ether之间,而BSN跨链方案的平均时间开销在220秒到240秒之间,资源费用开销同样在0.00035到0.00041ether之间。换言之,在同等交易环境与几乎相等的资源消耗下中,NCASP协议交易效率优于BSN跨链方案。此外,为客观详实展现实验现象,对表8中20次NCASP与BSN跨链交易开销测试时间分别叠加并进行二次平均,以减小对比误差。列出如图10的总测试平均时间对比图。可以看到NCASP协议的跨链总测试平均时间约为181.6秒,BSN的跨链总测试平均时间约为230.2秒。NCASP协议时间成本损耗较之BSN跨链方案节省了约26.8%,从而证实了NCASP协议交易性能的显著优势。
图11为NCASP协议在本地运行时的性能表,从表中可以看出NCASP协议总体cpu使用率在4.1%到21.1%之间,其波动主要受Fabric网络与以太坊网络的影响,总体而言本地运行性能情况良好,资源消耗较少。
资产交换借助哈希时间锁定机制,在哈希时间锁定机制的设计下,跨链资产交换过程只会存在资产跨链交换成功或失败的两种结果,不存在中间状态,从而保证了跨链资产交换过程中的原子性。此外,哈希时间锁机制也是一种支持多区块链平台复现的技术,故只要有能够搭载成熟的智能合约编码的区块链平台,即可实现该方案,并可以根据跨链交互的平台选择不同哈希函数进行锁定,从而保证了本跨链资产交换方案一定的适普性。同时,借助哈希时间锁定机制,势必会利用智能合约将一切操作行为保存上链并公开可查,从而保证了跨链资产交换过程中的公平性与透明性。然而人为编写智能合约难免会存在一些漏洞,及时的审查将有利于方案部署实施,减少重大错误出现。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述;需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例,这并不影响本发明的实质内容;因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1用户A创建中间账户和Fabric上的哈希锁定交易,并返回第一交易锁定值给用户B;
S2用户B与双链通信,创建以太坊上的哈希时间锁定交易,并返回第二交易锁定值给用户A;
S3用户A与以太坊通信,获取资产;
S4用户B与双链通信,查询锁定资产状态。
2.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,还包括:S5交易结束后,销毁交易数据。
3.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,所述S1包括:
S11用户A通过哈希原像创建中间账户,得到账户地址和哈希值;
S12创建Fabric上的哈希锁定交易,返回第一交易锁定值,并返回给用户B。
4.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,所述S2包括:
S21用户B通过第一交易锁定值查询Fabric上用户A锁定的资产交易,得到中间账户地址、哈希值和时间锁T;
S22用户B通过中间账户地址确定中间账户金额;
S23用户B使用哈希值和T/2创建以太坊上的哈希时间锁定,并返回第二交易锁定值给用户A。
5.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,所述S3包括:
S31用户A使用哈希原像和第二交易锁定值去以太坊获取资产,如果用户A在T/2时间内取回资产,资产交换成功,执行S4;如果用户A未在T/2时间内取回资产,执行S32;
S32视为资产交换失败,退回用户B的资产。
6.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,所述S4包括:
S41用户B通过第二交易锁定值去以太坊上查询锁定资产状态,如果资产已被取走,执行S42;
S42查询结果返回哈希原像,用户B通过哈希原像与Fabric进行通信,取回用户A锁定在Fabric上的资产;如果用户B未在T时间内取回资产,执行S43;
S43视为资产交换失败,退回用户A的资产。
7.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,所述Fabric采用NCASP协议实现资产锁定、资产提取、资产返回和哈希时间锁定查询。
8.如权利要求1所述的基于改进哈希时间锁的跨链资产交互方法,其特征在于,所述以太坊通过NCASP协议调用只能合约实现创建哈希时间锁定、资产提取、资产返还和查看资产锁定。
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