CN114513510A - 一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统及其通信方法;包括中继链、分布式中继、平行链、注册中心、客户端;该发明构建了一种面向许可链的第三方的分布式中继集群,通过一定标准的通信协议,连接了两个或多个不同的同构许可链网络,解决了不同的许可链网络间节点不互信、数据不同步等问题,使得上链数据在真实可信的基础上,完成数据分片、数据跨链同步,以及原子性操作等功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统及其通信方法。
背景技术
由于区块链技术的不可篡改,可追溯等技术特点,为应用提供了安全可信的数据基础,区块链成为了目前一项广泛应用到各个行业和场景的技术,但现在各种区块链的应用层出不穷,不同应用运行在不同的区块链上,不同区块链之间的数据通信、价值转移仍面临挑战,价值孤岛现象逐渐显现。因此,区块链的跨链技术成为业界关注的焦点,被视为是区块链实现互联互通、提升可扩展性的重要技术手段。跨链技术从方向上,分为同构跨链和异构跨链,从技术上,还可以具体分为公证人机制跨链、哈希锁定跨链、分布式私钥控制跨链、侧链 /中继跨链。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,构建了一种面向许可链的第三方的分布式中继集群,通过一定标准的通信协议,连接两个或多个不同的同构许可链网络,解决了不同的许可链网络间节点不互信、数据不同步等问题,使的上链数据在真实可信的基础上,完成数据分片、数据跨链同步、以及原子性操作等功能。
本发明将中继节点作为一个事务管理器(TM),各个对应的、本地事务的平行链上的共识节点作为资源管理器(RM),实现了一个拜占庭容错的分布式事务协议,从而使跨多个同构许可链的、高性能高可靠的事务执行称为可能。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法;包括中继链、分布式中继、平行链、注册中心、客户端;
所述分布式中继包括多个中继节点,中继节点负责收集有效的事务请求,并用基于投票的特殊两阶段的事务提交协议,向平行链转发事务请求;
所述平行链通过中继节点接入中继链,中继链接入客户端;
所述平行链通过平行链合约协商事务的执行顺序,同时收集事务执行的结果,将结果打包到相应的区块链;
所述中继链通过中继链合约收集分布式中继对于事务执行的提议,对于中继节点的提议,强制执行对应的归票规则,从而对将要执行的事务请求进行裁决;
所述注册中心负责中继节点的准入。
所述继节点本地生成代表其身份的公私钥对,将公钥和身份信息发给注册中心;注册中心通审核中继节点的身份,然后向其颁发证书,并将证书上链。
步骤1:客户端发送begin消息给中继链的共识节点,中继链的共识节点确定将要进行的事务的逻辑时间戳lc;
步骤2:中继节点打包prepare消息,发送交易到所有即将参与事务平行链的共识节点;
步骤3:平行链上的共识节点验证prepare消息并收集执行;
步骤4:验证通过后,中继节点收集并确认各平行链上的prepare 消息对应交易的执行结果是否均为ok;
步骤5:确认为ok后,中继节点向所有平行链发送commit消息,平行链将已决定的事务进行提交;
步骤6:平行链共识点接受commit消息并验证;
步骤7:验证通过后,平行链共识点将记录到ops中的操作取出,并执行ops中本平行链范围的操作,执行后发送committed到中继节点;
步骤8:中继节点订阅committed并将其封装为witness消息发送到中继链;
步骤9:中继链共识点收集witness消息后将该事务标记为完成;
步骤10:中继链向客户端发送finished。
所述begin消息为sigClient,sigClient是客户端将txid,clientId和op 的消息串进行连接后使用客户端私钥进行签名之后的消息。
所述prepare消息包括op、txid、relayId、sigClient、sigRelay、lc。
所述平行链上的共识节对prepare消息的验证过程为:
步骤3-1:验证prepare消息的签名和中继节点转发的、客户端的请求所附带的签名;
步骤3-2:若签名均验证成功,继续验证prepare消息所附带的逻辑时钟lc是否小于之前已经准备好的事务的编号,或验证当前的commitIndex是否小于prepareIndex;
若签名验证失败则发送福袋锥型的逻辑时间戳lc的“请求错误”消息到中继节点,并返回步骤2;
步骤3-3:prepare消息验证成功平行链合约收集prepare消息;
步骤3-4:若prepare消息数量不大于n-f个,确认prepare消息中是否有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc且带有相同的 sigClient值;
若prepare消息数量大于n-f个,将合约的执行结果设为“成功”。表示该选票被成功接受,然后回到步骤3,收集更多选票;
步骤3-5:若有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc,并且带有相同的sigClient值,将prepare消息中的记录操作到集合ops 中,并且在智能合约中发送事件ok(decideLc,cid),并将prepareIndex 设置为decideLc;
若没有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc,并且带有相同的sigClient值,则在平行链合约中发生事件error(cid)。
所述步骤4中收集到的执行结果包含有error事件,事务中继向所有平行链发送消息commit,将步骤3中已决定的事务的逻辑时间戳所对应的事务进行回滚。
所述步骤6中验证commit消息的步骤为:
步骤6-1:验证签名和逻辑时间戳,签名和逻辑时间戳任意一项验证不通过,平行链合约将执行结果记录为“请求错误”,并附带当前最新的逻辑时间戳发送到中继节点,中继节点收到消息之后,返回步骤5;
步骤6-2:验证消息数量是否为n–f个;
步骤6-3:若消息数量为n–f个,提取n–f个commit消息的 shouldCommit的内容;
消息数量不是n–f个,将平行链合约的执行结果设为“成功”,并重新根据步骤6,继续接收其他的commit选票;
步骤6-4:若至少有n–2f+1个布尔值为真则验证通过;
若小于n–2f+1个布尔值为真,平行链共识节点丢弃之前存放的操作,丢弃所有的消息,将prepareIndex设置为之前的commitIndex 来回退之前的prepare状态,并在在智能合约发送时间committed。
所述commit消息包括relayId,sigRelay,decideLc,shouldCommit= true。
本发明的有益效果在于:构建了一种面向许可链的第三方的分布式中继集群,通过一定标准的通信协议,订阅和链接两个或多个不同的同构许可链网络,解决了不同的许可链网络间节点不互信、数据不同步等问题,使的上链数据在真实可信的基础上,完成数据分片、数据跨链同步、以及原子性操作等功能,同时由于是基于许可链网络,不需要做耗能的共识体系,从而节约了整个跨链的能耗,提高了效率。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图;
图2是本发明的合约调用方法示意图;
图3和图4是本发明的系统流程示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示,实线为直接消息传递,虚线为通过订阅/发布模式所获取到的消息的流向一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法;包括中继链、分布式中继、平行链、注册中心、客户端;
所述分布式中继包括多个中继节点,中继节点负责收集有效的事务请求,并用基于投票的特殊两阶段的事务提交协议,向平行链转发事务请求;
所述平行链通过中继节点接入中继链,中继链接入客户端;
所述平行链通过平行链合约协商事务的执行顺序,同时收集事务执行的结果,将结果打包到相应的区块链;
所述中继链通过中继链合约收集分布式中继对于事务执行的提议,对于中继节点的提议,强制执行对应的归票规则,从而对将要执行的事务请求进行裁决;此外,它还可以收集中继对于事务最终提交的提议,并执行事务所指定的操作。各个平行链在正确执行各自的本地事务后,跨区块事务的相关特性即可被满足。
中继节点本地生成代表其身份的公私钥对,将公钥和身份信息发给注册中心;注册中心通审核中继节点的身份,然后向其颁发证书,并将证书上链。
如图2和图3所示,实线为直接的请求,虚线为从订阅到的区块中提取的消息内容,本发明事务处理流程为:
步骤001:客户端发送消息begin(op,txid,clientId,sigClient)给中继链的共识节点,共识节点可以执行相应的交易,从而确定将要进行的事务的逻辑时间戳lc。
步骤002:中继节点订阅到中继链共识节点的、对于逻辑时间戳的确定后的结果,并将该逻辑时间戳和客户端相应的签名请求一同打包成消息prepare(op,txid,relayId,sigClient,sigRelay,lc),通过智能合约交易的方式发送给所有即将参与事务的平行链上的共识节点。
步骤003:平行链上的共识节点验证prepare消息的签名,确保中继请求的源真实性;同时验证中继节点转发的、客户端的请求所附带的签名,保证该请求的完整性与源真实性。如果上述两个签名验证,有其中一个出现了失败,那么进入步骤004-1,否则进入步骤004。
步骤004:如果prepare消息所附带的逻辑时钟lc小于之前已经准备好的事务的编号,或者当前的commitIndex小于prepareIndex(即当前已准备好的事务还没有被提交),那么进入步骤004-1,否则进入步骤005。
步骤004-1:合约的执行结果为“请求错误”,并附带当前最新的逻辑时间戳。中继节点收到消息后,回到步骤002。
步骤005:合约收集这个prepare消息。如果平行链上的共识节点收集了n–f个prepare选票,那么进入步骤006,否则进入步骤007-1。
步骤006:如果上述的n–f个prepare消息中,有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc,并且带有相同的sigClient值,那么记录才操作到集合ops中,并且在智能合约中发送事件ok(decideLc,cid),并将prepareIndex设置为decideLc。表示该平行链已经准备好了事务的提交。如果上述条件不满足,在智能合约中发送事件error(cid)。
步骤007:跨链事务中继收集各个平行链上的prepare消息所对应交易的执行结果。如果所有平行链均返回ok,进入步骤008,否则(只要存在某一个平行链上的事件为error事件)进入步骤008-1。
步骤007-1:将合约的执行结果设为“成功”。表示该选票被成功接受,然后回到步骤003,收集更多选票。
步骤008:事务中继向所有平行链发送消息commit(relayId, sigRelay,decideLc,shouldCommit=true),将步骤006中已决定的事务的逻辑时间戳所对应的事务进行提交,并进入步骤009。
步骤008-1:事务中继向所有平行链发送消息commit(relayId, sigRelay,decideLc,shouldCommit=false),将步骤006中已决定的事务的逻辑时间戳所对应的事务进行回滚。
步骤009:平行链共识节点收到commit消息之后,执行相应的智能合约。首先对消息的签名进行验证,如果验证不通过,进入步骤 011-1。否则进入步骤010。
步骤010:将该commit消息封装成一个“选票”。如果在本事务中,发送消息的中继节点的选票已经被接收,进入步骤011-1。否则进入步骤011。
步骤011:如果该commit“选票”中的逻辑时间戳与prepareIndex 不同,进入步骤011-1,否则进入步骤012。
步骤011-1:合约执行结果为“请求错误”,并附带当前最新的逻辑时间戳。中继节点收到消息之后,返回步骤008。
步骤012:如果平行链上的共识节点收集了n–f个commit选票,那么进入步骤013,否则进入步骤012-1。
步骤012-1:将合约的执行结果设为“成功”。表示该选票被成功接受,重新根据步骤009,继续接收其他的commit选票。
步骤013:提取n–f个commit消息的shouldCommit的内容。如果有n–2f+1个布尔值为真,进入步骤014,否则进入步骤014-1。
步骤014:平行链共识节点将之前记录到ops中的操作取出,执行操作列表中,属于本平行链范围的操作。执行后,在智能合约中发送事件committed(cid,lc,isCommitted=true),表示该链上的、逻辑时间戳为lc的事务已经被提交,并进入步骤015。
步骤014-1:平行链共识节点丢弃之前存放的操作,丢弃所有的选票,将prepareIndex设置为之前的commitIndex来回退之前的prepare 状态。执行后,在智能合约发送时间committed(cid,lc,isCommitted= false),表示该链上的、逻辑时间戳为lc的事务已经被回退。
步骤015:跨链事务中继订阅到事件committed(cid,lc, isCommitted)后,将其封装成消息witness(cid,lc,isCommitted),作为一个“见证”事务成功或失败的选票。在中继链上表明该事务的完成。
步骤016:中继链共识节点收集到f+1个具有相同逻辑时间戳,且签名有效地witness消息后,将该事务标记为完成。同时在对应的事务合约中,向客户端发送finished(lc,isCommitted)消息,流程结束
本发明中,中继可以出现拜占庭故障。诚实的中继会永远如实报告整个系统的逻辑时钟,还有不同平行链上的事务执行状态,而不诚实的中继会延迟报告,甚至会错误地报告这些信息。中继也可出现失效故障,例如宕机、网络延迟等情况。系统设定这两种故障之一的中继节点总数为f,中继的总数为n,那么当n>3f时,以下实施方式的正确性可以被保障。
表1消息的符号约定
表2平行链上负责事务合约的状态变量约定
相关符号 | 符号含义 |
prepareIndex | 已经准备好提交的最后一个事务的编号 |
commitIndex | 已经提交好的事务的编号 |
prepareBallots | 当前平行链合约收集的所有prepare选票 |
commitBallots | 当前平行链合约收集的所有的commit选票 |
ops | 当前未提交的事务的操作列表 |
表3系统描述的符号约定
相关符号 | 符号含义 |
n | 中继节点的个数 |
f | 最多容忍的失效的中继节点的个数 |
表4术语介绍
Claims (9)
1.一种面向许可链的分布式跨链事务中继系统,其特征在于:包括中继链、分布式中继、平行链、注册中心、客户端;
所述分布式中继包括多个中继节点,中继节点负责收集有效的事务请求,并用基于投票的特殊两阶段的事务提交协议,向平行链转发事务请求;
所述平行链通过中继节点接入中继链,中继链接入客户端;
所述平行链通过平行链合约协商事务的执行顺序,同时收集事务执行的结果,将结果打包到相应的区块;
所述中继链通过中继链合约收集分布式中继对于事务执行的提议,对于中继节点的提议,合约强制执行对应的归票规则,从而对将要执行的事务请求进行裁决;
所述注册中心负责中继节点的准入。
2.如权利要求1所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统,其特征在于:所述中继节点本地生成代表其身份的公私钥对,将公钥和身份信息发给注册中心;注册中心通审核中继节点的身份,然后向其颁发证书,并将证书上链。
3.如权利要求1所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:
步骤1:客户端发送begin消息给中继链的共识节点,中继链的共识节点确定将要进行的事务的逻辑时间戳lc;
步骤2:中继节点打包prepare消息,发送交易到所有即将参与事务平行链的共识节点;
步骤3:平行链上的共识节点验证prepare消息并收集执行;
步骤4:验证通过后,中继节点收集并确认各平行链上的prepare消息对应交易的执行结果是否均为ok;
步骤5:确认为ok后,中继节点向所有平行链发送commit消息,平行链将已决定的事务进行提交;
步骤6:平行链共识点接受commit消息并验证;
步骤7:验证通过后,平行链共识点将记录到ops中的操作取出,并执行ops中本平行链范围的操作,执行后发送committed到中继节点;
步骤8:中继节点订阅committed并将其封装为witness消息发送到中继链;
步骤9:中继链共识点收集witness消息后将该事务标记为完成;
步骤10:中继链向客户端发送finished。
4.如权利要求3所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:所述begin消息为sigClient,sigClient是客户端将txid,clientId和op的消息串进行连接后使用客户端私钥进行签名之后的消息。
5.如权利要求3所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:所述prepare消息包括op、txid、relayId、sigClient、sigRelay、lc。
6.如权利要求3所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:所述平行链上的共识节对prepare消息的验证过程为:
步骤3-1:验证prepare消息的签名和中继节点转发的、客户端的请求所附带的签名;
步骤3-2:若签名均验证成功,继续验证prepare消息所附带的逻辑时钟lc是否小于之前已经准备好的事务的编号,或验证当前的commitIndex是否小于prepareIndex;
若签名验证失败则发送福袋锥型的逻辑时间戳lc的“请求错误”消息到中继节点,并返回步骤2;
步骤3-3:prepare消息验证成功平行链合约收集prepare消息;
步骤3-4:若prepare消息数量不大于n-f个,确认prepare消息中是否有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc且带有相同的sigClient值;
若prepare消息数量大于n-f个,将合约的执行结果设为“成功”。表示该选票被成功接受,然后回到步骤3,收集更多选票;
步骤3-5:若有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc,并且带有相同的sigClient值,将prepare消息中的记录操作到集合ops中,并且在智能合约中发送事件ok(decideLc,cid),并将prepareIndex设置为decideLc;
若没有n–2f+1个消息带有相同的逻辑时间戳decideLc,并且带有相同的sigClient值,则在平行链合约中发生事件error(cid)。
7.如权利要求3所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:所述步骤4中收集到的执行结果包含有error事件,事务中继向所有平行链发送消息commit,将步骤3中已决定的事务的逻辑时间戳所对应的事务进行回滚。
8.如权利要求3所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:所述步骤6中验证commit消息的步骤为:
步骤6-1:验证签名和逻辑时间戳,签名和逻辑时间戳任意一项验证不通过,平行链合约将执行结果记录为“请求错误”,并附带当前最新的逻辑时间戳发送到中继节点,中继节点收到消息之后,返回步骤5;
步骤6-2:验证消息数量是否为n–f个;
步骤6-3:若消息数量为n–f个,提取n–f个commit消息的shouldCommit的内容;
消息数量不是n–f个,将平行链合约的执行结果设为“成功”,并重新根据步骤6,继续接收其他的commit选票;
步骤6-4:若至少有n–2f+1个布尔值为真则验证通过;
若小于n–2f+1个布尔值为真,平行链共识节点丢弃之前存放的操作,丢弃所有的消息,将prepareIndex设置为之前的commitIndex来回退之前的prepare状态,并在在智能合约发送时间committed。
9.如权利要求3所述的面向许可链的分布式跨链事务中继系统的通信方法,其特征在于:所述commit消息包括relayId,sigRelay,decideLc,shouldCommit=true。
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