CN114997865A - 一种基于区块链系统的平台交易方法及装置 - Google Patents

一种基于区块链系统的平台交易方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于区块链系统的平台交易方法及装置，所述平台包括监管节点与交易节点，由所述监管节点构成交易主链，所述交易方法包括：S1、获取各普通节点基本信息；S2、计算各普通节点之间的距离特征，并基于所述距离特征对各普通节点进行聚类分析；由每一条侧链中申请成为验证者的普通节点中选出一个节点作为验证者节点；S3、判断交易双方普通节点是否属于同一侧链，如果属于同一侧链则正常进行交易，如果不属于同一侧链则进行跨链交易，跨链交易发生时由验证者集合中随机选取一个验证者节点作为中介节点，中介节点在验证者的监督下完成跨链交易验证。本发明实现了交易并行处理，减小了单个区块链的存储需求，一定程度上实现了区块链的可扩展性。

Description

一种基于区块链系统的平台交易方法及装置
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于区块链系统的平台交易方法及装置。
背景技术
区块链技术起源于中本聪提出的比特币系统。其真正在开放式的P2P网络中实现了不依赖于可信第三方的数字支付系统。这种去中心化的特性，大大有别于现有的商业支付系统，改变了现有系统中的安全信任摸型。在比特币的信任模型中用户之间的信任源于对整个系统的信任，而不是任何第三方中介。区块链技术在金融领域的作用也受到越来越多的关注，目前，国内外都在进行研究如何更好地将区块链技术的各种技术解决方案应用于金融领域，以提高金融交易效率，规范金融业务交易，降低交易风险，保证金融行业数据的安全可靠。然而当前的区块链严重的可扩展性瓶颈限制了他的大规模应用，具体表现为：
交易吞吐量不足。以比特币系统为例，当前系统最高只能支持7笔每秒的交易确认(以区块大小为1MB为例)，这使得其难以承担大量交易的及时确认，无法满足现实的应用需求。
区块链网络中全节点存储区块数据量大，个人电脑已逐渐无法满足全节点的区块数据存储要求。
3)链与链之间的资产难以交互。随着技术以及市场的发展，加密货币的种类越来越多，与此同时也涌现出来大量不同的区块链。不同链之间的协同从操作以及价值流通成为了用户们的新需求。为此需要实现链与链之间的交互才能使得区块链之间不会彼此成为孤岛，从而实现真正的价值互联。
为了解决区块链系统的可扩展性问题、支持全球范围的高频次交易，本发明提出了一种基于机器学习的侧链技术，将交易分配到不同的侧链并行处理，提高了系统吞吐量。借鉴分片的技术并改进，使用机器学习选取验证者完成链之间的交互，避免了随机性。同时部署了跨链智能合约，对智能合约进行分布式存储，解决区块链的可扩展性问题，构建更为安全、高效的区块链交易平台。
发明内容
为了解决平台交易过程中系统吞吐量不足无法满足高频次交易需求的技术问题，本发明提供了一种基于区块链系统的平台交易方法及装置，将交易分配到不同的侧链并行处理，提高了系统吞吐量。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于区块链系统的平台交易方法，所述平台包括监管节点与普通节点，由所述监管节点构成交易主链，所述交易方法包括：
S1、交易开始时，获取各普通节点基本信息，所述普通节点基本信息包括历史交易对象信息、历史交易次数信息以及历史交易量信息；
S2、基于各普通节点的基本信息计算各普通节点之间的距离特征，并基于所述距离特征对各普通节点进行聚类分析，基于聚类结果构建侧链，其中属于相同类别的普通交易节点构成一条侧链；由每一条侧链中申请成为验证者的普通节点中选出一个节点作为验证者节点，从而构建验证者集合；
S3、判断交易双方普通节点是否属于同一侧链，如果属于同一侧链则正常进行交易，如果不属于同一侧链则进行跨链交易，跨链交易发生时由验证者集合中随机选取一个验证者节点作为中介节点，中介节点在验证者的监督下完成跨链交易验证。
进一步地，基于各普通节点基本信息计算各普通节点之间的距离特征，包括根据以下公式距离特征：
Figure BDA0003650305470000021
其中，S表示两个普通节点之间的距离特征，a表示两个普通节点间交易的次数，b表示两个普通节点间的交易量，fxy(a)表示交易频次辅助函数，gxy(b)表示交易量辅助函数。
进一步地，由每一条侧链中申请成为验证者的普通节点中选出一个节点作为验证者节点，从而构建验证者集合，包括：
在侧链内部对申请成为跨链交易验证者的普通节点进行代币抵押和信誉值投票，基于投票结果和节点抵押的代币数量确定各节点的信誉值；
获取每一条侧链上信誉值最高的普通节点作为验证者节点，从而构建验证者集合。
进一步地，在侧链内部对申请成为跨链交易验证者的普通节点进行代币抵押和信誉值投票，基于投票结果和节点抵押的代币数量确定各节点的信誉值，包括根据以下公式计算信誉值：
Figure BDA0003650305470000031
其中，W表示当前节点信誉值，n表示与当前节点有过交易的节点数量，mi表示与当前节点有过交易的节点中第i个节点的投票值，Si表示与当前节点有过交易的节点中第i个节点与当前节点的距离特征，v表示当前节点抵押的代币数量，V表示所有节点抵押的代币数量之和。
进一步地，跨链交易发生时由验证者集合中随机选取一个验证者节点作为中介节点，调用链上交易函数完成跨链交易，并获得一定数量的代币奖励。
进一步地，将网络上所有交易根据交易发送方所在侧链划分为交易碎片，每笔交易在交易发送方所在侧链进行处理，每个侧链通过PBFT共识算法验证交易并产生微块。
进一步地，通过验证者将各交易微块进行汇总进而生成新区块，包括：将每个微块的区块头组成新区块保存至主链，所述区块头包括侧链的ID，区块高度，交易Merkle Tree根hash等。
进一步地，所述交易方法还包括：
S4、跨链交易发生时由验证者集合中除中介节点以外的其他验证者节点对双方交易节点的交易状态进行监测，当交易完成时，半数以上验证者节点的监测结果与中介节点相同，则判断交易无误，交易结束。
本发明还公开了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行上述方法。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用一主链多侧链的分级架构，主侧链间通过验证者集合进行交互，主链负责维护验证者集合，存储部分交易信息，侧链负责处理交易以及存储具体的交易列表。实现了交易并行处理，减小了单个区块链的存储需求，一定程度上实现了区块链的可扩展性。
2、本发明通过对节点的信誉值进行评价，选取信誉值较高的节点作为验证者，降低了验证者中存在恶意节点的概率。
3、本发明采用部署跨链智能合约的方法，实现智能合约分布式存储，并通过验证者完成跨链智能合约的调用，减小智能合约链上存储压力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于区块链系统的平台交易方法流程图。
图2为本发明选取验证者流程示意图。
图3为本发明一主链多侧链架构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于区块链系统的平台交易方法，平台包括监管节点与普通节点，由监管节点构成交易主链，监管节点一般为监管机构，用于负责协调和管理工作，支撑联系着各条侧链。
所述交易方法包括：
S1、交易开始时，获取各普通节点基本信息，所述普通节点基本信息包括历史交易对象信息、历史交易次数信息以及历史交易量信息。
本发明中应用机器学习对数据的挖掘，分析区块链上节点之间的交易的情况，包括交易次数、交易量等，交易次数越多，交易量越大，则节点间彼此越熟悉。
S2、基于各普通节点的基本信息计算各普通节点之间的距离特征，并基于所述距离特征对各普通节点进行聚类分析，基于聚类结果构建侧链，其中属于相同类别的普通交易节点构成一条侧链。假设在每一条侧链上至少有一个普通节点申请成为验证者，则由每一条侧链中申请成为验证者的普通节点中选出一个节点作为验证者节点，从而构建验证者集合。
具体来说，机器学习选取验证者过程如图2所示。将各节点间的熟悉程度用距离S表示出来，越熟悉则节点间距离越短。例如：节点A与B交易过a次，交易量为b。通过对以往交易数据的分析，将交易次数、交易量对节点间的影响通过数值表示出来，他们之间的关系记为f(a)，g(b)，距离S的公式表示为：
Figure BDA0003650305470000051
其中，S表示两个普通节点x与y之间的距离特征，a表示两个普通节点x与y间交易的次数，b表示两个普通节点x与y间的交易量，fxy(a)表示交易频次辅助函数，gxy(b)表示交易量辅助函数。
用局部聚类系数来衡量两个节点之间的交易次数所占比重，p表示节点x与y总共经历的交易次数，即P为x与所有节点的交易次数加上y与所有节点的交易次数：
Figure BDA0003650305470000052
将参与投票节点和其他节点的总交易量按从低到高排序，选取3％处的交易量作为一个基础的交易量，并记为k，q表示节点x与y所有的交易量，即q为x与所有节点的交易量加上y与所有节点的交易量：
Figure BDA0003650305470000061
将这些节点表示在一张图上，使用K-means聚类算法，选取一个阈值u，小于此阈值u的节点分为一片。从而将众多节点按距离S分为大小合适的片，一个分片的节点存在与之熟悉的其他节点。
在每个分片内，申请成为验证者的节点选择抵押代币，并由其他节点对其进行信誉值的投票，每个节点因其熟悉程度不同，所占比重各不相同，距离越近所占比重越大。若此片中，与节点A交易过的节点数量过小，则不参与投票，也不可作为交互节点。例如：在一个分区中节点A，与之交易过的节点有n个，这n个节点根据自身与A的交易经历对A进行信誉值投票，信任则为1，不信任则为0，此投票数值记为mi，则根据以下公式计算信誉值：
Figure BDA0003650305470000062
其中，W表示当前节点信誉值，n表示与当前节点有过交易的节点数量，mi表示与当前节点有过交易的节点中第i个节点的投票值，Si表示与当前节点有过交易的节点中第i个节点与当前节点的距离特征，v表示当前节点抵押的代币数量，V表示所有节点抵押的代币数量之和。抵押代币数量越多的节点越可能成为验证者。
按投票结果，即信誉值结果W，每个分区内信誉值最高的节点组成验证者集合。
S3、判断交易双方普通节点是否属于同一侧链。
如果属于同一侧链则正常交易。正常交易的流程包括：客户端初始化一笔交易，使用节点的钱包(私钥)签名这个交易并广播到全网。运行PBFT共识算法，选举出一个主节点，主节点将从网络收集到需放在新区块内的多个交易排序后存入列表，并将该列表向全网广播。每个节点接收到交易列表后，根据排序模拟执行这些交易。所有交易执行完后，基于交易结果计算新区块的哈希摘要，并向全网广播。如果一个节点收到的2f(f为可容忍的拜占庭节点数)个其它节点发来的摘要都和自己相等，就向全网广播一条commit消息。如果一个节点收到2f+1条commit消息，即可提交新区块及其交易到本地的区块链和状态数据库。
如果不属于同一侧链则进行跨链交易，跨链交易发生时由验证者集合中随机选取一个验证者节点作为中介节点，中介节点在验证者的监督下完成跨链交易验证。如图3所示为本发明一主链多侧链架构示意图，将网络上所有交易根据交易发送方所在侧链划分为一个个交易碎片，每笔交易在交易发送方所在侧链进行处理，每个侧链通过PBFT共识算法验证交易并产生微块。所有侧链上的这些微块由验证者集合负责汇总所有微块的区块头并产生新区块提交到主链。这里的交易碎片指的其实是一笔笔交易组成的集合，划分是按照交易发送方所在的侧链进行划分，而不是对交易的过程进行划分。也就是说，同一条侧链上的节点发出的所有交易即构成一个交易碎片。
在区块链系统架构可扩展性方面，本发明使用一主链多侧链的分级架构,主侧链间通过验证者集合进行交互，主链负责维护验证者集合，存储部分交易信息，侧链负责处理交易以及存储具体的交易列表。交易到达网络时被分配到不同的侧链，每个侧链独立选择共识算法验证交易并产生微块。当涉及到跨链交易时，通过调用跨链智能合约完成跨链交易的验证。再由验证者集合负责汇总每条侧链的微块，并将每个微块的区块头(包括侧链的ID，区块高度，交易Merkle Tree根hash等)组成新区块添加到主链上，具体的交易并不保存在主链上面。
进一步地，部署了跨链智能合约，实现智能合约分布式存储，并通过验证者完成跨链智能合约的调用，调用具体过程如下：
用户发起对某种服务的申请调用(例如和链B的某用户y进行资产交易)，本链(链A)上的智能合约收到调用，广播发布相关信息(需要跨链调用链B的智能合约的相关交易功能的函数)。同时存在于相关的两条链上(链A和链B)的多个用户接收到信息，通过自主申请抵押代币并进行投票选拔出验证者集合，在集合中随机选出一名验证者(节点M)充当中介，接收跨链任务。M确定成为中介并接受相关信息后，申请对B链上交易函数的调用，完成任务后，将结果反馈给链A。在任务进行过程中，由没有成为中介的其它验证者负责监管任务执行，具体监督流程如下：交易进行时，验证者集合记录发起交易方发起的交易金额是否与接收方接受的交易金额一致，进行投票，若验证者得出的结果过半与中介的反馈结果一致，则结果无误，跨链交易完成。
本发明还提供了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行上述方法。
对于本发明实施例的而言，由于其与上面实施例中的相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中部分的说明即可，此处不再详述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于区块链系统的平台交易方法，所述平台包括监管节点与普通节点，由所述监管节点构成交易主链，其特征在于，所述交易方法包括：
S1、交易开始时，获取各普通节点基本信息，所述普通节点基本信息包括历史交易对象信息、历史交易次数信息以及历史交易量信息；
S2、基于各普通节点的基本信息计算各普通节点之间的距离特征，并基于所述距离特征对各普通节点进行聚类分析，基于聚类结果构建侧链，其中属于相同类别的普通交易节点构成一条侧链；由每一条侧链中申请成为验证者的普通节点中选出一个节点作为验证者节点，从而构建验证者集合；
S3、判断交易双方普通节点是否属于同一侧链，如果属于同一侧链则正常进行交易，如果不属于同一侧链则进行跨链交易，跨链交易发生时由验证者集合中随机选取一个验证者节点作为中介节点，中介节点在验证者的监督下完成跨链交易验证。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，基于各普通节点基本信息计算各普通节点之间的距离特征，包括根据以下公式距离特征：
Figure FDA0003650305460000011
其中，S表示两个普通节点之间的距离特征，a表示两个普通节点间交易的次数，b表示两个普通节点间的交易量，fxy(a)表示交易频次辅助函数，gxy(b)表示交易量辅助函数。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，由每一条侧链中申请成为验证者的普通节点中选出一个节点作为验证者节点，从而构建验证者集合，包括：
在侧链内部对申请成为跨链交易验证者的普通节点进行代币抵押和信誉值投票，基于投票结果和节点抵押的代币数量确定各节点的信誉值；
获取每一条侧链上信誉值最高的普通节点作为验证者节点，从而构建验证者集合。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，在侧链内部对申请成为跨链交易验证者的普通节点进行代币抵押和信誉值投票，基于投票结果和节点抵押的代币数量确定各节点的信誉值，包括根据以下公式计算信誉值：
Figure FDA0003650305460000021
其中，W表示当前节点信誉值，n表示与当前节点有过交易的节点数量，mi表示与当前节点有过交易的节点中第i个节点的投票值，Si表示与当前节点有过交易的节点中第i个节点与当前节点的距离特征，v表示当前节点抵押的代币数量，V表示所有节点抵押的代币数量之和。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，跨链交易发生时由验证者集合中随机选取一个验证者节点作为中介节点，调用链上交易函数完成跨链交易，并获得一定数量的代币奖励。
6.根据权利要求5所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，将网络上所有交易根据交易发送方所在侧链划分为交易碎片，每笔交易在交易发送方所在侧链进行处理，每个侧链通过PBFT共识算法验证交易并产生微块。
7.根据权利要求5所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，通过验证者将各交易微块进行汇总进而生成新区块，包括：将每个微块的区块头组成新区块保存至主链，所述区块头包括侧链的ID，区块高度，交易Merkle Tree根hash等。
8.根据权利要求1所述的一种基于区块链系统的平台交易方法，其特征在于，所述交易方法还包括：
S4、跨链交易发生时由验证者集合中除中介节点以外的其他验证者节点对双方交易节点的交易状态进行监测，当交易完成时，半数以上验证者节点的监测结果与中介节点相同，则判断交易无误，交易结束。
9.一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行所述权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法。
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