CN115080994A - 一种基于时间锁定和中台的区块链跨链网关数据交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，属于区块链系统跨链技术方案领域。本发明的方法基于时间锁定的事务执行方案，保证在不同业务链上事物的同时执行，确保同一件事务的执行安全性。执行回执与事务回滚设计，确保事务双方的安全执行，事务的原子性得以保证，避免出现失误欺诈，跨链事务等现象发生。跨链事务共识链设计，保证每件合法的跨链事务均可以安全记录，跨链事务可追溯，事务执行的合法性与安全性得以保证。事务共识链与执行分离，减轻共识链压力，提升系统的吞吐率，提升跨链网关执行效率。

Description

一种基于时间锁定和中台的区块链跨链网关数据交互方法

技术领域

本发明设计一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，属于区块链系统跨链技术方案领域。

背景技术

在主流业界解决异构联盟链之间的信息交互即互操作问题上，主要的解决方案有哈希锁定算法，中继链/侧链技术，以及中间公证人模式三种方式，除此之外，还有长安链正/逆向操作的合约实现方式，百度超级链的基于XIP底层协议，提供跨链中继、中继链和可信中继三种方案，对于三种主流的跨链操作技术，解构如下。

1.哈希锁定算法

哈希锁定模式是指用户在规定的时间段通过猜测哈希值的原值来支付交易的一种机制。哈希锁定算法在智能合约的基础上，双方先锁定资产，如果都在有限的时间内输入正确的哈希值原值，即可完成交易。在这样的机制下可以实现小额支付的快速确认，也就是说实现闪电网络快速确认的目标。

2.中继链/侧链技术

中继链，即构造一个第三方公有链，通过跨链消息传递协议，连接区块链网络中的其它链。通过在两个链中加入一个通道，通道内创建一种设定的数据结构，使得两个链可以通过该通道内的数据结构进行跨链数据交互。

3.公证人机制

公证人机制是一种通过中介的方式实现跨链的机制。两个独立的区块链本身是不能直接进行互操作的，公证人机制引入一个共同信任的第三方作为中介，由这个共同信任的中介进行跨链消息的验证和转发。其优点在于支持异构的区块链跨链，缺点在于有中心化风险，只能实现交换不能实现转移。

4.长安链正/逆向操作的合约实现方式

为了能够兼容多种异构链，长安链方案采用正/逆向操作的合约实现方式，即用户需要提供正向与逆向的具体业务交易。在全局设计基于代理支持下，实现多种跨链事物。

跨链代理采用了模块化分层设计，主要分为三层：基础层、组件层和业务层。

基础层：为跨链代理各个组件提供基础服务，主要包括日志、数据库和网络处理等；

组件层：提供业务流程调用的各种组件，包括但不限于通道、路由、监听器、证明器、适配器等；

业务层：主要的业务流程控制，包括了多种Handler以及事务管理器。

5.百度超级链的基于XIP底层协议

百度超级链通过XIP底层协议解决了异构区块链(包括公链、私链和联盟链等)系统之间的互操作问题，以抽象的方式描述了跨链要解决的问题并设计了通用的解决方案；XIP包含一系列子协议，包括跨链网络的命名系统、跨链事务的一致性协议、数据认证和通讯协议。

上述的各种实现方案，存在一定程度上的隐患：

1.哈希锁定算法：基于链上资产转移提出的方案，存在一定的业务局限性，可扩展性低。

2.中继链/侧链技术：跨链事务的实现均依托于中继链，导致事务吞吐率低，不适用于大规模场景应用。

3.中间公证人：存在中心化风险，公证人不可信任的问题难以解决。

4.长安链与百度链：均由设定公司主导，无法获得技术细节，安全性与扩展性无法保障。

发明内容

本发明的目的在于针对现有区块链跨链技术解决方案中存在的安全威胁、适用性差、扩展性不足等缺陷，提出一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。

一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，对该方法中所使用到的业务链、跨链操作共识链、跨链网关管理账户、智能合约、操作中台、时间锁定、共享内存事务和共享内存事务坞进行如下定义：

定义1：业务链，在区块链跨链系统中负责具体业务的联盟链，是跨链网关外接的服务对象，负责执行具体的业务合约，是跨链信息的数据源；

定义2：跨链操作共识链，在异构的业务链之间维护一个网关接入的跨链操作共识链，在区块链跨链系统中负责跨链操作的共识，对所有设计到跨链数据更新的操作进行记录，最终形成跨链操作共识；

定义3：跨链网关管理账户，对于特定的跨链场景，跨链网关需要对特定账户进行代理，以获取该账户的特定权限，进行特定操作。特别的，对于链上数据查询类别操作，不会涉及链上数据更改，因此只需要一个统一的链上账户便可进行服务，但对于需要进行特定链上数据更新的操作，则需要进行特定的账户权限赋予，方可完成跨链数据更新操作；

定义4：智能合约，智能合约主要分为两类，一类为服务合约，主要部署在业务链上，负责完成各类特定的业务场景，另一类是跨链操作共识合约，主要部署在跨链操作共识链上，主要负责对所有的跨链操作进行共识记录；

定义5：操作中台，对于异构联盟链，节点与链数据交互方式是不同的，建立操作中台，可以屏蔽不同联盟链的底层交互细节，实现不同的链采用同一个中台进行管理，简化操作流程，提升操作灵活度；

定义6：时间锁定，对于不同联盟链上的数据更改操作，采用时间锁定的方式，确保各链操作的同时性与原子性，在有限时间内进行操作，并在操作结束后进行状态同步，未同步成功则进行事务回滚，保证链上数据的安全性；

定义7：共享内存事务，共享内存事务就是一件已经锁定了的要执行的事务，因为事务逻辑和事务执行是两个独立的进程，所以事务是共享内存的；

定义8：共享内存事务坞，共享内存事务坞在内地内存中，存储所有锁定了的共享内存事务。

一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，包括事务提起、事务锁定、时间锁定和执行回执四个宏观步骤，该方法的具体步骤包括：

步骤1：将跨链网关接入业务链，跨链网关配置业务链的端口信息并配置接入业务链上的跨链网关管理账户，包括信息查询操作账户和数据更新操作账户；

步骤2：跨链网关在跨链操作共识链上进行注册，注册成功后接入跨链操作共识链。跨链操作记录合约部署在跨链操作共识链上，每个注册成功的跨链网关都拥有在跨链操作共识链上对应的账户，跨链网关可以通过该账户调用跨链操作记录合约；同时跨链网关之间相互注册彼此的地址，以便寻找相邻业务链的操作节点；

步骤3：进行完步骤1和2后，跨链网关进入初始化监听状态，监听用户操作，用户操作包括本地业务链数据交互、跨链数据查询和跨链数据更新，具体描述如下：

步骤3.1：用户进行本地业务链数据交互操作，跨链网关检测到用户的操作不涉及跨链，仅基于当前网关管理的业务链便可以完成，于是跨链网关管理账户向本地业务链提起操作并完成，向用户返回执行结果。

步骤3.2：用户进行跨链数据查询操作。跨链网关检测到用户操作是获取另一个目标业务链上的数据(目标业务链是已经和本网关相互注册的目标跨链网关对应管理的业务链)，但跨链数据查询操作不涉及数据更改。跨链网关在注册信息中获取目标业务链的目标跨链网关地址信息，向目标跨链网关发送获取信息请求，若得到从目标跨链网关发来的请求接受信息，则等待目标跨链网关的信息回执，同时在跨链操作共识链中执行跨链操作合约，对该操作进行记录。

步骤3.3：用户进行跨链数据更新操作。跨链网关检测到用户的操作是更新目标业务链上的数据(目标业务链是已经和本网关相互注册的目标跨链网关对应管理的业务链)，采用基于时间锁定的方案进行操作执行。最终将操作记录在跨链操作共识链上，完成一次跨链数据操作。具体包括如下子步骤：

以下称本地跨链网关为网关一，称目标业务链网关为网关二：

步骤3.3.1：网关一检测本地账户的跨链事务是否合法(本地账户是否具有权限，账户资产是否充足，账户是否合法等)，若本地账户提起的跨链事务不合法，则拒绝跨链事务的执行；若本地账户的提起事务合法，则网关一向网关二发出跨链事务请求，网关一进入跨链事务阶段一(提起事务)状态，等待网关二的回复。

步骤3.3.2：网关二检测到网关一提出的跨链事务请求，首先检测事务执行目标账户是否合法(账户是否存在，是否具有账户操作权限等)，若网关一提起的跨链事务不合法，则拒绝执行，向网关一发回拒绝回执；若网关一提起的跨链事务合法，则网关二接受事务，将该事务生成共享内存事务，并加入本地内存的共享内存事务坞中，并向网关一发回执行事务回执，网关二进入跨链事务阶段二(锁定事务)，同时锁定跨链事务的目标链上账户，防止数据失效。同时，网关二在跨链操作共识链执行跨链操作记录合约，记录此次跨链事物。

步骤3.3.3：网关一若接收到网关二的拒绝回执，则解除自身阶段一状态同时终止跨链事务执行，网关一向本地账户返回失败原因；若接收到网关二的执行事务回执，则网关一将该事物生成共享内存事务，并加入本地内存的共享内存事务坞中，同时网关一在跨链操作共识链执行跨链操作记录合约，记录此次跨俩事物。之后，网关一向网关二发出提议锁定时间，然后进入跨链事务阶段二(锁定事务)。

步骤3.3.4：网关二检测到网关一提出的锁定时间，首先检测该锁定时间是否合法(是否超过当前时间等)，若时间不合法，则返回拒绝提议时间回执，等待下次锁定时间(若超过五次锁定时间失败，则此次跨链事务终止)；若时间合法，则向网关一返回接收锁定时间回执，网关二进入阶段三(锁定时间)。

步骤3.3.5：网关一检测到网关二提出的锁定时间回执，若为接收锁定的时间，则网关一进入阶段三(锁定时间)；若接收到拒绝锁定时间回执，则重新提议锁定时间，等待回执。

该步骤采取分离结构设计，具体是：跨链网关维护两个主要进程，一个进程是事务审查与锁定进程，主要确定事务是否可以执行，当一件事物锁定到共享内存事务坞中，则表明该事物一定会执行，当一件事物已经锁定了执行时间，则表明该事物一定会在锁定的时间进行执行；另一个进程是链交互事物执行进程，会实时检测共享内存事务坞中的事物状态，当一件事物已经锁定时间，并且已经到达了锁定的时间，该进程便会执行该事物，并返回执行结果，可以保证异构业务链上事物执行的同时性和跨链事务操作的原子性，维护跨链操作的安全性。

步骤3.3.6：网关一与网关二在检测到跨链事务执行成功后，各自向对方发回事务执行成功回执，并更新在跨链操作共识链的操作状态，完成一次跨链事务。

步骤4：跨链网关实时记录跨链操作日志，监听跨链事务请求端口，同时根据请求进行服务分发。

步骤5：跨链网关完成跨链事务后，跨链操作共识链保存跨链网关注册信息，跨链网关释放账户控制后结束监听状态。

有益效果

本发明提出一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.基于时间锁定的事务执行方案，可以保证在不同业务链上事物的同时执行，确保同一件事务的执行安全性。

2.执行回执与事务回滚设计，确保事务双方的安全执行，事务的原子性得以保证，避免出现失误欺诈，跨链事务等现象发生。

3.跨链事务共识链设计，保证每件合法的跨链事务均可以安全记录，跨链事务可追溯，事务执行的合法性与安全性得以保证。

4.事务共识链与执行分离，减轻共识链压力，提升系统的吞吐率，提升跨链网关执行效率。

附图说明

图1为本发明一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法的执行交互关系图；

图2为本发明一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法的顶层数据流图。

具体实施方式

下面结合附图1，2和具体实施方式来详细说明本发明一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法的具体实施。

实施例1：请求本地链上数据服务

本实例叙述了用户仅请求本地链上数据服务的业务流程：

1.用户向跨链网关操作中台提出事务请求，跨链网关检测到该事务是仅依托于本地链完成的数据请求。

步骤1:跨链网关检测到该请求属于本地事务请求，网关分析该请求类型，数据查询，链上数据操作执行。

步骤2.1:若该请求属于数据查询，网关会自动在链上执行数据查询操作，并向用户返回执行结果。

步骤2.2:若该请求属于数据操作，网关会检查调用合约以及参数，并在链上调用合约执行，返回执行结果。

2.用户得到合约执行结果，完成一次本地链服务操作。

实施例2：获取目标链上数据服务

下面将结合本发明实施例中的附图1和2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实例中业务链A和跨链网关A交互，业务链B和跨链网关B交互。本实例叙述了业务链A上的用户一仅请求获取目标业务链B数据的业务流程：

1.用户一向跨链网关操作中台提出事务请求，跨链网关A检测到该事务是获取目标业务链B上数据的事务请求。

步骤1：跨链网关A检测用户一提出事务的合法性，用户一是否具有提起权限，链上数据是否安全等。若为合法请求，执行步骤2。

步骤2：跨链网关A向目标跨链网关B提起数据查询服务，等待跨链网关B请求回执。若为接收回执，则等待执行结果，并将请求事务上链，进行记录；反之，跨链网关A向用户一返回执行失败原因。

步骤3：跨链网关A向用户一返回跨链数据执行结果，并对跨链事务共识链上事务状态进行更新。

2.用户一得到执行回执，若为执行失败回执，可以查看失败原因；若为执行成功回执，则得到跨链数据的请求结果。

实施例3：对目标链上数据进行更新操作

下面将结合本发明实施例中的附图1和2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实例中业务链A和跨链网关A交互，业务链B和跨链网关B交互。本实例叙述了业务链A上的用户一请求更新目标业务链B上数据的业务流程：

1.用户一向跨链网关操作中台提出跨链事务请求，跨链网关A检测到该事务是更新目标业务链B上数据。

步骤1：跨链网关A检测用户一提出跨链事务请求的合法性，用户一是否具有提起权限，链上数据是否安全等。若为合法请求，则向目标跨链网关B发出事务提议数据包。

步骤2：目标业务链B跨链网关B检测到用户一提出的跨链事务请求，对该请求进行合法性检查，并锁定相关执行账户，若为合法事务，则向跨链网关A回复生成事务数据包，标识接收并锁定该事物；反之，回复拒绝事物提议数据包,标识拒绝该事务。之后将该事务相关信息收集，并生成共享内存事务，将该实体加入到共享内存事务坞中,并将该跨链事务数据存储到业务链B。

步骤3：跨链网关A收到生成事务数据包,将该事务相关信息收集，并生成共享内存事务，将该实体加入到共享内存事务坞中,并将该跨链事务数据存储到业务链A。之后跨链网关A提议锁定时间，将锁定时间以提议锁定时间数据包发送到跨链网关B，等待锁定时间提议的回复信息。

步骤4：跨链网关B收到跨链网关A提议锁定时间数据包，检查该提议时间的合法性，若该时间已经失效(超过当前时间，统一事务时间重叠)，则返回拒绝锁定时间数据包,等待新的锁定时间；反之，接收该锁定时间，向跨链网关A返回接收锁定时间数据包，并在本地共享内存事务坞中更新事务信息，更新跨链事务共识链上信息。等待另一进程将跨链事务执行。

步骤5：跨链网关A收到锁定时间数据包，并在本地共享内存事务坞中更新事务信息，更新跨链事务共识链上信息。等待另一进程将跨链事务执行。

步骤6：跨链网关A和跨链网关B在事务执行后，各自向对方网关发出事务执行完成数据包，在接收到对方的确认信息后，在本地共享内存事务坞中更新事务信息，更新跨链事务共识链上信息。完成一次跨链事务。

步骤7：跨链网关A向用户一返回跨链事务的执行结果。

2.用户一得到执行回执，若为执行失败回执，可以查看失败原因；若为执行成功回执，则得到跨链数据更新执行结果。

Claims (8)

1.一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于该方法的步骤包括：

步骤1：将跨链网关接入业务链，然后跨链网关配置业务链的端口信息并配置接入业务链上的跨链网关管理账户；

步骤2：跨链网关在跨链操作共识链上进行注册，注册成功后接入跨链操作共识链；

步骤3：跨链网关进入初始化监听状态，监听用户操作，用户操作包括本地业务链数据交互、跨链数据查询和跨链数据更新；

步骤4：跨链网关实时记录跨链操作日志，监听跨链事务请求端口，同时根据请求进行服务分发；

步骤5：跨链网关完成跨链事务后，跨链操作共识链保存跨链网关注册信息，跨链网关释放账户控制后结束监听状态，完成基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的步骤1中，跨链网关管理账户包括信息查询操作账户和数据更新操作账户。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的步骤2中，跨链操作记录合约部署在跨链操作共识链上，每个注册成功的跨链网关都拥有在跨链操作共识链上对应的账户，跨链网关通过该账户调用跨链操作记录合约，同时跨链网关之间相互注册彼此的地址，用于寻找相邻业务链的操作节点。

4.根据权利要求3所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的步骤3中，本地业务链数据交互是指用户进行本地业务链数据交互操作，跨链网关检测到用户的操作不涉及跨链，仅基于当前网关管理的业务链完成，于是跨链网关管理账户向本地业务链提起操作并完成，向用户返回执行结果。

5.根据权利要求3所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的步骤3中，跨链数据查询是指用户进行跨链数据查询操作，跨链网关检测到用户操作是获取另一个目标业务链上的数据，目标业务链是已经和本网关相互注册的目标跨链网关对应管理的业务链，跨链数据查询操作不涉及数据更改，跨链网关在注册信息中获取目标业务链的目标跨链网关地址信息，向目标跨链网关发送获取信息请求，若得到从目标跨链网关发来的请求接受信息，则等待目标跨链网关的信息回执，同时在跨链操作共识链中执行跨链操作合约，对该操作进行记录。

6.根据权利要求3所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的步骤3中，跨链数据更新是指用户进行跨链数据更新操作，跨链网关检测到用户的操作是更新目标业务链上的数据，目标业务链是已经和本网关相互注册的目标跨链网关对应管理的业务链，采用基于时间锁定的方案进行操作执行，最终将操作记录在跨链操作共识链上，完成一次跨链数据操作。

7.根据权利要求6所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的步骤3中，跨链数据操作的具体步骤为：以下称本地跨链网关为网关一，称目标业务链网关为网关二：

网关一检测本地账户的跨链事务是否合法，若本地账户提起的跨链事务不合法，则拒绝跨链事务的执行；若本地账户的提起事务合法，则网关一向网关二发出跨链事务请求，网关一进入跨链事务阶段一状态，等待网关二的回复；

网关二检测到网关一提出的跨链事务请求，首先检测事务执行目标账户是否合法，若网关一提起的跨链事务不合法，则拒绝执行，向网关一发回拒绝回执；若网关一提起的跨链事务合法，则网关二接受事务，将该事务生成共享内存事务，并加入本地内存的共享内存事务坞中，并向网关一发回执行事务回执，网关二进入跨链事务阶段二，同时锁定跨链事务的目标链上账户，防止数据失效，同时，网关二在跨链操作共识链执行跨链操作记录合约，记录此次跨链事物；

网关一若接收到网关二的拒绝回执，则解除自身阶段一状态同时终止跨链事务执行，网关一向本地账户返回失败原因；若接收到网关二的执行事务回执，则网关一将该事物生成共享内存事务，并加入本地内存的共享内存事务坞中，同时网关一在跨链操作共识链执行跨链操作记录合约，记录此次跨俩事物，之后，网关一向网关二发出提议锁定时间，然后进入跨链事务阶段二；

网关二检测到网关一提出的锁定时间，首先检测该锁定时间是否合法，若时间不合法，则返回拒绝提议时间回执，等待下次锁定时间；若时间合法，则向网关一返回接收锁定时间回执，网关二进入阶段三；

网关一检测到网关二提出的锁定时间回执，若为接收锁定的时间，则网关一进入阶段三；若接收到拒绝锁定时间回执，则重新提议锁定时间，等待回执；

网关一与网关二在检测到跨链事务执行成功后，各自向对方发回事务执行成功回执，并更新在跨链操作共识链的操作状态，完成一次跨链事务。

8.根据权利要求1所述的一种基于时间锁定和操作中台区块链跨链网关数据交互方法，其特征在于：

所述的业务链是指在区块链跨链系统中负责具体业务的联盟链，是跨链网关外接的服务对象，负责执行具体的业务合约，是跨链信息的数据源；

所述的跨链操作共识链是指在异构的业务链之间维护一个网关接入的跨链操作共识链，在区块链跨链系统中负责跨链操作的共识，对所有设计到跨链数据更新的操作进行记录，最终形成跨链操作共识；

所述的跨链网关管理账户是指对于设定跨链场景，跨链网关需要对特定账户进行代理，以获取该账户的特定权限，进行特定操作；

所述的智能合约主要分为两类，一类为服务合约，主要部署在业务链上，负责完成各类特定的业务场景，另一类是跨链操作共识合约，主要部署在跨链操作共识链上，主要负责对所有的跨链操作进行共识记录；

所述的操作中台，对于异构联盟链，节点与链数据交互方式是不同的，建立操作中台，可以屏蔽不同联盟链的底层交互细节，实现不同的链采用同一个中台进行管理；

所述的时间锁定，对于不同联盟链上的数据更改操作，采用时间锁定的方式，确保各链操作的同时性与原子性，在有限时间内进行操作，并在操作结束后进行状态同步，未同步成功则进行事务回滚，保证链上数据的安全性；

所述的共享内存事务，共享内存事务就是一件已经锁定了的要执行的事务，因为事务逻辑和事务执行是两个独立的进程，所以事务是共享内存的；

所述的共享内存事务坞，共享内存事务坞在内地内存中，存储所有锁定了的共享内存事务。

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