CN117422549A - 一种用于受监管加密货币场景中的基于utxo的分片方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，包括一个一层网络和若干个二层网络组成的加密货币多层网络；一层网络中包括一层网络主节点和一层网络验证节点；每个二层网络中包括二层网络主节点、二层网络验证节点和终端用户；一层网络主节点是加密货币发行主节点；二层网络主节点是加密货币服务提供商；一层网络验证节点和二层网络验证节点分别用于验证各自主节点的操作；终端用户在交易中向二层网络发起交易请求，分片将交易请求划分到不同的二层网络，不同的终端用户连接到不用的专用二层网络中进行交易。本发明可以运用于所有受监管的加密货币；通过减少跨分片事务来线性提高事务吞吐量，同时保持低延迟。

Description

一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法
技术领域
本发明涉及加密货币技术领域，具体而言涉及一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法。
背景技术
根据设计方法和监管机构的要求，加密货币可以分为受监管加密货币或不受监管加密货币。大多数受监管的加密货币都是基于代币的，类似于数字现金。下文中加密货币皆指代受监管加密货币。
代币可以分为可替代的和不可替代的。不可替代的代币在流通中是不可分割的，而可替代的代币可以合并和拆分。本专利主要讨论受监管的加密货币，包括稳定币。稳定币将其价格与另一种价格稳定的资产挂钩，例如法定货币或交易所交易商品。不可替代的稳定币有一定局限性。例如，在一笔60元的交易中，付款人发送一个100元的不可替代稳定币，然后收款人必须找到几个10元的不可替代稳定币作为找零退回。该过程花费了很多时间用于搜索零钱，以及双方额外多次通信。相反，可替代的稳定币提供了更多的功能。在相同的场景下，支付方可以将100元的可替代稳定币拆分为60元的可替代稳定币用于支付目的，并保留40元的可替代稳定币。
大多数加密货币都与区块链技术有关。区块链包括公有区块链和联盟区块链：公有链对公众开放，联盟链服务于注册会员。例如，受监管加密货币以联盟链为主，加入网络需要监管机构或网络中其他节点批准。
目前存在的分片方法大多基于账户进行分片，在一定程度上提升了系统性能；但是当这种分片方法应用到加密货币场景中时，会带来大量的跨分片交易，严重影响交易执行速度。
发明内容
针对现有技术中存在的引入了额外的跨分片事务，且显著影响事务延迟的不足，本发明的目的在于提供一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，实现了横向可扩展性，该方法可以运用于所有受监管的加密货币；通过减少跨分片事务来线性提高事务吞吐量，同时保持低延迟。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，所述分片方法中，包括一个一层网络和若干个二层网络组成的加密货币多层网络；所述一层网络和二层网络都是联盟区块链网络；所述一层网络中包括一层网络主节点和一层网络验证节点；每个所述的二层网络中包括二层网络主节点、二层网络验证节点和终端用户；所述一层网络主节点是加密货币发行主节点；所述二层网络主节点是加密货币服务提供商；所述一层网络验证节点和二层网络验证节点分别用于验证各自主节点的操作；所述终端用户在交易中向所述二层网络发起交易请求，分片将交易请求划分到不同的二层网络，不同的终端用户连接到不用的专用二层网络中。
进一步地，不同的所述终端用户通过访问不同的所述二层网络来使用加密货币，所述终端用户再次使用所述加密货币时，必须向同一个二层网络发送请求；不同的二层网络可以并行处理事务，无需增加额外的跨分片通信成本。
进一步地，所述一层网络由0级和1级机构组成，所述二层网络由1级和2级机构组成；所述0级机构是中央银行或国家监管机构，所述0级机构用于发行和赎回其受监管的加密货币；所述1级机构用于分发和流通所述0级机构发行的加密货币。
进一步地，所述一层网络主节点由所述0级机构运营，所述一层网络验证节点为第三方验证节点或1级机构，用以验证所述一层网络主节点的操作；所述二层网络主节点由所述1级机构运营，为所述终端用户提供服务。
进一步地，各个所述的二层网络将每个所述的终端用户的令牌保存在其本地数据库中。
进一步地，所述终端用户包括公共用户和企业用户，所述终端用户通过连接所述二层网络验证节点来访问加密货币服务。
进一步地，所述二层网络内，终端用户一向终端用户二支付一个加密货币，所述二层网络内消耗代币并为终端用户二产生一个新加密货币，同时为终端用户一产生一个零钱加密货币；所述新加密货币和所述零钱加密货币均保留在所述二层网络内。
更进一步地，所述终端用户一在交易中向所述二层网络发送交易请求；在所述二层网络的账本中记录后，请求才会成功；所述终端用户一和所述终端用户二钱包存在于所述二层网络中，每个终端用户可以在不同的二层网络上拥有多个钱包；所述钱包的信息存储于所述二层网络主节点中。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，可以有效提升受监管加密货币场景中系统的整体性能，实现了横向可扩展性，该方法可以运用于所有受监管的加密货币；通过减少跨分片事务来线性提高事务吞吐量，同时保持低延迟。
附图说明
图1为本发明中加密货币多层网络的结构示意图。
图2为本发明提供的基于UTXO分片的系统结构图。
图3为本发明提供的基于UTXO分片方法的交易流程图。
图4为本发明提供的基于UTXO分片方法的程序逻辑图。
图5为实施例中的测试网络架构示意图。
图6与图7实施例中相关性能的测试结果。
其中，1-一层网络；2-二层网络；101-一层网络主节点；102-一层网络验证节点；201-二层网络主节点；202-二层网络验证节点；203-终端客户；204-终端用户一；205-终端用户二；206-终端用户三；207-终端用户四；208-终端用户五；209-令牌一；210-令牌二；211-令牌三；212-令牌四；213-代币；214-零钱加密货币；215-新加密货币；216-人机支付商户；217-人人支付商户。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，一个由一层网络1和二层网络2组成的加密货币多层网络。一层网络1和二层网络2都是联盟区块链网络。一层网络主节点101是加密货币发行主节点。二层网络主节点201是加密货币服务提供商。一层网络验证节点102和二层网络验证节点202都用以验证主节点的操作。终端客户203可以通过访问任何二层网络2来使用加密货币。
受监管的加密货币可以在分层模型中运行，其中0级机构发行和赎回其受监管的加密货币。0级机构通常是中央银行或国家监管机构。在一些受监管的加密货币项目中，0级机构允许1级机构直接发行和赎回其加密货币。此外，1级机构可以分发和流通顶层机构发行的加密货币。在图1中，一层网络1由0级机构和1级机构组成。一层网络主节点101由0级机构运营，它可以发行和兑换加密货币。一层网络验证节点102可以是第三方验证节点或2级机构，以验证一层网络主节点101的操作。二层网络2由1级和2级机构组成。图1中显示了两个二层网络2。二层网络主节点201由1级机构运营，可为终端用户203提供服务。
终端用户包括公共用户和企业用户，其中公共用户不能成为许可区块链中的节点，因为每个参与者都需要部署一个具有固定I P地址的服务节点来执行业务逻辑。另外，加入网络需要得到网络的认可，耗费大量时间。终端用户203可以通过连接二层网络验证节点202来访问加密货币服务。
如图2中，分片将交易请求划分到不同的二层网络2中。不同的终端用户可以连接到不同的专用二层网络中。比如，终端用户一204和终端用户二205连接到一个二层网络中；终端用户三206、终端用户四207和终端用户五208连接到另一个二层网络中。专用的二层网络2将各个令牌保存在其本地数据库中。如图2中，令牌一209、令牌二210、令牌三211和令牌四212分别属于终端用户一204、终端用户二205、终端用户三206和终端用户四207。
如图3中显示的是一个二层网络2内的交易，终端用户一204向终端用户二205支付一个加密货币(UTXO)。该交易消耗代币213并为终端用户二205产生一个新加密货币215，同时为终端用户一204产生一个零钱加密货币214。新加密货币215和零钱加密货币214仍然保留在二层网络2内。
终端客户一204在交易中向二层网络2发送请求。只有在二层网络2的账本中记录后，请求才会成功。终端用户一204和终端用户二205作为钱包存在于二层网络2中，每个终端用户可以在不同的二层网络上拥有多个钱包。二层网络主节点会存储钱包信息。
如图4中描述了该方法如何处理事务。终端客户向服务提供商(二层网络)发起交易请求。然后服务提供商构建交易并将其发送给网络主节点进行验证，之后交易完成。
如果加密货币所有者再次使用该加密货币，他们必须向同一二层网络发送请求。通过基于UTXO的分片用户会自动将请求分流到相应的二层网络中。而后二层网络可以直接更新网络中的加密货币数据。当收款方再次使用收到的加密货币时，它需要根据基于UTXO的分片向同一个二层网络再次发送请求。因此，不同的二层网络可以并行处理事务的同时，无需增加额外的跨分片通信成本。
如图5中描述了该分片方法在实际场景中的应用。在二层网络2中，二层网络主节点201决定交易有效性，并且二层网络验证节点202工作以验证主节点201没有故障。使用Jmeter模拟终端用户一204和终端用户二205，并通过RPC端口向二层网络2发起交易请求。然后网络处理交易并将其发送给二层网络主节点201。我们模拟两种类型的商户来覆盖支付场景：人人支付商户217和人机支付商户216。
我们利用Corda构建加密货币网络。Corda交易需要收款人和付款人的签名。我们为二层网络主节点201部署节点作为付款人，并为每个商家部署节点作为收款人。此外，我们的实验随机模拟交易请求，并将不同商家的时间间隔考虑到实际应用场景：
人人支付商户(HHPM)。以食堂的场景为例，食堂工作人员需要在交易中准备食物。我们实地多次测量交易所需时间，得到每笔交易平均需要18.7秒。
人机支付商户(HMPM)。以自动售货机的场景为例，人机支付比人机支付更高效。们实地多次测量交易所需时间，得到每笔交易平均需要11.3秒。
在每个实验中，我们执行以下步骤：
一层网络的负责人向二层网络中的每个终端用户发行1000元的加密货币。
一层网络主节点将不同的加密货币平均分配给每个二层网络主节点。这可以平衡地将事务请求分配给二层网络服务节点(未图示)，二层网络服务节点接受到终端用户的请求后，会转发给二层网络主节点。
随机选择钱包与随机商户开始交易。测量相关的性能指标数据。
图6和图7显示了实验结果，从中可以看到事务吞吐量和延迟皆表现良好。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：所述分片方法中，包括一个一层网络和若干个二层网络组成的加密货币多层网络；所述一层网络和二层网络都是联盟区块链网络；所述一层网络中包括一层网络主节点和一层网络验证节点；每个所述的二层网络中包括二层网络主节点、二层网络验证节点和终端用户；所述一层网络主节点是加密货币发行主节点；所述二层网络主节点是加密货币服务提供商；所述一层网络验证节点和二层网络验证节点分别用于验证各自主节点的操作；所述终端用户在交易中向所述二层网络发起交易请求，分片将交易请求划分到不同的二层网络，不同的终端用户连接到不用的专用二层网络中进行交易。
2.如权利要求1所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：不同的所述终端用户通过访问不同的所述二层网络来使用加密货币，所述终端用户再次使用所述加密货币时，必须向同一个二层网络发送请求；不同的二层网络可以并行处理事务，无需增加额外的跨分片通信成本。
3.如权利要求1所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：所述一层网络由0级和1级机构组成，所述二层网络由1级和2级机构组成；所述0级机构是中央银行或国家监管机构，所述0级机构用于发行和赎回其受监管的加密货币；所述1级机构用于分发和流通所述0级机构发行的加密货币。
4.如权利要求3所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：所述一层网络主节点由所述0级机构运营，所述一层网络验证节点为第三方验证节点或1级机构，用以验证所述一层网络主节点的操作；所述二层网络主节点由所述1级机构运营，为所述终端用户提供服务。
5.如权利要求1所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：各个所述的二层网络将每个所述的终端用户的令牌保存在其本地数据库中。
6.如权利要求1所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：所述终端用户包括公共用户和企业用户，所述终端用户通过连接所述二层网络验证节点来访问加密货币服务。
7.如权利要求1所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：所述二层网络内，终端用户一向终端用户二支付一个加密货币，所述二层网络内消耗代币并为终端用户二产生一个新加密货币，同时为终端用户一产生一个零钱加密货币；所述新加密货币和所述零钱加密货币均保留在所述二层网络内。
8.如权利要求7所述的一种用于受监管加密货币场景中的基于UTXO的分片方法，其特征在于：所述终端用户一在交易中向所述二层网络发送交易请求；在所述二层网络的账本中记录后，请求才会成功；所述终端用户一和所述终端用户二钱包存在于所述二层网络中，每个终端用户可以在不同的二层网络上拥有多个钱包；所述钱包的信息存储于所述二层网络主节点中。
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