CN108876618A - 一种交换区块链系统及相应的通用区块链互操作方法和网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交换区块链系统及相应的通用区块链互操作方法和网络，属于区块链技术领域。所述交换区块链系统包括应用层模块、合约层模块、共识层模块和适配层模块。所述通用区块链互操作方法包括：部署跨链操作智能合约；执行跨链操作智能合约。所述通用区块链互操作网络包括：所述交换区块链系统、交互操作的区块链。本发明提供的交换区块链系统及相应通用区块链互操作方法和网络，解决了目前跨链系统在目标链数目、交互功能、同构异构、中心化的诸多限制，是一种全面系统的跨链互通方案。

Description

一种交换区块链系统及相应的通用区块链互操作方法和网络

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种交换区块链系统及相应的通用区块链互操作方法和网络。

背景技术

如今，区块链技术飞速发展，基于不同技术特征和面向不同应用领域的区块链系统层出不穷，如比特币、以太坊等。在将区块链技术应用到现实场景的过程中，用户逐渐发现靠单个区块链解决行业问题越来越难。因为用户在区块链网络规模、使用成本、交易性能和隐私保护等方面存在不同的需求，往往需结合使用两个或者多个区块链系统，有时还要和非区块链系统进行互通。

现阶段，由于还没有提出统一的区块链交互标准，给解决多个区块链系统或非区块链系统之间跨链问题带了一定困难。现有的跨链解决方案存在诸多限制，比如限于两个系统之间，限于同构网络，限于代币价值交换，限于中心化方式等。

申请号为201710232528.5的中国专利申请公开了一种区块链之间的跨链互操作方法。该跨链互操作方法，应用于跨链资产交换，在一场跨链交易中存在至少一个发送者S和至少一个接收者R，其中|S|＞0，|R|＞0，且|S∪R|≥2，方法包括：每一个接收者Rx都生成自己的秘密随机数，并公开Nx＝nx·，其中G是椭圆曲线上的基点；得到每一个Nx后，对其求和计算：为每一对发送者和接收者生成一个合约账户；每一个发送者Si都将自己的资产发送到对应的合约账户C(i，j)中；当所有资产都发送完毕后，每一个接收者Rj都公开自己的秘密随机数nj；在所有秘密随机数都被公开之前，任何人都无法转移资产，当所有秘密随机数都公开后，每一个接收者都可以对Nx求和计算并转移资产，如果在超时时间t到达后仍无法计算出Nx的和，则交易可以被撤销。该方案限于两个同构网络之间的跨链互操作，且限于跨链资产交换。

发明内容

本发明目的是提供一种能实现不同异构区跨链系统间、区块链和非区块链系统间的互操作，并由智能合约保证整个跨链业务逻辑的事务一致性的交换区块链系统以及相应的跨链操作方法和网络。

一方面，提供了一种交换区块链系统，包括：

应用层模块，用于支持操作原语，所述操作原语用于描述跨链业务的操作逻辑；

合约层模块，用于实现跨链业务，所述跨链业务由一系列操作组成，所有操作的顺序组合构成跨链操作智能合约；

共识层模块，用于通过共识机制保证跨链业务的执行过程可信；

适配层模块，用于实现异构区块链的协议转换和消息通信。

进一步而言，所述应用层模块对外部各个区块链系统及各个账户进行统一标识。

进一步而言，所述统一标识包括全局区块链ID和全局账户ID，所述全局区块链ID和区块链类型绑定，所述全局账户ID和相应全局区块链ID下账户ID绑定。

进一步而言，全局区块链ID绑定后不可解绑，也不可修改；全局账户ID绑定后不可解绑，但能够通过再次绑定进行修改。

进一步而言，跨链业务为由指定的全局账户在指定的全局区块链上向目标全局账户转账代币。

进一步而言，交换区块链系统能够执行智能合约，所述智能合约包含由指定的全局账户在指定的全局区块链上的操作。

进一步而言，所述交换区块链系统支持容错处理，具体包括：

若未达到最大重试次数，则重试当前执行失败的指令；

若达到最大重试次数，则事务回退。

进一步而言，所述合约层模块能够区分事务操作和非事务操作。

进一步而言，所述共识机制为可插拔共识机制。

进一步而言，所述可插拔共识机制包括BFT、DBFT、PoS和DPos。

进一步而言，所述适配层模块对接所有区块链API接口。

进一步而言，所述适配层模块对全局区块链ID和全局账户ID进行解析。

进一步而言，所述适配层模块还获取目标区块链的操作结果。

进一步而言，所述适配层模块获取目标区块链操作结果的方式为日志监听和/或定时查询。

另一方面，提供了一种通用区块链互操作方法，所述方法包括：

部署跨链操作智能合约的步骤，包括以下过程：

过程101：交换区块链系统接受第一区块链中第一用户和第二区块链中第二用户注册各自的账户的请求；

过程102：交换区块链系统绑定第一区块链、第二区块链，关联第一用户在第一区块链和第二区块链的账户地址以及第二用户在第一区块链和第二区块链的账户地址；

过程103：交互区块链系统接受第一用户和第二用户提交的跨链操作智能合约；

过程104：交互区块链系统确认跨链操作智能合约是否生效，如生效进入执行跨链操作智能合约的步骤；

执行跨链操作智能合约的步骤，包括以下过程：

过程201：预处理，即交互区块链系统判断跨链操作智能合约的操作输入信息完整性及操作权限；

过程202：交互区块链系统将跨链操作智能合约的第一区块链中的操作解析成调用第一区块链对应的API并向第一区块链节点发送调用请求；

过程203：交互区块链系统获取第一区块链对应的API执行结果；

过程204：交互区块链系统将跨链操作智能合约的第二区块链中的操作解析成调用第二区块链对应的API并向第二区块链节点发送调用请求；

过程205：交互区块链系统获取第二区块链对应的API执行结果；

所述交换区块链系统为如权利要求1～14任一所述的交换区块链系统。

进一步而言，所述跨链操作智能合约中包括容错参数。

进一步而言，所述容错参数包括：每个操作步骤中失败情况的处理步骤、每个操作步骤是否可以重试、重试的最大次数及回滚步骤。

进一步而言，所述跨链操作智能合约包括以下回退操作：

如第一用户在第一区块链上向第二用户发起操作失败，则回退该操作；

如第二用户在第二区块链上向第一用户发起操作失败，则回退该操作和与该操作相对应的之前由第一用户在第一区块链上向第二用户发起的操作。

进一步而言，交互区块链系统通过判断第一用户和第二用户是否对智能合约内容进行了签名确认跨链操作智能合约是否生效。

进一步而言，所述执行跨链操作智能合约还包括将跨链操作结果通知用户的操作。

进一步而言，所述预处理自动执行，包括：

检查用户对智能合约的操作权限；若不满足权限要求，跨链操作终止；

获取操作输入数据成功后，发起共识；否则，跨链操作终止。

进一步而言，所述获取所述API执行结果的方式包括日志监听和/或定时查询。

进一步而言，根据所述获取API执行结果进行以下判断：

若未获取到API执行结果，则跨链操作终止；

若API执行结果为成功，则继续执行下一操作；

若API执行结果为失败，则调用重试流程；重试成功，则执行下一操作；重试达到最大次数，回滚。

再一方面，提供一种通用区块链互操作网络，包括：

上述技术方案所述的交换区块链系统以及目标区块链，所述目标区块链通过交互区块链进行交互操作。

进一步而言，所述目标区块链是异构的区块链。

进一步而言，所述通用区块链互操作网络还包括非区块链系统，通过交换区块链进行交互操作。

又一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述技术方案所述通用区块链互操作方法的步骤。

本发明的有益效果如下：

利用本发明的交换区块链系统控制整体跨链操作流程，通过设计跨链通信协议实现不同异构网络之间的统一抽象逻辑定义。交换区跨链内部实现跨链通信操作逻辑和目标系统API的适配，可以实现任何异构系统之间的任何互操作。

本发明的通用区块链互操作方法和网络，解决了目前跨链系统在目标链数目、交互功能、同构异构、中心化的诸多限制，是一种全面系统的跨链互通方案。该方法可以应用于数字资产汇兑、质押、发行，去中心化交易所，支付等场景。

附图说明

图1是本发明实施例的通用区块链互操作分层结构示意图。

图2是本发明实施例的跨链操作方法流程图。

图3是本发明实施例的交换区块链系统事务处理流程图。

图4是本发明实施例的通用区块链互操作网络模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并构成对本发明的限定。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

请参见图1，其示出了一种通用区块链互操作系统中逻辑分层结构。

按照ISO/OSI分层设计思想，交换区块链系统可以从逻辑上分为：应用层、合约层、共识层和适配层。在应用层，业务逻辑需要由统一的、基于权限控制的操作原语描述；在合约层，通过编写操作流程实现完整功能，兼顾跨链数据一致性；在共识层，由共识机制保证执行过程可信，数据透明不可篡改；适配层实现异构区块链的协议转换和消息通信。

a.应用层

应用层采用的操作原语主要关注抽象层面的互操作描述，对不同的区块链系统，不同的账户地址空间进行统一标识。操作逻辑中定义全局区块链ID为gChainId，全局账户ID为gUserId。操作逻辑支持gChainId和区块链类型的绑定，支持gUserId和多个gChainId下的账户ID绑定(为了保证数据前后一致性，gChainId不可以解绑定，也不可以修改；gUserId不可以解绑定，但可以通过再次执行bind命令修改)。绑定的操作原语示例如下：

bind(gChainId，“区块链网络”)

bind(gUserId，gChainId，“区块链账户地址”)

指定账户gUserId1向目标账户gUserId2在指定区块链gChainId上转账tokenAddress对应的代币数量n，相应操作原语示例如下：

transfer(gUserId1，gUserId2，gChainId，n，tokenAddress)

用户gUserId在指定区块链gChainId上调用contractAddress合约操作oper，输入参数为data，相应操作原语示例如下：：

call(gUserId，gChainId，contractAddress，oper，data)

统一操作的执行需要得到对应的用户授权，如果权限不足，则操作无法执行。每个操作需要明确权限要求，比如：转账操作必须得到账户所有者的签名，目标区块链的合约方法必须得到合约所有者(或者控制者)的签名。

b.合约层

交换区块链系统中的智能合约就是一次跨链操作中的所有操作的顺序组合。交换区块链系统与所有目标系统(区块链和非区块链)连接，可以获取到所有操作的输入数据，比如跨链交易中的汇率。为了提高合约执行效率，需要在执行前进行预处理，即判断是否所有的操作都得到了相应的用户授权，如果不满足，则智能合约不能执行。

智能合约的另一关键特性在于对事务的支持。类似跨链代币原子交换，两条区块链系统的交易必须都成功，如果链A上转账失败，则链B上的转账也不会发生。那么，智能合约就需要保证容错，一种方式是重试当前失败的执行指令；另一种方式是回退之前操作。通过关键字transaction，commit定义当前代码段为事务处理过程，否则为正常处理过程。

c.共识层

交换区块链系统本身也是一个区块链网络，具备BFT(Byzantine FaultTolerance，拜占庭容错)或PoS(ProofofStake，权益证明)可插拔共识机制或者类似共识协议的改进方案，比如DBFT(delegated BFT，授权拜占庭容错)或DPoS(delegated PoS，授权权益证明)，可以较为高效的解决多节点参与情况下的典型分布式一致性问题，同时具备拜占庭容错功能。

d.适配层

在适配层，交换区块链系统对全局区块链ID和全局账户ID进行解析，实现全局系统和目标系统之间的功能映射，并具备对接所有区块链API接口的能力。协议适配层还负责获取目标区块链的操作结果，使用日志监听的方式或定时查询的方式。

实施例二

请参见图2，其示出了一种通用区块链互操作方法流程图，说明如下。

第一阶段为合约签署过程：

步骤101，用户a和用户b在交换区块链系统中注册各自的账户。

步骤102，交换区块链系统绑定目标区块链系统A，B和汇率中心C，并自动关联用户a、b在区块链系统A，B的账户地址a@A，a@B，b@A，b@B。

步骤103，用户a或b向交互区块链提交智能合约，内容如下：1)a向b在区块链A上转入m个代币，2)b随即向a在区块链B上转入n(根据汇率中心C的数据，n＝m*k，k为汇率)个代币。如果1)执行失败，则流程回退(无操作)，不重试。如果2)执行失败，则回退已完成的本步骤1)。事务处理流程参见图3。

智能合约的提交也可以由其它用户操作。

步骤104，用户a和用户b对合约的内容进行签名，保证所有操作满足权限要求。此时合约内容正式生效。交互区块链系统通过判断用户a和用户b是否对智能合约内容进行了签名来确认跨链操作智能合约是否生效。

第二阶段为合约执行过程：

步骤201，当用户a和b都完成签名时，合约自动开始执行。

交换区块链系统进行预处理，包括1)检查合约操作权限是否要求满足，2)汇率k获取成功，然后发起共识。

预处理阶段，如果权限要求不满足，则跨链操作终止，不需要回滚。

预处理阶段，如果汇率中心数据获取失败，则跨链操作终止，不需要回滚。

步骤202，共识完成后，适配层将跨链操作智能合约中对区块链A中的操作解析成调用区块链A的API请求，从a@A向b@A转账m个代币。

如果转账失败，则跨链操作终止，不需要回滚。

步骤203，适配层得到日志消息或查询有效，b@A收到了m个代币的转账。如果b@A在时间t内没有收到日志消息且查询无结果，则跨链操作终止，不需要回滚。

步骤204，适配层将跨链操作智能合约中对区块链B中的操作解析成调用区块链B的API请求，从b@B向a@B转账n(按照步骤201中的汇率k计算)个代币。

如果转账失败，则跨链操作终止，执行回滚b@A向用户a@A退回m个代币。

步骤205，适配层得到日志消息或查询有效，a@B收到了n个代币的转账，事务成功结束。

如果中间账户a@B在时间t内没有收到日志消息且查询无结果，则跨链操作终止，b@A向用户a@A退回m个代币。

参照图3，如果智能合约中某一操作执行成功，则继续执行该智能合约中下一操作，直到所有操作完成；如果执行失败，则调用重试流程，重试成功则执行下一操作；重试达到最大次数后，则进入回滚操作。

实施例三

请参见图4，其示出了一种通用区块链互操作网络模型。其中，包括交换区块链系统X、区块链系统A、区块链系统B以及非区块链系统C，其中C为中心化网络。交换区块链系统X由多个分布式节点组成。交换区块链系统X与区块链系统A及区块链系统B互联。因为区块链系统A及区块链系统B运行自有的网络协议，所以交换区块链系统X在与区块链系统A及区块链系统B进行数据交互时，需要经过相应的代理节点。代理节点负责将交换区块链系统X内部的通用协议转换为目标区块链系统A或B特有的网络协议，实现数据的交互。同时，交换区块链系统X还可以和目标中心化网络C交互，通过中心化网络C客户端完成网络协议转换。这样一来，所有区块链和非区块链系统之间实现了数据共享和互操作。

区块链系统A和区块链系统B可以是同构的区块链也可以是异构的区块链。交换区块链系统的结构和工作原理参见实施例一，跨链操作方法参见实施例二。

上述实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解，实时上述实施例的全部或者部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。

Claims (27)

1.一种交换区块链系统，其特征在于，包括：

应用层模块，用于支持操作原语，所述操作原语用于描述跨链业务的操作逻辑；

合约层模块，用于实现跨链业务，所述跨链业务由一系列操作组成，所有操作的顺序组合构成跨链操作智能合约；

共识层模块，用于通过共识机制保证跨链业务的执行过程可信；

适配层模块，用于实现异构区块链的协议转换和消息通信。

2.如权利要求1所述的交换区块链系统，其特征在于，所述应用层模块对外部各个区块链系统及各个账户进行统一标识。

3.根据权利要求2所述的交换区块链系统，其特征在于，所述统一标识包括全局区块链ID和全局账户ID，所述全局区块链ID和区块链类型绑定，所述全局账户ID和相应全局区块链ID下账户ID绑定。

4.如权利要求3所述的交换区块链系统，其特征在于，全局区块链ID绑定后不可解绑，也不可修改；全局账户ID绑定后不可解绑，但能够通过再次绑定进行修改。

5.根据权利要求3或4所述的交换区块链系统，其特征在于，跨链业务为由指定的全局账户在指定的全局区块链上向目标全局账户转账代币。

6.根据权利要求3或4所述的交换区块链系统，其特征在于，交换区块链系统能够执行智能合约，所述智能合约包含由指定的全局账户在指定的全局区块链上的操作。

7.根据权利要求1所述的交换区块链系统，其特征在于，所述交换区块链系统支持容错处理，具体包括：

若未达到最大重试次数，则重试当前执行失败的指令；

若达到最大重试次数，则事务回退。

8.根据权利要求1所述的交换区块链系统，其特征在于，所述合约层模块能够区分事务操作和非事务操作。

9.根据权利要求1所述的交换区块链系统，其特征在于，所述共识机制为可插拔共识机制。

10.根据权利要求9所述的交换区块链系统，其特征在于，所述可插拔共识机制包括BFT、DBFT、PoS和DPos。

11.根据权利要求1所述的交换区块链系统，其特征在于，所述适配层模块对接所有区块链API接口。

12.根据权利要求3所述的交换区块链系统，其特征在于，所述适配层模块对全局区块链ID和全局账户ID进行解析。

13.根据权利要求1所述的交换区块链系统，其特征在于，所述适配层模块还获取目标区块链的操作结果。

14.根据权利要求13所述的交换区块链系统，其特征在于，所述适配层模块获取目标区块链操作结果的方式为日志监听和/或定时查询。

15.一种通用区块链互操作方法，其特征在于，所述方法包括：

部署跨链操作智能合约的步骤，包括以下过程：

过程101：交换区块链系统接受第一区块链中第一用户和第二区块链中第二用户注册各自的账户的请求；

过程102：交换区块链系统绑定第一区块链、第二区块链，关联第一用户在第一区块链和第二区块链的账户地址以及第二用户在第一区块链和第二区块链的账户地址；

过程103：交互区块链系统接受第一用户和第二用户提交的跨链操作智能合约；

过程104：交互区块链系统确认跨链操作智能合约是否生效，如生效进入执行跨链操作智能合约的步骤；

执行跨链操作智能合约的步骤，包括以下过程：

过程201：预处理，即交互区块链系统判断跨链操作智能合约的操作输入信息完整性及操作权限；

过程202：交互区块链系统将跨链操作智能合约的第一区块链中的操作解析成调用第一区块链对应的API并向第一区块链节点发送调用请求；

过程203：交互区块链系统获取第一区块链对应的API执行结果；

过程204：交互区块链系统将跨链操作智能合约的第二区块链中的操作解析成调用第二区块链对应的API并向第二区块链节点发送调用请求；

过程205：交互区块链系统获取第二区块链对应的API执行结果；

所述交换区块链系统为如权利要求1～14任一所述的交换区块链系统。

16.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，所述跨链操作智能合约中包括容错参数。

17.根据权利要求16所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，所述容错参数包括：每个操作步骤中失败情况的处理步骤、每个操作步骤是否可以重试、重试的最大次数及回滚步骤。

18.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，所述跨链操作智能合约包括以下回退操作：

如第一用户在第一区块链上向第二用户发起操作失败，则回退该操作；

如第二用户在第二区块链上向第一用户发起操作失败，则回退该操作和与该操作相对应的之前由第一用户在第一区块链上向第二用户发起的操作。

19.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，交互区块链系统通过判断第一用户和第二用户是否对智能合约内容进行了签名确认跨链操作智能合约是否生效。

20.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，所述执行跨链操作智能合约还包括将跨链操作结果通知用户的操作。

21.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，所述预处理自动执行，包括：

检查用户对智能合约的操作权限；若不满足权限要求，跨链操作终止；

获取操作输入数据成功后，发起共识；否则，跨链操作终止。

22.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，所述获取所述API执行结果的方式包括日志监听和/或定时查询。

23.根据权利要求15所述的通用区块链互操作方法，其特征在于，根据所述获取API执行结果进行以下判断：

若未获取到API执行结果，则跨链操作终止；

若API执行结果为成功，则继续执行下一操作；

若API执行结果为失败，则调用重试流程；重试成功，则执行下一操作；重试达到最大次数，回滚。

24.一种通用区块链互操作网络，其特征在于，包括：

权利要求1～14任一所述的交换区块链系统以及目标区块链，所述目标区块链通过交互区块链进行交互操作。

25.根据权利要求24所述的通用区块链互操作网络，其特征在于，所述目标区块链是异构的区块链。

26.根据权利要求25所述的通用区块链互操作网络，其特征在于，所述通用区块链互操作网络还包括非区块链系统，通过交换区块链系统进行交互操作。

27.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求15～23所述通用区块链互操作方法的步骤。