一种解决区块链互联网中间链可伸缩性问题的方法与流程

本发明涉及区块链互联网领域，特别是一种解决区块链互联网中间链可伸缩性问题的方法。

背景技术：

区块链(blockchain,bc)是分布式数据库系统，也可以理解为由多个节点共同维护的分布式账簿技术(distributedledgertechnology,dlt)，其特点是不易篡改，很难伪造，可追溯。

区块链互联网(internetofblockchains,iob)是一种基于区块链搭建的价值网络。区块链互联网由千百条区块链互联而构成。参与链与参与链之间的互联互通，在大多数区块链互联网网络模型中，都是通过一个遍布全球的中间链的协助来完成。在区块链互联网的模型中，中间链的地位和作用，显得格外重要。由于所有参与链之间的互通和价值传递，都要通过中间链的介入和协助，显然，中间链极易成为区块链互联网的性能瓶颈。解决好区块链互联网中间链的可伸缩性问题，服务好千百条区块链的互联互通和价值传递，是区块链互联网成功的关键。

区块链互联网是价值网络，对于安全性要求极高，对数据的隐私也有要求。同时，区块链互联网的处理速度要求也很高。基于此，区块链互联网的核心系统中间链的共识算法主要采用实用拜占庭容错算法或其变种。拜占庭容错共识算法，与目前公有链中流行使用的工作量证明pow共识算法相比，在共识结果的确定性和共识速度方面，有明显优势，但是，在节点数的可伸缩性方面，有所不足。在以拜占庭容错算法为共识机制的区块链中，增加区块链节点数量，不能增加整个区块链系统的性能，相反地，还会在一定程度上降低整体系统性能。部署在全球范围内的区块链互联网中间链，接入的对象多，服务的对象多，中间链节点数量不会少。怎样解决中间链的可伸缩性问题，提高系统整体性能，是一个极大的挑战。

技术实现要素：

为了解决区块链互联网中间链的节点规模和系统性能的矛盾，本发明提出一种解决区块链互联网中间链可伸缩性问题的方法。

作为服务于全球区块链互联网的中间链，会在各大洲不同的地域部署许多区块链节点。如果让中间链中的所有区块链节点都加入到参与链之间的互联互通和价值传递的共识中去，中间链的共识速度，会因为参与共识的节点数太多而大幅减慢。如果是这种设计，千百条参与链都要通过中间链这一条链，中间链会成为参与链互联互通的最严重的瓶颈，显然，该设计不具可操作性。

本发明所设计的中间链体系架构是层次架构，两层结构，多链并行。如图1所示。架构的顶层为主链层。主链层只有一条链，为中间链主链。中间链主链，由中间链的多个节点维护。架构的底层是子链层，有众多子链。每条子链，服务于两个参与链之间的互通和价值传递。每条子链由7个区块链节点组成，其中，中间链出3个节点，两个参与链，每个参与链出2个节点，一共7个节点。每个参与链的这两个节点，称为链关节点。根据拜占庭容错算法，由7个节点组成的区块链网络，可以容错2个节点。所以，任一参与链的两个链关节点同时作弊，都不会影响到跨链交易的共识安全。以此方式，千百条参与链的互联互通和价值传递任务，由子链层中的众多子链分担，从而解决了中间链性能瓶颈的问题，解决了区块链互联网中间链可伸缩性的难题。

区块链互联网的中间链主链，负责中间链所有节点的组织和管理工作。同时，所有参与链以及参与链的链关节点的登记注册和信誉记录等信息，记录在中间链主链上。每一对参与链之间的互通，需要中间链中的3个节点。这3个节点的选取，由中间链主链通过一定的算法来决定。

区块链互联网的中间链子链，只负责记录与其相关的两个参与链之间的跨链交易。参与链的链关节点，全权代表其参与链，与区块链互联网中的其它参与链交互。参与链的链关节点，除了运行其参与链的区块链程序之外，还要同时安装和运行中间链子链的区块链程序。并且，参与链的链关节点要向区块链互联网中间链主链注册登记，进行身份验证。注册登记成功后，中间链会根据参与链的链关位置，要互通的对方参与链的链关位置，以及其它有关信息，计算和选取3个合适的中间链节点，和两个参与链的链关节点一起，构成一个由7个节点组成的中间链子链网络。

粗略地看，如果有n个参与链，两两之间全互联，势必需要n(n-1)/2个中间链子链，需要3xn(n-1)/2个中间链节点。随着n的增大，需要的子链数，以及需要的中间链节点数，也会很大。我们的解决方法是，在参与链申请与其它参与链要进行价值传递时，中间链会根据现有节点的负载情况，根据双方参与链的链关物理位置，根据中间链传输网络的流量分布现况等信息，可以选择性地复用某组已用的中间链子链网络节点。复用的中间链节点，是支持多个子链网络同时存在，多个子链的链表独立记录的。

从另一个方面来看，区块链互联网不同于传统的服务于信息传递的互联网，区块链互联网是价值网络，承载的是价值，数字资产，数字货币，传递的是有价资产。基于此，参与链之间的业务关系的建立，也会极为谨慎。所以，在区块链互联网上，不可能出现所有参与链一定要两两全互联的需求。这从另一个方面，降低了对中间链子链数量的需求，特别是降低了对中间链子链网络节点的数量需求。从而进一步保证，本发明提出的解决区块链互联网可伸缩性问题的方法，具有可操作性，是切实可行的。

对于参与链来说，链关节点也可以复用。一个参与链与多个参与链的互通和价值传递，都可以通过这个参与链的同样两个链关节点进行。在这两个复用的链关节点上，对于每一个对方参与链，相应的跨链交易都有一条独立的链来记录信息。同样的账本信息，在对方参与链的链关节点上，和相关的中间链子链节点上，都有记录。这也是区块链的分布式独立账本的特点和魅力。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。这些附图不是按比例绘制的。

图1是区块链互联网中间链层次结构图；

图2是中间链主链和中间链子链示意图；

图3是中间链子链节点复用示意图；

图4是参与链链关节点复用示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面通过实施例的方式，对本发明做进一步的描述。

实施例1，在区块链互联网中，参与链a要和参与链b互通和价值传递，参与链b要和参与链c互通和价值传递。需要两个中间链子链网络服务于价值传递，每个子链网络需要7个节点。请参看图2。中间链节点中的7个节点，n1至n7，形成中间链主链，负责中间链所有节点的组织和管理工作。同时，所有参与链以及参与链的链关节点的登记注册和信誉记录等信息，记录在中间链主链上。

参与链a要加入区块链互联网，与参与链b交互。参与链a在其所有节点中，选出两个节点a1和a2做链关节点。链关节点a1和a2，全权代表参与链a，与参与链b交互。链关节点a1和a2，除了运行参与链a的区块链程序之外，还同时运行中间链子链的区块链程序。并且，链关节点a1和a2，向区块链互联网中间链主链注册登记，进行身份验证。注册登记成功后，中间链根据参与链a的链关位置，和参与链b的链关位置，以及其它相关信息，计算和选取中间链的3个节点n8-n10。这3个节点，和参与链a的两个链关节点a1和a2，参与链b的两个链关节点b1和b2，一共7个节点，构成中间链子链甲网络，服务于参与链a和参与链b之间的互联互通和价值传递。中间链子链甲网络，只负责记录参与链a和参与链b之间的跨链交易。

同样地，中间链节点中的3个节点，n11-n13，参与链b的两个链关节点b3和b4，参与链c的两个链关节点c1和c2，一共7个节点，组成中间链子链乙网络，服务于参与链b和参与链c之间的互联互通和价值传递。中间链子链乙网络，只负责记录参与链b和参与链c之间的跨链交易。

实施例2，中间链子链节点的复用。在区块链互联网中，参与链a要和参与链b互通和价值传递，参与链e要和参与链f互通和价值传递。需要两个中间链子链网络服务于价值传递，每个子链网络需要7个节点。请参看图3。中间链的3个节点n8-n10，和参与链a的两个链关节点a1和a2，参与链b的两个链关节点b1和b2，一共7个节点，构成中间链子链甲网络，服务于参与链a和参与链b之间的互联互通和价值传递。

这3个已经服务于中间链子链甲的中间链节点n8-n10，启用其复用功能，和参与链e的链关节点e1和e2，以及对方参与链f的链关节点f1和f2，一共7个节点，一起组成一个新的中间链子链丙网络，服务于参与链e和参与链f之间的互联互通和价值传递。由于中间链节点n8-n10同时服务于中间链子链甲和中间链子链丙，所以，这3个节点上会有子链甲和子链丙两条链，有相互独立的两条链的链表数据记录。

实施例3，参与链的链关节点复用。在区块链互联网中，参与链a要和参与链b互通和价值传递，参与链b要和参与链c互通和价值传递。需要两个中间链子链网络服务于价值传递，每个子链网络需要7个节点。请参看图4。参与链b要与参与链a交互时，其链关节点b1和b2，加入到由中间链子链节点n8-n10，和参与链a的链关节点a1和a2组成的中间链子链甲网络中。相应地，参与链b和参与链a之间的跨链交易记录，在链关节点b1和b2上，记录到中间链子链甲的链表中。参与链b要与参与链c交互时，其链关节点b1和b2，启用复用功能，加入到由中间链子链节点n11-n13，和参与链c的链关节点c1和c2组成的中间链子链乙网络中。相应地，参与链b和参与链c之间的跨链交易记录，在链关节点b1和b2上，记录到中间链子链乙的链表中。两个子链的操作，以及两个链表的记录，相互独立，互不干涉。对于参与链b来说，在链关节点b1和b2上，对于每一个对方参与链，相应的跨链交易都有一本独立的账本记录，清晰明了。同样的账本信息，在对方参与链的链关节点上，和相关的中间链子链节点上，都有记录。这也是区块链的分布式独立账本的特点和魅力。

本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明范围的限制。