一种高效安全的区块链链下高频交易支付方法、系统与流程

本发明涉及区块链领域，特别涉及一种高效安全的区块链链下高频交易支付方法、系统。

背景技术：

大数据时代，整个世界数字化，并且通过互联网进入数据之海。这不仅使我们的生活更加便利，也提供了创造财富的机会。然而数据安全问题不容小觑。区块链有望在未来解决这一问题。区块链类似一个开放性的网络账本。它起源于比特币，是比特币的底层技术，交易记录的全部信息会被打包到一个“区块”中进行储存，随着信息交流的扩大，一个个区块相互连接，就形成了区块链。以比特币为代表的数字货币是一种点对点的电子现金系统，每次交易都会对网络里所有的参与者进行广播，并且经过多次确认后才被记录到账本中，这种账本就是“区块链”。每个参与者都会有自己的账本，这样当虚假信息发生时，就可以通过相互对证来破除，从而保证网络安全。在区块链中每个节点都是平等的，不存在中心化的管理机构，这种“去中心化”的特点使得区块链无需依赖第三方，其运作不需要任何人干预，能够独立地进行自我验证。另外，区块链的网络向全世界开放，任何人都可以通过公开端口进行数据查询，因而整个系统高度透明，总之，区块链是一个可信的数据库，是一个可靠的“账本”，未来在跨境支付、证券、贷款、投票等方面，都会所有应用。比如在跨境支付中，有了区块链提供安全保障，就可以随时随地向全世界汇款，这样就省去了很多中间环节和高昂的手续费。

总的来说，区块链，blockchain技术是近年来在金融科技(fintech)领域出现的一种新兴技术，其独特的去中心化、信息不可篡改、多节点集体维护性、公开性、隐私保护等属性，在基于不可信的互联网中，能记录提供可信的交易信息数据。区块链主要包括了p2p网络、密码学、共识机制、智能合约四个组成部分，通过四个领域的技术整合保证其独有的特性，区块链技术是目前唯一无需第三方就可用于记录和证明交易一致性以及公司财务准确性的工具，能满足对审计有效性、准确性和时效性的要求，在金融领域有着广阔的应用前景。该技术将首先影响支付系统、证券结算系统、交易数据库等金融基础设施，同时也可能进一步扩展到一般性金融业务，例如信用体系、反洗钱等。

在当前区块链比特币交易中，每秒支付量只能实现大约6-7笔，无法实现大量的高频交易，从而导致如下的问题：

1)交易过程中高频交易的时间成本消耗大；

2)无法支持更多的交易次数；

3)支付交易量级低下。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，一种提高效能、增加单位时间内的交易量同时提高扩容性的高效安全的区块链链下高频交易支付方法。

解决上述技术问题，本发明提供了一种高效安全的区块链链下高频交易支付方法，其特征在于，包括如下的步骤：

s1交易方在链下建立一支付通道，在链下建立一条支付通道，此时的支付与区块链无关，因为比特币的区块链上支付量级非常小，每秒大概6-7笔，所以先不通过区块链，在链下进行高频次的交易转账。

s2创建约定资金池和交易锁定时间，金池是交易双方约定的；约定时间也是双方协商而定，约定时间到达后，双方账户余额就是该段时间内的最终交易结果。

s3在所述交易锁定时间内交易方通过多签名的方式更改上述约定资金池内的余额，

s4在上述交易锁定时间到达后，则提交至区块链网络完成交易。

更进一步，方法还包括：

若交易方中由于任一一方需要在所述交易锁定时间内提前进行提交至区块链网络则可通过主动提交的方式，同时需经交易方确认。

更进一步，若交易方为双方交易，包括：第一交易方和第二交易方，则进行如下操作：

3-1)在第一交易方需要与第二交易方进行交易时，在所述第二交易方先发送给第一交易方一串经过hash处理后的值hash(r)，

3-2)所述第二交易方将原文件r发送给第一交易方，

3-3)当所述第一交易方将r进行hash处理后得到的hash(r1)，并与hash(r)相匹配；

3-4)若匹配，则交易资金划入所述第二交易方的账户中；若不匹配，则资交易金返回所述第一交易方的账户中。

更进一步，方法还包括如下步骤：

3-5)若第一交易方与第二交易方之间无法建立链下支付通道，则通过其他关联第三交易方建立链下支付通道。

上述交易双方通过各自的私钥对交易进行多签名，

上述交易双方或相关方约定支付通道交易锁定时间。

在交易锁定时间内，可多次高频进行双向支付，在通道内实现调整余额

更进一步，若交易方为多方交易，包括：第n交易方、第n+1交易方……第n+3交易方，则进行如下操作：

5-1)在所述第n交易方需要与所述第n+3交易方进行交易时，但所述第n交易方与所述第n+3交易方没有建立支付通道，

5-2)第n交易方通过一由多个支付通道串联而成的支付路径完成与所述第n+3交易方的交易。

更进一步，所述支付路径按照如下方式建立：

5-3)所述支付路径由第n交易方——第n+1交易方,第n+1交易方——第n+2交易方和第n+2交易方——第n+3交易方的多个支付通道串接而成，

5-4)在所述第n+3交易方生成原文件r’，并经过哈希处理后的hash(r’)发送给第n交易方，

5-5)所述第n+3交易方向所述第n+2交易方提供正确的r’，

5-6)所述第n+2交易方向所述第n+1交易方提供正确的r’，

5-7)所述第n+1交易方向所述第n交易方提供正确的r’，

5-8)在所述第n交易方通过第n+1交易方向提供的r’进行哈希运算得到hash(r’1)，

5-9)若hash(r’1)与hash(r’)相符合，则所述第n交易方的交易资金划入所述第n+1交易方，从所述第n+1交易方的账户划入第n+2交易方，从所述第n+2交易方的账户划入第n+3交易方，完成所述第n交易方与第n+3交易方的交易。

更进一步，方法还包括：

在上述步骤5-5)、步骤5-6)以及步骤5-7)中，若在一交易锁定时间内出示哈希正确的r’即hash(r’1)，则所述第n交易方、所述第n+1交易方、以及所述第n+2交易方会逐个与其它交易方进行支付；

若否，则通过原路径退还。

更进一步，所述交易锁定时间包括：

{锁定期t+微量极}、{锁定期t}、{锁定期t-微量极}中的一种或者多种，所述微量极为所述锁定期t的上下一个瞬间的任意时间单位的设定值。

上述交易双方通过各自的私钥对交易进行多签名，

上述交易双方或相关方约定支付通道交易锁定时间。

基于上述，本发明还提供了一种高效安全的区块链链下高频交易支付系统，包括：支付预处理单元、支付通道单元，

所述支付预处理单元，用以在交易方在链下建立一支付通道，创建约定资金池和交易锁定时间，

所述支付通道单元，用以在所述交易锁定时间内交易方通过多签名的方式更改上述约定资金池内的余额，

以及，在上述交易锁定时间到达后，则提交至区块链网络完成交易。

更进一步，所述支付预处理单元，还用以若交易方中由于任一一方需要在所述交易锁定时间内提前进行提交至区块链网络则可通过主动提交的方式，同时需经交易方确认。

原文件r’就是任意文件

只需要把原文件r发送就可以

本发明的有益效果：

1)在本发明中由于通过建立支付通道，实现链下交易，整个过程更快、可处理的交易量更多，也无需全节点验证。通过多签名的方式，完成高频次交易，效能更高，相比于比特币区块链网络每秒7笔交易提高了10个量级。此外，在多方支付时，基于交易锁定时间，在约定交易时间内确保各方的利益安全。

2)在交易支付过程中，没有多余的全节点数据共享，大大提高效能，

3)交易双方以及关联方验证，无需全节点验证。

附图说明

图1是本发明一实施例中的方法流程示意图；

图2是图1中的交易为双方交易时的流程原理图；

图3是图1中的交易为多方交易时的流程原理图；

图4是图2中的操作流程示意图；

图5是图3中的操作流程示意图；

图6是图1中的一种优选实施方式示意图；

图7是本发明一实施例中的系统结构示意图。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

在本申请中的区块链技术基于密码学中的椭圆曲线数字签名算法(ecdsa)来实现去中心化的p2p系统设计。从数据的层面来看：区块链是一种分布式数据库或称为分布式共享总账。分布式不仅体现为数据的分布式存储，也体现为数据的分布式记录区块链能实现全球数据信息的分布式记录(可以由系统参与者集体记录，而非由一个中心化的机构集中记录)与分布式存储(可以存储在所有参与记录数据的节点中，而非集中存储于中心化的机构节点中)。从效果的层面来看：区块链可以生成一套记录时间先后的、不可篡改的、可信任的数据库，这套数据库是去中心化存储且数据安全能够得到有效保证的。基于区块链的把区块以链的方式组合在一起的数据结构，适合存储简单的、有先后关系的、能在系统内验证的数据，用密码学保证了数据的不可篡改和不可伪造。它能够使参与者对全网交易记录的事件顺序和当前状态建立共识。

图1是本发明一实施例中的方法流程示意图，一种高效安全的区块链链下高频交易支付方法，提高了效能，增加了单位时间内的交易量，扩容性提高，具体而言包括如下的步骤：

步骤s1交易方在链下建立一支付通道，在步骤s1中通过在链下预先建立一条支付通道，此时的支付与区块链无关。考虑到用以比特币的区块链上支付量级非常小，每秒大概6-7笔，所以在本实施例中先不通过区块链，而是在链下进行高频次的交易转账。

步骤s2创建约定资金池和交易锁定时间，在约定交易时，建立链下一条支付通道，创建约定资金池，交易双方均可看到资金池内的余额。同时，约定交易锁定时间，比如24小时；则在24小之内，交易双方通过多签名可以随时更改约定资金池内的余额，进行高频次双向支付交易。

在本实施例中的金池是交易双方约定的，比如，若双方资金往来频率很高，则可以约定先拿出来一部分资金作为资金池里的共同资金，在所述资金池明确记录双方的资产余额，每一笔交易中，都会记录两个账户相互划转资金数额。

在本实施例中的约定时间也是双方协商而定，比如，约定时间内双方进行了大量的小额微交易，约定时间到达后，双方账户余额就是该段时间内的最终交易结果。

步骤s3在所述交易锁定时间内交易方通过多签名的方式更改上述约定资金池内的余额，

步骤s4在上述交易锁定时间到达后，则提交至区块链网络完成交易。在交易锁定时间到达后，则自动执行命令提交至区块链网络，完成最终交易。

在一些实施例中，在上述步骤s2中高频次双向支付交易的某一次单次支付交易原理为：

1.1)若a需要给b进行一笔转账交易，那么b需要先发送给a一串hash后的值hash(r)；

1.2)b将原文件r发送给a,也只需要把原文件r发送即可；

1.3)当a将r进行hash后得到的hash(r1)，与hash(r)相匹配；

1.4)资金直接划入b的账户中；反之，资金返回a的账户中；

1.5)若a、b之间无法建立链下支付通道，可通过其他关联方c、d……建立支付通道，原理同上；

1.6)若因一方需要在交易锁定时间内进行提交至区块链网络，可以通过主动提交，需经双方确认。

在本实施例中，由于通过步骤s1交易方在链下建立一支付通道，先不通过区块链，而是在链下进行高频次的交易转账。与比特币区块链的交易不同，没有多余的全节点数据共享，大大提高效能，由于所述步骤s2中创建约定资金池和交易锁定时间，由于所述步骤s3中在所述交易锁定时间内交易方通过多签名的方式更改上述约定资金池内的余额，从而使得交易双方和/多方以及关联方验证，无需全节点验证；更进一步，使得交易双方和/或多方可约定交易锁定时间，同步区块链网络时会更安全。

如图2所示是图1中的交易为双方交易时的流程原理图，当涉及双方交易时：

交易锁定时间内，通过多签名，ab之间账户余额高频次交易，账户余额及时变动。

交易1：a支付b，40；

交易2：b支付a，76；

交易3：a支付b，48.5；

交易n：双向高频交易……

当到达锁定交易时间后，同步区块链网络，完成交易。

如图3所示是图1中的交易为多方交易时的流程原理图，当涉及多方交易时：

若a需要支付d，20，但a和d之间并没有建立支付通道。a找到了一条经过b、c到达d的支付路径，该路径由a-b,b-c和c-d这样三个支付通道串接而成，d生成一个秘密r并将hash(r’)发送给a，a不需要知道r’。

a和b商定一个时间锁定约定：只要b能在锁定期(t+微量极)内向a出示哈希正确的r’，a会支付b20(或外加若干手续费)；如果b做不到这点，这笔钱锁定期(t+微量极)后自动退还a。

同样地，b和c商定时间锁定约定：只要c能在锁定期(t)内向b出示哈希正确的r’，b会支付20(或外加若干手续费)；如果c做不到这点，这笔钱到锁定期(t)自动退还b。

最后，c和d商定时间锁定约定：只要d能在锁定期(t-微量极)内向c出示哈希正确的r’，c会支付d20(或外加若干手续费)；如果d做不到这点，这笔钱锁定期(t-微量极)后自动退还c。

本领域技术人员能够明了，上述锁定期中的微量极解释为原则上的固定时间(t)的上下一个瞬间，可以是1秒、0.1秒、0.01秒……或更趋向于无限接近的固定时间(t)的其他时间单位，可以是任意值。

作为本实施例中的优选，如图4所示是图2中的操作流程示意图，若交易方为双方交易，包括：第一交易方和第二交易方，则进行如下操作：

步骤s301在第一交易方需要与第二交易方进行交易时，在所述第二交易方先发送给第一交易方一串经过hash处理后的值hash(r)，

步骤s302所述第二交易方将原文件r发送给第一交易方，

步骤s303当所述第一交易方将r进行hash处理后得到的hash(r1)，并与hash(r)相匹配；

步骤s304若匹配，则交易资金划入所述第二交易方的账户中；若不匹配，则资交易金返回所述第一交易方的账户中。

还包括如下步骤：

步骤s305若第一交易方与第二交易方之间无法建立链下支付通道，则通过其他关联第三交易方建立链下支付通道。

上述交易双方要实现相一定时间内的高频次双向支付，首先，在链下建立一条支付通道，交易双方通过各自的私钥对交易进行多签名，交易双方或相关方约定支付通道交易锁定时间；然后，在交易锁定时间内，可多次高频进行双向支付，在通道内实现调整余额；最后，自动或主动执行命令提交到区块链网络，完成交易。

作为本实施例中的优选，如图5所示是图3中的操作流程示意图，若交易方为多方交易，包括：第n交易方、第n+1交易方……第n+3交易方，则进行如下操作：

步骤s501在所述第n交易方需要与所述第n+3交易方进行交易时，但所述第n交易方与所述第n+3交易方没有建立支付通道，

步骤s502第n交易方通过一由多个支付通道串联而成的支付路径完成与所述第n+3交易方的交易。

优选地，上述支付路径按照如下方式建立：

步骤s503所述支付路径由第n交易方——第n+1交易方,第n+1交易方——第n+2交易方和第n+2交易方——第n+3交易方的多个支付通道串接而成，

步骤s504在所述第n+3交易方生成原文件r’，并经过哈希处理后的hash(r’)发送给第n交易方，原文件r’即是任意文件，

步骤s505所述第n+3交易方向所述第n+2交易方提供正确的r’，原文件r’即是任意文件，

步骤s506所述第n+2交易方向所述第n+1交易方提供正确的r’，原文件r’即是任意文件，

步骤s507所述第n+1交易方向所述第n交易方提供正确的r’，原文件r’即是任意文件，

步骤s508在所述第n交易方通过第n+1交易方向提供的r’进行哈希运算得到hash(r’1)，

步骤s509若hash(r’1)与hash(r’)相符合，则所述第n交易方的交易资金划入所述第n+1交易方，从所述第n+1交易方的账户划入第n+2交易方，从所述第n+2交易方的账户划入第n+3交易方，完成所述第n交易方与第n+3交易方的交易。

在一些实施例中，还包括如下步骤：

在上述步骤s505、步骤s506以及步骤s507中，若在一交易锁定时间内出示哈希正确的r’即hash(r’1)，则所述第n交易方、所述第n+1交易方、以及所述第n+2交易方会逐个与其它交易方进行支付；

若否，则通过原路径退还。

在一些实施例中，上述交易锁定时间具体包括：

{锁定期t+微量极}、{锁定期t}、{锁定期t-微量极}中的一种或者多种，所述微量极为所述锁定期t的上下一个瞬间的任意时间单位的设定值。

如图6所示是图1中的一种优选实施方式示意图，本实施例中的方法还包括：步骤s1交易方在链下建立一支付通道，步骤s2创建约定资金池和交易锁定时间，步骤s3在所述交易锁定时间内交易方通过多签名的方式更改上述约定资金池内的余额步骤，s4在上述交易锁定时间到达后，则提交至区块链网络完成交易。步骤s5若交易方中由于任一一方需要在所述交易锁定时间内提前进行提交至区块链网络则可通过主动提交的方式，同时需经交易方确认。

如图7所示是本发明一实施例中的系统结构示意图，本实施例中的一种高效安全的区块链链下高频交易支付系统，包括：支付预处理单元1、支付通道单元2，在所述支付预处理单元1，用以在交易方在链下建立一支付通道，创建约定资金池和交易锁定时间，在所述支付通道单元2，用以在所述交易锁定时间内交易方通过多签名的方式更改上述约定资金池内的余额，以及，在上述交易锁定时间到达后，则提交至区块链网络完成交易。通过在付预处理单元1完成链下交易，更快、可处理的交易量更多，无需全节点验证，此时的支付通道还未上链。通过所述支付通道单元2在设定资金池和交易时间内可完成高频次交易，效能更高，相比比特币区块链网络每秒7笔交易提高了10个量级。更进一步，由于支付预处理单元1约定交易时间，可直接同步区块链网络；更进一步，由于支付预处理单元1在多方支付时，使用时间锁定约定，可确保各方的利益安全。

在一些实施例中，所述支付预处理单元1，还用以若交易方中由于任一一方需要在所述交易锁定时间内提前进行提交至区块链网络则可通过主动提交的方式，同时需经交易方确认。

在一些实施例中，所述支付通道单元2中，若交易方为双方交易，包括：第一交易方和第二交易方，则进行如下操作：

3-1)在第一交易方需要与第二交易方进行交易时，在所述第二交易方先发送给第一交易方一串经过hash处理后的值hash(r)，

3-2)所述第二交易方将原文件r发送给第一交易方，

3-3)当所述第一交易方将r进行hash处理后得到的hash(r1)，并与hash(r)相匹配；

3-4)若匹配，则交易资金划入所述第二交易方的账户中；若不匹配，则资交易金返回所述第一交易方的账户中。

优选地，还包括如下步骤：

3-5)若第一交易方与第二交易方之间无法建立链下支付通道，则通过其他关联第三交易方建立链下支付通道。

在一些实施例中，所述支付通道单元2中，若交易方为多方交易，包括：第n交易方、第n+1交易方……第n+3交易方，则进行如下操作：

5-1)在所述第n交易方需要与所述第n+3交易方进行交易时，但所述第n交易方与所述第n+3交易方没有建立支付通道，

5-2)第n交易方通过一由多个支付通道串联而成的支付路径完成与所述第n+3交易方的交易。

在一些实施例中，所述支付路径按照如下方式建立：

5-3)所述支付路径由第n交易方——第n+1交易方,第n+1交易方——第n+2交易方和第n+2交易方——第n+3交易方的多个支付通道串接而成，

5-4)在所述第n+3交易方生成原文件r’，并经过哈希处理后的hash(r’)发送给第n交易方，

5-5)所述第n+3交易方向所述第n+2交易方提供正确的r’，

5-6)所述第n+2交易方向所述第n+1交易方提供正确的r’，

5-7)所述第n+1交易方向所述第n交易方提供正确的r’，

5-8)在所述第n交易方通过第n+1交易方向提供的r’进行哈希运算得到hash(r’1)，

5-9)若hash(r’1)与hash(r’)相符合，则所述第n交易方的交易资金划入所述第n+1交易方，从所述第n+1交易方的账户划入第n+2交易方，从所述第n+2交易方的账户划入第n+3交易方，完成所述第n交易方与第n+3交易方的交易。

在一些实施例中，所述支付通道单元2中还包括：若在一交易锁定时间内出示哈希正确的r’即hash(r’1)，则所述第n交易方、所述第n+1交易方、以及所述第n+2交易方会逐个与其它交易方进行支付；

若否，则通过原路径退还。

在一些实施例中，所述交易锁定时间包括：{锁定期t+微量极}、{锁定期t}、{锁定期t-微量极}中的一种或者多种，所述微量极为所述锁定期t的上下一个瞬间的任意时间单位的设定值。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

总体而言，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意组合实施。一些方面可以以硬件实施，而其它一些方面可以以固件或软件实施，该固件或软件可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行。虽然本公开的各种方面被示出和描述为框图、流程图或使用其它一些绘图表示，但是可以理解本文描述的框、设备、系统、技术或方法可以以非限制性的方式以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或其一些组合实施。

此外，虽然操作以特定顺序描述，但是这不应被理解为要求这类操作以所示的顺序执行或是以顺序序列执行，或是要求所有所示的操作被执行以实现期望结果。在一些情形下，多任务或并行处理可以是有利的。类似地，虽然若干具体实现方式的细节在上面的讨论中被包含，但是这些不应被解释为对本公开的范围的任何限制，而是特征的描述仅是针对具体实施例。在分离的一些实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地执行。相反对，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分离地实施或是以任何合适的子组合的方式实施。