许可区块链高效共识及跨链机制研究 [caj] 作者:解雯霖 发表: 关键词: 年份:2019摘要:随着全球互联网及数字化技术的高速发展,数据量呈指数级增长,又因为数据信息极具价值,所以对数据的存储和处理一直是世界范围内一个极为重要的问题。现代数据存储和处理手段基本都是中心化的模式,这是社会发展几千年的实践积淀的结果。中心化的好处是方便管理,执行度高,但也伴随一些问题,一是成本高昂,由于中心要存储和处理的数据量巨大,所以对硬件要求比较高,一般都采用大型服务器,而这些硬件的购买、运行和专业维护等费用不菲;二是效率较低,所有数据都要经过中心,中心负载巨大,且由于用户和中心的距离问题,会有不同程度的延时;三是数据的安全性得不到很好的保证,数据在中心的严格控制下,用户信息易被窥视和恶意篡改,一旦发生纠纷后,用户只能以中心的数据作为证据,用户将很被动,而且中心一旦被攻击者攻击成功,对数据的破坏程度相较于分布式存储来说也会大很多。如果采用区块链协议,这些问题几乎都会得到很好地解决。区块链技术去中心化的特性能够有效降低交易成本,再加上平等的点对点信任机制和高安全性,可以让交易更加便捷、直观、安全,非常适用于现代应用场景。区块链技术的这些特性使其具备了颠覆现有信任基础架构的潜力,典型应用场景例如金融领域,各类金融资产和电子商务交易都可以整合到区块链账本中,作为区链上的数字资产进行存储、转移和交易。虽然区块链技术经过多年的发展已经有了长足的进步,但仍不完美。就区块链技术的性能而言,还存在交易吞吐量低、共识时延长等性能瓶颈,与实际应用的需求还有一定差距;就区块链技术的发展而言,区块链是多领域、多组织的应用,不同组织所采用的区块链的也有所不同,比如共识机制、区块链架构等,因此区块链之间相互难以形成有效互联互通,信息隔离造局限了区块链的拓展性,束缚了区块链技术的进一步发展。而跨链技术的出现实现了不同区块链间的数据转移和通信,大幅拓展了区块链性能,扩大了区块链应用范围,但是现有跨链机制存在存储代价高昂、中心化风险以及安全性不高等问题。目前,区块链在许可环境下的应用是最广泛的,许可环境具有节点数量和状态可控等优点,因此本文也是在这一前提下开展研究的,主要工作如下:(1)本文提出在许可环境下的可信交易框架(Trusted Trading Framework,简称TTF),采用分组并发处理交易的策略,增加单位时间内交易处理能力,通过构建多层级区块链结构,以高层级区块存储第一层级块头的形式,在逻辑上拓展了区块容量,在保证性能的前提下,突破了区块大小的限制,即提高了区块链单位时间内的吞吐量;框架内通过动态选取部分对等实体代表全网实体进行交易验证,降低了验证时延的同时,避免了区块分叉,并有效杜绝了交易信息被恶意篡改并的可能,提高了系统的安全性;此外,每个对等实体保存有全网的交易信息索引,但仅保存自己的具体交易信息,所以每个对等实体虽然能检索其他对等实体的交易信息,却无法擅自查看交易详情,TTF不仅打破了单一中心机构对信息的垄断,还保护了交易信息的隐私性。(2)本文提出了一种基于预言机的对等异构跨链机制实现区块链的性能拓展。第一步是实现跨链通信:通过在各节点部署预言机获取跨链区块链的交互规则和目录节点信息,根据各区块链的共识机制动态获取其当前一组高可信的节点进行数据交互,保证跨链通信的一致性,并采用断言式的查询方式,有效降低了通信代价;由于预言机直接部署在区块链上,减少了对区块链的改造,增强了机制对不同区块链的兼容性,而且区块链无需直接与第三方通信即可获取信息,降低了存储代价。第二步是实现安全交易:由于每个对等链可以同时向多个其他对等链提供访问服务,为了防止双花,本文提出原子性跨链交易机制,基于数据的双向锁定,实现跨链交易的一致性,提高了交易安全性。
2021-04-17 16:12:51