(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112788119 A(43)申请公布日 2021.05.11
(21)申请号 202011624256.1(22)申请日 2020.12.30
(71)申请人 海南大学
地址 570100 海南省海口市美兰区海南大
学海甸校区
申请人 海南火链科技有限公司(72)发明人 程杰仁 张渊 唐湘滟 袁煜明
李慧 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限
公司 44202
代理人 侯华民(51)Int.Cl.
H04L 29/08(2006.01)H04L 12/26(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
CN 112788119 A(54)发明名称
一种面向以链治链的跨链共识架构及方法(57)摘要
本发明提供一种面向以链治链的跨链共识架构及方法，包括监管模块、通信模块、数据模块和奖惩模块，所述监管模块用于监管网络，所述通信模块用于数据通信，所述数据模块用于数据管控，所述奖惩模块用于执行奖惩措施，所述数据模块通过通信模块与监管模块数据连接，所述奖惩模块通过通信模块与监控模块数据连接。本发明能够支持以链治链监管模式两方面共三个功能性需求，即支持监管区块链网络获取被监管链网络的数据、支持被监管链网络执行监管区块链网络给定的激励措施和支持被监管链网络执行监管区块链网络给定的惩罚措施，填补了以链治链监管领域空缺的核心解决方案，本发明具有相对较低的通信复杂度，保证了其安全性、可拓展性和效率。
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权 利 要 求 书
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1.一种面向以链治链的跨链共识架构，其特征在于，包括监管模块、通信模块、数据模块和奖惩模块，所述监管模块用于监管网络，所述通信模块用于数据通信，所述数据模块用于数据管控，所述奖惩模块用于执行奖惩措施，所述数据模块通过通信模块与监管模块数据连接，所述奖惩模块通过通信模块与监控模块数据连接。
2.根据权利要求1所述的一种面向以链治链的跨链共识架构，其特征在于，所述监管模块包括监管区块链网络和被监管链网络，所述监管区块链网络用于对被监管链网络进行监控审查，所述通信模块包括监管节点和类节点，所述监管节点同时部署在监管区块链网络和被监管链网络中并作为网关节点，用于监管区块链网络与被监管链网络之间的跨链通讯，所述类节点用于发布智能合约和交易，所述数据模块包括智能合约数据管理模块，所述类节点包括代表节点、各类监管机构节点、公证人节点、任务发布组织节点，所述智能合约数据管理模块用于管理智能合约和交易的数据并通过区块链加密算法保证智能合约和交易的数据安全，所述奖惩模块包括激励模块和惩罚模块，所述激励模块用于通过激励机制
所述惩罚模块用于通过惩罚机制执行惩罚措施。执行激励措施，
3.根据权利要求2所述的一种面向以链治链的跨链共识架构，其特征在于，所述智能合约包括节点管理合约、地址管理合约和区块记录合约，所述节点管理合约负责监管区块链网络上的节点管理，其包含变量有合约拥有者地址、节点地址映射、节点总数，所述地址管理合约负责合约地址的管理其主要包含变量有节点管理合约地址区块记录合约地址，所述区块记录合约负责记录新增的区块，其包含变量有合约拥有者地址、地址管理合约的地址、区块高度和节点数量。
4.根据权利要求2所述的一种面向以链治链的跨链共识架构，其特征在于，所述监管区块链网络为联盟链网络或私有链网络，所述被监管链网络为公有链网络。
5.一种通过权利要求1‑4任一项所述的跨链共识架构实现的面向以链治链的跨链共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:监管区块链网络获取被监管链网络数据；
S2:被监管链网络执行监管区块链网络给定的激励措施和惩罚措施。6.根据权利要求5所述的一种面向以链治链的跨链共识方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
在被监管链网络中插入n个监管节点，当被监管链网络确认为新区块时，n个监管节点主动向监管区块链网络中广播新区块，同时，监管区块链网络向任意m个监管节点主动发起数据请求，以获取m份所需数据。
7.根据权利要求5所述的一种面向以链治链的跨链共识方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21:在被监管链网络中插入n个监管节点，通过广播或组播的方式将被监管链网络最新的第k个区块同步到监管链网络中。
S22:监管区块链网络内部基于拜占庭类算法达成共识，将所有要在被监管链网络中强制执行的交易以及强制不执行交易的规则打包至最新的监管区块。
S23:n个监管节点将最新的监管区块发送至被监管链网络中的区块记录合约，第k+1个块出块后，被监管链网络确认和保留该智能合约状态。
S24:矿工在打包第k+2个区块前，若第k+1个区块的区块记录合约中，有至少x个监管节
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点对新奖惩区块的投票，则执行监管区块中的内容。之后打包第k+2个区块，重新进行流程循环。
8.根据权利要求7所述的一种面向以链治链的跨链共识方法，其特征在于，在所述步骤S21和所述步骤S22之间还包括有以下步骤：判断被监管链的最新区块中是否存在未被处理的符合预置规则的交易，若存在，则执行步骤S22，以达成针对该部分交易的监管措施的共识。
9.根据权利要求7所述的一种面向以链治链的跨链共识方法，其特征在于，在被监管链网络确认第k个区块之后，生成第k+1个区块之前，监管节点和被监管链网络依次完成跨链、共识和跨链的流程。
10.根据权利要求5所述的一种面向以链治链的跨链共识方法，其特征在于，所述激励措施具体为：针对参与本方法流程的矿工分配对应的酬劳。
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说 明 书
一种面向以链治链的跨链共识架构及方法
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技术领域
[0001]本发明涉及区块链监管技术领域，尤其涉及一种面向以链治链的跨链共识架构及方法。
背景技术
[0002]“以链治链”监管体系是指借助共识机制、智能合约和激励机制等区块链关键技术，将区块链的治理方案转化为区块链网络中基于代码的规则范式，以协调不特定主体的正当利益诉求。其主要思想是在被监管链中纳入监管节点组成监管区块链,按照既定规则对智能合约和节点交易进行审查、监控，并对不合规的智能合约交易进行撤销、罚款等操作。
[0003]监管区块链和被监管链在准入许可、节点连接、网络模型等方面的异构特性，为面向同构区块链而设计的传统共识机制带来了巨大挑战；尤其是分级跨链的监管模式对共识机制提出了可跨链的独特需求，使得现有的共识机制无法直接应用于“以链治链”监管架构，亟需面向“以链治链”监管架构的跨链共识机制研究以解决传统共识机制的适用性问题。
发明内容
[0004]鉴以此，本发明的目的在于提供一种面向以链治链的跨链共识架构及方法，以解决现有技术出现的上述问题。
[0005]本发明第一方面提供的一种面向以链治链的跨链共识架构，包括监管模块、通信模块、数据模块和奖惩模块，所述监管模块用于监管网络，所述通信模块用于数据通信，所述数据模块用于数据管控，所述奖惩模块用于执行奖惩措施，所述数据模块通过通信模块与监管模块数据连接，所述奖惩模块通过通信模块与监控模块数据连接。[0006]进一步的，所述监管模块包括监管区块链网络和被监管链网络，所述监管区块链网络用于对被监管链网络进行监控审查，所述通信模块包括监管节点和类节点，所述监管节点同时部署在监管区块链网络和被监管链网络中并作为网关节点，用于监管区块链网络与被监管链网络之间的跨链通讯，所述类节点用于发布智能合约和交易，所述数据模块包括智能合约数据管理模块，所述类节点包括代表节点、各类监管机构节点、公证人节点、任务发布组织节点，所述智能合约数据管理模块用于管理智能合约和交易的数据并通过区块链加密算法保证智能合约和交易的数据安全，所述奖惩模块包括激励模块和惩罚模块，所述激励模块用于通过激励机制执行激励措施，所述惩罚模块用于通过惩罚机制执行惩罚措施。
[0007]进一步的，所述智能合约包括节点管理合约、地址管理合约和区块记录合约，所述节点管理合约负责监管区块链网络上的节点管理，其包含变量有合约拥有者地址、节点地址映射、节点总数，所述地址管理合约负责合约地址的管理其主要包含变量有节点管理合约地址区块记录合约地址，所述区块记录合约负责记录新增的区块，其包含变量有合约拥
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有者地址、地址管理合约的地址、区块高度和节点数量。[0008]进一步的，所述监管区块链网络为联盟链网络或私有链网络，所述被监管链网络为公有链网络。
[0009]本发明第二方面提供一种面向以链治链的跨链共识方法，包括以下步骤：[0010]S1:监管区块链网络获取被监管链网络数据；
[0011]S2:被监管链网络执行监管区块链网络给定的激励措施和惩罚措施。[0012]进一步的，所述步骤S1具体包括：
[0013]在被监管链网络中插入n个监管节点，当被监管链网络确认为新区块时，n个监管节点主动向监管区块链网络中广播新区块，同时，监管区块链网络同时向任意m个监管节点主动发起数据请求，以获取m份所需数据。[0014]进一步的，所述步骤S2具体包括以下步骤：[0015]S21:在被监管链网络中插入n个监管节点，通过广播或组播的方式将被监管链网络最新的第k个区块同步到监管链网络中。
[0016]S22:监管区块链网络内部基于拜占庭类算法达成共识，将所有要在被监管链网络中强制执行的交易以及强制不执行交易的规则打包至最新的监管区块。
[0017]S23:n个监管节点将最新的监管区块发送至被监管链网络中的区块记录合约，第k+1个块出块后，被监管链网络确认和保留该智能合约状态。[0018]S24:矿工在打包第k+2个区块前，若第k+1个区块的区块记录合约中，有至少x个监管节点对新奖惩区块的投票，则执行监管区块中的内容。之后打包第k+2个区块，重新进行流程循环。
[0019]进一步的，在所述步骤S21和所述步骤S22之间还包括有以下步骤：判断被监管链的最新区块中是否存在未被处理的符合预置规则的交易，若存在，则执行步骤S22，以达成针对该部分交易的监管措施的共识。[0020]进一步的，在被监管链网络确认第k个区块之后，生成第k+1个区块之前，监管节点和被监管链网络依次完成跨链、共识和跨链的流程。[0021]进一步的，所述激励措施具体为：针对参与本方法流程的矿工分配对应的酬劳。[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0023]本发明提供一种面向以链治链的跨链共识架构及方法，通过监控模块、通信模块、数据模块和奖惩模块之间的数据连接，可以有效对区块网络进行监控，本发明能够支持以链治链监管模式两方面共三个功能性需求，即支持监管区块链网络获取被监管链网络的数据、支持被监管链网络执行监管区块链网络给定的激励措施和支持被监管链网络执行监管区块链网络给定的惩罚措施，填补了以链治链监管领域空缺的核心解决方案，本发明具有相对较低的通信复杂度，保证了其安全性、可拓展性和效率。附图说明
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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图1是本发明一实施例提供的一种面向以链治链的跨链共识架构原理示意图。图2是本发明一实施例提供的一种面向以链治链的跨链共识方法流程示意图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。[0028]实施例一[0029]参照图1，本发明第一方面提供的一种面向以链治链的跨链共识架构，包括监管模块、通信模块、数据模块和奖惩模块，所述监管模块用于监管网络，所述通信模块用于数据通信，所述数据模块用于数据管控，所述奖惩模块用于执行奖惩措施，所述数据模块通过通信模块与监管模块数据连接，所述奖惩模块通过通信模块与监控模块数据连接。[0030]所述监管模块包括监管区块链网络和被监管链网络，所述监管区块链网络用于对被监管链网络进行监控审查，所述通信模块包括监管节点和类节点，所述监管节点同时部署在监管区块链网络和被监管链网络中并作为网关节点，用于监管区块链网络与被监管链网络之间的跨链通讯，所述类节点用于发布智能合约和交易，所述数据模块包括智能合约数据管理模块，所述类节点包括代表节点、各类监管机构节点、公证人节点、任务发布组织节点，所述智能合约数据管理模块用于管理智能合约和交易的数据并通过区块链加密算法保证智能合约和交易的数据安全，所述奖惩模块包括激励模块和惩罚模块，所述激励模块用于通过激励机制执行激励措施，所述惩罚模块用于通过惩罚机制执行惩罚措施，激励措施和惩罚措施均为区块链的奖惩机制设定，其中，激励措施主要是面向参与共识方法的公有链节点，激励措施如何设置由激励机制决定，而激励措施的实现较为简单，在被监管链对激励措施达成共识后，由n个监管节点中的至少x个向智能合约发送激励措施的投票即可。[0031]所述智能合约包括节点管理合约、地址管理合约和区块记录合约。所述节点管理合约负责监管区块链网络上的节点管理，其包含变量有合约拥有者地址、节点地址映射、节点总数，所述地址管理合约负责合约地址的管理，其主要包含变量有节点管理合约地址区块记录合约地址，所述区块记录合约负责记录新增的区块，其包含变量有合约拥有者地址、地址管理合约的地址、区块高度和节点数量。节点管理合约可以提供的功能函数包括节点增加函数、节点删除函数、节点查询函数、节点数量查询函数，节点增加函数中，输入参数为待添加的新节点地址，当检测到函数调用者为合约拥有者时，将新节点地址写入节点地址映射中，节点总数加一，返回新节点地址映射编号，节点添加成功；如不符合检测条件则返回“Error！”，节点添加失败。节点删除函数中，输入参数为待删除的节点地址映射编号，当检测到函数调用者为合约拥有者且删除编号存在时，将删除节点映射编号对应的地址，节点总数减一，节点删除成功；如不符合检测条件则返回“Error！”，节点删除失败。节点查询函数中，输入参数为待查询的节点映射编号，当检测到函数调用者为合约拥有者且查询序号小于节点总数时，返回该节点映射编号对应的节点地址，节点查询成功；如不符合检测条件则返回“Error！”，节点查询失败。节点数量查询函数中，返回现有节点总数。地址管理合约提供的功能函数包括节点管理合约地址设置函数与查询函数、区块记录合约地址设置函数与查询函数，节点管理合约地址设置函数中，输入参数为待设置节点管理合约地址，然后将输入参数设置为节点管理合约地址。节点管理合约地址查询函数中，返回当前节点管理
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合约地址。区块记录合约地址设置函数中，输入参数为待设置区块记录合约地址，然后将输入参数设置为区块记录合约地址。区块记录合约地址查询函数中，返回当前区块记录合约地址。区块记录合约主要负责记录新增的区块，其包含变量有合约拥有者地址、地址管理合约的地址、区块的高度、节点数量等。区块记录合约提供了区块投票、区块查询、区块高度查询等功能函数。区块投票函数可以添加新的区块，输入参数为调用者的节点编号、新区块的内容以及新区块的高度，增加新区块的时候首先根据函数调用者输入的节点编号来查询在节点管理合约的映射中存储的对应节点地址，判断函数调用者的地址是否与节点编号对应的节点地址相等以及输入的新区块高度是否等于当前区块的高度加1，如果不是就返回“Error！”，正确之后要判断目前对该区块投票的节点是否大于节点总数的半数，只有节点数量大于半数才能添加新的区块，成功添加之后区块高度要加1。区块查询函数的输入参数为区块高度，可以根据区块高度查询某个区块并返回其内容。最新区块查询函数可以返回当前最高区块的内容。
[0032]所述监管区块链网络为联盟链网络或私有链网络，所述被监管链网络为公有链网络。
[0033]参照图2，在本发明的第一方面的基础上，本发明第二方面提供一种面向以链治链的跨链共识方法，包括以下步骤：
[0034]S1:监管区块链网络获取被监管链网络数据；
[0035]S2:被监管链网络执行监管区块链网络给定的激励措施和惩罚措施。[0036]所述步骤S1具体包括：
[0037]在被监管链网络中插入n个监管节点，当被监管链网络确认为新区块时，n个监管节点主动向监管区块链网络中广播新区块，同时，监管区块链网络向m个监管节点主动发起数据请求，以获取m份所需数据，m的值可以根据实际需求而改变，出于对可拓展性和效率的权衡，监管节点可以考虑将广播改为组播，并根据实际需求改变组播的范围。[0038]所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0039]S21:在被监管链网络中插入n个监管节点，通过广播或组播的方式将被监管链网络最新的第k个区块同步到监管链网络中。
[0040]S22:监管区块链网络内部基于拜占庭类算法达成共识，将所有要在被监管链网络中强制执行的交易以及强制不执行交易的规则打包至最新的监管区块。
[0041]S23:n个监管节点将最新的监管区块投票后发送至被监管链网络中的区块记录合约，第k+1个块出块后，被监管链网络确认和保留该智能合约状态。[0042]S24:矿工在打包第k+2个区块前，若第k+1个区块的区块记录合约中，有至少x个监管节点对新奖惩区块的投票，则执行监管区块中的内容。之后打包第k+2个区块，重新进行流程循环，所述投票规则由监管区块链网络设定。[0043]优选的，在所述步骤S21和所述步骤S22之间还包括有以下步骤：判断被监管链的最新区块中是否存在未被处理的符合预置规则的交易，若存在，则执行步骤S22，以达成针对该部分交易的监管措施的共识。[0044]所述激励措施具体为：针对参与本方法流程的矿工分配对应的酬劳，保证智能合约的状态在被监管链网络中及时更新。
[0045]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以本发明，凡在本发明的精神和
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原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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