[发明专利]一种基于多人链下通道的区块链交易方法及系统

说明书

本发明提出一种基于多人链下通道的区块链交易方法及系统，整个系统状态更新以轮为最小单位，每一轮为节点间一次完整的交易过程，在多轮之间插入检查点，检查点与前一个检查点之间的多轮组成整个系统的同步周期。每轮结束时需要完成轮共识，每个周期结束时完成检查点共识。轮共识阶段由领导者发送结果，其他节点自愿验证，辅以监察服务，为下线节点提供服务；检查点共识进行所有节点在线的两阶段共识，支持通道节点的动态加入与退出。这样既能加速共识的过程，提升系统通量，降低作恶被延迟发现、过多交易被撤销的风险，也能保证节点的灵活性和系统的安全性。

技术领域

本发明涉及区块链的扩展性研究技术领域，并特别涉及一种区块链多人链下通道方法及系统。

背景技术

区块链以其分布式、公开透明、安全等特性使得人们可以在互联网上方便快捷、低成本地进行价值交换，是实现价值互联网的基石。区块链技术在产生之初，只是针对小范围技术社区内的验证和使用需求，区块链协议的简单和健壮性是区块链技术的最初设计前提，因此并没有考虑向更广范围的、高并发的互联网应用推广。区块链网络中的节点采用统一的共识过程，实现了区块链安全性、去中心化的特性，但全网节点复制共享的全局账本数据，并将包含事务数据的区块数据在全网进行洪泛式传播，收到区块的每个共识节点需要验证并存储所有的数据，这样的机制造成了区块链性能受阻。因此，提升区块链的性能依旧有很大的探索空间。

区块链的低通量(以“系统每秒钟处理的交易数量”衡量区块链的通量，即Transaction per second，下文以TPS指代)直接限制了其在实际生活中的应用场景。在比特币网络中，由于全网采用统一的共识过程，假设节点的平均网络带宽为10Mbit/s，那么每个节点的每秒可以接收的事务数量上限是1000。假设每个节点对每笔事务的验证时间大约5ms，每个节点每秒处理的事务理论数量上限为200。那么受同步机制和机器处理性能的影响，每个区块链网络节点每秒能接收到并验证的事务数量上限只是200左右。实际运行过程中，比特币平均每秒处理3.5笔交易，以太坊平均每秒处理15笔交易，就算性能更高的联盟链，在生产场景下的平均TPS也是千级别。随着比特币、以太坊等代表性公链系统的交易量飙升，链上交易拥堵日益显现，比特币，以太坊的未确认交易数能达到15万笔左右。拥堵使得区块链网络内的交易费变得昂贵，拥堵严重时甚至会使交易执行失败。

而在金融领域中，现阶段支付宝，微信平均每秒处理交易千笔，峰值时达到了几十万笔；普通的信用卡公司，支付卡VISA可以每秒处理近万笔事务，并且事务的确认时间只需几秒钟。由此可见，区块链系统的通量和实际应用与日常使用的中心化交易解决方案依旧有很大的差距，因此，提高区块链通量已经成为当今区块链应用的迫切需求。

目前，国内外的研究中，提高区块链通量的方案主要分为链上扩容和链下扩容两种。

链上(on-chain)扩容是指通过优化、改进区块链的基本协议提升可扩展性，其包含的方案也比较多样，主要体现在三个层面:网络层、共识层和数据层。比如共识层中选择更快的共识算法；数据层中增加区块大小或者降低交易包的规模；网络层中提出了分片协议，区块链可以并行的处理交易，进而提升区块链性能。但在区块链技术的基础架构和协议框架下，通过优化其协议内置的参数(出块间隔、区块大小)和运行环境参数(挖矿节点的GPU、内存、硬盘、网络带宽)等，其预期的优化效果上限可以预估且无法达到传统中心化技术的通量水平，即链上扩容大多效果有限，而且扩容升级过程会造成硬分叉，分片虽然可以显著提高吞吐量，但是会降低主链安全性，且协议十分复杂，目前还不完备。试图在公链系统上实现底层协议的大幅更替，将面临技术和社区的双重压力。