CN110266655A - 一种基于区块链的跨链互联方法、设备以及*** - Google Patents

一种基于区块链的跨链互联方法、设备以及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于区块链的跨链互联方法、基于区块链的跨链互联***、计算机设备以及计算机可读存储介质，涉及信息处理技术领域。所述***包括跨链网关节点以及多个业务链，每个所述业务链包括权限管理节点、网关节点以及多个验证节点，多个业务链中的网关节点以及所述跨链网关节点组成跨链网关；所述跨链网关，用于实现所述多个业务链之间的报文格式标准化和跨链转换协议，以促进跨链报文的适配和转发，同时支持跨链互联时请求报文超时的错误处理，最终实现跨链数据的互访互通。本发明通过引入桥接网关链的方式实现多个不同区块链技术的联盟链之间互相访问，解决了多个区块链***之间的信息孤岛问题，可加快区块链技术的应用推广。

Description

一种基于区块链的跨链互联方法、设备以及***
技术领域
本发明关于信息处理技术领域，特别是关于涉及区块链的信息处理技术，具体的讲是一种基于区块链的跨链互联方法、基于区块链的跨链互联***、计算机设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
区块链***是将数据及数据的操作记录通过密码学方法进行加密和散列，从而形成一种公开透明、不可篡改、可追溯的分布式数据库记账***。该技术可以在支付清算、存证取证、价值转移、供应链金融、用户征信、监管审计等领域进行广泛应用。
在实际应用中，区块链***往往会在不同的业务领域被使用，在一个业务领域内一般会通过组成领域联盟链的方式进行信息的公开、共享及不可篡改。不同的区块链联盟链考虑到区块链***自身的性能容量、审计监管、数据隔离、安全隐私等方面的实际情况，***底层可能采用不同的区块链技术，比如以太坊、瑞波、Fabric等进行技术实现，造成不同区块链联盟链之间的互联访问难度较大，这样在多个区块链联盟链之间就存在网络孤立性，网络孤立性阻碍了多个区块链之间的协同操作能力，极大的限制了区块链的能力发挥及推广。
现有技术中一般通过中继的方式实现两个区块链之间数据的传递及访问，但是中继节点自身也是一个集中式的节点，交互的数据有一个离开区块链再进入另一个区块链的过程，这种操作降低了区块链技术的去中心化及防篡改的特性，也影响链链之间的信任与价值传递。
因此，如何提供一种新的方案，其能够解决上述技术问题是本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于区块链的跨链互联方法、基于区块链的跨链互联***、计算机设备以及计算机可读存储介质，通过引入桥接网关链的方式实现多个不同区块链技术的联盟链之间互相访问，由于桥接网关链自身也是一个区块链，可达到去中心化及防篡改的目标，从而达到了多个区块链融合，解决了多个区块链***之间的信息孤岛问题，可加快区块链技术的应用推广。
本发明的目的之一是，提供一种基于区块链的跨链互联***，包括跨链网关节点以及多个业务链，每个所述业务链包括权限管理节点、网关节点以及多个验证节点，多个业务链中的网关节点以及所述跨链网关节点组成跨链网关；
所述跨链网关，用于实现所述多个业务链之间的报文格式标准化和跨链转换协议，以促进跨链报文的适配和转发，同时支持跨链互联时请求报文超时的错误处理，最终实现跨链数据的互访互通。
优选的，所述验证节点包括交易数据收发装置、主控装置、交易共识及执行装置以及消息收发装置；
其中，所述交易数据收发装置，用于接收跨链交易请求；
所述主控装置，用于将交易数据分发到所述交易共识及执行装置以及消息收发装置；
所述交易共识及执行装置，用于根据所述交易数据以及跨链交易请求实现智能合约的执行和合约规则的验证；
所述消息收发装置包括证书模块以及加解密模块；
所述证书模块，用于验证交易和节点证书的合法性；
所述加解密模块，用于对接收到的跨链交易请求进行公私钥解密和验证，对发送的交易数据进行私钥加密。
优选的，所述权限管理节点包括根证书存储模块、权限控制模块以及证书生成模块；
其中，所述根证书存储模块，用于存储和管理根证书以及私钥；
所述权限控制模块，用于配置用户的权限信息，所述权限信息包括访问特定业务链权限以及发起跨链请求权限，并根据所述权限信息调用所述证书生成模块以生成对应的访问交易访问证书。
优选的，所述网关节点包括跨链对接装置、跨链控制装置、跨链适配装置、消息转发装置以及密钥管理装置；
其中，所述跨链对接装置，用于发送跨链请求，所述跨链请求来自所述验证节点或跨链网关节点；
所述跨链控制装置，用于将所述跨链请求分发至所述跨链适配装置、消息转发装置以及密钥管理装置；
所述跨链适配装置，用于对跨链请求的格式进行标准化转换以及跨链协议适配转换；
所述消息转发装置，用于对所述跨链请求对应的通讯报文进行处理；
所述密钥管理装置，用于建立加密信道。
优选的，所述跨链适配装置包括接口适配模块以及协议转换模块；
其中，所述接口适配模块，用于对所述跨链请求对接的两个区块链中的请求API数据进行标准化转换；
所述协议转换模块，用于对所述跨链请求的通讯协议进行转换。
优选的，所述消息转发装置包括区块链对接模块和网关路由模块；
其中，所述区块链对接模块，用于对所述跨链请求对应的通讯报文进行处理，并进行跨链交易签名，并将签名信息作为所述跨链请求的一个域发送至所述网关路由模块进行请求转发；
所述网关路由模块，用于对所述签名信息进行验签，在验签通过后根据跨链路由二元组的接收端信息进行报文的路由转发。
优选的，所述密钥管理装置包括证书模块以及加解密模块；
所述证书模块，用于验证证书的合法性；
所述加解密模块，用于进行加密信道的密钥运算。
本发明的目的之一是，提供一种基于区块链的跨链互联的方法，包括：
跨链网关接收多个业务链中的一个业务链的跨链交易请求，该业务链为跨链互联的发起方，称为发起业务链；
根据所述跨链交易请求获取对应的证书及公钥，并对所述跨链交易请求进行验签；
当验签通过时，将所述跨链交易请求路由到对应的目标业务链中，所述目标业务链为跨链互联的接收方，是多个业务链中的一个；
接收所述目标业务链返回的交易处理结果，所述交易处理结果由所述目标业务链根据所述跨链交易请求生成。
本发明的目的之一是，提供一种计算机设备，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行基于区块链的跨链互联的方法。
本发明的目的之一是，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行基于区块链的跨链互联的方法。
本发明的有益效果在于，提供了一种基于区块链的跨链互联方法、基于区块链的跨链互联***、计算机设备以及计算机可读存储介质，通过引入桥接网关链的方式实现多个不同区块链技术的联盟链之间互相访问，由于桥接网关链自身也是一个区块链，可达到去中心化及防篡改的目标，从而达到了多个区块链融合，解决了多个区块链***之间的信息孤岛问题，可加快区块链技术的应用推广。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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一些实施例，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。
图1为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中验证节点的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的权限管理节点的结构框图；
图4为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的网关节点的结构框图；
图5为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的跨链适配装置的结构框图；
图6为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的消息转发装置的结构框图；
图7为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的密钥管理装置的结构框图；
图8为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联方法的流程图；
图9为本发明提供的具体实施例中基于区块链的跨链互联***的结构示意图；
图10为本发明提供的具体实施例中密钥分离保存的结构示意图；
图11为本发明提供的实施例1中区块链跨链互联的方法的流程图；
图12为本发明提供的实施例2中区块链跨链互联的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种***、装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
本发明提供了一种基于区块链的跨链互联***，图1为基于区块链的跨链互联***的结构示意图，请参阅图1，本发明提供的基于区块链的跨链互联***包括跨链网关节点以及多个业务链10，每个所述业务链10包括权限管理节点60、网关节点70以及多个验证节点50，多个业务链中的网关节点70以及所述跨链网关节点组成跨链网关40。
所述跨链网关40，用于实现所述多个业务链10之间的报文格式标准化和跨链转换协议，以促进跨链报文的适配和转发，同时支持跨链互联时请求报文超时的错误处理，最终实现跨链数据的互访互通。
也即，本发明提供的跨链互联***中，网关节点作为单独节点参与所有互联方的共识，多个联盟链之间的互联通过网关节点来实现，利用联盟链及跨链桥接网关可实现便捷可靠的跨链交易互联。在具体的实施方式中，跨链互联***包括两个及以上的业务链10及一个跨链网关40，内部节点包括验证节点50、权限管理节点60和网关节点70。
在具体的实施例中，多个业务链的概念是为描述交易过程的方便定义的，而非***结构上存在差异的，它们在内部***构成上是相同或相似的。跨链互联交易指由多个业务链中的一个、跨链网关及另一个业务链共同参与的交易。发起跨链交易的一方称为发起业务链，接收的一方称为目标业务链，这两个区块链***为独立部署、独立运作，数据不直接共享的***。一笔跨链互联交易需要在发起业务链的验证节点和目标业务链的验证节点中分别独立完成共识及智能合约执行后才算成功。
在本发明的一种实施方式中，业务链是由验证节点50、权限管理节点60及网关节点70组成。跨链网关是一台服务器或多台服务器组成的集群，每两个需要互联的业务链配置一对网关节点，与跨链网关实现发起业务链和目标业务链之间报文格式标准化和跨链转换协议，以促进跨链报文的适配和转发，同时支持跨链互联时请求报文超时的错误处理，最终实现跨链数据的互访互通。
图2为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中验证节点的结构示意图，请参阅图2，在本发明的一种实施方式中，验证节点50包括交易数据收发装置11、主控装置12、交易共识及执行装置13以及消息收发装置14；
其中，所述交易数据收发装置11，用于接收跨链交易请求。也即，交易数据收发装置11是验证节点的收发交易数据的收发装置，其交易请求来源于其他验证节点和本验证节点的主控装置。
所述主控装置12，用于将交易数据分发到所述交易共识及执行装置以及消息收发装置。
所述交易共识及执行装置13，用于根据所述交易数据以及跨链交易请求实现智能合约的执行和合约规则的验证。也即，交易共识及执行装置13是用于实现区块链交易合法性检测、共识处理、合约数据更新的模块，承担智能合约的执行和合约规则的验证。智能合约可为操作***中独立运行的进程，也可为嵌入验证节点中的一段代码或指令。验证节点在收到共识申请后，根据智能合约对交易请求进行分析，并根据拜占庭容错(PBFT)算法做出共识投票。
所述消息收发装置14包括证书模块141以及加解密模块142；
所述证书模块141，用于验证交易和节点证书的合法性；
所述加解密模块142，用于对接收到的跨链交易请求进行公私钥解密和验证，对发送的交易数据进行私钥加密。
在本发明的一种实施方式中，验证节点的个数一般为3f+1个，其中的f代表区块链***可支持的容错节点个数，最小为1。这是由于交易共识及执行装置13是采用拜占庭容错(PBFT)算法确定的。交易共识及执行装置13控制了每笔交易在网络中必须进行三个阶段的提交及验证，而在拥有3f+1个验证节点的区块链***中，每阶段每个节点收到至少2f+1个来自其他节点的一致的确认消息后，才进入下一个阶段。任一阶段中如无法收到2f+1个来自其他阶段的一致的确认消息，则不继续发送确认消息。完成三阶段后，该笔交易视作达成共识，交易共识及执行装置13中的智能合约才被执行，交易请求被记入区块缓存。达成条件后(如经过一定时间，缓存中的交易请求达到一定数量)，缓存中的所有交易整合成为一个区块，加上链中前一个区块的数据哈希，最后序列化为数据流进行存储。
验证节点是指自主判断交易是否可信的网络节点，一般是各联盟链成员的可信服务器、工作站等。交易共识及执行装置13根据主控装置分发的交易数据和智能合约中预先定义的业务处理逻辑，对业务状态数据进行操作，其可以为操作***中独立运行的进程，也可以为嵌入所述验证节点中的一段代码或指令。
权限管理节点负责区块链***中用户身份的验证、用户权限的管理、证书的签发。当所述验证节点、网关节点启动加入网络时，所述权限管理节点验证其身份，验证通过后为其生成证书及签名。用户登录***时，验证用户上送的用户名和密码，通过验证后为用户签发登录证书。用户申请交易证书时，验证其请求签名所用证书，当签名证书确为该权限管理节点所签发的合法证书时，为用户签发交易证书。
图3为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的权限管理节点的结构框图，请参阅图3，所述权限管理节点60包括根证书存储模块21、权限控制模块22以及证书生成模块23。
其中，所述根证书存储模块21，用于存储和管理根证书以及私钥。根证书私钥可加密后存储在文件***，也可以使用外部的专用设备保存，并链接至权限管理节点。
所述权限控制模块22，用于配置用户的权限信息，所述权限信息包括访问特定业务链权限以及发起跨链请求权限，并根据所述权限信息调用所述证书生成模块23以生成对应的访问交易访问证书。
也即，在本发明的一种实施方式中，权限控制模块维护***中每个用户的权限信息。权限控制模块根据***配置用户的权限信息，权限信息包括用户能否访问特定业务链，用户是否具有发起跨链请求权限等，权限控制模块根据用户的权限信息允许和拒绝使用根证书生成新的证书。只有具有对应权限的用户才允许访问证书生成模块，并通过证书生成模块生成对应的访问交易访问证书。
证书生成模块使用***配置的密码学算法生成公私钥对，使用根证书签名并封装为x509格式数字证书。证书生成模块维护桥链网关中的私钥，负责发起跨链交易请求并对交易签名。在业务链网络和桥链网关链中均有一对由公钥和私钥构成的非对称密钥，其中私钥由验证节点中证书生成模块进行管理，公钥被封装到X509数字证书中，该数字证书在桥接网关启动时广播到桥接链上的所有网关节点上并被其它业务链网络所感知。
在本发明的一种实施方式中，网关节点70是在区块链的验证节点的基础上扩展而成，包含跨链对接装置31、跨链控制装置32、跨链适配装置33、消息转发装置34、密钥管理装置35。同时，网关节点拥有验证节点中除交易共识功能外的其他所有功能，同时拥有额外的跨链通信功能，负责跨链请求和回复的收发，跨链请求处理时在请求申请端预置一个对应请求交易的反向交易(冲正交易)，并将记录新增到超时处理队列中，若在超时时间内未成功收到成功的跨链处理应答，则启动该反向交易进行冲正维护，实现业务处理场景的闭环。网关节点可以是一台服务器或多台服务器组成的集群，负责发起业务链和其他业务链的对接及信任传递。当多个业务链分别启动完成并组成网络后，才进行网关节点的正式启动。网关节点在逻辑上即归属于业务链又归属于跨链网关。因此，业务链中的网关节点与跨链网关节点是完全相同的。在跨链网关节点70启动时，其内置的区块链对接模块341将发起业务链颁发的身份证书信息上传到权限管理节点上，在权限管理节点中对应的权限控制模块22会对上传的登录证书进行验证，在登录证书验证通过后，网关节点70将同发起业务链内部所有验证节点、权限管理节点一起形成P2P的对等链接网络，在完成组网后跨链网关节点即可参与发起业务链内部的交易共识及账本数据更新。发起业务链连接的跨链网关节点70中内置的网关路由模块342通过和目标业务链中的跨链网关节点中对等的网关路由模块342在启动时建立互相之间的加密信道，每个网关节点都保留一半的加密通信信道密钥，并通过ECDH(椭圆曲线Diffie-Hellman)密钥交换算法生成实际的信道加密密钥，该加密密钥仅存在于网关节点的内存中，不在磁盘进行存储，防止网关节点被外界的攻击。
图4为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的网关节点的结构框图，请参阅图4，所述网关节点70包括跨链对接装置31、跨链控制装置32、跨链适配装置33、消息转发装置34以及密钥管理装置35。在本发明的一种实施方式中，该网关节点与跨链网关节点完全相同，此处仅介绍网关节点，跨链网关节点与此相同，不在赘述。
其中，所述跨链对接装置31，用于发送跨链请求，所述跨链请求来自所述验证节点或跨链网关节点；
所述跨链控制装置32，用于将所述跨链请求分发至所述跨链适配装置、消息转发装置以及密钥管理装置。
跨链控制装置是网关节点的主控单元，跨链请求端及接收端都通过一个唯一的二元组<N,F>进行标识。其中N为业务链的名称，是用户所能感知的链标识，与业务相关，易于记住。如银行机构提供的业务链可以按银行名为工行链、农行链等，人民银行行为商业银行提供清算的桥链可命名为人行链等。F为业务链中智能合约ID，在业务链中具有唯一的编码。多条业务链可标识为<业务链1,智能合约1>、<业务链2,智能合约2>等。如表1所示。
表1
业务链名称 智能合约ID 证书(公钥)
业务链1 合约1 Cert1.x509
业务链2 合约2 Cert2.x509
业务链3 合约3 Cert3.x509
业务链4 合约4 Cert4.x509
……… ………
跨链请求端在跨链交易中指定跨链接收端的二元组标识<Nt,Ft>，同时也附带了跨链请求端的二元组标识<Ns,Fs>，该标识作为跨链请求应答的目的地址。主控单元根据请求及应答的二元组信息，将对应的报文路由到对应的桥链网关节点上。
所述跨链适配装置33，用于对跨链请求的格式进行标准化转换以及跨链协议适配转换。图5为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的跨链适配装置的结构框图，请参阅图5，所述跨链适配装置33包括接口适配模块331以及协议转换模块332。
其中，接口适配模块331，用于对所述跨链请求对接的两个区块链中的请求API数据进行标准化转换。也即，接口适配模块331是网关节点中对跨链请求报文进行标准化转换的模块，承担跨链对接的两个区块链中请求API数据的标准化转换，如JSON报文、XML、WebService等格式转换映射。比如跨链请求端交易请求是JSON报文格式，在适配层需要被请求端接入的格式要求进行XML或其他格式的转换，以便跨链请求在跨链端能被正常处理。
所述协议转换模块332，用于对所述跨链请求的通讯协议进行转换。也即，协议转换模块332是网关节点中用于实现跨链请求通讯协议转换的模块，如HTTP、MQTT、TCP、gRPC等不同类型通讯协议之间的转换。比如跨链请求端的是基于HTTP协议提交请求的，而跨链接收方是基于gRPC协议接收请求的，因此需要将请求端的协议按照接收方的协议格式进行转换。
所述消息转发装置34，用于对所述跨链请求对应的通讯报文进行处理。图6为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的网关节点的结构框图，请参阅图6，所述消息转发装置34包括区块链对接模块341和网关路由模块342。区块链对接模块341和网关路由模块342通过跨链控制装置32进行数据的双向转发。
其中，所述区块链对接模块341，用于对所述跨链请求对应的通讯报文进行处理，并进行跨链交易签名，并将签名信息作为所述跨链请求的一个域发送至所述网关路由模块进行请求转发。也即，区块链对接模块341是连接业务链和网关节点的关键模块，区块链对接模块341在逻辑上属于业务链中一个非共识节点，所有业务链中通讯报文都可到达区块链对接模块341，该节点仅对跨链的通讯请求报文进行处理。在业务链中的仅仅只有跨链交易才会触发对接模块341的组装新的跨链请求，并使用业务链自身私钥进行跨链交易签名，并将签名信息作为跨链交易请求的一个域发送到网关路由模块342进行请求转发。
所述网关路由模块342，用于对所述签名信息进行验签，在验签通过后根据跨链路由二元组的接收端信息进行报文的路由转发。也即，网关路由模块342是跨链网关中不同的网关节点进行路由互联的关键模块，可以通过网关路由模块342在跨链网关内部形成一个网状互联路由的转发***，所有目标业务链中的应答通讯报文都通过网关路由模块342进行跨链数据的返回。网关路由模块342对于发起业务链中的跨链交易请求首先使用业务链启动时注册的X509证书进行交易请求信息的验签，在验签通过后才根据跨链路由二元组的接收端信息进行报文的路由转发。跨链网关中的多个节点组成一个链状网络会对所有经过网关进行跨链处理的交易进行共识及存证，并将交易信息存储在跨链桥接链中。
所述密钥管理装置35，用于建立加密信道。
图7为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联***中的网关节点的结构框图，请参阅图7，所述密钥管理装置35包括证书模块351以及加解密模块352。
所述证书模块351，用于验证证书的合法性；
所述加解密模块352，用于进行加密信道的密钥运算。具体的，加解密模块352是消息数据加解密的模块，接收到的数据报文在该模块进行公私钥解密和验证，发送的数据报文在该模块进行私钥加密。同时负责当前网关节点的加密信道的密钥ECDH的运算，保证每一个网关节点仅仅只保留加密信道的一半加密密钥。
图10为本发明提供的具体实施例中密钥分离保存的结构示意图，如图10所示，信道密钥采用分离存储，分为两对公私钥分别存储在通信双方的网关节点上。使用时将分离的两对公私钥通过密钥交换算法得到共享密钥，再使用共享密钥和对称加密算法进行加解密操作。密钥交换通过ECDH算法进行。
加解密模块352计算共享密钥ShareKey时，首先从本地网关节点中读取加密私钥PrivateKey，然后通过密钥管理装置35从对方网关节点中获取对应当前加密信道的公钥数据PublicKey，根据ECDH密钥交换原理，在加解密模块352中可计算出对应该信道的共享密钥ShareKey：
ShareKey＝PrivateKey*PublicKey
信道共享密钥ShareKey在计算出来后将会被缓存在加解密模块352中，机器断电重启后该共享密钥将消失，需要重新进行密钥交换计算。由于在一对加密网关中各保存了一半的密钥，此方法可保证通道加密数据的安全。
具体地，首先定义公共的椭圆曲线E，阶N，基点G两个公开参数。通信双方网关节点中的加解密模块352分别存储一个私有密钥XA和XB，为两个随机大整数。对应的公开密钥可按以下公式计算：
PA＝XA*G
PB＝XB*G
其中*表示椭圆曲线算法中的“点乘”运算，PB＝XB*G表示在曲线上从基点G开始移动XB次，得到点YB。加解密模块352通过通信交换公共密钥PA和PB，按以下公式计算共享密钥。
QA＝XA*PB
QB＝XB*PA
根据椭圆曲线点乘运算的结合律和交换律：
QA＝XA*PB＝XA*(XB*G)＝XB*(XA*G)＝XB*PA＝QB
QB即为加解密模块352对加密信道数据加解密所用密钥。QB不持久化存储，根据安全级别需求可配置在内存中缓存，或每次使用重新计算，有效减少了密钥泄露的风险。
综上所述，本发明提供了一种基于区块链的跨链互联***，通过引入桥接网关链的方式实现多个不同区块链技术的联盟链之间互相访问，由于桥接网关链自身也是一个区块链，可达到去中心化及防篡改的目标，从而达到了多个区块链融合，解决了多个区块链***之间的信息孤岛问题，可加快区块链技术的应用推广。
此外，尽管在上文详细描述中提及了***的若干单元模块，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。同样，上文描述的一个单元的特征和功能也可以进一步划分为由多个单元来具体化。以上所使用的术语“模块”和“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件。尽管以下实施例所描述的模块较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
在介绍了本发明示例性实施方式的基于区块链的跨链互联***、之后，接下来，参考附图对本发明示例性实施方式的方法进行介绍。该方法的实施可以参见上述整体的实施，重复之处不再赘述。
图8为本发明实施例提供的一种基于区块链的跨链互联方法的流程图，请参阅图8，该方法包括：
S101：跨链网关接收多个业务链中的一个业务链的跨链交易请求，该业务链为跨链互联的发起方，称为发起业务链。
图9为本发明提供的具体实施例中基于区块链的跨链互联***的结构示意图，请参阅图9，在该实施例中，发起业务链诸如为业务链1。
在具体的实施例中，发起业务链中的验证节点生成跨链请求二元组<Ns,Fs>及接收二元组<Nt,Ft>，使用权限管理节点中权限控制模块对跨链交易进行签名。跨链网关接收到来自发起业务链的跨链交易请求。
S102：根据所述跨链交易请求获取对应的证书及公钥，并对所述跨链交易请求进行验签。
S103：当验签通过时，将所述跨链交易请求路由到对应的目标业务链中，所述目标业务链为跨链互联的接收方，是多个业务链中的一个。请参阅图9，在该实施例中，目标业务链诸如为业务链2。
S104：接收所述目标业务链返回的交易处理结果，所述交易处理结果由所述目标业务链根据所述跨链交易请求生成。在本发明的一种实施方式中，目标业务链在收到跨链网关转发的跨链交易后，使用自身的权限管理节点对加密跨链交易使用自身的私钥进行验证，验证通过后触发跨链请求在目标业务链中提交，并在交易共识及执行装置中完成共识和合约的执行，最终根据请求二元组<Ns,Fs>将交易处理结果原路返回。
本发明还提供了一种计算机设备，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行基于区块链的跨链互联的方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行基于区块链的跨链互联的方法。
下面通过本发明提供的具体实施例，结合本发明的附图，详细介绍本发明的技术方案。图9为本发明提供的具体实施例中基于区块链的跨链互联***的结构示意图，请参阅图9，在该实施例中，业务链共有三个，跨链互联诸如在业务链1、业务链2之间进行，具体的，发起业务链诸如为业务链1，目标业务链诸如为业务链2。图11为区块链跨链互联在业务链1、业务链2之间进行的流程图，请参阅图11，交互流程包括：
S201：业务链1中满足跨链触发条件的交易将触发产生跨链交易申请，在产生跨链交易时同时生成回滚冲正交易，如果在设定的跨链超时时间内未收到跨链交易应答，则进行调用该回滚冲正交易进行跨链失败的后续闭环处理。
S202：业务链1中验证节点生成跨链请求二元组<Ns,Fs>及接收二元组<Nt,Ft>，使用权限管理节点中权限控制模块对跨链交易进行签名。
S203：跨链网关接收到来自业务链1的跨链申请。
S204：跨链网关中的密钥管理装置根据请求二元组<Ns,Fs>的请求业务链1名称获取到对应的证书及公钥，并对签名的跨链请求进行验签。
S205：跨链网关中的网关路由模块根据目的二元组<Nt,Ft>的信息将跨链申请路由到接收网关节点中。
S206：跨链适配装置调用接口适配模块和协议转换模块进行对应的通讯协议转换及报文格式转换，生成新的跨链请求并使用业务链2的公钥进行加密请求转发到目标业务链2。
S207：跨链网关重新组织出新的业务链2中格式相匹配的交易请求，并发送到业务链2，实现跨链请求的调用。
S208：业务链2在收到跨链网关转发的跨链交易后，使用自身的权限管理节点对加密跨链交易使用自身的私钥进行验证，验证通过后触发跨链请求在业务链2中提交，并在交易共识及执行装置中完成共识和合约的执行，最终根据请求二元组<Ns,Fs>将交易处理结果原路返回。
图12为本发明提供的实施例2中区块链跨链互联的方法的流程图，请参阅图12，在该实施例中包括：
S301：外部用户向所述权限管理节点提交用户名密码，进行登录并提交交易请求。
S302：业务链1中验证节点通过交易数据收发装置接收来自外部用户的交易请求，交易共识及执行装置在进行报文解析及签名验证后会为每一个交易生成一个唯一序列号，用于在整个跨链交易处理过程中的跟踪，然后交易共识及执行装置在各验证节点间运行共识算法，确定当前区块中交易个数及每一个交易的执行顺序。主控单元装置控制交易共识及执行装置根据交易请求中的智能合约ID调用对应的智能合约执行。
S303：交易共识及执行装置中接收到主控装置发送的调用指令和调用参数，调用内部智能合约的执行。合约调用的格式及定义如下：
Invoke(stub,function,args)
其中，stub为智能合约执行沙箱提供的容器支持接口，function为需要调用的合约函数名称，args为合约函数对应的输入参数。在智能合约的执行过程中，若需要同业务链2进行互联互通，更新或获取业务链2中的状态数据，则需要发送跨链请求。
S304：交易共识及执行装置在发现需要和业务链2进行交互时，首先挂起自身的处理进程，并通过交易数据收发装置向网关节点中的区块链对接模块发送跨链调用请求。区块链对接模块采用拜占庭容错(PBFT)算法来保证交易请求报文的一致性。因业务链1中的所有验证节点的交易共识及执行装置在智能合约执行时都会驱动相同的状态机及业务处理的程序代码，且各个验证节点中的初始状态都是一致的，因此智能合约在各个独立的验证节点中执行程序时，会在几乎相同的时间内触发跨链调用请求报文。若业务链1中拥有3f+1个验证节点，则区块链对接模块判断：
S305A：区块链对接模块在超时时间内未收集齐业务链1中2f+1个节点1的跨链调用请求，则认为跨链请求未符合要求，不发送跨链请求，并直接应答交易共识及执行装置13请求超时错误。交易共识及执行装置中在确认失败后进行临时数据回滚及处理失败后合约事务完整性保证操作。交易共识及执行装置在生成跨链请求时，同时生成若跨链失败的冲正反交易函数并压入队列中，当跨链处理失败或者请求超时时，将队列中对应的冲正反交易提取出来并执行，完成在跨链时在本地业务链1中预锁定的账户、资金及资源相关的回收释放动作，从而达到跨链请求处理的闭环操作，减少了人工介入对账及***恢复动作，从而实现了跨链合约的事物完整性保证。
S305B：区块链对接模块收到业务链1中至少2f+1个节点的跨链调用请求报文后，才会向业务链2发送跨链交易请求。跨链网关节点中的跨链控制装置在判断满足条件后，调用内部的跨链适配装置完成请求报文格式的转换，再通过内部的网关路由模块将交易请求报文转发到对端的跨链网关节点中，并经对端的区块链对接模块将请求转发到业务链2。
S306：在业务链2的验证节点中的交易共识及执行装置模块将完成跨链请求的交易共识及在智能合约中跨链请求的执行，并修改业务链2中的账本持久化数据，最后将跨链处理结果同步返回网关节点中的网关路由模块，网关路由模块采用拜占庭容错(PBFT)算法来识别跨链应答报文的一致性。因在业务链2中的所有的验证节点的交易共识及执行装置在智能合约都具有相同的状态机及智能合约的程序代码，因此在智能合约被正常执行完成后，各个验证节点中的初始状态都是一致的。智能合约在各个独立的验证节点中执行程序时，会在几乎相同的时间内返回相同的跨链调用应答报文。若业务链2中拥有3f+1个验证节点，则区块链对接模块判断：
S307A：区块链对接模块在超时时间内未收集齐从业务链2中2f+1个验证节点的跨链应答报文，则认为跨链应答失败未符合要求，直接应答网关路由模块342跨链调用失败错误，在经跨链适配装置的协议及格式转换后，再使用密钥管理装置进行加密应答数据，最后到达业务链1中的验证节点，业务链1中验证节点的交易共识及执行装置中在确认交易失败后进行临时数据回滚及处理失败后合约事务完整性保证操作。交易共识及执行装置在生成跨链请求时，同时生成若跨链失败的冲正反交易函数并压入队列中，在此处为跨链处理失败，则交易共识及执行装置会将队列中对应该跨链交易的的冲正反交易提取出来并执行，完成在跨链时在本地业务链1中预锁定的账户、资金及资源相关的回收释放动作，从而达到跨链请求处理的闭环操作，减少了人工介入对账及***恢复动作，从而实现了跨链合约的事物完整性保证。
S307B：区块链对接模块收到自业务链2中至少2f+1个验证节点的跨链调用返回报文后，将应答网关路由模块跨链调用成功，在经跨链适配装置的协议及格式转换后，再使用密钥管理装置进行加密应答数据，最后到达业务链1中的验证节点跨链调用成功应答报文。业务链1中的验证节点在收到跨链调用成功请求后，在交易共识及执行装置中将唤醒在智能合约中阻塞等待的调用跨链请求的进程，从而完成整个跨链处理全流程的闭环。
综上所述，本发明提供了一种基于区块链的跨链互联方法、基于区块链的跨链互联***、计算机设备以及计算机可读存储介质，通过引入跨链网关的概念，可实现多个区块链技术平台直接数据互联，消除多个孤立的联盟链网络连接，同时又能比较好的实现不同业务层间的数据隔离。
本发明具有以下的优点和效果：
1、区块链互联：在引入跨链访问技术后，可以实现不同联盟链之间互相访问，达到现实世界中不同技术背景的区块链跨链融合，打破了不同区块链之间的通信壁垒，解决多个区块链***之间的信息孤岛问题。
2、信任传递及转移：由于跨链网关嫡属于两个对接的联盟链，在智能合约的执行过程中实现了互联的联盟链之间的信任传递及转移。重构了区块链的价值交换网络，给区块链技术带来了新的生命力。
3、数据的隔离及性能提升：由于不同的联盟链存放的业务数据代表不同的业务含义，独立的联盟链内部还存在隐私保护的需求，通过跨链技术可实现多个联盟链之间的数据隔离。同时由于跨链网关的存在，多个的联盟链之间可以进行并行数据共识及智能合约的执行，大大增强了整个区块链网络的并发执行能力，从而提高了区块链网络的吞吐量。
对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字***“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logiccompiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware DescriptionLanguage，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced BooleanExpression Language)、AHDL(Altera Hardware Description Language)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java HardwareDescription Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(Ruby Hardware DescriptionLanguage)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-Speed Integrated CircuitHardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的***、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机***(可以是个人计算机，服务器，或者网络***等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持***或便携式***、平板型***、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的消费电子***、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或***的分布式计算环境等等。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理***来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储***在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (10)

1.一种基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述***包括跨链网关节点以及多个业务链，每个所述业务链包括权限管理节点、网关节点以及多个验证节点，多个业务链中的网关节点以及所述跨链网关节点组成跨链网关；
所述跨链网关，用于实现所述多个业务链之间的报文格式标准化和跨链转换协议，促进跨链报文的适配和转发，以实现跨链数据的互访互通。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述验证节点包括交易数据收发装置、主控装置、交易共识及执行装置以及消息收发装置；
其中，所述交易数据收发装置，用于接收跨链交易请求；
所述主控装置，用于将交易数据分发到所述交易共识及执行装置以及消息收发装置；
所述交易共识及执行装置，用于根据所述交易数据以及跨链交易请求实现智能合约的执行和合约规则的验证；
所述消息收发装置包括证书模块以及加解密模块；
所述证书模块，用于验证交易和节点证书的合法性；
所述加解密模块，用于对接收到的跨链交易请求进行公私钥解密和验证，对发送的交易数据进行私钥加密。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述权限管理节点包括根证书存储模块、权限控制模块以及证书生成模块；
其中，所述根证书存储模块，用于存储和管理根证书以及私钥；
所述权限控制模块，用于配置用户的权限信息，所述权限信息包括访问特定业务链权限以及发起跨链请求权限，并根据所述权限信息调用所述证书生成模块以生成对应的访问交易访问证书。
4.根据权利要求3所述的基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述网关节点包括跨链对接装置、跨链控制装置、跨链适配装置、消息转发装置以及密钥管理装置；
其中，所述跨链对接装置，用于发送跨链请求，所述跨链请求来自所述验证节点或跨链网关节点；
所述跨链控制装置，用于将所述跨链请求分发至所述跨链适配装置、消息转发装置以及密钥管理装置；
所述跨链适配装置，用于对跨链请求的格式进行标准化转换以及跨链协议适配转换；
所述消息转发装置，用于对所述跨链请求对应的通讯报文进行处理；
所述密钥管理装置，用于建立加密信道。
5.根据权利要求4所述的基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述跨链适配装置包括接口适配模块以及协议转换模块；
其中，所述接口适配模块，用于对所述跨链请求对接的两个区块链中的请求API数据进行标准化转换；
所述协议转换模块，用于对所述跨链请求的通讯协议进行转换。
6.根据权利要求4所述的基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述消息转发装置包括区块链对接模块和网关路由模块；
其中，所述区块链对接模块，用于对所述跨链请求对应的通讯报文进行处理，并进行跨链交易签名，并将签名信息作为所述跨链请求的一个域发送至所述网关路由模块进行请求转发；
所述网关路由模块，用于对所述签名信息进行验签，在验签通过后根据跨链路由二元组的接收端信息进行报文的路由转发。
7.根据权利要求4所述的基于区块链的跨链互联***，其特征在于，所述密钥管理装置包括证书模块以及加解密模块；
所述证书模块，用于验证证书的合法性；
所述加解密模块，用于进行加密信道的密钥运算。
8.一种通过权利要求1至7任意一项所述的***进行基于区块链的跨链互联的方法，其特征在于，包括：
跨链网关接收多个业务链中的一个业务链的跨链交易请求，该业务链为跨链互联的发起方，称为发起业务链；
根据所述跨链交易请求获取对应的证书及公钥，并对所述跨链交易请求进行验签；
当验签通过时，将所述跨链交易请求路由到对应的目标业务链中，所述目标业务链为跨链互联的接收方，是多个业务链中发起业务链之外的一个；
接收所述目标业务链返回的交易处理结果，所述交易处理结果由所述目标业务链根据所述跨链交易请求生成。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算设备包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求8所述的基于区块链的跨链互联的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如权利要求8所述的基于区块链的跨链互联的方法。
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