CN115208817A - 一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，属于区块链跨链路由技术领域。本发明利用跨链网关实现区块链之间的信息交互，在跨链路由网络中求最短路径问题时降低迭代次数和中间数据，利用Floyd算法选择跨链任务路由的跨链最短路径。本方法没有异构区块链的限制和中心化的风险，提高了区块链***的可扩展性。同时，具有良好的可靠性，采用了迪杰斯特拉算法添加动态规划，可执行性可以保证。本方法效率高，无论是在空间复杂度还是时间复杂度上都进行了显著优化。

Description

一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法

技术领域

本发明涉及一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，属于区块链跨链路由技术领域。

背景技术

目前，现有的跨链方式主要有以下几种：

1.公证人机制。引入一方或多方可信的中心化实体做信用背书进行信息跨链。公证人机制在技术上实现较为简单，但因公证人机制需要对公证人有足够的信任，因此存在中心化的风险。

2.哈希锁定机制。该机制利用了哈希函数的低碰撞特性以及区块链交易的延迟执行的特点，通过交易双方设置哈希谜题，用户在规定的时间段通过猜测哈希值的原值来支付交易，进而实现交易的跨链机制。

3.中继链机制。通过引入其他的区块链***来负责进行交易收集、背书和转发，即构造一个第三方公有链连接区块链网络中的其它链。中继链机制可以将交易的验证和背书工作委托到中继链上进行，但是该跨链实现方式复杂，并且在一定程度上依赖于自身的一套跨链协议，对异构链的接入存在一定困难。

在现有跨链机制的背景下，网关跨链实现机理简洁，且由于网关跨链本质是在接入应用链的跨链网关上实现数据同步，没有异构链的限制。同时，为实现跨链过程中的大规模路由求解问题，传统的迪杰斯特拉路由算法和动态规划难以满足大规模应用的需求。网关节点在1000以内的程序执行时间可以接受，然而继续扩大规模至10倍、100倍，能耗和时间代价过大。因此，为了降低时间和能耗的代价，提高跨链任务程序执行的效率，需要降低迭代次数，并处理中间数据的存储，以实现在时间、空间上都进行优化的目的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，为了解决区块链***大规模跨链路由时间长、效率低的技术问题，提出一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法。

本发明利用跨链网关实现区块链之间的信息交互，在跨链路由网络中求最短路径问题时降低迭代次数和中间数据，利用Floyd算法选择跨链任务路由的跨链最短路径。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。

首先对本发明涉及的概念内容进行说明。

1.跨链网关。是一种连接不同区块链***的交互组件，承担区块链之间收集和传播交易的角色，且支持应用链与应用链之间的消息交互。

2.网关路由表。由跨链网关生成、更新和维护。网关路由表存储了跨链路由网络中所有跨链网关的地址、本地跨链网关到其他跨链网关的最佳距离以及最佳距离的路由选择(此时的路由选择是最佳路由选择)。最佳距离表示两个跨链网关之间信息传递时的能耗最小。

为了保持网关路由表中两个跨链网关的最佳距离，每个跨链网关与它所有的相邻网关定期交换信息。如果交换结束后，一个网关到任何一个相邻网关的最佳距离发生变化，则交换过程将一直重复，直到所有的网关完成路由表的更新。

3.Floyd算法。又称为插点法，是一种用于寻找给定的加权图中多源点之间最短路径的算法。初始时，对于任意两个节点，若节点之间存在边，则以此边上的权值作为它们之间的最短路径长度；若不存在有向边，则以∞作为它们之间的最短路径长度，之后逐步尝试在原路径中加入节点作为中间节点，如果增加中间节点后，得到的路径比原来的路径短，则以此新路径代替原路径。

4.应用链。负责跨链任务具体的业务逻辑，同构应用链具有类似的区块结构和交易数据存储格式，并具有相同的共识算法和加密机制。

5.智能合约。一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约接受用户的业务请求，将业务转移到分配服务器，并且将身份管理和抵押贷款中各业务的数据信息上链。

6.跨链任务。由应用链上的账户提起的跨链消息或跨链交易，包括本地账户地址，来源应用链ID、目标账户地址、目标应用链ID、跨链事件发生的时间戳、跨链任务内容和跨链任务证明。

7.跨链路由网络。由多个跨链网关组成的P2P网络，包括和应用链关联的跨链网关，跨链任务在跨链路由网络中传递和转发。

一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，包括跨链任务提出与验证，跨链路由选择和跨链任务回执，具体如下：

步骤1：跨链网关接入应用链，配置应用链端口信息。

步骤2：跨链网关之间对相互的地址进行注册，以便寻找相邻应用链的操跨链网关；根据网关之间信息传的递能耗值，基于生成Floyd算法并维护网关路由表。

步骤3：跨链网关进入初始化监听状态，监听用户操作；根据跨链任务的来源链ID、目标链ID和网关路由表，找到跨链任务的最佳路由选择。

具体地，步骤3可以包括以下步骤：

步骤3.1：应用链上的本地账户发起跨链任务，跨链任务被提交到应用链所关联的跨链网关；

具体地，步骤3.1可以包括以下步骤：

步骤3.1.1：本地账户将跨链任务请求通过智能合约提交给应用链；

步骤3.1.2：应用链收到跨链任务请求后，验证跨链任务的结构和内容是否有效(本地账户地址是否合法等)，如果不合法，则拒绝跨链任务的执行，如果合法，则执行步骤3.1.3；

步骤3.1.3：应用链将跨链任务转发到关联的跨链网关，同时跨链任务存储到区块链上。

步骤3.2：跨链网关检测账户跨链任务的有效性(包括本地账户是否具有权限，账户资产是否充足等)；若本地账户提起的跨链任务不合法，则拒绝跨链任务的执行，若跨链事务合法，则执行步骤3.3；

步骤3.3：跨链网关根据跨链任务的目标应用链ID，在本地存储的网关路由表中查询目标应用链关联的目标跨链网关，根据网关路由表的信息找到本地跨链网关到目标跨链网关的最佳路由，并按照最佳路由选择将跨链任务转发到目标跨链网关；

步骤4：目标跨链网关检测到跨链任务，首先检测跨链任务目标账户地址是否合法，若目标账户地址不合法，则拒绝执行，发回拒绝回执；若目标账户地址合法，则目标跨链网关接受跨链任务，将跨链任务转发给目标应用链；

步骤5：目标应用链根据跨链任务中的目标账户地址将跨链任务转发给目标账户执行，返回跨链任务执行成功回执。

具体地，步骤5可以包括以下步骤：

步骤5.1：目标应用链根据跨链任务中的目标账户地址，将确定执行的跨链任务经智能合约发送至目标账户；

步骤5.2：目标应用链各节点对跨链任务进行共识；

步骤5.3：目标应用链各节点共识成功后，将跨链任务添加在区块链上；

步骤5.4：目标应用链返回跨链任务执行成功回执。

步骤6：跨链网关在检测到跨链任务执行成功后，向应用链发回执行成功回执，此时完成一次跨链任务。

有益效果

本发明方法，与现有技术相比，具有以下优点：

1.本方法采用了跨链网关进行了不同区块链之间的信息交互，没有异构区块链的限制和中心化的风险，提高了区块链***的可扩展性。

2.本方法具有良好的可靠性，采用了迪杰斯特拉算法添加动态规划的思路，可执行性可以保证。

3.本方法效率高，无论是在空间复杂度还是时间复杂度上都进行了显著优化。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。所描述的实施例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。

如图1所示，一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法。

本实施例详细阐述了在区块链赋能的信息交互场景下的跨链网关路由。如在招聘场景下，某招聘公司甲公司存在对应聘者乙学生的学位信息采集和认证等业务需求。针对甲公司的学位信息认证业务请求，需要乙学生所在的大学丙大学提供乙学生的学位证明。

本实施例叙述了采用本发明所述方法对上述招聘场景中学位证明从丙大学跨链传输到甲公司，包括如下过程：

步骤1：跨链网关A接入丙大学应用链，配置丙大学应用链端口信息；跨链网关B接入甲公司应用链，配置甲公司应用链端口信息。

步骤2：跨链网关之间对相互的地址进行注册，以便寻找相邻应用链的操跨链网关，跨链网关A和跨链网关B根据网关之间信息传递的能耗值，基于Floyd算法，分别生成并维护网关路由表A和网关路由表B。

具体地，本方法利用跨链网关之间的消息传递的能耗，基于Floyd算法生成网关路由表用于信息转发时的跨链网关选择。在跨链路由网络构成的图中，节点代表跨链网关，两个节点之间的边代表两个跨链网关之间可以信息交互，边的权值是表示两个节点之间的距离，即信息在两个跨链网关之间传递时的能耗成本。

本实施例中的方法涉及的字符如表1：

表1本实施例中方法涉及字符说明

输入:G,i

输出:Gop

首先，每个节点都要生成本地的初始路由矩阵，初始路由矩阵记录着本地节点和其他所有节点之间的初始距离。

以节点i生成初始路由矩阵为例，对于任意节点j，若i和j之间存在边，则以此边的权值g[i][j]作为它们之间的初始距离，若不存在有向边，则它们之间的初始距离是无限大，即g[i][j]＝∞，此时i和j之间的最佳路由就是节点i到节点j，设置i和j之间的最佳路由为-1，由此生成初始路由矩阵。

然后，更新初始路由矩阵通过插点生成网关路由表，对本地节点i到其他每个节点的初始距离进行如下操作：若从节点i到节点j经过节点k，且g[i][j]>g[i][k]+g[k][j]，则从i到j的最佳距离为g[i][k]+g[k][j]，i到j的最佳路由更新为从i到k再到j。由此生成本地节点的网关路由表；

同理，对跨链路由网络的每个节点，均按照上述过程生成网关路由表。

步骤3：跨链网关A进入初始化监听状态，监听丙大学应用链上乙学生操作，根据乙学生跨链任务的来源链ID，目标链ID和网关路由表A，选择到跨链网关B的最佳路由。

步骤3.1：丙大学应用链上的乙学生账户发起学位证明跨链任务，学位证明跨链任务被提交到丙大学应用链所关联的跨链网关A上，学位证明跨链任务包括乙学生账户地址，丙大学应用链ID、甲公司应用链ID、甲公司招聘单位账户地址，跨链事件发生的时间戳、乙学生学位证明和跨链任务证明；

步骤3.1.1：乙学生账户将学位证明跨链任务请求通过智能合约提交给丙大学应用链；

步骤3.1.2：丙大学应用链收到学位证明跨链任务请求后，验证学位证明跨链任务的结构和内容是否有效(乙同学账户地址是否合法等)，如果不合法，则拒绝学位证明跨链任务的执行，如果合法，则执行步骤3.1.3；

步骤3.1.3：丙大学应用链将学位证明跨链任务转发到关联的跨链网关A，同时学位证明跨链任务存储到丙大学应用链上。

步骤3.2：跨链网关A检测乙学生账户学位证明跨链任务的有效性(乙学生账户是否具有权限，账户资产是否充足等)，若乙学生账户提起的学位证明跨链任务不合法，则拒绝学位证明跨链任务的执行；若学位证明跨链事务合法，则执行步骤3.3；

步骤3.3：跨链网关A根据学位证明跨链任务的甲公司应用链ID，在跨链网关A本地存储的网关路由表A中查询甲公司应用链关联的跨链网关B，根据网关路由表A记录的跨链网关A和B的最佳距离和最佳路由，并按照最佳路由选择将跨链任务转发到跨链网关B；

步骤4：跨链网关B检测到学位证明跨链任务，首先检测学位证明跨链任务甲公司招聘单位账户地址是否合法，若甲公司招聘单位账户地址不合法，则拒绝执行，发回拒绝回执；若甲公司招聘单位账户地址合法，则跨链网关B接受学位证明跨链任务，将学位证明跨链任务转发给甲公司应用链；

步骤5：甲公司应用链根据跨链任务中的甲公司招聘单位账户地址将学位证明跨链任务转发给甲公司招聘单位账户执行，返回学位证明跨链任务执行成功回执给跨链网关B；

步骤5.1：甲公司应用链根据学位证明跨链任务中的目标账户地址，将确定执行的学位证明跨链任务经智能合约发送至甲公司招聘单位；

步骤5.2：甲公司招聘单位各节点对学位证明跨链任务进行共识；

步骤5.3：甲公司招聘单位各节点共识成功后，将学位证明跨链任务添加在甲公司应用链上；

步骤5.4：甲公司应用链返回学位证明跨链任务执行成功回执给跨链网关B。

步骤6：跨链网关B在检测到学位证明跨链任务执行成功后，向跨链网关A发回执行成功回执，跨链网关A向丙大学应用链发回执行成功回执完成一次跨链任务。

Claims (5)

1.一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：跨链网关接入应用链，配置应用链端口信息；

步骤2：跨链网关之间对相互的地址进行注册，以便寻找相邻应用链的操跨链网关，根据网关之间信息传的递能耗值，基于生成Floyd算法并维护网关路由表；

步骤3：跨链网关进入初始化监听状态，监听用户操作，根据跨链任务的来源链ID，目标链ID和网关路由表，找到跨链任务的最佳路由选择；

步骤4：目标跨链网关检测到跨链任务，首先检测跨链任务目标账户地址是否合法，若目标账户地址不合法，则拒绝执行，发回拒绝回执；若目标账户地址合法，则目标跨链网关接受跨链任务，将跨链任务转发给目标应用链；

步骤5：目标应用链根据跨链任务中的目标账户地址将跨链任务转发给目标账户执行，返回跨链任务执行成功回执；

步骤6：跨链网关在检测到跨链任务执行成功后，向应用链发回执行成功回执，此时完成一次跨链任务。

2.如权利要求1所述的一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：应用链上的本地账户发起跨链任务，跨链任务被提交到应用链所关联的跨链网关；

步骤3.2：跨链网关检测账户跨链任务的有效性，若本地账户提起的跨链任务不合法，则拒绝跨链任务的执行；若跨链事务合法，则执行步骤3.3；

步骤3.3：跨链网关根据跨链任务的目标应用链ID，在本地存储的网关路由表中查询目标应用链关联的目标跨链网关，根据网关路由表的信息找到本地跨链网关到目标跨链网关的最佳路由，并按照最佳路由选择将跨链任务转发到目标跨链网关。

3.如权利要求1所述的一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，其特征在于，步骤3.1包括以下步骤：

步骤3.1.1：本地账户将跨链任务请求通过智能合约提交给应用链；

步骤3.1.2：应用链收到跨链任务请求后，验证跨链任务的结构和内容是否有效，如果不合法，则拒绝跨链任务的执行，如果合法，则执行步骤3.1.3；

步骤3.1.3：应用链将跨链任务转发到关联的跨链网关，同时跨链任务存储到区块链上。

4.如权利要求1所述的一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，其特征在于，步骤5包括以下步骤：

步骤5.1：目标应用链根据跨链任务中的目标账户地址，将确定执行的跨链任务经智能合约发送至目标账户；

步骤5.2：目标应用链各节点对跨链任务进行共识；

步骤5.3：目标应用链各节点共识成功后，将跨链任务添加在区块链上；

步骤5.4：目标应用链返回跨链任务执行成功回执。

5.如权利要求1所述的一种基于跨链网关和Floyd算法的可信跨链路由方法，其特征在于，根据网关之间信息传的递能耗值，基于生成Floyd算法并维护网关路由表的方法如下：

首先，每个节点都要生成本地的初始路由矩阵，初始路由矩阵记录着本地节点和其他所有节点之间的初始距离；

在跨链路由网络构成的图中，节点代表跨链网关，两个节点之间的边代表两个跨链网关之间能够进行信息交互；边的权值g表示两个节点之间的距离，即信息在两个跨链网关之间传递时的能耗成本；i,j,k表示跨链路由网络构成的图中的节点；

当节点i生成初始路由矩阵时，对于任意节点j，若i和j之间存在边，则以此边的权值g[i][j]作为它们之间的初始距离，若不存在有向边，则它们之间的初始距离是无限大，即g[i][j]＝∞，此时i和j之间的最佳路由就是节点i到节点j，设置i和j之间的最佳路由为-1，由此生成初始路由矩阵；

然后，更新初始路由矩阵通过插点生成网关路由表，对本地节点i到其他每个节点的初始距离进行如下操作：若从节点i到节点j经过节点k，且g[i][j]>g[i][k]+g[k][j]，则从i到j的最佳距离为g[i][k]+g[k][j]，i到j的最佳路由更新为从i到k再到j；由此生成本地节点的网关路由表；

同理，对跨链路由网络的每个节点，均按照上述过程生成网关路由表。

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