902
浏览区块链跨链通信技术研究
摘要:随着区块链技术的迅速发展,其去中心化、多方协作、防篡改、可溯源等特点越来越显示出优势,诸多行业和领域引入区块链技术进行产业创新和升级。在不同的应用场景中,所采用的区块链底层技术会有所差异,涉及到共识机制、数据存储、加密算法等诸多方面,由此造成了区块链之间的隔离性,相互独立而无法互通,使区块链成为一个个“价值孤岛”。为了解决此类问题,能够实现区块链之间的可信交互、数据共享的跨链技术成为一个新的研究热点。本文基于主从多链的区块链架构,提出了两种跨链模式,并利用其中一种模式实现区块链之间的跨链交互与通信:首先,分析了公证人模式和中继模式跨链的优缺点,并将两者优势相结合,提出中继公证人模式的跨链系统。利用一条区块链作为主链,其余区块链为从链,主链负责对接从链,并帮助从链收集和转发跨链交易,从链只需与主链进行联通,大大简化了跨链通信网络,使得从链接入跨链系统更加便捷。同时,主链也负责从链跨链交易的验证工作,从链只需信任主链的验证结果即可,省去了从链之间相互验证的开销。通过使用区块链技术完成“公证人”的功能,实现了去中心化的可信验证。其次,提出了数据中心共享模式的跨链系统。采用区块链技术来实现传统的中心化系统提供的功能,利用智能合约将区块链打造成去中心化的数据中心,将从链的数据汇聚到主链上,通过主链这个数据平台中心对外提供数据共享服务,实现区块链数据的流通和共享。利用智能合约将数据汇集和共享的过程统一化、规范化,并加以权限控制,实现数据的可信写入与读出。对于所有调用智能合约的操作,都会在区块链上留痕,成为重要的数字证据。最后,基于以太坊(Ethereum)的智能合约,模拟实现了数据中心共享模式的跨链系统,包括从链数据的可信写入与安全读取。同时结合本文跨链系统合约的设计框架,提出适应本文跨链系统合约的MPC非结构化存储模式,来实现跨链系统合约的可升级性,从而提高跨链系统的容错性和可扩展性。通过Remix在Ganache客户端启动的本地以太坊私有链上,部署跨链系统合约,完成对其功能测试,结果表明能够实现从链区块链数据的可信共享。正文中共使用图49幅,表4个,参考文献42篇。
关键词:区块链
文章目录
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文组织结构
2 区块链理论与技术基础
2.1 区块链技术
2.2 以太坊项目
2.2.1 以太坊架构
2.2.2 以太坊基础知识
2.3 区块链跨链通信技术
2.3.1 哈希时间锁定
2.3.2 公证人机制
2.3.3 侧链/中继技术
2.3.4 跨链机制对比
2.4 跨链实践
2.4.1 Cosmos
2.4.2 Polkadot
2.5 可升级智能合约
2.5.1 主从合约
2.5.2 永久存储合约
2.5.3 可升级存储代理合约
2.6 本章小结
3 基于主从多链架构的区块链跨链系统
3.1 中继公证人模式
3.1.1 系统架构
3.1.2 主链节点管理
3.1.3 验证规则管理
3.1.4 跨链交易执行
3.2 数据中心共享模式
3.2.1 系统架构
3.2.2 从链管理
3.2.3 系统成员管理
3.2.4 数据安全共享
3.3 模式对比分析
3.4 本章小结
4 基于Ethereum的数据中心共享模式的跨链系统实现
4.1 系统功能分析
4.2 跨链系统合约架构
4.3 关键问题与解决办法
4.3.1 系统合约设计框架
4.3.2 系统合约可升级
4.4 环境搭建
4.4.1 合约开发工具
4.4.2 合约部署与初始化
4.5 功能测试
4.6 安全性分析
4.7 本章小结
5 总结与展望
5.1 本文总结
5.2 未来展望
参考文献
[1]BitXHub:基于侧链中继的异构区块链互操作平台[J]. 叶少杰,汪小益,徐才巢,孙建伶. 计算机科学. 2020(06)
[2]区块链跨链技术分析[J]. 郭朝,郭帅印,张胜利,宋令阳,王晖. 物联网学报. 2020(02)
[3]基于改进PageRank算法的跨链公证人机制评价模型[J]. 戴炳荣,姜胜明,李顿伟,李超. 计算机工程. 2021(02)
[4]基于聚类簇中心的共识跨链交换模型[J]. 赵涛,张凌浩,赵其刚,王红军. 计算机科学. 2019(S2)
[5]基于区块链技术的电子数据存证保全应用研究[J]. 谭博文,朱容宇,李俊霖. 无线互联科技. 2019(17)
[6]区块链跨链技术进展研究[J]. 李芳,李卓然,赵赫. 软件学报. 2019(06)
[7]基于哈希锁定的多方跨链协议研究[J]. 张诗童,秦波,郑海彬. 网络空间安全. 2018(11)
[8]万维链:区块链跨链技术及应用生态[J]. 吕旭军,Dustin Byington. 杭州(周刊). 2018(18)
[9]基于区块链的食品安全溯源体系设计[J]. 李明佳,汪登,曾小珊,白倩兰,孙耀杰. 食品科学. 2019(03)
[10]区块链技术综述[J]. 沈鑫,裴庆祺,刘雪峰. 网络与信息安全学报. 2016(11)