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区块链跨链关键技术研究

黄梦妍  
【摘要】:自区块链技术问世以来,因其具有防篡改、分布式、账户透明的特点,以及在比特币中的实际应用,该项综合性技术吸引了广泛关注。区块链技术应用初期,项目由不同团队根据需求设计实现为各类异构区块链、不同的区块链服务于不同的机构系统。区块链系统之间相互隔绝,互不相通。但随着社会对区块链应用多样化和复杂性需求的不断扩大,区块链系统间也需要消息互通和进行跨链交易。当不同区块链系统进行跨链交易时,要完成存储多个区块账本信息和广播共识,以确定当前跨链交易信息是否安全可信、能否上链。现有跨链通信技术面对链间异构网络通信、串行传输、通信信息转化、信息共识等过程,存在交易时延较长、吞吐量较低、交易主体过于庞大等问题。此外,区块链系统因其链式账本结构引发的安全攻击,如双花(分叉)问题,会导致系统产生巨大损失。所以高效的跨链交易和抵御双花攻击都是现阶段需要解决的区块链跨链关键问题。本文主要研究了区块链系统的双花解决方法,针对区块栅格系统提出了基于占位机制的双花消除方法。首先介绍双花攻击问题定义和已有双花解决方案,接着本文提出基于占位机制的双花消除方法。我们在系统内引入一个预先占位的机制,利用区块栅格系统的异步特性,实现交易占位等待的运行流程,以此解决双花问题。通过实验仿真,验证了本文提出的基于占位机制的分叉解决方法能够有效的解决区块链系统中的分叉问题。实验对比Nano区块链传统的分叉解决方法的投票机制与占位机制分叉解决方法,显示出占位机制在不同交易规模下的性能均优于传统投票机制。在研究区块链跨链关键技术的过程中,除了双花问题,我们还发现由于现在的区块链跨链方法基本上是基于以太坊、比特币架构,缺乏普适性。所以我们提出一种基于Java的跨链系统框架,它是一个独立的适用于通用跨链场景的区块链系统,能够给两个及以上有跨链需求的区块链系统,提供跨链服务。该系统账本结构和交易过程借鉴了 Nano区块栅格系统,因此具有交易速度快、吞吐量高的特点。在论文中首先介绍Nano区块栅格结构,接下来对提出的基于Java的跨链系统进行系统结构和流程设计介绍,通过实现跨链系统核心模块---平台交易模块,具体包括基于Java重构的Nano区块栅格系统的启动区块链、构造区块、Socket通信、系统交易、账户信息显示、区块内容显示功能,然后对上述功能进行实验验证,结果显示该模块具备交易可行性。最后我们对构造的Java区块栅格系统进行了安全性分析。


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