一种基于做市商算法的高容错性和流动性的跨链原子交换方法与流程

本发明涉及计算机科学与，具体为一种基于做市商算法的高容错性和流动性的跨链原子交换方法。

背景技术：

1、随着加密货币的空前发展，共存的区块链不再是孤立的岛屿。在不同区块链之间交换加密货币已成为区块链领域的顶级应用之一。众多的互操作性项目已实际部署，形成了一个价值数十亿美元的产业。

2、然而，著名的去中心化交易所(dex)和中心化交易所(cex)的部分中心化模式违反了区块链世界的基本原则，并且容易受到安全攻击。去中心化交易所虽然声称去中心化，但在实际运营中，往往存在着一定程度的中心化因素。例如，其交易撮合和订单管理可能依赖于少数几个核心节点，这使得整个系统的安全性和稳定性受到威胁。一旦这些核心节点受到攻击或出现故障，可能导致整个交易系统的瘫痪，用户的资产也可能因此受到损失。中心化交易所则更加明显地存在着中心化的问题。用户的资产完全由交易所控制，交易所拥有对用户资产的绝对支配权。这不仅增加了用户资产被挪用或盗窃的风险，也使得交易所成为黑客攻击的主要目标。一旦交易所被攻破，用户的资产将面临巨大的损失。此外，这些交易所的交易流程往往复杂繁琐，用户需要经过一系列复杂的操作才能完成交易，这不仅增加了用户的使用成本，也降低了交易的效率。而且，由于不同区块链之间的技术差异和兼容性问题，现有的跨链交换技术在实现上存在着很大的困难。例如，不同区块链的共识机制、数据结构和加密算法等方面的差异，使得跨链交换过程中容易出现数据丢失、交易延迟等问题。综上所述，现有的跨链交换模式在去中心化程度、安全性、交易效率和技术兼容性等方面存在着严重的不足，迫切需要一种更加先进、安全和高效的跨链交换技术。

3、区块链原子交换(atomic cross-chain swaps，accs)作为区块链互操作性技术的重要基石，在当前的应用中存在着诸多显著的问题。相关的区块链原子交换(accs)解决方案通常可以分为三类：基于可信第三方的方法、基于哈希时间锁定合约(htlc)的方法和基于中继链的方法。然而，这些方法都存在一定的局限性：

4、(1)基于可信第三方的方法，在资产交换中依赖可信第三方，将用户资产存储在可信地址或委托给可信执行环境(tee)，这引入了显著的单点金融风险。而且，这种解决方案假设所有用户都拥有tee，这是一种昂贵的要求。

5、(2)基于htlc技术的资产交换方法，虽然能够通过智能合约以无需信任的方式进行资产交换，但由于需要做市商来匹配交换，导致流动性不佳，阻碍了实际应用。此外，在去中心化金融(defi)场景中，容易受到汇率波动和用户离线的影响，其“全有或全无”的固有属性限制了在无需信任环境中的灵活性。

6、(3)基于中继链的方法能够将资产转移到中间环节。然而，当前的解决方案要求资产转移到中继链，导致较高的燃气成本，并且仅支持许可区块链之间的资产交换，无法普遍扩展到公共区块链。

7、在以上传统的accs模式下，用户必须在链下手动匹配交换请求，并持续监控其他区块链的状态。这一过程不仅繁琐复杂，而且极大地依赖于用户的人工操作和持续关注，增加了用户的负担和操作成本。此外，accs的链上流动性不足也是一个严重的问题。由于缺乏足够的流动性，资产的交换往往受到限制，难以满足用户的实际需求，降低了整个系统的实用性和效率。更重要的是，accs所具有的“全有或全无”属性极大地限制了其在实际部署和应用中的可行性。这意味着，如果在交换过程中出现任何微小的问题或错误，整个交换就会完全失败，导致用户的资产面临风险，同时也严重影响了用户的使用体验和对该技术的信任。综上所述，现有的accs技术在用户操作便利性、链上流动性以及容错能力等方面存在着严重的不足，这些不足极大地制约了其在区块链领域的广泛应用和发展。

8、基于上述内容，本发明提出一种基于做市商算法的高容错性和流动性的跨链原子交换方法以解决上述问题，研究了区块链技术在互不信任的条件下的跨链原子交换技术，通过做市商保证了高容错性、流动性的跨链原子交换解决方案。

技术实现思路

1、1、本发明要解决的技术问题

2、本发明的目的在于提出一种基于做市商算法的高容错性和流动性的跨链原子交换方法以解决背景技术中所提出的问题，使得区块链系统用户在互相不信任的前提下，安全的完成资产的互换，并大幅提高原子交换过程的容错性和流动性，满足更多的跨链场景需求。

3、2、技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种基于做市商算法的高容错性和流动性的跨链原子交换方法，包括如下步骤：

6、s1、做市商设计：引入一种激励兼容做市商角色用于原子交换，所述做市商角色主动处理监控服务，代替用户监督替代区块链上的状态变化，并自动向用户发送资产；

7、s2、交换请求匹配设计：利用多个做市商形成一个复杂的支付网络，用户通过最小成本最大流(mcmf)算法快速找到做市商并匹配accs订单，为原子交换提供链上流动性；

8、s3、智能合约设计：设计做市商管理智能合约(bmsc)和工厂智能合约(fsc)，为用户提供查询做市商并参与accs模式的借口，使用户以最低成本和最高容错完成交换；

9、s4、安全参数设计：设计定制的安全参数，帮助用户平衡成本和容错；利用安全参数将资产等分成份额，确保当做市商向他人发送一部分资产时，做市商本身也收到等值的资产。

10、优选地，s3中所述做市商管理智能合约(bmsc)用于管理所有做市商的信息，所述做市商在两个链上均持有资产才能在做市商管理智能合约(bmsc)中注册，同时存入抵押物以防止恶意行为。

11、优选地，s3中所述工厂智能合约(fsc)用于管理所有用户的交换请求，当用户提交交换请求后工厂智能合约(fsc)同步两个链上最新的区块头，当交换成功时调用verify函数验证交易是否成功执行，如果交换成功则将做市商存储在做市商管理智能合约(bmsc)中的信息更新，包括成功执行交换的次数以及可供支付的资产数量；如果交换失败则调用judge函数来扣除恶意broker的抵押物。

12、3、有益效果

13、本发明提出一种基于做市商算法的高容错性和流动性的跨链原子交换方法，分析了当前跨区块链的原子交换场景，结合实际区块链需求，提出了能满足在互不信任的环境下高容错和链上流动性的跨链原子交换技术，本发明的有益效果具体体现为：

14、(1)大大提高了资产交换的效率和成功率，减少了用户的等待时间和交易失败的风险。

15、(2)通过引入部分资产交换的模式，增加了交易的灵活性和适用性，更好地满足了用户多样化的需求。

16、(3)定制的安全参数和智能合约有效地保障了资产的安全和交易的一致性，增强了用户对系统的信任。

17、(4)高流动性和容错性使得系统在复杂的市场环境中更具竞争力和适应性，能够更好地应对各种突发情况和挑战。

18、(5)与现有技术相比，在去中心化程度、交易成功率和服务的accs数量等方面都有显著的提升，为区块链领域的发展带来了新的突破和进步。