基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法与流程

1.本发明涉及区块链技术，具体地涉及一种基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法。


背景技术：

2.当前银行联合系统根据清算文件在t+1的固定时间进行清算，双信息交易需收单机构主动上传清算文件到清算系统，由清算系统完成对账后进行资金的清算；单信息交易由清算系统自行根据交易日志进行资金清算，收单机构可从清算系统下载清算文件进行对账。
3.在现有技术的清算模式存在以下弊端：其一，时效性不强，需要在t+1日才开始清算。
4.其二，对于选择双信息的收单机构，每天需要上传清算文件，然后清算系统再根据清算文件对账，明明交易已经发生，双方都对此交易知情，但是还需要再做一次对账完成清算，该过程繁琐且不必要。
5.其三，对于选择单信息的收单机构，其清算完全由中心化的清算系统完成，无法参与到清算中，清算的正确与否完全由清算系统决定。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本发明旨在提出一种能够实现实时清算并且保证交易安全性的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法。
7.本发明一方面的基于区块链的清算系统，其特征在于，包括：所述区块链由多个区块节点构成，其中，所述多个区块节点的每一个区块节点包括：广播模块，用于从外部接收清算交易并向与本区块节点连接的其他区块节点广播该清算交易；缓存池，用于缓存从外部接收到的清算交易；打包模块，用于从所述缓存池中取出清算交易并打包成区块；以及智能合约执行模块，用于对于打包成的区块执行智能合约以实现清算交易的验证；以及共识认证模块，用于对于经过验证的区块执行共识认证，在达成共识认证之后以将本次区块上链到区块链。
8.可选地，所述区块节点进一步包括：底层存储区块链模块，用于存储区块链。
9.可选地，所述广播模块以规定广播方式广播该清算交易，其中，所述规定广播方式为：其他收到广播的区块节点，同样将该清算交易同步到本身的缓存池中，并且随机对其他区块节点中的部分区块节点广播该清算交易，其中，对于同一清算交易，一个区块节点只广播一次。
10.可选地，所述广播模块从外部接入清算交易通过密钥交换实现。
11.可选地，所述打包模块打包成区块后对区块中的清算交易做批量处理，并且打包的区块大小设置为动态调整。
12.可选地，所述执行智能合约模块对于所述打包模块打包成的区块以投票方式验证清算交易，所述共识认证模块对于所述智能合约模块的投票结果进行验证，在所有区块节点投票结果一致后在所有区块节点中投票选举出一个具有记账权的区块节点，以达成共识并准备将本次区块上链。
13.可选地，所述执行智能合约模块采用哈希算法进行清算交易的验证。
14.可选地，所述区块链每次更新后，存储在区块节点的底层存储区块链模块中，每次区块链更新时或间隔一段时间后，以最长的区块链为准，对其他区块节点的底层存储区块链模块中的区块链进行更新，拥有最长区块链的区块节点，将最长区块链广播到区块节点网络中。
15.本发明一方面的基于区块链的清算方法，其特征在于，所述区块链由多个区块节点构成，该方法包括：缓存步骤，从外部接收清算交易并将该清算交易同步到区块链节点的缓存池；广播步骤，向与本区块节点连接的其他区块节点广播该清算交易；打包步骤，从缓存池中取出清算交易并打包成区块；以及智能合约执行步骤，对于打包成的区块执行智能合约以对清算交易进行验证；以及共识认证步骤，对于经过验证的清算交易执行共识认证，在达成共识认证之后以将本次区块上链到区块链。
16.可选地，在所述广播步骤中，以规定广播方式广播该清算交易，其中，所述规定广播方式为：其他收到广播的区块节点，同样将该清算交易同步到本身的缓存池中，并且随机对其他区块节点中的部分区块节点广播该清算交易，其中，对于同一清算交易，一个区块节点只广播一次。
17.可选地，在所述广播步骤中，从外部接入清算交易请求通过密钥交换实现。
18.可选地，在所述打包步骤中，打包成区块后对区块中的清算交易做批量处理，并且打包的区块大小设置为动态调整。
19.可选地，在所述智能合约执行步骤中，对于所述打包步骤打包成的区块以投票方式验证清算交易，在所述共识认证步骤中，用于对于投票结果进行验证，在所有区块节点投票结果一致后在所有区块节点中投票选举出一个具有记账权的区块节点，以达成共识并准备将本次区块上链。
20.可选地，在所述智能合约执行步骤中，采用哈希算法进行清算交易的验证。
21.可选地，在所述共识认证步骤之后进一步包括：所述区块链每次更新后，将区块链存储在区块节点的底层存储模块中，每次区块链更新时或间隔一段时间后，以最长的区块链为准，对其他区块节点的底层存储区块链步骤中的区块链进行更新，拥有最长区块链的区块节点，将最长区块链广播到区块节点网络
中。
22.本发明一方面的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于区块链的清算方法。
23.本发明一方面的计算机设备，包括存储模块、处理器以及存储在存储模块上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于区块链的清算方法。
24.如上所述，根据本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法，由于区块链技术实现，具有区块链的易审查，难篡改的技术特点，由此能够保证数据的安全性，同时使用许可链技术与拜占庭容错共识算法，相较于公链技术在效率上有很大提升，能够满足交易的实时清算要求。客户端和区块节点之间进行清算交易传输时采用密钥实现，保证了清算交易过程中的安全性，降低客户端伪造清算交易请求的风险。而且，本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法能够实现较好的容灾容错能力。
附图说明
25.图1是本发明一方面的基于区块链的清算系统中区块节点的结构框图。
26.图2是本发明一方面的基于区块链的清算方法的流程示意图。
27.图3是本发明一实施例的基于区块链的清算系统所执行的清算方法的流程示意图。
具体实施方式
28.下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
29.出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本发明的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到，相同的原理可等效地应用于所有类型的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法，并且可以在其中实施这些相同的原理，以及任何此类变化不背离本专利申请的真实精神和范围。
30.而且，在下文描述中，参考了附图，这些附图图示特定的示范实施例。在不背离本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改。此外，虽然本发明的特征是结合若干实施/实施例的仅其中之一来公开的，但是如针对任何给定或可识别的功能可能是期望和/或有利的，可以将此特征与其他实施/实施例的一个或多个其他特征进行组合。因此，下文描述不应视为在限制意义上的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等效物来定义。
31.诸如“具备”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元（模块）和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元（模块）和步骤的情形。
32.对于将要出现的一些技术用语进行简单说明。
33.（1）区块链： 起源于中本聪的比特币白皮书，本质上是分布式账本，其具有去中心化，难以篡改的特点；区块链可分为公链，私链，许可链。
34.（2）拜占庭容错共识算法（bft）：少数服从多数，根据信息在分布式网络中节点间
互相交换后各节点列出所有得到的信息，一个节点代表一票，选择大多数的结果作为解决办法。bft将容错量控制在全部节点数的1/3，即如只要有超过2/3的正常节点，整个系统便可正常运作。
35.（3）哈希：又被称为散列、杂凑，是把任意长度的输入通过散列算法变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。
36.（4）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，多与区块链一同使用。
37.在对于本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法进行说明之前，对于本发明的构思进行说明。
38.首先，本发明的发明人发现，区块链公链如果与清算系统相结合的话，也存在一些利弊，存在的利端包括：区块链为解决去中心化后的各节点信任问题而生，区块链中各节点都拥有相同信息，在区块中，信息一旦上链，极难篡改，且随着区块链的长度增长，篡改成本越来越高，由此能够保证数据的安全性。另一方面，存在的弊端包括：（1）信息分布式存储，同样的一份信息，存在了各个节点上，导致了数据存储的极大冗余，随着区块链长度增长，数据的冗余量越来越大；（2）每笔交易需要多节点确认计算，导致区块链交易时间很长，tps（即每秒处理事务数）低，不满足当前主流交易水平。
39.针对以上提到的两个公链弊端，在本发明的发明人发现，可以选择使用许可链或使用一些算法进行规避。针对上述弊端（1），因为许可链的节点较少，数据存储相较公链小很多，且可以通过merkle树（即默克尔树，mt）的剪枝，实现较少数据冗余；针对上述弊端（2），公链的交易时间长的原因是因为使用到了pow，但是对于许可链来说，不必使用这种博弈原理，使用ctf或bft（byzantine fault tolernance，拜占庭容错算法）即可，可以大大提高交易速度。
40.发明人为了将许可链技术融合到现有的清算系统中进行了以下的考虑：首先，因为银行联合系统的实时在线交易，时效性极强，要求tps很高，不适合使用区块链技术。但是相较实时在线交易，清算的时效性不是很强，且清算需要多方参与，达成共识后才可以完成清算，所以非常适合使用区块链技术，它具有以下优势：（1）使用区块链技术后，清算完全可以不用在t+1的固定时间开始做，而是在区块打包的时，实时完成清算；（2）区块链对于信息的溯源，一旦区块中的交易信息被篡改，所有参与者就会立刻发现；（3）便于监管，由于区块链上的数据极难篡改，非常容易追溯交易详情。
41.基于上述考虑，本发明的发明人提出了以下的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法。
42.图1是本发明一方面的基于区块链的清算系统中区块节点的结构框图。
43.本发明一种基于区块链的清算系统包括：多个区块节点构成区块链，其中，如图1所示，所述多个区块节点的每一个区块节点10包括：广播模块11，用于从外部接收清算交易并以规定广播方式向与本区块节点连接的其他区块节点广播该清算交易；缓存池12，用于缓存从外部接收到的清算交易；
打包模块13，用于从所述缓存池中取出清算交易并打包成区块；以及智能合约执行模块14，用于对于打包成的区块执行智能合约以实现清算交易的验证；共识认证模块15，用于对于经过验证的区块执行共识认证，在达成共识认证之后以将本次区块上链到区块链；以及底层存储区块链模块16，用于存储区块链。
44.作为一个优先的方式，设定所述规定广播方式为：其他收到广播的区块节点，同样将该清算交易同步到本身的缓存池中，并且随机对其他区块节点中的部分区块节点广播该清算交易，其中，对于同一清算交易，一个区块节点只广播一次。
45.作为一个优先的方式，广播模块11从外部接入清算交易通过密钥交换实现。
46.作为一个优先的方式，打包模块13打包成区块后对区块中的清算交易做批量处理，并且打包的区块大小设置为动态调整。
47.作为一个优先的方式，执行智能合约模块14对于打包模块13打包成的区块以投票方式验证清算交易。共识认证模块15对于智能合约模块14的投票结果进行验证，在所有区块节点投票结果一致后在所有区块节点中投票选举出一个具有记账权的区块节点，以达成共识并准备将本次区块上链。其中，执行智能合约模块14采用采用哈希算法进行清算交易的验证。
48.作为一个优先的方式，区块链每次更新后，存储在区块节点的底层存储区块链模块16中，每次区块链更新时或间隔一段时间后，以最长的区块链为准，对其他区块节点的底层存储区块链模块中的区块链进行更新，拥有最长区块链的区块节点，将最长区块链广播到区块节点网络中。
49.图2是本发明一方面的基于区块链的清算方法的流程示意图。
50.如图2所示，本发明一方面的基于区块链的清算方法包括以下步骤：缓存步骤s100：从外部接收清算交易并将该清算交易同步到区块链节点的缓存池；广播步骤s200：以规定广播方式向与本区块节点连接的其他区块节点广播该清算交易；打包步骤s300：从缓存池中取出清算交易并打包成区块；智能合约执行步骤s400：对于打包成的区块执行智能合约以对清算交易进行验证；以及共识认证步骤s500：对于经过验证的清算交易执行共识认证，在达成共识认证之后以将本次区块上链到区块链。
51.其中，缓存步骤s100和广播步骤s200可以同时进行，也可以先后进行。
52.作为一个优先的方式，设定所述规定广播方式为：其他收到广播的区块节点，同样将该清算交易同步到本身的缓存池中，并且随机对其他区块节点中的部分区块节点广播该清算交易，其中，对于同一清算交易，一个区块节点只广播一次。
53.作为一个优先的方式，在广播步骤s200中，从外部接入清算交易请求通过密钥交换实现。
54.作为一个优先的方式，在打包步骤s300中，打包成区块后对区块中的清算交易做
批量处理，并且打包的区块大小设置为动态调整。
55.作为一个优先的方式，在智能合约执行步骤s400中，对于所述打包步骤打包成的区块以投票方式验证清算交易。在所述共识认证步骤中，用于对于投票结果进行验证，在所有区块节点投票结果一致后在所有区块节点中投票选举出一个具有记账权的区块节点，以达成共识并准备将本次区块上链。在所述智能合约执行步骤中，采用哈希算法进行清算交易的验证。
56.作为一个优先的方式，在共识认证步骤s500之后进一步包括：所述区块链每次更新后，将区块链存储在区块节点的底层存储模块中，每次区块链更新时或间隔一段时间后，以最长的区块链为准，对其他区块节点的底层存储区块链步骤中的区块链进行更新，拥有最长区块链的区块节点，将最长区块链广播到区块节点网络中。
57.接着，对于本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法应用于跨境实时清算系统中的实施例进行说明。
58.图3是本发明一实施例的基于区块链的清算系统所执行的清算方法的流程示意图。
59.如图3所示，该清算系统包括多个区块节点100和客户端200，其中，多个区块链节点100构成区块链。在具体应用场景的情况下，收单机构、发卡机构、清算机构需要部署各自的区块链节点。
60.如图3所示，每一个区块链节点100包括：广播模块110，用于从客户端200接收清算交易并将该清算交易同步到缓存池120中，同时以规定广播方式向与本区块节点连接的其他区块节点广播该清算交易；缓存池120，用于缓存接收到的清算交易；打包模块130，用于从所述缓存池120中取出清算交易并打包成区块；智能合约执行模块140，用于对于打包模块130打包成的区块执行智能合约；共识认证模块150，用于对于执行过智能合约的区块执行共识认证，在达成共识认证之后以将本次区块上链到区块链；以及底层存储区块链模块160，用于存储区块链。
61.本发明一实施例的基于区块链的清算方法如下述进行：（1）一笔在线交易完成后，由清算系统的客户端200自动向区块节点100发起清算交易请求，作为一个示例，清算交易请求中例如包括交易唯一标识码、交易完成时间、交易金额、交易币种、清算币种、交易生成时间、发卡机构代码、收单机构代码等，并将其按规定的顺序进行哈希，获得的字符串即代表该清算交易，也是此清算交易的唯一标识。除此之外，清算交易中还可以进一步包含签名、客户端标识号等相关信息；（2）区块节点100在收到清算交易请求后，区块节点将其同步到自己的缓存池120中，广播模块110会将此将清算交易向与自己所连接节点发起广播，其他收到广播的节点，同样将此清算交易同步到自己的缓存池中，根据经验然后再随机广播部分（例如，25%）的其他节点，而且，对于同一清算交易，一个区块节点只广播一次，当某区块节点收到重复清算交易后，不再进行广播，也不再将此清算交易同步到缓存池中；（3）区块节点100中的打包模块130不断从缓存池120中取出清算交易，并将收集到
的清算交易打包成区块并发送给智能合约执行模块140；（4）智能合约执行模块140接收到区块后，对于区块中的每个清算交易执行智能合约以判断交易有效性。作为执行智能合约一个示例，例如：当某发卡机构或收单机构的节点验证该清算交易，可使用本地数据库中的交易记录并根据规定顺序哈希后的值与清算交易的哈希值进行比对，如果相同则该交易无误，该节点投票，认定该交易正确；如果本地数据库无法查询到相关交易，则该节点投票弃权，不参与投票；如果该交易信息与本地数据库记录不一致，则该节点投票，认定该交易有误，并将此交易移出区块，放入失败缓存池中；（6）在智能合约执行模块140投票结束后，由共识认证模块150执行共识算法来判断是否达成共识，在达成共识的情况下准备将本次区块上链，如果没有未达成共识的情况下则不将本地区块上链，具体地，例如采用拜占庭容错共识算法，验证投票结果是否有误，若无误，且所有节点投票结果一致后，在所有节点中，投票选取出一个具有记账权的节点，达成共识，准备将本次区块上链；（7）当区块链收到区块后，对区块信息进行校验，如果区块信息无误，则将区块数据上链。
62.此后，发卡机构，收单机构，清算机构可以根据区块链上各区块中的清算交易信息进行资金划拨。
63.如上所述，根据本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法，由于区块链技术实现，具有区块链的易审查，难篡改的技术特点，同时使用许可链技术与拜占庭容错共识算法，相较于公链技术在效率上有很大提升，可以满足交易的实时清算要求。
64.而且，客户端在生成清算交易请求时，使用之前交换的密钥加签生成的签名，区块节点在收到请求后，也要对请求进行眼前，保证了清算交易过程中的安全性，降低客户端伪造清算交易请求的风险。
65.再者，打包模块可根据系统的实际情况动态调整清算交易的打包数量，根据系统的带宽与处理效率动态平衡，例如将区块的大小设置在2m以下，可有效降低网络负载，提高交易时效性。
66.再者，在进行清算交易审计时，也可直接根据区块链中区块信息，查看到对应清算交易的发起客户端的客户端标识号、发起交易时间、参与投票的机构区块节点、投票结果、上链时间等信息，并根据这些信息来进行交易的审计和溯源。
67.而且，根据本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法，能够实现较好的容灾容错能力，例如，当低于总数量1/3区块节点因意外停止工作或发生故障时，系统可以利用另外2/3的区块节点进行清算交易；当故障区块节点重新接入区块节点网络时，系统会将当前区块节点中最长的区块链同步到重新接入的区块节点上。
68.本发明还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述的基于区块链的清算方法。
69.本发明还提供一种计算机设备，包括存储模块、处理器以及存储在存储模块上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于区块链的清算方法。
70.以上例子主要说明了本发明的基于区块链的清算系统以及基于区块链的清算方法。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当
了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。