一种基于轻量级聚合签名的异构联盟链跨链方法

本发明属于区块链领域，具体涉及一种基于轻量级聚合签名的异构联盟链跨链方法。

背景技术：

1、联盟链是由一组共同信任的组织或实体共同维护和管理的区块链网络，经过多年的快速发展，已经广泛应用于金融、供应链、电子政务等重点行业。其中，金融联盟链用于贸易融资、资金管理、支付清算等业务；在供应链管理中，联盟链可以实现全程可追溯、数据共享等功能，提高供应链的透明度和效率；在政务领域，联盟链可以解决信息安全和管理问题，保证数据的可靠性和安全性。

2、各个联盟链应用并不是完全独立的，有时需要通过信息和数据交互完成业务拓展。然而，联盟链之间缺乏互操作性成为了制约其发展的主要瓶颈：首先，联盟链设计之初为了维护链内安全，并未考虑联盟链和外部联盟链交互问题。其次，不同领域的应用对联盟链产生了定制化需求，从而导致了异构链的出现。

3、在联盟链跨链方案中，使用比较多的方案是中继模式、哈希时间锁定等。中继模式跨链通常会为联盟链引入第三方权威机构、中继链或中继路由等。第三方权威机构可能会出现隐私数据泄露或信任危机等问题。中继链或中继路由的方式有时会引入哈希时间锁定机制保证原子性，与区块链共识耦合性极大且吞吐量低。并且，哈希时间锁定技术在联盟链中跨链通常会结合其他的机制，如中继路由，这使得哈希时间锁定的适用范围小，交易确认延迟时间长等。因此，中继模式导致现有跨链模型的通用性差，接入复杂的情况等，并且有很大的安全隐患，具体表现为以下问题：

4、(1)跨链交易的存在性证明使用的是简单交易支付：现有联盟链跨链模型采用有中继模式，导致异构链适配成本高，跨链交易与联盟链共识协议、数据结构耦合度高，无法实现通用的异构联盟链跨链和通用的数据类型跨链。并且，现有联盟链跨链模型采用简单交易支付证明进行跨链交易证明。然而有的联盟链的实现对简单交易支付证明的兼容性差或者根本不支持该项技术，且大量采用简单交易支付证明容易造成隐私泄露或被篡改、跨链证明原语开销大和证明空间大等问题，难以满足安全的大规模跨链交互的性能需求。

5、(2)跨链模型依赖区块链底层平台、共识算法及链结构等。现有跨链模型主要采用接入跨链路由或跨链协议以适配异构的联盟链，跨链路由的实现限制了跨链模型的通用性。

6、此外，趣链公司于2019年发起并于2020年开源的bitxhub跨链平台，该平台引入了一种被称为链间消息传输协议(interblockchain transferprotocol，ibtp协议)的跨链传输协议，类似于tcp/ip。通过引入转发节点(跨链网关)，ibtp协议实现了记录跨链信息的数据包的传输。不同区块链交互模式下，ibtp协议的跨链传输方式也有所不同。百度公司于2020年推出可信跨链平台，支持在合约代码中使用“跨链原语”，让链与链轻松对接，特别关注跨链寻址协议及链名解析合约的开发，为不同链上的资源分配地址，实现不同区块链资源快速定位。在2020年，微众公司发布了wecross跨链平台。尽管该方案实现了跨链交互，但并没有直接实现区块链间的信息传输。相反，它通过链下触发的方式，由目的区块链的特殊用户/转发节点接收跨链信息并触发目的区块链上的相应操作。郑建辉等人于2021年提出了以中继链为核心思想的跨链模型，采用链治链和多方共治的中继链来完成跨链操作。同年，陆羽跨链协议也发布，该协议由国内多家机构联合发布，旨在成为一套灵活、统一、可靠的区块链互操作协议。

7、然而，不管采用何种方式，上述这些联盟跨链方案均存在跨链交互时与共识协议、数据结构、智能合约等关键技术耦合性高、跨链原语复杂的问题，难以满足大规模跨链交互的性能需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种基于轻量级聚合签名的异构联盟链跨链方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、一种基于轻量级聚合签名的异构联盟链跨链方法，所述方法包括：

4、源链监听收集跨链交易，并将跨链交易临时存储到缓冲池中；

5、当所述缓冲池中的跨链交易达到规定数量时，源链成立委员会，并从所述委员会中选举出一位领导者；

6、所述委员会的成员分别对所述缓冲池中的跨链交易进行签名，所述领导者对各个成员的签名进行聚合，得到聚合签名；

7、所述领导者在得到所述聚合签名的同时生成延迟工作量证明；根据所述聚合签名和所述延迟工作量证明生成跨链交易正确性证明；从源链对应的默克尔山脉中获取用于验证跨链交易存在性的哈希数据；基于所述跨链交易正确性证明和所述哈希数据生成跨链原语；

8、目标链收到跨链原语后，基于该跨链原语异步进行跨链交易的有效性和正确性验证，验证通过后继续完成跨链交易；

9、其中，所述目标链是所述源链的侧链，所述源链是所述侧链的主链；所述主链和所述侧链采用统一的账本存储方式。

10、可选地，所述方法还包括：通过根ca机构为源链和目标链签发tls加密证书，以提供源链和目标链间的身份认证服务。

11、可选地，源链上设有合约管理组件、资源调度组件、监听组件、原语生成组件和路由组件；

12、所述合约管理组件，用于对合约调用所产生的交易数据进行统一处理，并对统一处理后的交易数据进行分类分批；所述分类是关于交易是否跨链的分类；

13、所述资源调度组件，用于为所述合约管理组件分类分批后的交易数据进行资源调度；

14、所述监听组件，用于对所述合约管理组件分类分批后的交易数据进行监听，以监听跨链交易；

15、所述资源调度组件，还用于将所述监听组件监听到的跨链交易临时存储到所述缓冲池中；

16、所述原语生成组件，用于为所述缓冲池中的跨链交易异步生成跨链原语；

17、所述路由组件，用于将所述原语生成组件生成的跨链原语发送到对应的目标链网络。

18、可选地，目标链上设有合约管理组件、资源调度组件、监听组件和原语验证组件；

19、所述监听组件，用于监听目标链上的交易，当监听到跨链交易的跨链原语时，通知所述资源调度组件进行跨链交易调度；

20、所述资源调度组件，用于当收到所述监听组件的通知时，将所述监听组件监听到的跨链原语分配给所述原语验证组件；

21、所述原语验证组件，用于解析跨链原语，并基于解析数据进行跨链交易的有效性和正确性验证；

22、所述资源调度组件，还用于当跨链交易的有效性和正确性验证通过时，调用所述合约管理组件以运行智能合约，完成跨链交易。

23、可选地，所述方法还包括：

24、当目标链对跨链交易的有效性和/或正确性验证不通过时，向源链返回错误通知；

25、源链收到所述错误通知后，通过执行预先部署的跨链事务智能合约对源链上产生的与所述跨链交易相关的数据进行回调。

26、可选地，所述委员会的成员分别对所述缓冲池中的跨链交易进行签名，所述领导者对各个所述成员的签名进行聚合，得到聚合签名，包括：

27、委员会的第i∈{1,...,n}个成员通过群随机生成的随机数计算j∈{1,....,v}，并广播(ri,1,....,ri,v)；其中，n是委员会的成员数量；v是随机数个数；群是一个标识为元素为质数的群，其中的p泛指质数，群中的具体质数用g表示；表示质数集合；

28、委员会的第i∈{1,...,n}个成员计算ai＝hagg(l,xi)，并广播ai；其中，xi是第i个成员通过群随机生成的私钥，xi是第i个成员的公钥，l＝{x1,....,xn}表示所有成员的公钥组成的有序集合，hagg(·)表示{0,1}*到的签名聚合哈希函数；{0,1}*表示任意长度的0、1比特串；

29、所述领导者计算聚合公钥并收集委员会中其他成员的(ri,1,....,ri,v)；

30、所述领导者收集齐委员会中所有成员的(ri,1,....,ri,v)后，计算并广播c；其中，hsig(·)表示{0,1}*到的签名哈希函数；hnon(·)表示{0,1}*到的随机数哈希函数；m表示跨链交易数据；

31、委员会的第i∈{1,...,n}个成员计算作为该成员对跨链交易的签名；其中，mod表示取模运算；

32、所述领导者计算并输出聚合签名σ＝(r,s)。

33、可选地，目标链收到跨链原语后，基于该跨链原语异步进行跨链交易的有效性和正确性验证，包括：

34、目标链收到跨链原语后解析跨链原语；基于解析数据中的哈希数据进行跨链交易的有效性验证，并基于解析数据中的聚合签名进行跨链交易的正确性验证。

35、可选地，所述基于解析数据中的聚合签名进行跨链交易的正确性验证，包括：

36、目标链选举出一位领导者，该领导者依次计算ai＝hagg(l,xi)(i∈{1,...,n})，判断是否成立，如果成立，则跨链交易的正确性验证通过，否则验证不通过。

37、本发明提供的基于轻量级聚合签名的异构联盟链跨链方法具有以下有益效果：

38、全面兼容性：本发明统一了异构联盟链的账本存储方式，以便不同底层数据结构和智能合约的联盟链都能直接进行数据的识别与流通，并且跨链原语不与共识耦合，因此与联盟链底层结构解耦，解决了异构联盟链跨链交互时与共识协议、数据结构、智能合约等关键技术耦合性高的问题，实现更为灵活和通用的跨链互操作做到了异构链全面兼容。

39、轻量级：在生成跨链证明原语方面，本发明利用了默克尔山脉的数据结构大大减小了跨链交易存在性证明的大小，并且采用聚合签名的方式使得用单个签名即可让批量的数据得到正确性证明，由此通过使用一种安全、轻量级的跨链原语生成及验证方案，实现高性能的跨链资源交互。

40、强安全性：本发明动态选举源链上的委员会和领导者，保证了无作恶节点出现，并且证明原语能保证签名的安全性，通过解决跨链交易信息泄露或被篡改等问题，确保跨链交互的安全性和隐私保护，以满足大规模跨链交互的性能需求。

41、高效整合：源链上可以并行地收集不同主题的跨链交易，并将这些跨链交易临时存储到缓冲池中，缓冲池打大小可以配置修改，同时不干扰源链上普通交易的执行，对跨链交易和链内交易进行高效整合。

42、综上，本发明实施例克服了现有联盟跨链方案均存在的跨链交互时与共识协议、数据结构、智能合约等关键技术耦合性高、跨链原语复杂的问题，能够满足大规模跨链交互的性能需求。同时，对于联盟链呈现的布局碎片化和数据隔离化特征，本发明可以满足垂直行业信息融合需求，解决信息价值受阻、数据孤岛问题。

43、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。