区块链链下通道研究综述

近年来,随着比特币、以太坊等数字货币的流行,区块链也受到了各界广泛关注.然而,区块链的三元(可扩展性、安全性、去中心化)悖论限制了其进一步发展,尤其区块链的可扩展性问题致使其交易速率远低于VISA等中心化服务平台.链下通道作为对区块链的扩展,能够有效提高区块链的可扩展性,增大区块链的适用范围.本文首先研究了区块链可扩展性的影响因素,总结了Layer-1扩容和Layer-2扩容的基本概念,并解释了链下通道的基本流程.其次,根据通道中参与者的数量将其分为双方支付通道和多方支付通道.对于双方支付通道,依据实现原理和功能的不同,又将其分为普通支付通道、基于哈希时间锁的支付通道、虚拟通道、支付通道再平衡等类别.另外,介绍了匿名支付通道.进一步,对于每一类通道,总结了其基本流程,分析了典型案例,并指出其存在的优缺点.最后,从应用、监管、奖惩等层面指出了链下通道的未来发展方向.

区块链链下支付通道网络的可选择多路径支付方案

链下支付通道网络存在用户节点无法根据实际需求选择转账方式、单次路由中仅使用单一路径发起交易导致的容错率低等问题。为此,提出一种基于链下支付通道网络的可选择多路径支付方案,可以为用户节点提供基于实际需求的距离最短优先、手续费最低优先以及距离和手续费综合度量3种转发选择;同时基于链下支付通道网络改进了开放最短路径优先协议,并根据节点所选的不同优先级构建多条路径以并行转发支付,相对于已有的方案显著提升了单次路由下转账支付的成功率;最后还设计了接收方节点确认转账成功后可主动释放其他路径的功能,以适当提高支付性能。

区块链可扩展性研究:问题与方法

区块链技术作为分布式账本的关键技术之一,其在不依赖于任何第三方可信机构的前提下,解决开放网络中的信任问题,去中心化的特点使其有着广泛的应用前景,但面临着可扩展性不足的瓶颈.目前,区块链可扩展性的瓶颈主要体现在2个方面:性能效率低下、功能难以扩展.以比特币为例,从性能上讲,当前仅支持7笔?秒的交易吞吐量,显然无法满足现今数字支付的场景,也无法承载在数字支付领域外的其他应用.从功能上讲,当前不同区块链系统之间的资产或数据难以交互.在现实情况中,不同的区块链系统承载着不同的业务和需求.为此,需要实现链与链之间的交互,才能打通不同区块链之间的信息或价值通道,避免每一区块链成为信息或价值孤岛,并在此基础上实现价值互联网.区块链可扩展性的研究已经引起了学术界及产业界越来越多的关注,将从区块链性能提升及功能扩展2个角度出发,分别介绍区块链可扩展性领域的相关技术和研究进展,其中包括3类当前主流的、提升区块链交易吞吐量的方案:链下支付网络、Bitcoin-NG和分片机制;以及4类代表性的、实现区块链功能扩展的跨链互通技术.分析对比不同方案的特性、适合场景及可能存在的不足之处,并在此基础上给出进一步研究方向.

一种面向中医药临床数据的区块链安全与隐私保护方案

目的针对中医药医疗大数据实现数据共享,打通各环节流程,提高医疗数据的透明性、可追溯性,同时保障个人医疗数据的安全隐私,提出一种面向临床医疗数据的区块链安全与隐私保护方案。方法通过区块链技术实现医疗数据的跨平台共享,本文提出一种基于加法的同态加密和基于范围的零知识证明算法,来保证中医药大数据的安全性和合法性。结果在区块链对临床医疗数据存储场景下,各个中医院和医保中心可以对患者医疗数据进行共享访问,同时本文提供的同态加密和零知识证明算法具备很好的性能。结论为了满足各个医疗平台之间的患者医疗数据的共享访问诉求,同时保障医疗数据的安全性和满足数据的可追溯性,必须借助于区块链技术才能完成。本文提出的基于paillier加法同态加密与基于环签名的范围零知识证明方案对临床医疗区块链的数据进行隐私保护。

一种支持高并发的多人链下支付方案

随着区块链技术研究与应用的快速发展,可扩展性瓶颈对于其在大规模应用场景下的主要制约作用逐渐凸显.作为解决区块链可扩展性问题的关键技术之一,支付通道技术将交易清算从链上的全网矿工认证转移到链下通道内的支付双方认证,从而实现了支付近乎即时确认;结合路由算法构成的支付通道网络,实现了任意两点间的链下支付,极大地提升了区块链的可扩展性.然而,目前的研究大多针对双人通道,涉及到多方的链下支付无法在单个通道内或通过单条支付路径完成,同时对于具有频繁、相互交易需求的多个人,两两间建立通道或通过路由来完成链下支付的所需链上开销与复杂性较高.现有的多人通道方案效率低下,不适用于高并发的链下支付场景,且不能支持跨通道支付,限制了链下支付的范围.基于此,本文在原有多人通道框架内改进了通道内状态更新机制,将通道状态依据支付串行更新变为并行更新,并引入支付有效期来减轻网络时延与高并发支付场景对支付有效性的影响,从而实现通道内支付处理效率的提升和对链下高并发支付场景的支持,此外在不关闭通道的前提下允许节点退出通道以提高通道可持续性;将多人链下支付从通道内推广至跨通道,具体地,在多人通道内引入条件支付与赎回支付,以支持安全的跨通道支付,同时将原双人通道网络中的基于图嵌入的贪心路由算法应用至多人通道网络中,以实现网络任意两点间的支付路径寻找.分析表明,多人通道网络具备可行性,并可实现安全的链下支付;我们对链下支付的路由情况进行模拟,实验结果显示,该方案实现了88%的链下支付成功率为88%,且在静态场景下的路由开销相对双人通道网络降低了28%,面对网络环境与设置变化路由性能更加稳定.由此,此方案具有高效、支持高并发、稳定的特性,满足实际应用中对链下支付的需求,具有良好的应用前景.