基于中继链的跨链方法、系统、存储介质及电子设备

本发明涉及区块链，尤其涉及一种基于中继链的跨链方法、系统、存储介质及电子设备。

背景技术：

1、区块链因其去信任、不可篡改的特性逐渐被广泛应用于数字货币、供应链金融、去中心化存储等领域，形成了多链、异构的区块链生态系统。但是由于区块链无法主动向外界系统发送或者获取数据，区块链之间的数据孤岛现象越来越明显，难以完成价值流通、数据共享等交互需求。为了满足同异构区块链之间的互操作需求，跨链(inter-blockchain)技术随之出现。

2、跨链技术的关键问题之一是如何验证跨链消息的有效性，即目的链能够验证跨链消息在源链上已经达成共识。目前主流的跨链验证方法包括链下公证人和链上spv(simplified payment verification，简化支付验证)方法，公证人方法在源链和目的链间引入了第三方信任锚点，目的链只需要验证第三方对源链跨链消息的背书签名即可，具有较好的跨链性能，但是第三方的引入也降低了跨链的安全性。而链上spv方法是一种与源链安全性相当的验证方法，目的链以合约的形式部署spv方法，并基于源链共识机制轻客户端方法和默克尔树算法，验证源链跨链消息是否有效。链上spv方法是当前主流跨链协议为了保障安全性首选的验证方法。

3、为了验证跨链消息的有效性，两个参与跨链交互的区块链(平行链)需要互相适配对方的链上spv方法，将这类交互协议称为直连协议(nor，nothingonrelay-chain)，即由平行链直接验证对方链跨链消息有效性。此类协议要求在合约中实现对端链的轻客户端方法、默克尔树算法，其中轻客户端方法用于同步、验证并存储对端链的区块头数据，默克尔树算法则是基于已经被轻客户端验证有效的区块头来验证跨链消息的有效性。nor协议的代表性工作主要包括btcrelay、ethrelay、wormhole、rainbowbridge等。

4、但是，nor协议在面对大规模同异构跨链场景时，面临着可扩展性和通用性较弱的问题。nor协议在小规模跨链场景下时延较低性能较好，但是在面对大规模同异构跨链场景时，nor协议面临着可扩展性和通用性的问题。在nor协议中，链上spv方法要求在合约中实现对方链的轻客户端方法和默克尔树算法，其中轻客户端方法用于同步、验证并存储对端链的区块头数据，默克尔树算法则是基于已经被轻客户端验证有效的区块头来验证跨链消息的有效性。这使得，在大规模跨链场景下(同时存在同异构链)，nor协议的可扩展性和通用性较弱。具体而言，当平行链数量n增加时，每个平行链都需要适配其他o(n)个平行链的链上spv方法，也就意味着要对其他o(n)个平行链的区块头进行验证，这大大增加了平行链的负载，降低了跨链系统的可扩展性。同时，各个平行链的链上spv方法也不尽相同，也就意味着要部署、实现o(n)个平行链的轻客户端方法和默克尔树算法，降低了验证过程的通用性。

5、中继协议(aor，all on relay-chain)在平行链间引入了一个中继链作为桥接，缓解了nor协议的可扩展性和通用性问题。跨链消息由源链传递到中继链，被中继链验证有效并作为中继链上的状态被共识后，传递到目的链，目的链验证该跨链消息是否已经被中继链共识。aor协议的代表性工作主要包括cosmoshub、polkadot、map protocol、hyperservice等。aor协议缓解了nor协议的可扩展性和通用性问题。

6、然而，随着跨链规模的提高，中继链的负载ε＝n*(1+x)也会逐渐增加，使得中继链逐渐成为跨链系统的性能瓶颈，进而限制整个跨链系统的可扩展性。该问题主要源于，中继链需要适配所有平行链的链上spv方法，既需要验证所有平行链的区块头，还需要验证所有平行链的跨链消息。也就是说，当跨链系统存在n个平行链时，假设每个平行链区块中包含x笔跨链消息，由于链上spv方法验证跨链消息时需要对应的区块头数据(作为1笔交易)，那么中继链的负载会达到ε＝n*(1+x)，当x和n增加时，负载也会显著增加，从而使得中继链成为性能瓶颈，限制了整个跨链系统的可扩展性。

7、目前上述两种跨链系统验证交互协议，能够一定程度解决跨了验证难题，但是每种模式也存在一定的缺陷，或是面临着可扩展性和通用性较弱的问题，或是存在中继链瓶颈问题。

8、综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现思路

1、针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于中继链的跨链方法、系统、存储介质及电子设备，能够实现高可扩展的、通用的、安全的跨链。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种基于中继链的跨链方法，包括：

4、源链创建跨链消息时，将所述跨链消息作为叶子节点构造或更新统一的区块级跨链状态根，并将所述区块级跨链状态根替代所述源链的区块头中当前的状态根；

5、通过所述中继链同步和验证所有所述平行链的区块头；

6、通过目的链同步和验证所述源链的所述跨链消息。

7、根据本发明所述的基于中继链的跨链方法，所述源链创建跨链消息的步骤之前包括：

8、构建跨链协议，所述跨链协议约定将所述中继链上的区块头验证和跨链消息验证进行分离，所述中继链仅需验证所述平行链的区块头，而无需验证所述平行链的所述跨链消息，所述中继链需要同步所有所述平行链的所述区块头，所述平行链只需要同步所述中继链的区块头，所述源链将所述跨链消息直接传递到所述目的链进行验证。

9、第二方面，本发明实施例提供了一种基于中继链的跨链系统，包括：

10、bcr构造模块，用于在源链创建跨链消息时，将所述跨链消息作为叶子节点构造或更新统一的区块级跨链状态根，并将所述区块级跨链状态根替代所述源链的区块头中当前的状态根；

11、区块头验证模块，用于通过所述中继链同步和验证所有所述平行链的区块头；

12、跨链消息验证模块，用于通过目的链同步和验证所述源链的所述跨链消息。

13、第三方面，本发明实施例提供了一种存储介质，用于存储一种用于执行任一项上述的基于中继链的跨链方法的计算机程序。

14、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项上述的基于中继链的跨链方法。

15、在本发明实施例中，提出了一种基于中继链的跨链技术，通过将中继链上的区块头验证过程和跨链消息验证过程进行了分离，中继链只需要验证平行链的区块头，而不需要验证跨链消息。本发明打破了传统的中继链的跨链思维，将跨链消息直接从源链传递到目的链，不再需要经过中继链共识，从而改善了中继链的瓶颈问题，提高了跨链系统的可扩展性。本发明提出的uv方案较好的解决跨链协议的通用性问题，将跨链消息作为叶子节点，构造区块级跨链状态根，并将区块级跨链状态根和所在的区块头作为信任根同步到中继链，由中继链对信任根进行处理(包括验证、存储和共识)，使得目的链验证源链跨链消息时只需要使用中继链的验证规则即可，不再需要实现源链验证规则，从而避免了异构链间适配所带来的通用性问题。借此，本发明能够实现高可扩展的、通用的、安全的跨链。