[发明专利]基于区块链的主链加并行多子链系统架构

说明书

本发明包含1条主链及n条并行子链，其中n＝1…X，每个节点存储主链数据，并被系统初始分配存储某条子链的全部数据，每个节点还包含子链跨链消息队列。其中，所述主链数据不存储具体交易，而存储系统全局信息，子链出块后，会通过主链P2P网络广播向主链提交子链块头，子链对主链的修改信息，跨链请求/响应通知信息；所有子链的提交会形成主链块，广播到所有节点；每个节点在收到主链块后，会更新本地主链，以保持所有节点的主链数据一致；当前节点根据主链数据中的跨链请求/响应通知信息获取请求或响应当前子链的其他子链信息，直接连该其他子链节点获取请求或响应信息详情并进行处理。

技术领域

本发明涉及区块链技术，特别是提出一种主链加并行多子链的系统架构，提高了区块链的可扩展性和性能。

背景技术

现在区块链中的每个普通节点都要：1、存储所有状态；2、串行执行所有交易；3、与其他所有机器达成共识。

针对现有区块链的扩展基本思路是：1、单个节点只存储部分状态；2、单个节点只处理部分交易；3、只让部分节点参与共识。

请参阅图1所示，其为按用户分片的示意图。如果按用户分片，则难以处理不同分片用户之间的转账，合约也难以部署，如果部署在所有分片上，则合约状态无法一致，如果只部署在某一个分片上，又无法处理其他分片用户的请求。

请参阅图2所示，其为按合约分片的示意图。如果按合约分片，每个合约都需要能处理所有用户的交易，而每笔交易都会查看/修改用户的账户状态(例如，对于以太坊，所有交易都因消耗gas要修改账户余额，对于EOS，要修改账户的CPU/带宽/存储配额)，合约是并行执行的，无法保证用户状态的一致性，此外，合约之间经常互相调用，如果分布在不同分片上，又无法调用。

而，第三个扩展思路，部分节点参与共识，会引发1％攻击，即假定有100个分片，攻击者只需要控制1％的节点，即可完全控制一个分片。

现有扩展方案主要有以太坊sharding、以太坊plasma、Cosmos Network、Polkadot、Lisk、阿希链、Zilliqa、VBFT、DPOS、Algorand、Dfinity等。

以太坊sharding：长远解决以太坊扩展问题。目前主要考虑1％攻击，分片链不能执行交易，离实际应用有较远距离。

以太坊plasma：按应用即合约分片，部分合约在侧链上存储和执行，可以将代币转至侧链，后续交易在侧链上进行，即使侧链不可信，也可以将代币安全转回主链，代表实现有Loom network的游戏链。局限是侧链必须采用UTXO模型，现实应用范围过窄，转回代币耗时过长，需要至少7天。

Cosmos Network、Polkadot：按应用分片，有一个主链，每个应用使用自己的侧链，定义主链/侧链交互协议，同时提供底层平台和工具方便第三方开发自定义的侧链。局限是子链对用户不透明，子链有1％攻击问题，两个项目都在开发中，缺乏详细介绍。

Lisk、阿希链：按应用分片，侧重于创建侧链的易用性。局限是子链对用户不透明，子链有1％攻击问题，相比Cosmos/Polkadot，侧链定制化弱。

Zilliqa：按用户分片，不同子链的链内交易(即用户和合约在同一个分片)可以并行执行。局限是不能完全并行，没有状态分片，没有跨链通信，在开发中，缺乏详细介绍。

VBFT、DPOS、Algorand、Dfinity：部分节点参与共识，同时避免1％攻击，DPOS是投票选举节点，VBFT/Algorand/Dfinity采用可验证随机选择共识节点。局限是依然受限于单机存储/处理/网络能力。

总结来说，目前可扩展性依然是一个难点，通过分片和多链进行扩展是一个基本解决思路，但关键问题是如何进行分片？如何使多链对外呈现为一个链？如何在保证安全的前提下，保持较低的跨链开销，实现线性扩展？这也正是本发明要研究和解决的问题。