[发明专利]基于同态加密的区块链支付通道网络路径选择方法和系统

说明书

本发明公开一种基于同态加密的区块链支付通道网络路径选择方法和系统，在用户开始交易之前计算每条路径支持的最大交易金额，找到费用较低的可用交易路径(仅经过一个中间节点)，从而避免交易资金被冻结，并且提高了支付通道网络交易的成功率和效率。另外，本发明利用了同态加密算法来保证用户的交易隐私不被泄露。

技术领域

本发明涉及一种基于同态加密的区块链支付通道网络路径选择方法和系统，属于区块链技术领域。

背景技术

自2008年首次提出比特币以来，其底层技术(即区块链)因其去中心化、不可篡改和去信任的特性而受到学术界和业界的关注。然而，区块链的去中心化严重限制了它的可扩展性(以每秒处理的交易量来衡量)：比特币的交易吞吐量是每秒10笔交易，而Visa每秒可以处理数千笔交易。可扩展性问题使得区块链很难被应用于大规模的场景中，因此需要加以解决。

支付通道(Payment Channels)是解决区块链可扩展性问题最有前途的解决方案之一：支付通道在被创建之后，可以在不经过区块链的情况下处理大量的链下交易，不需要花费很长时间的确认时间，从而提高交易的速度。更具体地说，两个用户向区块链提交一个交易建立支付通道，并在其中投入一些资金。然后，他们可以通过在本地彼此商定支付通道中最新的资金分配情况，在链下执行多次支付(不需要提交到链上)。一旦他们不再需要该通道进行交易，只需向区块链提交一笔有最终余额的交易来关闭通道，就可以取回自己的资金。因此，使用一个支付通道，两个用户可以进行多次支付，但区块链只需要处理两笔交易。

支付通道网络(Payment Channel Networks)是由支付通道组成的网络。在网络中，即使两个用户之间没有直接相连的支付通道，仍然可以利用经过中间节点将它们相连的路径进行交易。但用户需要确认路径上的所有通道都有足够的资金，不然会造成交易失败。另外，当中间节点的支付通道用于路由支付时，作为对它们的激励，应该向它们支付费用。因此对于支付的发送方和接收方来说，如何找到成本最低的路径是另一个需要考虑的问题。

闪电网络是目前使用最广泛的支付通道网络，它将每笔支付的确认时间缩短到几秒钟，并降低了交易费用。现有的闪电网络路由协议性能不佳，主要有两个原因。首先，出于保护用户隐私的目的，闪电网络只公开每个支付通道的初始资金分配，而不会向用户公开支付通道当前的资金分配。而且，发送方需要在交易开始前确定交易路径，因此在不知道其他支付通道资金分配的情况下，只能猜测某条路径的支付通道有足够的余额支持交易，然后尝试沿着该条路径完成交易。如果失败，他会尝试另一条路径，直到交易成功。这样，在闪电网络中支付的成功率就受到了严重的限制。其次，闪电网络使用一种名为哈希时间锁(Hash TimeLock Contract)的智能合约来确保用户的资金安全。一旦发送方选定了某条路径作为交易路径且开始交易，路径上用来交易的资金就会被锁定，直到交易成功或者超出指定的时间为止。也就是说，如果用户选择了一条资金不能支持交易的路径(交易失败)，那么该路径上的资金将被冻结一段时间，这意味着这些资金不能被用到其他交易，极大地提高了机会成本，对于用户是非常不利的。另外，据统计，在闪电网络中，绝大多数(超过68％)节点之间的仅经过一个中间节点(即距离为2)。

发明内容

发明目的：目前提供一种在不泄露用户隐私的情况下，帮助用户快速寻找可用交易路径从而降低成功交易的时间和费用的路径选择方法，对本领域的发展是极为重要的，也是本领域的技术人员急需解决的问题。因此，本发明提供一种基于同态加密的区块链支付通道网络路径选择方法和系统。

本发明在交易开始之前计算每条路径支持的最大交易金额，为用户找到费用较低的可用交易路径(仅经过一个中间节点)，避免交易资金被冻结，并且保证不会泄露路径上每个支付通道的余额以及交易的总金额。

技术方案：一种基于同态加密的区块链支付通道网络路径选择方法，方法中涉及交易的发送方S、接收方R、交易总金额P以及同时与发送方S和接收方R都存在直接相连支付通道的n个中间节点I₁、I₂、…、I_n；包括如下步骤：