申请/专利权人：天津大学

申请日：2020-05-28

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN111724257B

主分类号：G06Q20/38

分类号：G06Q20/38;G06Q40/04;G06Q10/0631

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2020.10.27#实质审查的生效;2020.09.29#公开

摘要：本发明涉及一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，提高再平衡策略的最终效果，它能够在时间复杂度提升较小的情况找出尽可能多的有效路径；在确保策略在执行过程中更公平合理的基础上，抑制了一些“恶意节点”在再平衡策略中的不规范行为，也维护了“诚实节点”在再平衡过程中的利益；同时缓解区块链支付通道中的资金偏移问题，提高支付通道的可用性。

主权项：1.一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法，其特征在于：所述方法的步骤为：1确定再平衡策略的领导者，进行领导者选举；2节点向领导者汇报信息及再平衡需求；3在支付通道出现资金偏移情况并产生再平衡需求之后向领导者汇报，领导者统计再平衡要求，当统计数量达到某个特定阈值之后启动再平衡策略；4将再平衡策略的部分路径合并；领导者在收到其他节点的汇报消息后，将整个再平衡策略的执行结果进行统计验证，判断是否符合要求；所述步骤1选举再平衡策略的领导者的具体操作为：1某一个约定时刻，支付通道网络中节点采用PoW的计算方式，所有节点统一进行一次计算；2完成计算的节点A向其他所有节点发送自己的计算结果，并宣布参与领导者选举；同时，其他节点开始进行A的计算结果验证，在计算结束之后，领导者并不能即刻当选，需要等待一个哈希时间周期；3网络中其他节点验证之后，向节点A发出确认消息，在收到n2+1节点的确认消息之后，确定节点A为本阶段的领导者；4节点A当选本时间段领导者之后，当某一条支付通道出现再平衡需求时，需要将自己的再平衡需求及其他相关信息向节点A汇报，同时由节点A统计并判断能否执行再平衡策略；5在一段时间之后，节点A完成了该时间段的领导者工作，由系统随机生成一个新的随机数，其他非领导者节点对该随机数进行运算，开始进行下一轮领导者选举过程；6随着另一个节点B完成规定运算，并将运算结果进行广播，网络中除节点A及节点B以外的其他节点进行验证，并且在得到验证确认之后成为新的一轮再平衡策略的领导者；7节点A将在其任期内还未超时的再平衡需求发送至节点B，与节点B进行工作交接；所述步骤2中节点向领导者汇报信息包括支付通道的双方节点信息、平衡的方向及需求金额、再平衡需求保留的最后期限、节点的可平衡最大金额及双方的确认签名；所述步骤3的具体操作为：1参与者汇报再平衡需求；2当再平衡需求量满足一定的阈值之后，领导者向网络中所有节点宣布再平衡过程准备开始；3所有节点重新衡量自身的再平衡需求，并将在平衡需求重新统计并汇报；同时根据自身需求冻结当前支付通道内交易金额，确保再平衡策略能够顺利执行；4再平衡策略过程开始，领导者进行计算，做出再平衡策略；5领导者将再平衡策略广播至所有参与节点，并等待节点确认；6在节点收到再平衡策略之后，计算再平衡策略是否公正合理，之后向领导者回复确认消息；7领导者制定策略的执行时间，在再平衡策略过期之前要求所有节点统一执行再平衡策略；8所有再平衡策略的参与节点执行该策略；9再平衡策略的参与者将执行结果向领导者汇报；领导者根据执行结果计算再平衡策略执行费用；10各节点结算再平衡过程手续费，再平衡过程结束；所述步骤5的具体操作为：进行统计验证，判断是否符合要求，如果所有节点都按照要求完成再平衡方案，说明再平衡方案执行成功；此时，领导者将整个再平衡策略的执行结果在支付通道网络中进行广播，保证本次再平衡策略执行的可溯源性；如果有节点没有按约定完成其再平衡策略任务，则认为该节点为恶意节点，扣除其“再平衡保证金”，并将该保证金用于补偿收到影响的节点，至此，整个再平衡过程结束；步骤S0101：采用新型领导者选举机制进行领导者选举，其选举过程为：步骤S0201：节点将支付通道的双方节点信息、平衡的方向及需求金额、再平衡需求保留的最后期限、节点的可平衡最大金额、双方的确认签名等再平衡需求信息汇报给领导者；步骤S0202：参与者汇报再平衡需求，当再平衡需求量满足一定的阈值之后，领导者向网络中所有节点宣布再平衡过程准备开始；步骤S0203：所有节点重新衡量自身的再平衡需求，并将在平衡需求重新统计并汇报；同时根据自身需求冻结当前支付通道内交易金额，确保再平衡策略能够顺利执行；步骤S0301：再平衡策略过程开始，领导者进行计算，做出再平衡策略；步骤S0302：领导者将再平衡策略广播至所有参与节点，并等待节点确认；步骤S0303：在节点收到再平衡策略之后，计算再平衡策略是否公正合理，之后向领导者回复确认消息；步骤S0304：领导者制定策略的执行时间，在再平衡策略过期之前要求所有节点统一执行再平衡策略；步骤S0305：所有再平衡策略的参与节点执行该策略；步骤S0306：再平衡策略的参与者将执行结果向领导者汇报；领导者根据执行结果计算再平衡策略执行费用；步骤S0307：各节点结算再平衡过程手续费，再平衡过程结束；步骤S0401：为了尽可能的提高再平衡策略执行的效率，可以将再平衡策略中的部分路径进行合并；步骤S0501：领导者在收到其他节点的汇报消息之后，需要将整个再平衡策略的执行结果进行统计验证，判断是否符合要求；如果所有节点都按照要求完成了再平衡方案，说明再平衡方案执行成功；此时，领导者将整个再平衡策略的执行结果在支付通道网络中进行广播，保证本次再平衡策略执行的可溯源性；在链下支付的新型再平衡策略中采用新型策略路径发现算法PCRA的具体算法执行如下：1删除一个有向图GV,E中所有出度outdegree，OD为0或入度indegree，ID为0的所有节点；如果节点V.front＝NULL||V.next＝NULL，则将节点V从网络中删除；2重新记录原有图中出度为1且入度为1的节点，如果图中的一个节点V，满足ODV＝1IDV＝1，即节点V仅包含在边Ei→VEV→j,中；则在图中删除节点V，如果原图中没有Ei→j，则新增这条边；如果原图中包含边Ei→j，Ei→j∈E，则在路径中新增记录，记录节点i→j不止一种路径；3如果节点i,j两节点仅包含在路径Ei→j,Ej→i中，则停止对节点的合并过程；4重复执行步骤2-3，直到图中所有剩余的节点V′满足ODV≥1IDV≥1ODV+IDV≥3；5由剩余的节点V′重新组成新的有向图G′V′,E′；6将一个未被标记过的节点A放入缓冲栈中，将这个节点的标记变量A.mark设定为一个新的遍历顺序编号qi，说明该节点参与了编号为qi的遍历过程中，设定当前节点的遍历位置变量A.count＝0,A.visit＝0；7依次遍历A的后续节点，判断是否构成环路，直至所有节点遍历结束，将A.next[A.count]所对应的节点B放入栈中，设定节点B的标记变量B.mark＝qi，设定B.count＝0,B.visit＝A.visit+1；8假设当前栈顶元素为P，如果P.next[P.count]当前所对应的节点T目前已经在栈中，即T.visit≠0T.mark＝P.mark，则说明路径构成有向环，则输出栈中节点T→P的所有元素，同时P.count++；如果节点T不在栈中，即T.visit＝0T.mark＝0||T.mark＝P.mark；说明节点T之前遍历的所有节点没有构成环路，则执行将节点T进栈，同时P.count++；9如果P.count＝P.next.size则说明节点P已经被遍历一遍，则将节点P出栈，并设定P.count＝0,P.visit＝0，之后对栈顶元素重复进行步骤7；10如果栈为空之后，则再找到一个未被标记过的节点A'，节点A'满足A'.mark＝0A'.visit＝0，重新为节点A′分配遍历编号qj，重复步骤6～9过程，遍历的过程如果遇到已经被标记的节点B，但强连通编号不为qj，即B.mark≠0B.mark≠qj，则直接跳过该节点；11将步骤11所有输出的环路简单进行处理，上述步骤4～9能够得到有向图G'V',E'中所有的环R':{l'1,l'2……l'm}；12将2中的所有保存的临时路径与10中得到的环路集合R'合并，能够得到该有向图GV,E中所有的环路集合R:{l1,l2……ln}；在链下支付的新型再平衡策略中采用新型优化算法IRDA算法提高了最终的再平衡效果，令δmin表示策略路径中需求金额最低的一条支付通道的再平衡需求；Δ表示其需要调整的再平衡需求量；r表示手续费比例；Δr表示手续费需要调整量；C表示在再平衡过程中一条支付通道中的损耗；Cs表示进行验证的手续费；能够得到对于无需对再平衡需求进行调整的支付通道，其评价函数STIE1为公式1，对于需要对再平衡需求进行调整的支付通道，其评价函数STIE2为公式2； 公式2所示，对于需要调整再平衡需求的节点而言，其整体评价函数与调整金额Δ呈负相关关系，与损耗呈正相关关系，对于一条策略路径l，其整体效果同样与再平衡总量与路径中的损耗有关，可以制定其评价指标为公式3： 在公式3中，δl表示路径中所有支付通道的再平衡需求，βl表示整条路径实际平衡的总金额，Cl表示在路径中由于再平衡策略所导致的所有损耗，其物理意义如公式4所示： 联立公式3及公式4，能够得到公式5： 公式5中，STIl表示一条策略路径的最终整体满意度；在一定合理的范围内指定调整量Δ及手续费费率r，能够确保再平衡策略的公平性，同时，在保证策略公平的前提下，应当尽可能提高整体再平衡策略效果，即将STIl取得取值范围内的最大值，联立公式2，4，5能够得到公式6： 通过公式6，建立了损耗C与调整量Δ之间的联系，联立公式5及共识6，得到公式7： 其整体评价与需求调整金额Δ之间的关系，结合公式7及图7能够得到，在合理的区间范围内适当的调整手续费费用，能够得到更好的策略评价； 公式8所示，σ在一定取值范围内具有两个极值，根据公式7导函数变化规律及数学规律，得到公式9结果： 在实际计算的过程中，只需将9结果带入7中，便能得到在取值范围内公式7的极大值；对于IRDA算法中的决策优化通过各项约束如公式10所示： 联立公式7，公式9，公式10，实际策略中，调整值如公式11所示： 根据公式11计算结果，可以为每一条再平衡策略路径计算出一个权值Wl，之后将所有路径按照权值从大到小的顺序进行排序，依次为再平衡策略选取出当前情况下的最优路径。

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百度查询： 天津大学 一种用于区块链中链下支付的再平衡策略执行方法

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