可审计的联盟链跨链交互技术研究

作     者：张路路 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐淑奖

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：跨区块链 数据安全 并发控制 数据迁移 

摘      要：随着区块链技术的快速发展和深入应用,不同的开发团队面向多种应用场景,采用不同的技术架构开发了多种不同的异构区块链系统。由于数据结构、共识机制、接口协议、业务模式等方面的差异,这些异构区块链系统之间相互隔离,构建了多种区块链生态,难以进行资产交换、数据交互和业务协同等跨链互操作,形成了多个互不联通的“链孤岛,阻碍了链间数据和价值的流通,影响了区块链的规模化应用进程。 跨链技术旨在架起分散“链孤岛之间互联互通的桥梁,实现跨链价值转移和数据流通。目前,主流的跨链技术包括公证人机制、侧链/中继、哈希锁定和分布式私钥控制技术。然而,这些跨链技术侧重于数字资产转移应用,难以直接用于跨链数据共享和业务协同等场景。当前跨链数据交互同时还存在着以下问题:第一,跨链数据安全问题。跨链数据在传输过程中可能被攻击者篡改、删除或伪造,导致数据不完整或不可信。为了防止这种情况,需要借助于密码学手段设计支持安全审计的跨链协议,以保证跨链数据的完整性。第二,跨链交互稳定性问题。跨链数据交互依赖于中继链、桥接器或代理人等中介,可能导致单点故障或服务中断,影响跨链数据交互的可用性和可靠性。为了解决这个问题,需要设计容错、去中心化和自适应的跨链架构,以提高跨链数据交互的鲁棒性和灵活性。第三,多链网络跨链共识兼容性问题。跨链数据交互涉及多个异构区块链网络,每个区块链网络都有自己的共识机制和交易规则,可能引起跨链数据的不一致或冲突。为了解决这个问题,需要设计合理的跨链协调和协商机制,以实现跨链数据的一致性。第四,多链网络并发跨链问题。多链网络跨链事务难以并发处理,使得跨链交互无法适用于大规模的并发跨链场景,影响了跨链数据交互效率和跨链系统的可扩展性。为了解决这些问题,需要设计安全高效的跨链数据交互协议。 针对上述问题,本文面向联盟链高效跨链数据交互问题,具体工作如下: (1)针对跨链数据安全和稳定性不足等问题,提出基于中继网络的跨链数据交互协议。首先,利用双线性对短签名设计跨链数据完整性审计和审计结果仲裁机制,保障了跨链数据的安全性和可信性;其次,引入可信执行环境部署执行记录事务状态的服务节点,降低链上计算负载,促进节点协同,加速跨链共识进程;第三,利用多个中继节点组成中继网络,并选择最合适的节点参与跨链交互,有效避免单点故障问题。 (2)针对多联盟链网络跨链数据迁移事务透明性不足和跨链交易并发处理难等问题,设计支持多联盟链网络的可信跨链数据迁移协议,首先,引入跨链互信智能合约保证多链网络应用链的可信性;其次,利用面向消息的验证机制保证跨链数据的可信性;第三,利用共享状态树节点追踪数据迁移事务状态,同时引入多版本并发控制机制解决跨链并发事务冲突,实现了多链数据高效安全协同迁移。