面向复杂交易的许可链关键问题研究

The permissioned blockchain has been applied to more and more domains，and then the transaction becomes diversified, large-capacity, and complex. It leads to problems of mixed content, more serious double spending, storage and transmission of high-volume transaction, difficult verification of complex transaction, transaction tampered by permissioned nodes. How to enhance ability of blockchain model to achieve high credibility and high concurrent, it is an urgent question to solve. Based on the multi-center architecture, taking into account immutable distributed ledger, the project proposes: 1) high concurrency data model based on master-slave chain to support diverse transaction, 2) high reliable storage strategy constrained by node permission and block capacity to process high volume transaction, 3) multi-center based dynamic consensus protocol for master-slave chain to improve performance of chains. It forms a high performance permissioned blockchain for complex transactions, preventing the Byzantine node, avoiding multiple conversions, reducing orphan transactions. The proposed blockchain can support more diverse, complex and high-volume transactions, can get high concurrency, and ensure the global consistency of the ledger. The achievements will provide theoretical foundation for applications of blockchain, including medical treatment, logistics, and public security.

许可区块链在越来越多的领域中应用，使得交易日益呈现出多样化、大容量、复杂化等特征，引发了交易内容混杂、双花问题更加棘手（多重转换）、大容量交易存储和传输困难、交易联系复杂无法验证、许可节点勾结共谋等众多问题，如何提升许可链的表达和处理能力，实现高可信、高并发的价值传递，急需开展深入的研究。本项目拟立足于多中心架构，在区块链“分布式账本、全网共识、不可篡改”的基础上，从面向多样化交易的高并发区块链数据模型、多中心大容量交易的高可信存储策略、多中心主从链协作的动态共识协议等多个方面进行探索，以提供一种面向复杂交易的高性能许可链，杜绝拜占庭节点私自篡改或共谋篡改数据，避免多重转化、减少孤儿交易，实现区块链对更多领域多样化大容量复杂交易的支持，提高区块的并发处理能力，并确保数据的全局一致性。项目成果可为区块链的迅速落地奠定理论基础，促进医疗、物流、公安等众多领域的区块链应用，推动信任社会的建设。

针对区块链交易内容多样化演变、交易复杂度急剧升高、交易数据偏置严重等问题，充分分析了区块链在扩展性与复杂交易支持方面的需求，在主从多链架构、多中心动态共识、数字资产描述及一致性保障、大容量数字资产管理等方面展开研究工作，取得了一系列的研究成果。在此基础上研发原型系统，验证上述各项关键技术。.主要研究进展和成果是：.1)提出了面向多中心许可链的主从多链模型，引入全局区块与主体区块，实现多样化交易的分链管理，支持各从链交易高效并发。.2)提出了支持多主节点的动态PBFT协议，消除由恶意节点作为主节点带来的交易延迟问题，并进一步保证了交易安全性。.3)提出了面向复杂交易的多重转换控制机制，以及交易的数字资产状态描述方法及转换规则，确保状态转换的一致性。.4)提出了一种快速资产查询方法，解决了数字基础设施对数字资产的系统信任和吞吐量限制等问题。.5)提出了一种区块链资产溯源机制，以及基于该机制的资产价值挖掘与推荐算法，实现数据在完备性与可追溯性下的价值挖掘。.6)提出了面向许可链的大容量交易存储与调度、检索策略，解决大容量交易无法上链的难题，以及链下存储检索困难、服务低效、聚集垄断等问题。.7)设计完成了面向智能政务的跨部门工作流协作机制，确保业务材料传递过程完全可控，高效率地挖掘出协同实例，指导协同模式优化。.8)基于软件与数据中心实验室的实验平台，结合基于多中心架构的高效的许可链数据模型及分布式账本访问理论体系，设计完成了区块链海量即时交易策略及其系统。.截止目前课题组已发表学术论文12篇，其中SCIE收录3篇，EI收录11篇，申请国家发明专利8项，培养博士2人，硕士生7人，参加国际、国内学术会议50余人次。获得山东省科技进步二等奖一次，提出一项省级地方标准，一项国家级行业标准。已按照计划完成相关研究工作。