新型区块链专利技术概述
时间：2023-04-10 08:40:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
孙 佐 赵洪君 刘仲果
（中国人民银行延边州中心支行，吉林延边 133000）
各国央行基于区块链交易记录篡改难度高、去中心化管理等优势，将区块链技术选作央行数字货币（CBDC）技术核心开展深化研究。在试验过程中，早期区块链技术出现诸多缺陷。其中包括：协议通信复杂、共识达成时间长、系统信息吞吐量不足导致系统结算效率下降、不足以全面支撑大国金融结算；
数字货币大量用于洗钱、诈骗等非法交易；
智能合约漏洞导致假币横生，危及金融稳定。中国人民银行设立数字货币研究所，组织金融企业、科技公司等科研机构积极参与并推进区块链技术开发，实现大量专利科技，在共识方法提升系统效率、非法交易筛查、智能合约漏洞检测等方面取得较大进展。
（一）共识方法基本内容
该方案是对早期区块链技术应用的拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance，BFT)共识问题，提出的一种替代方法，称为链式BFT或者CBFT。此种区块链共识方法，提供了多个不同投票权限的CBFT协议，分不同安全层级降低协议通信投票数量，降低通信复杂度，减少区块链共识达成时间，提升系统的信息吞吐量，该方法包括4个模块：通信、处理、确定、共识，以包含3f+1个区块链副本节点的区块链举例说明。
通信模块负责接收领导人广播的区块消息，区块消息由领导人在接收到用户指令后按照预设消息结构进行打包，其中包含领导人响应于用户指令提出的新区块及该新区块的父块的第一投票结果，该新区块由领导人按照预设区块结构进行打包，其中包含所述新区块的父块投票结果类型，所述投票结果以投票副本节点数量多寡分为f+1、2f+1和3f+1三种。
处理模块根据当前保存的本地变量及预设投票规则确定所述新区块的有效性，当确定所述新区块有效时，向所述领导人发送新区块的第二投票，同时根据所述区块消息更新本地变量，本地变量包括区块最新投票块、最新投票证据和最新弱投票证据，所述区块最新投票块更新为区块消息中包含的新区块；
当所述第一投票结果包含2f+1或3f+1个副本的投票时，将最新投票证据更新为第一投票结果；
当所述第一投票结果包含f+1个副本的投票时，将最新弱投票证据更新为第一投票结果；
领导人收集各个副本发送的新区块的第二投票，将收集得到的所有第二投票作为以当前新区块为父块的下一个新区块的区块消息中携带的第一投票结果。
确定模块根据预先指定的共识协议类型及第一投票结果确定共识规则。
共识模块根据所述共识规则，追溯新区块的指定数量的父块的投票结果，如果指定数量的父块的投票结果满足共识规则，则确定指定数量的父块中最早提出的父块达成共识，执行区块提交协议，将所述最早提出的父块，及与所述最早提出的父块在同一条支链上且早于该最早提出的父块提出的区块加入区块链中。
（二）基于此种共识方法的弱认证运行形式
区块链包含3f+1个区块链副本节点，对于异步网络中的每个区块链副本节点，在该区块链副本节点对应的当前时期epoch广播该区块链副本节点对应的提议消息，在收集到f+1个区块链副本节点根据提议消息反馈的签名投票信息后，形成该区块链副本节点在所述当前时期epoch对应的弱证书。
在区块链包含3f+1个副本节点环境下，在接收到2f+1个区块链副本节点广播同一时期epoch的弱证书后，进行区块链共识，交易记账完毕并进入下一轮区块链共识过程。
（三）优势
BFT共识中，在区块链包含3f+1个副本节点应用环境下，每次达成共识必须经过3f+1个副本节点共同认证、共同响应确认，存在协议通信复杂，共识达成时间长，系统的信息吞吐量不足问题。在新的共识方案下，弱认证运行过程中，f+1个区块链副本节点响应下即可生成弱认证证书，接收2f+1个区块链副本节点广播同一时期epoch的证书后即可达成共识，即完成交易记账并进入下一轮记账过程，降低协议通信复杂度，减少共识达成时间，提升共识系统的信息吞吐量。
（一）基本内容
提取区块链地址集合中各区块链地址对应的交易记录，并按照交易生成时间对提取的各交易记录依序编号，数据库中每一交易记录有唯一的交易编号；
该方案用各个区块链地址参与的交易构成不等长的序列作为表示地址的特征，例如地址e参与10笔交易，地址f参与50笔交易，那么地址e的交易序列长度为10、地址f的交易序列长度为50，这些序列可以作为表示区块链地址的特征。
将区块链地址集合中每一区块链地址对应的交易记录的集合作为一条语料；
按照各交易编号在所有语料中的出现频率，对各交易编号排序，得到交易编号词表；
对交易编号词表中的各交易编号使用独热编码(One-Hot编码)生成；
将交易编号词表中的各交易编号通过word2vec算法(一种词向量生成算法)下的CBOW模型向量化，结合已生成的稀疏矩阵得到对应的交易记录的交易向量。其中，交易编号编码向量中为1的分量表示对应的交易编号在交易编号词表中的位置；
区块链地址分为待分类和带有标签两类。待分类的区块链地址取对应的所有交易向量的平均值，作为地址向量；
带有标签的区块链地址单独计算交易向量，生成对应标签的地址向量，并通过XGBoost(极端梯度提升)算法生成分类模型(分类器)。
将待分类的区块链地址的地址向量输入训练后的分类器，得到待分类的区块链地址的类别，进而提取出不同类别的交易编号。
（二）应用价值与优势
此方案中，区块链地址分为待分类和带有标签两类。带有标签的地址可以视为是符合交易规则的合法交易，待分类地址可以视为单位时间段内所有社会大众交易记录的集合，是待比对的数据库。以带有标签的区块链地址生成分类模型作为标准，对待分类地址中与标准偏差较大的交易类别进行筛查与分离，进而区分出属于异常交易的地址或是正常交易的地址，供监管部门进行调查。
该技术使用词向量技术处理地址参与的交易构成的上述不等长的序列，能够生成具有相同维度的向量，即不同的区块链地址的地址向量的维度数都是相同的，从而得到能够用于分类器对区块链地址分类的等长向量，解决了传统机器学习方法都只能处理横截面数据，无法处理与时间相依的面板数据，以及由于区块链公链的交易信息中可提取的统计特征太少，导致传统统计建模通常无法训练出满意的模型的问题。
（一）基本内容
解析智能合约的源代码，提取智能合约包涵的函数运行逻辑和函数间调用关系；
智能合约的源代码应包括多个函数。
通过虚拟机在另一种环境下运行函数和合约的运行规则，运用包括并不限于将函数的原有运行逻辑拆分和重组，或新增运行逻辑等方式调整原函数的运行逻辑，得到新的函数运行逻辑，如原命题转换为等价逆否命题；
其中，函数运行规则包括对虚拟机特征进行形式化处理得到的运行规则；
虚拟机特征为虚拟机运行函数的过程中影响函数的运行逻辑的特征；
新的函数运行逻辑与函数在虚拟机上的实际运行逻辑相匹配。
根据新的函数运行逻辑和函数间调用关系进行数理转化，生成形式化规则；
形式化规则是基于新的函数运行逻辑运行函数时应满足的数学运行规则与逻辑规则；
根据形式化规则开展虚拟交易，通过核对目标与系统描述一致性开展检测。理论上，无漏洞的智能合约调用新的函数运行逻辑交易结果应与原有逻辑的交易结果保持一致，即合约在运行过程中总金额不变，单账户余额不能为零等。如果出现不一致表示智能合约存在漏洞。
（二）技术优势
新技术基于新的函数运行逻辑和函数间调用关系生成形式化规则，使用数学的公式、定理和系统来验证一个系统的功能正确性和安全属性，与传统检测方法相比，形式化规则验证方法可以发现目标与系统描述的不一致性问题，因此使用形式化验证方法来验证智能合约，可以有效的检验智能合约的安全性，检测智能合约是否存在漏洞。
新技术能够表征智能合约在实际运行时是否存在漏洞，无论是已知漏洞类型还是未知漏洞类型均可以检测出，智能合约的漏洞检测精度较高。
建议利用新型金融科技的优势，推动支付结算、货币发行等央行传统业务与科技创新融合发展。人民银行应紧跟国际发展步伐，加大力度推动商业银行完成具有竞争力的数字化转型。人民银行应借助行业结构优势，提供政策引导促进金融科技孵化，加快金融行业科技创新融合发展和更新速度，全面提升金融服务水平和质量。同时建立金融科技技术合作平台，通过合作平台吸收国内外先进技术，形成合作共建、合作研发的合作共赢的发展机制，提升中国银行业整体的竞争力。
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