【摘 要】
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尽管现在有越来越多的人使用加密货币,但是解决加密货币的扩展性问题仍然是一个十分严峻的挑战。支付通道网络可以提供交易的链下结算,是解决区块链可扩展性问题最有前途的解决方案之一。然而,支付通道网络的一些基本问题仍有待解决。其中一个基本问题是支付通道中押金耗尽的问题。简单的路由方案如最短路径路由可能会使关键的支付通道中的押金耗尽,极大地影响系统的交易成功率。另一个基本问题是支付通道网络中边缘用户无法执行
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尽管现在有越来越多的人使用加密货币,但是解决加密货币的扩展性问题仍然是一个十分严峻的挑战。支付通道网络可以提供交易的链下结算,是解决区块链可扩展性问题最有前途的解决方案之一。然而,支付通道网络的一些基本问题仍有待解决。其中一个基本问题是支付通道中押金耗尽的问题。简单的路由方案如最短路径路由可能会使关键的支付通道中的押金耗尽,极大地影响系统的交易成功率。另一个基本问题是支付通道网络中边缘用户无法执行交易的问题。当用户加入支付通道网络后,如果长时间无法执行交易,那么该用户将无法获得收益。在没有收益的情况下,用户往往会选择退出支付通道,从而降低支付通道网络的可用性,并导致发布到区块链上的交易数量增加。为了提高支付通道网络的性能,首先提出了支付结的概念,并提出了三种机制,用以提高支付结的使用效率,稳定性和抗攻击能力。一个支付结可以由多个用户合作创建,在支付结中的用户使用他在支付结中的全部押金与其他用户直接交易。根据支付结这一特性,对支付通道网络使用支付结时的链上交易数量、用户押金、支付请求金额、用户成本和通道平衡分别进行了分析。通过定量分析发现,支付结在上述几点中均有较大的优势。在仿真实验中,本文使用了最短路径算法、最短路径-通道平衡算法以及地标路由算法进行分析。实验结果表明,在使用支付结时,相比于没有使用支付结的支付通道网络,三种路由算法的交易成功率分别平均提升了4.07%、2.34%、0.88%。此外,实验结果还说明支付结在路径长度、用户押金以及用户成本方面支付结都有明显的优势。其次,针对支付通道网络和支付结中的边缘用户容易退出而给区块链增加交易压力的情况,设置了声誉系统来描述每个支付通道的状态。为了增加支付通道网络中的用户参与度、使支付通道网络更加平衡,本文提出了OTR-RS算法(Off-chain Transaction Routing Algorithm based on Reputation System),综合考虑了支付通道的声誉和路径长度,使得支付通道网络中的边缘用户拥有较高的声誉时,被路由选择的几率也会较大。本文通过仿真实验模拟了OTR-RS算法、最短路径算法、最短路径-通道平衡算法以及地标路由算法。仿真结果表明,相比于其他三种路由算法,OTR-RS路由算法的交易成功率平均比最短路径算法、最短路径-通道平衡算法和地标路由算法提高了54.54%、53.99%和19.20%。此外,实验结果还和说明OTR-RS算法在路径长度、用户参与度以及通道平衡度方面都有明显的优势。
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