区块链作为一种颠覆性的创新技术,解决了无许可网络中的信用问题,在数字金融、物联网、供应链管理等诸多领域有着广阔的应用前景。在区块链技术的相关研究中,支付通道网络被认为是解决区块链可扩展性问题最有前景的方法之一。作为最广泛使用的支付通道网络,闪电网络近年来吸引了大量用户的参与,取得了极大的发展和应用。然而,这一新兴事物的发展特点和安全性仍有待分析验证,现有闪电网络分析研究时间局限性强,参考数据有限,不足以反映闪电网络发展特性。另外,现有支付通道网络路由算法交易成功率低,且较少考虑交易费用的问题。针对上述问题,本文基于最新的闪电网络通道数据对其网络拓扑、发展趋势和收费策略进行了系统、全面的分析;提出了一种基于遗传算法的支付通道网络交易费用最小化多路径路由算法,并基于对比实验论证了本文算法在提高交易成功率和降低交易费用方面的有效性。本文收集整理了截至2022年1月的最新闪电网络通道数据,构建闪电网络分析框架。本文基于目前的闪电网络拓扑结构,统计了其基本属性、连通分量和典型特征分布。统计发现,闪电网络符合无标度网络的结构特征,网络中存在少数中心节点占据了大部分的网络资源。本文基于闪电网络四年的通道数据,分析了其各阶段发展变化。分析发现,闪电网络的规模总体呈增长趋势,其变化与支付通道网络技术的完善和比特币交易的流行应用有很大关联。本文基于模拟的交易实验,分析了闪电网络节点的收费策略,并就比特币链上交易和链下交易方式进行对比分析。目前来看,闪电网络交易收费低廉,链下交易费用远远低于链上交易费用。本文提出了一种适用于区块链支付通道网络的多路径路由协议,允许用户通过多路径转发交易,算法以最小化交易费用为目标,适用于不同的支付通道网络。路由协议基于一种针对多路径问题的遗传算法,算法设计选择、交叉、变异等遗传算子,用以确定最佳的路径数量、路由路径节点和交易金额分配方式,以获得具有较高成功率的低成本解决方案。基于真实的闪电网络结构数据,本文构建了模拟的大规模支付通道网络用于评估本文提出的多路径路由算法。通过详尽的实验分析,证明了本文算法对比单路径算法在闪电网络拓扑的网络中平均可降低33.56%的交易费用,有效提高交易成功率5个百分点。本文提出的支付通道网络多路径路由算法更适用于高比例费用的支付通道网络,尤其适用于高交易金额和不平衡的通道状况。