发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于聚合签名的跨链扩展方法，用于在多签跨链执行的基础上，对签名数据进行聚合压缩，并且保障用户自主可控性和隐私安全，增加跨链的去中心化程度。

一种基于聚合签名的跨链扩展方法，采用聚合公钥和聚合签名执行跨链，并增加用户签名权重，实现自主可控的去中心化跨链扩展，具体包括如下：

利用用户客户端及多个托管节点的公钥生成聚合公钥，由聚合公钥派生聚合托管地址，用户客户端转移第一区块链数字资产到聚合托管地址中，同时在第二区块链的账户钱包中铸造对应映射资产；其中，所述托管节点是在第二区块链的验证节点中选取的；完成第一区块链数字资产在第二区块链的映射跨链。所述映射资产是在第二区块链中流通并与第一区块链数字资产按照固定比率换算；

在传统多签跨链中，每个托管节点都包含独自的跨链资产托管地址，将跨链资产存储在多个托管人地址中，在这里生成聚合公钥并派生聚合托管地址，只需将跨链资产一次性存储在聚合托管地址中，减少存储数据量，提高托管效率；

托管节点从验证节点中通过抵押资产选取获得，即托管节点就是验证节点，提高托管节点的安全性，实现链上自主签名，改变链外多签验证。在这种思维逻辑下，托管节点越接近于无穷，越去中心化，且该跨链账户的最终决定权也都在用户自己手里。

响应于用户客户端选择签名权重触发适配的跨链需求，验证节点在第二区块链进行共识验证，执行相应跨链交易，其中，所述供用户客户端选择的签名权重阈值设置在第一区块链中。

在这里，让用户的权重可以在0到1/3之间的权重之间平滑移动来适应不同的跨链场景，在这里存在两个极端：

比如用户A去跨链，所有N个托管节点里面没有A用户，当N趋近于无穷，整个跨链系统去中心化且安全，增加了可拓展性，因为跨到第二区块链上的第一区块链数字资产是可以无限制的操作，是由固定的一群托管节点去托管，用户A在第二区块链上去怎么操作都没关系。

另外一个极端，A用户去跨链，A参与了托管节点中，且占了1/3的权重，由于POW共识，当大于2/3签名跨链资产才能转移，那这种情况下，A的账户控制权基本在A手里。A是不能去随便转移跨链资产的，因为A转移了，但跨链资产网络上的控制权还在A。

如果A只想把第一区块链的数字资产转移到第二区块链上去收益分红，而不是交易，那他想要绝对的安全，那这种1/3的权限，很适合这种场景。A的权限在这两个极端之间，也就是在区间[0，1/3]上都是有相应的应用场景的。

也就是在该跨链体系中，为用户提供了很多种0，1/3之间的权限选择，具体怎么选择，要看用户在第二区块链上选择相应的场景。

参与用户虽然可自主选择签名权重，但其无法作恶，比如用户占有1/3的私钥签名权限，那他跨到第二区块链上的跨链资产，就不能做任何的转移，因为他权重太大，第二区块链上的其他签名节点总体权重不足2/3，在本系统中跨链资产转移是转换成第二区块链内部映射资产的转移，在这里，用户不得参与签名，只有第二区块链中的参与签名的节点进行签名共识，由于此时其他签名节点的总体权重不足2/3，所以无法在第二区块链中完成映射资产的内部转移共识，进一步无法完成跨链资产的转移。

所以，用户在选择用签名权限时，可以根据他跨链过去以后的用途来选择，

如果选择错了，那做不了他所说的功能，比如用户选择了1/3的权重模式，但用户想要在第二区块链上进行跨链转移，就无法实现，此时用户智能选择小于1/3的权重或者0权重进行跨链转移。

进一步地，还包括：

第一区块链和第二区块链通过部署对方轻节点验证跨链交易信息的真实性，通过中继程序转接第一区块链和第二区块链的跨链消息通信。

所谓轻节点是只需要存储Block Header，而不存储全量的交易列表等信息。通过Merkle证明来判断一笔交易是否在现在的区块链交易列表中，本发明中采用多链轻节点验证逻辑，在有各链资产块头的情况下通过Merkle证明验证交易真实存在；

比如在第一区块链中部署第二区块链的轻节点，实时记录第二区块链区块头信息，获取用户客户端在第二区块链中产生的关联第一区块链的跨链信息，并在第一区块链中及时验证跨链信息的真实性。而设置中继程序是作为第一区块链和第二区块链的跨链转接，连接第一区块链和第二区块链的跨链通信。

进一步地，利用用户客户端和多个托管节点公钥生成聚合公钥，由聚合公钥派生聚合托管地址，具体如下：

在第二区块链中设置关联第一区块链的中继程序，在中继程序中从第二验证节点中选取多个托管节点，并为托管节点分配随机密钥；

利用统一椭圆基点依次为用户客户端和所有托管节点生成签名公钥，集合所有签名公钥生成聚合公钥，由聚合公钥进行哈希计算派生聚合托管地址。

在这里，用户客户端和托管节点均有各自的随机密钥，用于生成聚合公钥和参与聚合签名。在聚合托管地址中存放跨链资产(第一区块链数字资产)，避免将跨链资产存放在多个单独的托管地址中，并且该聚合托管地址，跨链用户有所参与，减少了托管节点的把控力度，降低风险。

进一步地，所述供用户客户端选择的签名权重阈值设置在第一区块链中，具体如下：

在第一区块中设置用户客户端将第一区块链数字资产跨链至第二区块链的用户参与多重签名的签名权重，其权重阈值范围为[0，1/3]；

根据用户跨链业务应用场景提出的跨链提现和跨链转移，的跨链需求，针对跨链提现和跨链转移，用户客户端在签名权重阈值范围内依次适配选择满足相应跨链POW共识验证的签名权重。

特别地，所述跨链提现实现流程如下：

响应用户客户端在第二区块链上的跨链提现请求，托管节点组建提现交易并发送到中继程序中，并发起跨链提现的多重签名交易；所述提现交易至少包括数字资产提现数量和用户账户，在第一区块链中通过轻节点方案确认提现交易有效性；

确认有效后，用户客户端选择签名权重，启动签名聚合机制，联合托管节点利用各自私钥依次对跨链提现信息进行多重签名，并将生成的多重签名进行聚合，生成聚合签名，并集合参与签名的用户客户端和托管节点公钥形成公钥列表；

在第二区块链中验证节点根据公钥列表和跨链消息对聚合签名验签，并统计用户客户端和托管节点累加签名份额，所述累加签名份额超过总体数量的2/3后，执行POW共识；

在第一区块链中通过轻节点方案确认提现交易有效性，将跨链资产从托管地址转账到用户账户，同时销毁第二区块链上的映射资产。

转出聚合托管地址的跨链资产，需要发起多重签名交易，多重签名交易的执行需要达到指定的共识阈值，一般设为总占比的2/3。采用聚合签名的形式，用户和托管节点能够共同发起一笔多重签名交易，其中若用户的签名占总权重的1/3，其他托管的签名权重接近2/3。在这种设置下，托管的跨链资产完成转账的前提是用户对这笔交易进行签名，其他托管节点的总权重小于2/3，即使全部通过也无法完成多重签名交易。因此，在用户参与聚合签名的情况下，用户自身对托管资产进行了有效控制，削减了以往方案中信托的中心化管理。

采用聚合公钥和聚合签名的方案，能有效压缩交易脚本字节数从而显著降低交易手续费，并且托管节点没有最大人数限制，随着托管节点数N的增加，跨链的去中心化程度会不断提高。

特别地，所述跨链转移实现流程如下：

响应用户客户端跨链转移请求，托管节点组建转移交易并发送到中继程序中，所述转移交易至少包括数字资产转移数量，聚合托管地址，用户客户端映射资产钱包地址，目标客户端映射资产钱包地址，在第一区块链中通过轻节点方案确认转移交易有效性；

确认有效后，在中继程序中托管节点查询聚合托管地址中数字资产余额是否达到转移金额；

未达到转移金额时，则关联用户客户端向聚合托管地址存储含转移数量的跨链数字资产，同时在绑定的映射资产钱包中铸造对应的映射资产；

若达到，用户客户端选择签名权重，并在第二区块链中发起对应映射资产转移交易，交易信息包括映射资产转移数量、用户客户端映射资产钱包地址，目标客户端映射资产钱包地址；

第二区块链验证节点对映射资产转移交易进行共识验证，验证通过后从用户客户端映射资产钱包地址转移所需的映射资产到目标客户端映射资产钱包地址；

同时销毁用户客户端在聚合托管地址中相应数量的跨链资产。

跨链提现过程需要进行多重签名来确保跨链资产在聚合托管地址和用户客户端账户地址的相互转移，而跨链转移是将跨链资产转换为第二区块链的相应的映射资产，进而在第二区块链内部进行映射资产的流转，无需进行跨链的多签托管验证。

特别地，所述签名聚合机制具体包括如下步骤：

选择统一椭圆曲线基点依次对参与签名者的随机私钥计算签名公钥；所述参与签名者包括用户客户端和托管节点；

将所有签名公钥集合后进行哈希运算，生成公钥列表；

每个参与签名者选择随机数，利用所述椭圆曲线基点计算所述随机数的派生随机数，所有派生随机数求和生成聚合随机数；

对公钥列表及签名公钥进一步哈希运算获得聚合公钥；

参与签名者利用随机数、聚合公钥、聚合随机数和参与签名者随机私钥对所述提现交易进行签名，将所有签名求和后与聚合随机数生成聚合签名；

在执行提现交易时，验证节点根据提现交易信息、公钥列表利用椭圆曲线算法对聚合签名进行验签。

在这里，签名聚合机制部署在中继程序中，关联第一区块链和第二区块链，将多个签名数据压缩合并成单个聚合签名。验证者通过所有签名相关的数据和公钥组成的列表对单个聚合签名进行验证，若验证通过，其效果等同于对所有相关签名进行独立验证且全部通过。

进一步地，其特征在于，还包括采用MAST结构加密存储签名脚本，具体如下：

在执行跨链提现和跨链转移签名过程中，将用户客户端和托管节点生成的签名脚本进行哈希处理，生成相应哈希值存储在MAST树中，并逐层向上递归，最终生成一个哈希值存储在顶端默克尔根中。

可以隐藏比特币脚本的踪迹，当验证跨链交易时就不需要暴露全部的脚本信息，只需要提供默克尔根和抵达某使用条件的默克尔路径上的数据，其他信息仍然是哈希密文状态。这些复杂的功能看上去是一次交易，其中的签名脚本可以被隐藏起来，而用户只能看到这些对等交易。这样一来，MAST脚本结构不仅通过隐藏脚本和模糊密钥提高了可扩展性和隐私性，还增加了数据处理效率。

一种基于聚合签名的跨链扩展系统，包括聚合铸造模块和验证执行模块；

所述聚合铸造模块，利用用户客户端及多个托管节点的公钥生成聚合公钥，由聚合公钥派生聚合托管地址，通过用户客户端将第一区块链数字资产转移到聚合托管地址中，同时在第二区块链的账户钱包中铸造对应映射资产，其中，所述托管节点是在第二区块链的验证节点中选取的，所述映射资产是在第二区块链中流通并与第一区块链数字资产按照固定比率换算；

所述验证执行模块，响应于用户客户端选择签名权重触发适配的跨链需求，验证节点在第二区块链进行共识验证，执行相应跨链交易，其中，所述供用户客户端选择的签名权重阈值设置在第一区块链中。

作为一种可实施方式，所述聚合铸造模块被设置为：

在第一区块中设置用户客户端将第一区块链数字资产跨链至第二区块链的用户参与多重签名的签名权重，其权重阈值范围为[0，1/3]；

根据用户跨链业务应用场景提出跨链提现和跨链转移的跨链需求，针对跨链提现和跨链转移，用户客户端在签名权重阈值范围内依次适配选择满足相应跨链POW共识验证的签名权重。

本发明设计一种基于聚合签名的跨链扩展方法，具有以下优势：

(1)利用聚合签名机制压缩多签跨链存储数据，扩展跨链操作性能；

(2)托管节点来自验证节点，避免链下托管，实现链上自主签名，改变链外多签验证；

(3)增加用户签名权重，加大用户对其托管资产的可控程度，并且无限增加托管节点数量，增加去中心化程度；

(4)设置用户签名权重阈值，用户签名权重自主可选，灵活适配跨链应用场景；

(5)利用Merkel抽象语法树(MAST)加密签名脚本，进一步扩展跨链执行的隐私保护。