跨鏈技術(shù)能夠解決區(qū)塊鏈的哪些問題

跨鏈技術(shù)是什么？

跨鏈技術(shù)可以被理解為一種協(xié)議，解決兩個(gè)或多個(gè)不同鏈上的資產(chǎn)以及功能狀態(tài)不能互相傳遞、轉(zhuǎn)移、交換的問題。也就是說，跨鏈技術(shù)能夠增加區(qū)塊鏈的可拓展性，能夠從根本上解決不同公鏈/側(cè)鏈之間交易困難產(chǎn)生的”數(shù)據(jù)孤島“問題。

跨鏈技術(shù)的難點(diǎn)

跨鏈技術(shù)從 Blockstream 提出側(cè)鏈概念以來，一直是區(qū)塊鏈技術(shù)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。目前并沒有被普遍認(rèn)可的跨鏈機(jī)制，原因在于各個(gè)公鏈之間的底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)差異巨大給跨鏈技術(shù)帶來了不小的障礙。

跨鏈需要解決的幾個(gè)難點(diǎn)問題：

· 保證跨鏈信息真實(shí)可信

原鏈上的交易信息對(duì)于另一條鏈來說是一個(gè)外部信息，如何保證這個(gè)外部信息進(jìn)入另一條鏈時(shí)是正確的，是整個(gè)跨鏈機(jī)制的重要環(huán)節(jié)。如果要考慮到使用 POW 機(jī)制的區(qū)塊鏈上沒有終局狀態(tài)（始終存在分叉的情況，只是隨著確認(rèn)塊的增加，概率逐漸變?。?，這個(gè)問題的復(fù)雜度會(huì)更高。

· 跨鏈交易要確保原鏈上的 Token 總量不會(huì)因?yàn)榭珂湺鴾p少或增多

跨鏈技術(shù)很重要的一個(gè)應(yīng)用方向就是數(shù)字資產(chǎn)的跨鏈轉(zhuǎn)移，如何保證不同鏈上的數(shù)字資產(chǎn)能夠安全地從一條鏈轉(zhuǎn)移到其他鏈，又可以從其他區(qū)塊鏈安全地返回主鏈?zhǔn)秦酱鉀Q的問題之一。對(duì)于數(shù)字資產(chǎn)的跨鏈轉(zhuǎn)移來說，原鏈上 Token 總量減少的后果是當(dāng) Token 需要跨回原鏈時(shí)，原鏈無法產(chǎn)生新的 Token ，也就是只能單向跨鏈。原鏈 Token 增多是名義上的增多，實(shí)際上是本來已經(jīng)跨鏈至另一個(gè)賬本的 Token 在原鏈上被雙重支付了，這種情況違背了精確記賬的原則，是在任何時(shí)候都無法接受的。因此當(dāng) Token 跨出原鏈時(shí)，原鏈上的 Token 必然需要進(jìn)入“鎖定”的狀態(tài)，當(dāng) Token 跨回原鏈時(shí)，這些 Token 需要被解鎖。如何通過去中心化的管理機(jī)制完成“鎖定”、“解鎖“的過程就成為了跨鏈的關(guān)鍵。

· 保證整個(gè)跨鏈交易的原子性

交易的原子性，簡單來說是指交易處理的某個(gè)環(huán)節(jié)停止，整個(gè)交易能夠撤銷，而不會(huì)存在部分成功，部分失敗的情況，無法保證原子性會(huì)造成雙重支付。在跨鏈技術(shù)中保證原子性的難點(diǎn)在于，跨鏈雙方是兩條獨(dú)立的鏈，可能具有不同的共識(shí)機(jī)制、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、交易處理邏輯等等，造成交易最終沒有被執(zhí)行的原因也千差萬別。

現(xiàn)有的跨鏈技術(shù)方案

目前主流的區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)有公證人機(jī)制（Notary schemes）、側(cè)鏈/中繼（Sidechains/relays）、哈希鎖定（Hash-locking）。

上表列出了各種跨鏈技術(shù)的基本區(qū)別，早期跨鏈技術(shù)包括以瑞波和BTC Relay為代表，它們更多關(guān)注的是資產(chǎn)轉(zhuǎn)移；現(xiàn)有跨鏈技術(shù)以Polkadot和Cosmos為代表更多關(guān)注的是跨鏈基礎(chǔ)設(shè)施；新出現(xiàn)的FUSION實(shí)現(xiàn)了多幣種智能合約，是一種很有應(yīng)用價(jià)值的公有鏈，在其上可以產(chǎn)生豐富的的跨鏈金融應(yīng)用。

公證人機(jī)制

公證人技術(shù)的代表就是瑞波 Interledger 協(xié)議。2012年，瑞波實(shí)驗(yàn)室提出 Interledger 協(xié)議，旨在連接不同賬本并實(shí)現(xiàn)它們之間的協(xié)同。Interledger 協(xié)議適用于所有記賬系統(tǒng)、能夠包容所有記賬系統(tǒng)的差異性，該協(xié)議的目標(biāo)是要打造全球統(tǒng)一支付標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)金融傳輸?shù)膮f(xié)議。

Interledger 協(xié)議使兩個(gè)不同的記賬系統(tǒng)可以通過第三方“連接器”或“驗(yàn)證器”互相自由地傳輸通證。記賬系統(tǒng)無需信任“連接器”，因?yàn)樵搮f(xié)議采用密碼算法用連接器為這兩個(gè)記賬系統(tǒng)創(chuàng)建資金托管，當(dāng)所有參與方對(duì)交易達(dá)成共識(shí)時(shí)，便可相互交易。

側(cè)鏈

側(cè)鏈?zhǔn)且藻^定某種原鏈上的通證為基礎(chǔ)的新型區(qū)塊鏈，正如美金錨定到黃金。側(cè)鏈?zhǔn)沁B接各種鏈，其它區(qū)塊鏈則可以獨(dú)立存在。

側(cè)鏈技術(shù)的代表是 BTC Relay。它被認(rèn)為是區(qū)塊鏈上的第一個(gè)側(cè)鏈。BTC Relay 把以太坊網(wǎng)絡(luò)與比特幣網(wǎng)絡(luò)通過使用以太坊的智能合約連接起來，可以使用戶在以太坊上驗(yàn)證比特幣交易。它通過以太坊智能合約創(chuàng)建一種小型版本的比特幣區(qū)塊鏈，但智能合約需要獲取比特幣網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，因此實(shí)現(xiàn)去中心化比較困難。BTC Relay 進(jìn)行了跨區(qū)塊鏈通信的有意義的嘗試，打開了不同區(qū)塊鏈交流的通道。

中繼技術(shù)

中繼技術(shù)的代表是 Polkadot。Polkadot 是由原以太坊主要核心開發(fā)者推出的公有鏈。它主要解決當(dāng)今兩大難題：即時(shí)拓展性和可擴(kuò)展性。Polkadot 計(jì)劃將私有鏈/聯(lián)盟鏈融入到公有鏈的共識(shí)網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)又能保有私有鏈/聯(lián)盟鏈的原有的數(shù)據(jù)隱私和許可使用的特性。它可以將多個(gè)區(qū)塊鏈互相連接。

Polkadot的提出者 Gavin Wood 希望用一條中繼鏈（Relay-chain）來實(shí)現(xiàn)其他所有鏈的交易的驗(yàn)證工作， 再通過平行鏈的創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)與原鏈的交易與通信。

Polkadot目前還是以以太坊為主，實(shí)現(xiàn)其與私鏈的互連，并以其他公有鏈網(wǎng)絡(luò)為升級(jí)目標(biāo)，最終讓以太坊直接與任何鏈進(jìn)行通訊。

哈希鎖定技術(shù)

哈希鎖定技術(shù)的代表是閃電網(wǎng)絡(luò)。閃電網(wǎng)絡(luò)底層運(yùn)用了 HTLC 技術(shù)和 RSMC 技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)個(gè)鏈下支付通道。這些通道合在一起成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。交易雙方的數(shù)目比較小的微支付可以通過一系列的鏈下協(xié)議完成，從而拓展比特幣的性能。

閃電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是HTLC哈希鎖定技術(shù)，基本原理如下：Alice和Bob可以達(dá)成這樣一個(gè)協(xié)議：協(xié)議將鎖定Alice的0.1 BTC，在時(shí)刻T到來之前（T以未來的某個(gè)區(qū)塊鏈高度表述），如果Bob能夠向Alice出示一個(gè)適當(dāng)?shù)腞（稱為秘密），使得R的哈希值等于事先約定的值H（R），Bob就能獲得這0.1 BTC；如果直到時(shí)刻T過去Bob仍然未能提供一個(gè)正確的R，這0.1 BTC將自動(dòng)解凍并歸還Alice。

閃電網(wǎng)絡(luò)并不試圖解決單次支付的問題，其假設(shè)是單次支付的金額足夠小，即使一方違約另一方的損失也非常小，風(fēng)險(xiǎn)可以承受。因此使用時(shí)必須注意“微支付”這個(gè)前提。

分布式私鑰控制技術(shù)

私密資產(chǎn)通過分布式私鑰生成與控制技術(shù)被映射到基于協(xié)議的內(nèi)置資產(chǎn)模板的區(qū)塊鏈上，根據(jù)跨鏈交易信息部署新的智能合約、創(chuàng)建新的資產(chǎn)。當(dāng)一種已注冊資產(chǎn)由原有鏈轉(zhuǎn)移到跨鏈上時(shí)，跨鏈節(jié)點(diǎn)會(huì)為用戶在已有合約中發(fā)放相應(yīng)等值代幣。為確保原有鏈資產(chǎn)在跨鏈上仍然可以相互交易流通，實(shí)現(xiàn)和解除分布式控制權(quán)管理的操作稱為：鎖入（Lock-in）和解鎖（Lock-out）。鎖入是對(duì)所有通過密鑰控制的數(shù)字資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)分布式控制權(quán)管理和資產(chǎn)映射的過程。這時(shí)需要委托去中心化的網(wǎng)絡(luò)掌管用戶的私鑰，用戶自己掌握跨鏈上那部分代理資產(chǎn)的私鑰。當(dāng)解鎖時(shí)再將數(shù)字資產(chǎn)的控制權(quán)交還給所有者。

雖然中心化的網(wǎng)絡(luò)掌握用戶部分私鑰，但用戶并沒有失去對(duì)這筆資產(chǎn)的控制權(quán)，擁有私鑰才是擁有對(duì)這筆資產(chǎn)的控制權(quán)。

FIBOS 的跨鏈思考

哈希鎖定作為 FIBOS 跨鏈技術(shù)的選型并不理想。一方面哈希鎖定無法保證數(shù)據(jù)來源的可信度；另一方面，它還需要用戶在一定時(shí)間窗口完成操作，用戶本身也成為了跨鏈的一部分，提升了用戶使用門檻。

公證人機(jī)制天然比較契合 FIBOS 的生態(tài)，因?yàn)?FIBOS 中 BP 節(jié)點(diǎn)（Block Producer）恰好可以作為公證人。但這也帶來了一定的問題，首先，BP 節(jié)點(diǎn)由投票產(chǎn)生，其變動(dòng)速度較快，公證人列表需要不斷的更新，需要考慮如何去中心化的同步公證人列表、以及公證人列表和 FIBOS BP 不一致所帶來的數(shù)據(jù)同步問題；其次，因?yàn)?BP節(jié)點(diǎn) 是由 FIBOS 選出，其他鏈?zhǔn)欠裢耆J(rèn)同這一結(jié)果還未可知；最后，公證人機(jī)制本身存在數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送的問題，降低了效率。并且，得到的數(shù)據(jù)依靠“多簽”機(jī)制來判斷能否執(zhí)行，不能在數(shù)學(xué)層面上驗(yàn)證，這也會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

側(cè)鏈技術(shù)對(duì)于 FIBOS 跨鏈技術(shù)有一定的可取性。由于其區(qū)塊狀態(tài)在合約內(nèi)同步進(jìn)行，所以會(huì)產(chǎn)生不必要的 CPU，RAM 等資源消耗。同時(shí)帶來的問題是，由于 FIBOS 出塊速度較快（0.5s），在 FIBOS 側(cè)鏈進(jìn)行多塊的狀態(tài)同步，容易產(chǎn)生超時(shí)問題。使用側(cè)鏈來解決數(shù)據(jù)的可信度是一個(gè)很好的方案，可是不應(yīng)該將其放在合約內(nèi)進(jìn)行。

中繼方案看起來更為可取，因?yàn)橹欣^鏈的存在，不會(huì)因同步狀態(tài)消耗額外資源在原鏈上。同時(shí)，異構(gòu)鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同問題，可以在中繼鏈內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換解決。這使得中繼方案不僅比較經(jīng)濟(jì)，而且能在異構(gòu)鏈之間進(jìn)行轉(zhuǎn)賬。唯一的問題在于鎖定資產(chǎn)賬戶由誰來控制，以及狀態(tài)和數(shù)據(jù)同步由誰進(jìn)行，這一點(diǎn)在上述的中繼技術(shù)方案里并沒有給出答案。

對(duì)于 FIBOS 生態(tài)來說，解決跨鏈問題是一個(gè)戰(zhàn)略性地挑戰(zhàn)，尤其在談到和 EOS 之間的跨鏈轉(zhuǎn)賬問題時(shí)，跨鏈技術(shù)是必須要攻克的難關(guān)之一。對(duì)此，融合公證人機(jī)制和中繼的方案有著較高的可行性。資產(chǎn)鎖定賬號(hào)由公證人共同掌握，公證人同時(shí)負(fù)責(zé)區(qū)塊狀態(tài)的初始化和給出一個(gè)同步地址。當(dāng)出現(xiàn)跨鏈轉(zhuǎn)賬操作時(shí)，首先由見證人執(zhí)行多簽對(duì)跨鏈資產(chǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)出，然后進(jìn)入中繼鏈，進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證。驗(yàn)證成功后，再由多簽操作轉(zhuǎn)入目標(biāo)鏈。這使得公證人機(jī)制能夠在數(shù)學(xué)層面上被驗(yàn)證，同時(shí)使得中繼鏈的數(shù)據(jù)來源較為可信。

區(qū)塊鏈從技術(shù)上來說是P2P網(wǎng)絡(luò)、加密技術(shù)和分布式賬本，從經(jīng)濟(jì)上來說，它是價(jià)值網(wǎng)絡(luò)。而目前，由于不同鏈之間通信壁壘的存在，導(dǎo)致了區(qū)塊鏈的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)呈割裂狀態(tài)。區(qū)塊鏈作為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施部分，不應(yīng)該局限于一個(gè)個(gè)“價(jià)值孤島”，更不能僅僅將價(jià)值圈定于一個(gè)個(gè)小的生態(tài)中。因此需要跨鏈技術(shù)將不同的鏈之間進(jìn)行鏈接和拓展，構(gòu)建價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的高速公路。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的高效迭代和創(chuàng)新，相信跨鏈技術(shù)會(huì)越來越成熟，區(qū)塊鏈價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的高速公路也終將會(huì)把一個(gè)個(gè)“孤島”連接起來。