区块链跨链技术

发表于 |

原因

无法跨链的区块链就如网站没有浏览器，互联网没有搜索引擎。

跨链技术是实现区块链价值互联的关键，它是把区块链从分散的孤岛中拯救出来的良药，是区块链向外拓展和连接的桥梁。

要素

基础的跨链满足以下5个步骤：

  1. 在A链的用户A向在B链的用户B发起兑换请求
  2. 跨链协议锁定A链币
  3. 跨链协议锁定等值数量的B链币
  4. 将B链币发到用户B的钱包地址，同时拿走锁定的用户A的链币
  5. 在A链上用户A的币被转走，同时在B链上用户B得到等值的币

根据这5个步骤，需要区块链5项能力

  1. 便携式资产（portable assets）：资产可以多条链之间来回转移和使用
  2. 满足原子性交换（atomic swap）：跨链资产兑换是安全的而且同步发生的。（不同链上的两位用户可以发起两笔传输交易，要么在两个账本上一起执行，要么两个账本都不执行，即原子性）
  3. 带有跨链互通性，具备他链信息和事件的读取和验证能力（Cross-chain oracle issues）：在某些情况下，一个链（如A链）的智能合约执行机制可能是依赖另一个链（B链）的条件触发，所以A链要能获得B链的所有相关条件状态，即c具备他链信息和事件的读取和验证能力。
  4. 资产留置权（Asset encumbrance）：在某些情况下，相关联的两个链资产同时需要被锁定，如抵押品或者法院强制执行的扣押等。
  5. 跨链执行合约（General cross-chain contracts）：例如根据链A的股权证明在链B上分发股息等。

跨链技术主要有以下几种

  • 公证人机制(notary schemes)
  • 侧链/中继(sidechains/relays)
  • 哈希锁定(hash-locking)
  • 分布式私钥控制(distributed private key control)
  • 公证人机制+侧链混合技术(notary schemes + sidechains mixing technology)

img

公证技术：如瑞波Interledger协议 ★★★

在2012年，ILP由瑞波实验室提出，解决不同账本之间的协同。流程如下

  1. Alice是拥有A链的账户，Bob是拥有B链的货币，Cot是拥有A、B链的货币；Alice将向Bob进行一笔交易（如转账）
  2. Alice通过其他通讯手段，得到Bob提供的一个“共享密码”以及Bob在ILP网络中的对应唯一地址（如bob.ripple.rHCvhtqhXuBvWt5g79gyXfpG8VcrvUm9E9）
  3. Alice向Cot询价，Cot根据Alice的转账金额和市场行情算出总的交易额（包括交易费）
  4. Alice根据ILP规定生成ILP包，指定目标目标地址为Cot，同时给予ILP包的私有内容和“共享密码”生成一个“条件原像”，对“条件原像”HASH生成交易托管所需要的“条件”
  5. Alice在A链上发起一个托管交易（转账），托管条件为4所生成的条件，设置超时时间
  6. Cot在A链上检查到一笔涉及自己的托管交易，同时收到Alice的ILP包；计算和校对需要交易的额度后，将ILP包目标地址修正为Bob，并在B链上发起一个托管操作，设定交易条件为Alice的交易条件，设定超时时间，超时时间小于5.的时间，然后将ILP包发送给Bob
  7. Bob收到ILP包，用“公共密码”解出“条件原像”，用HASH校对“条件”；同时检测到B链上的托管交易，校对金额后，转入“条件原像”，确认收到交易的金额
  8. Cot在B链检测到涉及自己的托管交易被确定，分析交易数据，得到“条件原像”；把“条件原像”输入到A链上，并确认交易，收到交易的金额和手续费
  9. Alice在A链上检测到涉及自己的托管交易被确定，此次交易完成

img

侧链技术：BTC Relay ★★

BTC Relay 是在以太坊基金会支持下诞生并成长起来的，属于早期的侧链技术。它在以太坊上建立一个bitcoin轻钱包，用于操作bitcoin，并给以太坊智能合约提供操作bitcoin的接口，这样用合约就能完成BTC和ETH的交易。是非常简单的一种跨链技术。但它的交易费用特别高。

img

中继技术：Polkadot ★★★★★ (其他如Cosmos，tendermint团队开发)

Polkadot（Parity公司开发）将区块链共识分成两个部分：有效性和一致性。有效性的概念是比如我有10个比特币，我转给A是有效的，我转给B也可以是有效的。但一致性的概念就是我只能转给其中某一个人，即使我发出了两笔有效的交易，最终网络会共识出一条最长链来达成一致，另一个交易会被丢弃。更加概括性地讲就是有效性负责运算，一致性负责投票，一个是强CPU依赖的，一个是强出块权依赖的。

Polkadot 结构中核心有两个部分：中继链和平行链，中继链负责一致性，平行链负责有效性。中继链采用POS共识算法，将主要借鉴Honeybarger，还有Tendermint。平行链由很多固定身份的收集人管理，以收集交易手续费为激励，为中继链提供自己的块头和跨链交易相关的证明数据，这部分数据在Polkadot里称为平行链的候选块，将来由中继链的验证人随机选定。由于平行链也不一定真有一条链，所以这里的块也是泛指。中继链会分成两类，第一类是类似以太坊和比特币这样有自身共识系统的区块链，他们有自身的POW矿工来维持链的运转，他们不能直接作为平行链参与到Polkadot网络中来，而是需要新成立一些收集人组建转接桥系统，将以太坊区块的数据整理为中继链所需的格式，这个转接桥系统才是Polkadot的平行链。第二类是还没有出现的过的区块链系统，他们将来的出块人就是收集人，他们链区块的决定权是由中继链的验证人决定的，这类系统可能才真正是Polkadot所设想的未来链。

img

哈希锁定技术：Lighting network ★★

闪电网络基本原理：Alice在A链与Bob在B链进行一笔交易

  1. Alice在A链用密码H=HASH(S)锁定一笔资产，并设定时限，时限到来前，如果有人能交出S，这笔资产就转给他，否则这笔资产归还给Alice
  2. Alice将H发给Bob
  3. Bob在B链上用H锁定一笔资产，设定时限，小于1.的时限，时限到来前，如果有人能交出S，这笔资产就转给他，否则这笔资产归还给Bob
  4. Alice在B链上交出S，得到Bob锁定的资产，同时B得到了S
  5. Bob在A链上交出S，得到Alice锁定的资产

img

分布式私钥控制技术：FUSION ★★★ (其他如国内开发的WanChain)

Fusion在原链上设立锁定帐号，作为原链上的公证人，用户向fusion发起lock-in请求，然后将原链上的通证交给锁定账户，fusion上的智能合约验证请求，确认原链上的交易后，在fusion链上创造等值原链通证的标记符号，交给用户，之后用户可以在fusion上交易其他链通证的标记符号，提现时，用户在fusion上发起lock-out请求，验证节点将提现的标记符号锁定，用对应链上的锁定账户向用户发起转账，确认转账后销毁fusion上的标记符号。

采用锁定账户作为公证人，不可避免的是锁定账户的密钥控制问题，fusion中采用的是所谓分布式密钥存储的安全方案，本质上就是秘密共享技术，具体可以参考Shamir的(k,n)门限秘密共享方案，简单的理解就类似多重签名技术，由n个验证节点分别持有一部分密钥，每个节点只能知道自己的密钥，然后锁定账户的任何操作都至少要有k个验证节点的密钥，因此只要且必须要有至少k个验证节点通过，锁定帐号才能将锁定的原链资产提现给用户。相较于中心化的交易所，n个验证节点事实上构成了一个多中心的结构，避免了单个中心被攻击的危害，同时不需要设计完全去中心化结构的技术难点。

img

混合技术：Ether Universe ★★★★

以太宇宙分为主链和不同区块链上的子链，主链是整个生态体系中的最重要部分，其承载了整个平台交互逻辑，记录了所有交互信息，链上产生的代币用于支付每次跨链服务所消耗的 gas。子链则用于辅助主链来对其他区块链进行双向锚定。

img