【链路头条】链路课堂 —— 高大上的跨链技术

跨链技术

比特币诞生十年以来,从早期的极客消遣玩物,演变成了如今用户庞大的生态系统,区块链技术也从早期的比特币系统进化到2.0乃至3.0(尚未实际应用)概念。从点对点的支付到只能合约演化让区块链形成了一条完整的产业链。
但是,随着功能各异的公链大批出现,区块链2.0概念的代表智能合约的各类问题也暴露出来,由于太多公链都有自己专属的公链,与链之间缺乏价值传递的通道。链与链之间的价值传递无法直接进行,只能依托交易所或场外交易。于是,区块链的各个公链的用户被分离成了一座座孤岛,不利于形成庞大的网络效应,阻碍行业的发展。
于是,从业者希望开发一种技术,能够摆脱链与链之间的隔阂,这种技术就被称之为跨链技术。
目前不论对于公有链还是私有链来看,跨链技术就是实现价值互联网的关键,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。
理论上,跨链技术能够将特定区块链上的资产转换成另一条区块链上的资产,从而所实现链与链之间价值流通的技术。
简单理解,跨链技术是一种不同资产持有人的链上兑换行为,这个过程并不改变每一条链上的资产总额。
如果对比互联网的发展,整个互联网也是由独立的网站信息组成的,但是互联网技术得精心管理的计算机群能够相互通信,并且处于全世界的设备能够相互操作。正是因为这种“互联特性”,使得世界成为了一个整体,逐渐形成了一个庞大的网络效应。这是互联网的“跨链技术”,而区块链技术中的“跨链技术”又该是什么样子呢?

技术设想

正如开篇所言,目前的区块链技术,正在被多个主链所形成的独立生态割裂开来,分割的生态无法让所有的区块链用户连成一个整体。
如果区块链技术想要成为未来全球商业和价值分布式网络的基本组成部分,那么它的体系结构也必须满足互联网体系结构相同的基本目标。那么区块链系统间互操作性将是一个核心需求。
而一个可互操的区块链系统需要具备如下特征:
1.由可区分的区块链系统组成,每个系统代表一个分布式数据账本;
2.交易可以跨多个区块链系统执行;
3.一条区块链中记录的数据,能够被另一个可能的外部交易以语义兼容的方式访问和验证。
互联网的目标是支持具有不同需求的多种类型服务;而在区块链网络中,这一目标可被重新解释为支持具有不同共识算法、吞吐量以及延时特征的多种区块链系统。当涉及到需要接入多种不同区块链系统时,跨链技术将多条独立的主链之间的价值传递联系起来,让各个链上的应用、用户整合到一起,真正发挥区块链的规模效应。

技术分类

区块链行业中,跨链技术并不是一个很新的概念,在2012年,Ripple就提出了跨账本互操作协议。
2014年,blcokstream提出了楔入型侧链的概念,使得比特币及其他数字资产在多个区块链之间转移,即用户在使用他们已有数字资产的情况下可以访问多个区块链。
2015年,Lighting Network提出了基于htlc的链下支付通道方案。
2016年btc-relay提出实现比特币和以太坊跨链的中继方案。
2017年,在这轮ICO行情中Comos与Polkadot等知名跨链项目开始启动,提出跨链网络基础平台的建设方案。
从2017年开始,完整的跨链机制构想,就从研究者们的方案中出现:
1.链与链之间的资产转移是自由的,可以从一条链转移到另一条链,并且还能够再转回来;资产之间的转移,不能有第三方进行干扰;
2.跨链交易需要满足原子性,要么发生,要么不发生,不能凭空损失和创造资产;
3.跨链协议的稳定性,要求一条链遭到外部攻击不能影响到另一条链上的资产安全。
根据跨链技术的构想,以及实现跨链技术的技术手段,基本可以总结为3种模式:公证人模式、中继侧链模式、哈希锁定模式。

公证人模式

链与链之间互操作最简单的方法是使用公证人模式。在公证人模式中,使用受信任的一个或者一组团体向链X声明链Y上发生了某事件,或者确定该声明是正确的。这些团体既可以自动地监听和响应事件,也可以在被请求的时候进行监听和响应。
公证人模式在许可分账领域受到很多关注,因为其既可以提供灵活共识的主要竞争者,也无需进行昂贵的工作证明或关于利益机制的复杂证明。

中继/侧链模式

如果一个链B能拥有另外一个链A的所有功能,则称链B为链A的侧链,链A为链B的主链。其中主链A并不知道侧链B的存在,侧链B知道有主链A的存在。
假设区块链拥有区块Header和Body,Header中拥有Merkle等证明信息,可以将链A的区块链头,写入链B的块中,链B使用和链A一样的共识验证方法,比如PoW验证难度和长度,PBFT验证投票等。等待链A的区块头序列之后,链B就可以通过Merkle分支的证明信息来证明链A的数据和操作。链A、B不能直接验证对方块的状态,因为这样会形成循环,但相互只包含轻节点是可行的,这个区块链验证的逻辑可以由链协议本身或应用合约实现。

哈希锁定模式

哈希锁定模式的设计是希望链A与链B之间尽可能少的了解彼此,并作为消除公证人信任的手段。

问题

虽然在实际应用中,跨链技术要解决的问题是如何让一条链上的token转移到另一条链上,这个过程不只是信息流的传递,更是信息流背后的需要被精确记账的价值传递。目前还没有出现被广泛认可的跨链机制,一方面是当前跨链的需求并不十分迫切,单条公链分布式账本的普及仍然需要很长时间去运营,目前的跨链交易在中心化交易所即可满足基本需求。另一方面是跨链技术和概念并不完善。
其中的几个跨链技术的难点还需要解决:
链上交易的同步:跨链交易的发生,必须要保证两条链上交易的同步性。否则在一条链发生交易后,另一条链的交易还没进行,那么资产的持有者就有方式拒绝发送这笔交易,给交易的其中一方造成损失。
验证原链的交易状态:在跨链中,原链交易的合法性是另一条链上交易发生的基础。不同主链的特点不同,交易状态也不同。经过的确认数、确认时间、是否零确认都无法同步。
另一条链上的交易确认:对交易的确认,包含了两个层次的问题,一是确认交易已经发生并且上链,写入了区块账本;二是该交易已经获得了系统足够多区块的确认,这样由于系统发生重构而导致交易无效的概率将非常低。区块链系统本身是较为封闭的系统,缺乏主动获取外部信息的机制,因此要确认另外一条链的交易状态并非一件容易的事,可以说是跨链交易的核心难点之一。
保障两条链的独立安全性:跨链中两条链会发生交互,这段过程中难免会对彼此的系统产生影响。一条链上的安全发生问题,要保证不会因为跨链的存在而影响到另一条链上的安全。
搭建完善的跨链网络:尽管跨链技术是打通两条链的价值传递通道,但目前在多条公链共存的状态下,最终形成的是一套链链互联或者多条公链与一条积累了最大共识的主链相连的区块链网络。参照计算机网络的发展历程,独立的区块链网络终究要走上互联互通的未来,那如何将这些已有的和未来将要开发的区块链网络都联系起来成为统一的整体将是未来跨链网络最重要的问题之一。
在分布式账本的技术实践中,跨链到底有没有必要,还有待进一步的考证。
在保证同一公链分布式账本的基础运营同时实现对不同价值链之间的互换这一悖论技术能否实现目前还没有答案。所以,跨链技术虽然目前有些许进展,但大多数跨链技术理论大于实际,并不能给区块链交易带来实质性的进展。就目前的技术理论来看,基本不存在实际意义的跨链操作可能。
跨链,这一概念,到底走向何方,还需要更多的业内专家共同努力才能看到最终的结果。

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