跨链技术研究报告:区块链互联的桥梁

1. 行业综述 跨链技术是指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。简单的理解,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。与交易所提供的币币交易服务类似,都是不同数字货币之间的兑换,但交易平台中的兑换并没有在链上进行。

1.1 行业背景

从中本聪发布白皮书《比特币:一种点对点的电子现金系统》,到如今比特币的诞生至今已有十个年头。早期它只是极客们相互转账的玩物,到现在演变成了千万用户的庞大生态。区块链技术也从最初的1.0向着3.0的概念演进,从最简单的点对点支付、到智能合约的部署应用,从数字资产的发行向着全行业包括存储、游戏、物联网、人工智能等领域广泛铺设。为满足行业的需求,越来越多的技术构想被应用到了区块链的场景中,跨链、侧链、DAG、分片等技术也发挥了他们重要的价值。

1.1.1 区块链生态现状

现如今,区块链已经从一项技术演变成一个行业,其发展也经历了由1.0到2.0的过渡。在区块链1.0阶段,其特点是以比特币、莱特币为代表的分布式数据库账本实现了不可篡改的点对点转账功能,尽管功能较为简单,但是在支付领域的币种无论是市值还是应用都占据了大半壁江山。

在区块链2.0的时代,由以太坊引领的图灵完备的智能合约平台引领了2017年的一波超级大牛市,借此机会区块链市场迎来了公链竞争的时代。在ETH之后,像EOS、ADA、AE等号称区块链3.0的公链在性能上做出了改善,并且在POW之外,应用了多种共识算法。

随着更多公链技术的成熟,DAPP的开发也不断落地。很多DAPP已经有了很高的日活,这方面最成熟的两条公链是ETH与EOS,另外还包括NAS与NEO以及LOOM等侧链。

随着公链数量的增多,区块链2.0时代的问题也逐渐暴露出来。在目前数字货币项目中,市值排名前十的的币种只有USDT不是以公链的性质存在,而市值前20的币种中,BNB也推出了自己的公链计划。

而这之后,几乎大多数项目都是以一条独立链的形态存在,每一条链都有自己的用户群体,链与链之间缺乏价值传递的通道。作为一个比特币的用户,只能在比特币的链上使用比特币,无法向以太坊区块链上转账。区块链的用户被分离成了一座座孤岛,链与链的价值无法传递,不利于整个生态形成庞大的网络效应,阻碍了行业的发展。

1.1.2 互操的区块链系统

互联网技术,使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“互操性”,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。实现互操性,互联网具有以下几个特点: Ø生存性:即使单个网络或网关失联,互联网通信必须能够继续进行; Ø能够支持多种类型的通信服务(不同速率、时延和可靠性需求); Ø能够接入和整合多种不同的网络。

而上一个章节中所讲到的区块链技术,正在被多个主链所形成的独立生态割裂开来,分割的生态无法让区块链的用户连成一个整体,也就不利于网络效应的生成。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。

如果区块链系统和技术能够成为未来全球经济的重要基础设施,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: Ø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; Ø交易可以跨多个区块链系统执行; Ø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与网络效应。

1.2 跨链技术发展现状

根据TokenClub行情板块收录的跨链币种显示,目前共收录15中与跨链技术相关的币种,总市值达93.42亿元。实际上,与跨链相关的技术并不仅仅局限于这些。除了板块中我们所熟悉的XTZ、HC、ELF等项目,像XRP、XLM等支付网关,未上线或不具备投机价值的Lighting Network、Polkadot、Cosmos等项目。

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。随后在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。

2. 跨链简介 跨链技术打通了链与链之间价值传递的障碍,本质上来说就是实现了两条链上的货币资产进行兑换。可以将跨链技术类比成一个链上的交易所,中心化的交易所容易引发信任危机,因此通过一条公有链所提供的跨链技术服务就可以解决信任问题。

2.1 跨链的表现形态

总得来说,跨链技术主要有以下两种表现形态:

链间资产互换:即两条链上的资产进行互换,在这个过程中并不增加与改变两条链上的资产总值。链上的资产互换与中心化交易所中的币币兑换类似,但是这个过程却是在链上进行。加入A、B二人想进行数字资产的交换,又不想在中心化交易所进行,A只需要把X链上的资产转移到B的X链的地址中,而B则是把Y链上等值的资产转移到A的地址中即可。这个过程又会产生一个问题,如果A进行了转账,而B反悔了怎么办?这就需要用到跨链技术,通过系统的撮合,使得地址上的两笔转账同步进行,即如下图所示:

链间资产转移:与链间资产互换不同的是,链间的资产转移实际上起到了改变链上资产数量的效果。相当于资产从一条链转移到了另一条链,比如一种数字资产从X链转移到了Y链,相当于将X链资产发送到某个特定地址中,这个地址中的币是锁定的。而在Y链中,从一个特定的地址,这个地址之前是锁定的由于激活了某些协议,而生成的币发送到可以灵活使用的地址中,便实现了资产的转移。链间资产转移可以是单向也可以是双向的。

2.2 跨链的作用体现

跨链技术是服务于目前多条公链生态的,因为目前公链性能的缺陷以及公链之间信息的不流通,跨链技术在整个区块链生态中起到以下几点作用:

性能拓展:主要是针对公链自身所做的提升,包括吞吐量、延展性、TPS等性能。有的公链比如BTC,为了保证主链的安全以及去中心化程度,不得不牺牲自己的性能,承担每秒不足7笔的转账速度。而EOS则是大幅度提升了自己的性能,让节点变得更加的中心化。跨链技术主要是针对于像BTC、ETH这种目前已经产生拥堵的公链,能够缓解主链压力,撮合更多的交易发生。

功能丰富:区块链1.0的公链中,大多数公链只能做简单的支付功能,像BTC、LTC等不具备图灵完备的智能合约,性能又有限,很难发展出丰富的生态。但是可以通过跨链技术,将一条公链上的资产借助其他公链的功能进行拓展。使用闪电网络中的比特币,甚至可以体验在EOS上使用的画布功能。

生态链接:现阶段区块链生态的一大问题在于链与链之间都是一座座孤岛,缺乏价值间的流通。每条公链的用户因此被割裂开来,不利于形成庞大的网络效应。跨链技术打通了价值传递,能够将各个公链的生态连接起来,并且撮合交易,使得区块链生态更加的完备。

2.3 跨链技术的问题

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。目前并没有被普遍认可的跨链机制,一方面是当前跨链的需求还不是十分迫切,毕竟在中心化的交易所即可满足基本需求。另一方面是跨链技术还并不完善。就跨链技术而言,尽管各种技术在不断的开发拓展,但仍存在以下几个难点:

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,给另一方造成损失。

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。比如经过的确认数、确认时间、是否零确认,交易是否可以回滚等状态,通过跨链机制传递到另一条链上。

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。

3. 跨链技术机制

为实现跨链技术,保证跨链系统的安全性和稳定性,需要遵循以下几条原则:

Ø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; Ø资产之间的转移,不能有第三方进行干扰; Ø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; Ø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。

基于这些原则,可以通过以下几种技术实现跨链交互。

 

3.1 公证人机制

公证人机制是最为简洁的设计,即“中间人”不仅进行数据收集,还进行交易确认和验证。此时的“中间人”将成为可信第三方,既可以是一个双方可信的中心化机构,也可以是一群节点。中心化或多重签名的见证人模式,见证人是链A的合法用户,负责监听链B的事件和状态,进而操作链A。假设A和B是不能进行互相信任的,那就引入A和B都能够共同信任的第三方充当公证人作为中介,从而使得A和B达成间接信任。

总得来说,公证人机制有以下几种模式:

3.1.1 中心化或多重签名公证人机制

中心化公证人机制也叫单签名公证人机制,通常由单一指定的独立节点或者机构充当,这是最简单的模式,通常,这种模式被用于某类单一或特定的交易。举例说明,Bob想将BTC兑换成Alice的ETH,如果他俩直接交易的话会发生Bob将BTC发送到Alice账户,但Alice违约的风险,因此两人选择一个可信第三方(节点)充当公证人。Bob和Alice两人只需要将数字资产发送给第三人,然后第三人再转换后发送给Bob和Alice。

公证人在该交易过程中充当了交易确认者和冲突仲裁者的角色,从某种程度上来说,用中心化机构替代了技术上的信用保障,从技术可信转移到了传统的信用中介。这种模式虽然交易处理速度快,兼容性强,技术架构简单,但中心节点的安全性也成为系统稳定的关键瓶颈。

相反它提供了一个顶层加密托管系统称之为“连接者”,在这个中介机构的帮助下,不同的记账系统可以通过第三方“连接器”或“验证器”互相自由地传输货币。记账系统无需信任“连接器”,因为该协议采用密码算法用连接器为这两个记账系统创建资金托管,当所有参与方对交易达成共识时,便可相互交易。该协议移除了交易参与者所需的信任,连接器不会丢失或窃取资金,这意味着,这种交易无需得到法律合同的保护和过多的审核,大大降低了门槛。同时,只有参与其中的记账系统才可以跟踪交易,交易的详情可隐藏起来,“验证器”是通过加密算法来运行,因此不会直接看到交易的详情。理论上,该协议可以兼容任何在线记账系统,而银行现有的记账系统只需小小的改变就能使用该协议。从而使银行之间可以无需中央对手方或代理银行就可直接交易。

多重签名的公正人机制与中心化的公证人机制类似,只是将中心化的节点替换成了一个需要多重签名才可以确认资产交易的节点。即由多位公证人在各自账本上共同签名达成共识后才能完成跨链交易。公证人的选取可以有多种方式,比如随机抽取公证人、对交易双方可信公证人节点列表求交集、直接采用可信联盟中的可信节点等。

多重签名的公证人组的每一个节点都拥有自己的一个密钥,只有当达到一定的公证人签名数量或比例时,跨链交易才能被确认。这种方式相较于单签名模式的安全性更高,少数几个公证人被攻击或者是作恶都不会影响系统的正常运行。但是这种方式要求两条链本身都要有支持多重签名的功能。

3.1.2 去中心化交易协议

本质上中心化交易所有点类似于中心化的公证人机制,而去中心化的交易所协议则是另一种跨链方案。相关的项目与技术包括0x,loopring,kyber等。

在0x协议中,交易通过链下传输实现,相较置于主链的线上方案,0x协议可以降低交易成本,消除网络拥堵。每一次发起交易时,任何一个节点都可以称为“中介”,可以传输订单交易并收取一定的费用。由于0x协议建立在以太坊的分布式网络上,具有去信任的特点,不会像中心化机构那样会因为服务器故障而无法工作,因而消除交易中存在的风险。

0x在技术实现上引入了Relayer的概念,其中任何可以实现0x协议,包括提供链下订单薄服务的做市商、交易所、Dapp等,都可以称为Relayer。更简单的理解,Relayer就是一个特别的中继节点,而基于Relayer的订单薄技术可以是中心化的也可以是非中心化的。

路印协议中同样有Relayer的概念,并且借鉴了闪电网络的思路,将订单生成、传播、撮合放到区块链之外,可以避免链上交易拥堵,去除区块链对订单表更新维护的性能瓶颈。对于用户来说,路印协议简化了整个交易的充值提现步骤,使资产丢失的可能性为零。同时订单卖出时代币不必锁定,下单后还可以将代币随时转走。印协议引入了环路撮合的概念,传统撮合系统是在两个币种间,即一个交易对的买卖两个方向间完成撮合;而Loopring 协议将撮合的概念扩展到多币种,通过交易环路来完成多个币种之间交易的撮合。环路撮合可以大大增加资产的流动性,提高交易确认速度。

路印协议的运作原理

3.2 哈希锁定

哈希时间锁定协议HTLC起源于闪电网络,是一项可使不同区块链项目之间进行代币交易、互换的技术。其实质是两条链在规定的时间内收到解锁信息,然后发送资产。

在传统的交易所进行代币交易时,交易者往往需要把代币提前质押给交易所,这带来了一定的交易风险,并需要较高的手续费用。而在哈希时间锁定协议中,只需发送者、连接方、接受者三方,即可实现代币的交易,期间不需要任何交易所平台;且在交易失败时,代币并未发生实际转移,不需支付额外的交易费用。

以闪电网络为例,用户之间进行小额支付,并不是将比特币在链上进行交易,而是双方将自己的比特币锁定到一个特殊的地址中,在链下记录两个节点的交易终值,最终再通过链上提现。

随后,哈希时间锁定协议被应用到了跨链/侧链技术中,交易的双方在进行不同代币之间的交换时,将代币锁定本身取得了交易双方的信任,那么这个过程就可以进行。另一个重要的因素是保证交易的同时进行,即原子性交易。在哈希时间锁定协议中,代币的锁定实现了资产质押,为交易提供了信任基础。而密钥的传递,则保证了交易的原子性。同时时间锁的引入,避免了交易时间过长而造成的纠纷或意外。

3.3 侧链/中继

侧链本身是一种技术,也可以用来形容两条链之间的关系。从侧链的定义上来说,任何一条公链都可以成为比特币的侧链,那么价值从一条链上转移到另一条链上再安全返回,本身也是一种跨链行为。而一些侧链技术也是通过中继的方式实现。

中继在现实中被用于基站与基站之间搭建的节点,服务于信号的多次转发。在跨链中,中继技术不依赖可信的第三方帮助其进行交易验证,可以在拿到发送链的数据后自行验证。因此相比于其他跨链技术,中继方案更加灵活且易于扩展,

其技术原理在于:区块头有Merkle等证明信息,将A区块链的某个区块头写入B区块链的区块,A链和B链一样的共识验证方法,等待A链的区块头序列之后,B链可以通过Merkle分支的证明信息来证明A链的数据和操作。通常在A链与B链之间会有一个通道,如果通道本身就是区块链,那就是中继链。

中继的形式有很多,包括Cosmos中的Hub、Polkadot中的Relay chain、BTC-Relayer中的Relayer都扮演者中继的角色。

3.4 分布式私钥控制

分布式私钥控制是指利用一个基于协议的内置资产模板,根据跨链交易信息部署新的智能合约的创建新的资产。当一种已注册资产由原有链转移到跨链上时,跨链节点会为用户在已有合约中发放相应等值代币,确保了原有链资产在跨链上仍然可以相互交易流通。

即通过委托去中心化网络掌握用户私钥,同时用户也掌握代理自身资产的部分私钥,因此处于一个用户与去中心化网络共同掌管私钥的状态,不存在第三方持有私钥。

各种加密资产可以通过分布式私钥生成与控制技术被映射到公有链上。然后在其公有链上进行自由交互。实现和解除分布式控制权管理的操作称为:锁入和解锁。锁入是对所有通过密钥控制的数字资产实现分布式控制权管理和资产映射的过程;解锁是锁入的逆向操作,将数字资产的控制权交还给所有者。

4. 跨链项目分析 第三章介绍了目前实现跨链的不同技术原理,像早期的Ripple和BTC-relay更多关注的是资产转移,而目前的Polkadot和Cosmos更多关注的是跨链的基础设施,像其他与跨链相关的Wanchain、Fusion则是以公有链的形态存在,在其上面可以实现丰富的跨链应用。

4.1 瑞波-Interledger Protocal

比特币诞生以来,加密数字货币的区块链网络越来越多,形成了蓬勃发展之势。但是在不同的区块链之间无法进行价值转移和交换。假如说作为BTC的持有者想购买一件以XRP计价的商品,早期的处理方式是需要将BTC兑换成法币,然后用法币购买XRP再进行支付。在这个过程中由于买卖价差及手续费的抽成,兑换后资产会受到一定程度的损耗,而且过程也比较繁琐。正是针对这样的问题,ripple提出了一种跨链价值传输的技术协议InterLedger Protocal(ILP)。

4.1.1 ILP简介

ILP采用了跨链的公证人机制,其中两个不同的账本系统可以通过第三方“连接器”来互相自由地转换货币。账本系统无需去信任“连接器”,因为该协议采用密码算法为这两个账本系统和连接器创建资金托管,当所有参与方对资金达成共识时,便可相互交易。ILP移除了交易参与者所需的信任,连接器不会丢失或窃取资金,这意味着,这种交易无需得到法律合同的保护和过多的审核,大大降低了门槛。

白皮书中写道:账本提供的第三方,会向发送者保证,他们的资金只有在“账本”收到证明,且接收方已经收到支付时,才将资金转给连接者;第三方也同时也保证连接者,一旦他们完成了协议的最后部分,他们就会收到发送方的资金。

4.1.2 核心及应用场景

ILP作为一种跨链资产转移的方法,首先是一种协议,其核心体现在以下两点: Ø确定了各个“账本”系统上的每个账户的地址规则,即通过层级关系来确定某一个账号是属于某个范围内某个账本上的。 Ø定义了在跨链交易时的消息传递格式,使得发送方、接收方、连接者之间可以用同样的消息格式进行信息的传递,用以确认收到消息及得到自己的目标地址。 目前瑞波的ILP协议主要被应用到以下领域:

4.2 中继 BTC-Relay

BTC Relay 是一个开源项目,使得基于以太坊的网络能够与比特币网络进行互相操作。BTC Relay是一个为社区开发的完全中心化的智能合约,不给参与合约的任何一方特权。

4.2.1 工作原理

BTC Relay使用区块头创建一种小型版本的比特币区块链。这种方法同样被比特币简化支付验证( Bitcoin Simplified Payment Verification,SPV)所使用。

Relayer将区块头发送到BTC Relay。当交易在区块链进行验证或者区块头被检索的时候,Relayer会获得一笔手续费作为奖励。当Relayer提交区块头时,他便可以赚取一笔手续费。

Relayer提交区块头的这种循环——然后处理比特币支付和奖励Relayer手续费的应用程序——使系统能够自立和自治

4.2.2 应用场景

目前BTC Relay拥有以下应用场景: Ø首先,利用BTC Relay,以太坊的开发者能够基于以太坊的去中心化应用上实现一个“用比特币支付”的按钮,使得比特币持有者可以与以太坊平台上的智能合约和去中心化应用交互。 Ø其次,BTC Relay可以被添加到去中心化交易所中,实现BTC&ETH的去中心化交易。 Ø另外,BTC Relay可以在比特币区块链的多重签名地址锁定比特币,然后在以太坊区块链上发行ETHBTC,通过这一原理实现BTC资产在ETH区块链上的发行。 总之,BTC Relay是一个强大的工具,使得以太坊智能合约能够为许多基于以太坊的网络或者其它基于区块链的系统(例如比特币、狗狗币等)充当SPV钱包。拥有这种能力,以太坊凭借EVM的计算能力和智能合约功能,可以为许多粘合协议(glue protocol)充当底层。这些粘合协议将许多不同的区块链网络和其它去中心化服务连接在一起,形成一个去中心化系统互联网。

4.3 中继-Cosmos

Cosmos是一个支持跨链交互的异构网络,自 2014 年 Tendermint 发布以来,Cosmos 团队一直致力于实现区块链互操作性。

4.3.1 技术设计

Cosmos 网络可以基于 IBC 协议实现链链交互功能。以 Cosmos 网络为中心枢纽(Hub),网络中的链通过 IBC 进行通信。区块链以分支(Spoke)的形式连接到 Cosmos Hub,网络中的分支又被成为“Zone”,如下图所示

Cosmos Hub 是主链,会连接器所有其他建立在 Cosmos Network 基础上的区块链;它们组成了相互连接的枢纽和分支模型。而这些Zone可以是BTC、DOGE、XMR等区块链。

本质上,Cosmos 正在构建一个网络体系,其中可以轻易创建新区块链,并从创立之初就可以通过 Chain Relay 进行交互。

4.3.2 连接以太坊网络

以与以太坊网络相连为例,细致介绍Cosmos 分区(Zone)是如何与已经存在的不具有最终性的区块链进行互操作的。

首先需要通过挂钩分区(Peg Zone)这项技术,挂钩分区是 Cosmos 的解决方案。一个挂钩分区是一条基于账户模式的区块链,它将 Cosmos 中的分区与像 Bitcoin、Ethereum 这样的外部的区块链连接起来。

它扮演了一个适配器分区的角色,可以理解为一个“最终性工具”。通过设定一个“最终性阈值”,当区块链中新增一定数量的区块后认为区块链具有了伪最终性。

在Cosmos中,因为我们可以使用IBC协议转移任何加密资产,所以容易进行互操作。然而,在Cosmos和以太坊之间转移加密货币在技术上是十分复杂的,这是因为IBC数据包不能以太坊中被高效地解码。这又是因为EVM没有设计成与IBC兼容。这些问题只有Peggy才能解决。

关于Peggy的结构,大致可以通过下图表示,其中包括五个组成部分:

Ø以太坊智能合约:将会有一组以太坊智能合约扮演资产保管人的角色,它们能够保管以太坊中的代币和 Cosmos 中的代币。 Ø见证人:见证人组件能够证明以太坊中发生的事件。100 个区块(也就是最终性门槛)产生之后,见证人会在不具有最终性的区块链上实现伪最终性。它运行一个完全验证的以太坊节点,以便通过将见证交易提交到挂钩分区中来证明以太坊中的状态更改。我们在这里使用一个共享的安全模型,让一组 Cosmos 枢纽验证人同时作为挂钩分区的见证人。 Ø挂钩分区:挂钩分区是建立在 Tendermint 上的,用于连接不同类型区块链。它允许用户执行或者查询交易。这就是 Cosmos 如何与以太坊进行通信的。 Ø签名者:签名者使用以太坊能够解析的secp256k1签名方案对信息进行签名,以便智能合约能够高效地验证签名。签名组件通过SignTx 消息生成一个 secp256k1签名并将其发布到挂钩分区中,以便在管道中的智能合约中转发事务进行验证。 Ø中继器: 中继器组件批量转发交易信息。这些交易由签名者模块进行签名后被转发到以太坊智能合约中。 4.3.3 Cosmos特点

当前加密货币的一大缺点便是它们难以与现存系统互操作。Cosmos 提供了一个便捷的方法,可以把它们互相连接,使不同的区块链系统得以实现互相通信,不同代币可以自由交换,并且无需以牺牲去中心化为代价。作为一个跨链生态,Cosmos有以下特点:

互操性:目前区块链的跨链交易还比较缓慢,Cosmos通过它的分区技术,使得快速简便的区块链互操成为可能。通过创建一个新的 Cosmos 分区,可以把任意区块链系统插入 Cosmos 枢纽,然后通过 Cosmos 枢纽,与其他连接在同一个枢纽上的分区实现代币交换等功能。

可扩展性:目前区块链中,两大公链BTC和ETH都产生了不同程度的拥堵问题,也研发了一些诸如闪电网络、雷电网络的改善,但是还是无法实现广泛的扩展功能。在Cosmos上,当所在的分区发生了拥堵,那么只需要创建一个新的分区就可以解决拥堵问题。

可升级性:根据历史的经验,当区块链面临升级的时候,如何让所有的节点、矿工达成共识进行升级是一个很困难的事情,像比特币、以太坊都因此发生了硬分叉。而在Cosmos 上,升级将不会是个问题。你只需要把新版本的区块链插入到Cosmos 枢纽上,再将现有分区的用户转移到新分区上即可。

基于这些特性,任何人都可以在Cosmos上创建新的加密货币,创建去中心化交易所,甚至创建可扩展性的智能合约平台。

4.4 中继-Polkadot

波卡Polkadot项目诞生于2015年,根据白皮书介绍,它是一种可扩展的异构多链。Polkadot是一个可伸缩的异构多链系统。这意味着不像以往那些专注于不同程度潜在应用功能的单个区块链实现,Polkadot本身被设计成不提供任何内在的功能应用。Polkadot主要的目的是将现在各自独立的区块链连接起来。通过Polkadot,不同区块链之间可以进行通信和数据的传递。

4.4.1 技术与治理

Polkadot的互操性与Cosmos的实现策略比较类似,Polkadot网络中有能够连接到中继链的区块链,被称为平行链(Parachain),它的用途类似于Cosmos的“Zone”Parachain通过中继来实现区块链之间的交互,与Cosmos不同的是,它的网络安全可以汇集与共享。这就意味着,单一的链可以利用集体安全性来增强自身的吸引力和信任度,而不需要从零开始。

Polkadot 网络是 PoS 证明的区块链,其原生代币是“Dot”。Dot 可以提供治理,以及在理论规则上激励代币持有人诚实行事。网络的中心部分是中继链,其作用类似于 Cosmos Hub 在 Cosmos 网络中的功能。Polkadot 网络拥有四种主要股权利益人:验证人,提名人(Nominator),校对人(Collator)和渔夫。Polkadot 也会通过“slashing”来惩罚作恶行为。

Polkadot 上的验证人和 Cosmos 中的验证人作用相同,提名人和 Cosmos 中的委托人类似 。下面的图表来自 Polkadot 白皮书,显示了每个股权利益人之间如何相互关联:

验证人把存储和验证新的 Parachain 区块的任务交给第三方,我们称之为“校对人(Collator)”。校对人的主要任务是生成有效的 Parachain 区块。他们必须维护一个全节点。校对人还需对未封装的块进行零知识证明,并将其提供给一个或多个负责向中继链提交平行链区块的验证人。校对人和验证人会从这些任务中收取一定的费用

渔夫会像自由赏金猎人一样,寻求大笔的奖励。可以预料的是,仅仅他们的存在就能使作恶行为极少发生。因为验证人和校对人都知道,一旦他们作恶就会被渔夫抓到并接受惩罚。渔夫会在 Polkadot 网络上发送验证人或校对人的任何非法活动证据。

4.4.2 Polkadot特点

治理完备:Polkadot 在治理方面更加完备,通过设置自适应仲裁偏差,以及一个验证人组成的理事会,用于处理没有得到股权利益人重视的提案。

安全性:Polkadot 允许平行链和中继链共享“池安全”,这就意味着开始一个新的中继链,就必须积累大量的 Dot,并质押这些代币以便将平行链连接到 Polkadot 网络。因此每条平行链的安全性根植于 Dot 本身,这样也就是在整个网络中创建了一个共享安全模型。

可扩展性:Polkadot协议的的处理速度可以达到每秒1000笔交易(1000TPS),这取决于网络中有多少节点及网络参数设置。对于增加的每个 Parachain,它都会增加可处理的交易量。

互操性:Polkadot网络通过链中继(chain-relays)连接到一个中央枢纽,经Bridges连接到以太坊主网,并致力于使这种连接更加迅速。另外,它可以快速、便捷地在网络上运行EVM Parachain。

4.5 分布式私钥控制-Wanchain

Wanchain(万维链)是基于资产跨链+隐私保护+智能合约三大特性打造跨链数字资产基础设施平台,以去中心化的方式完成不同区块链网络的连接及价值的交换。

4.5.1 技术特征

在万维链Wanchain上,有以下三大技术架构支撑:

跨链协议:万维链通用跨链协议是钱包与万维链节点,万维链节点与同构链节点的通信协议,通过协议完成跨链交易相关数据的请求、确认等相关通信。根据通用协议社区开发者可以根据应用场景开发独立的多资产钱包、建立不同开放程度的链条。通过类联合锚定,多方计算和门限秘钥共享机制结合多角色节点设计,完成跨链锁定账号的分布式秘钥管理。

通过跨链协议,万维链可以实现公链(BTC、ETH)之间、联盟链之间的跨链交易。以下是Wanchain跨链协议的架构图:

隐私交易:Wanchain在账户地址的基础下,引入了门罗币的环形签名技术与一次性地址技术,不仅可以实现WAN币的隐私交易,也可以实现合约中代币的隐私保护。

智能合约平台:在Wanchain上,除了进行跨链交易和隐私保护,还可以像以太坊平台那样创建自己的应用。尤其是一些需要多币种支持的场景,任何人都可以在它上面提供货享受基于数字货币的金融服务。

4.5.2 应用场景

基于三大技术架构,万维链要构建的是一个基于数字资产的分布式金融基础设施。目前主网已于2018年1月18号上线,在智能合约平台顶部加入了环签名,实时地址和印章系统等隐私特征。在三四季度会分别实现以太坊区块链上的跨链能力以及比特币区块链上的跨链能力。2019年中旬会实现跨所有链的框架。

除了上述项目,像基于哈希锁定的Lighting Network,作为公链的ELF、HC、XAS都可以为跨链提供技术支持。

4.6 哈希锁定-Lighting Network

2017年11月,闪电网络实验室发宣布,他们成功完成首笔从比特币到莱特币的闪电网络跨链原子级交易。闪电网络跨链原子级交换所使用的哈希时间锁合约是跨链交易解决方案的一种,其可在无需任何可信第三方的场景下,进行直接安全的数字货币交换。跨链交易的过程大体可以被如下描述: ØA、B在两条区块链上开通闪电支付通道,从而形成环形连接通路; ØA创建包含哈希值H(x)的委托交易,即临时账户,并将BTC暂存在里面; ØB为LTC建立安全临时交易账户; ØA(唯一知道x的人)将包含x的莱特币认领协议提交给B; ØB确认后给出正确的x值,锁定的数字货币立即释放,交易完成。 在进入认领阶段之前的任一环节中,A和B可随时单方面终止交易,届时数字货币原路退回;一旦进入认领阶段,双方便无法撤销交易。而A、B在设置阶段按顺序签订的、执行时间不同的哈希时间锁合约,则能保证交易期间双方的权益。

5. 跨链技术应用场景 跨链技术打通了链与链之间的价值交换,对于整个区块链网络连接成一整个生态发挥了重大作用。当区块链形成一个巨型网络以后,跨链技术会拥有更大的想象空间:

5.1 跨账本结算

区块链是一个去中心化的分布式账本,在同一个账本中可以很方便的进行支付结算,但是如果在两条账本之间结算就会遇到困难。跨账本结算可以使得BTC网络中的债务关系到ETH网络中进行。跨账本结算是跨链技术最主要的一个应用方式,如Ripple和Zipper主要解决中心化账本跨境汇款问题,BTC-Relay解决的是以太坊和比特币网络的跨链支付问题等。

5.2 去中心化交易所

相比于中心化交易所,去中心化交易所的区别有:资产托管在用户钱包、通过智能合约去撮合交易且是在链上进行结算。从这一特点来看,去中心化交易所和跨链技术有很多重合的地方,随着跨链技术的成熟,可以为去中心化交易提供跨账本的结算服务,同时也能够优化去中心化交易的体验与效率。

5.3 跨链钱包应用

钱包作为区块链的超级流量入口以及最重要的基础设施之一,是用户存储数字资产的重要场所。通过将跨链技术嫁接到钱包生态中,可以为用户提供跨币种交易的服务。目前已经多款钱包公司都有计划开发跨链功能,数字钱包中跨链模块的实现将使得部分资产交易由现行的交易所逐渐转移到跨链钱包的场景中。

5.4 跨链预言机

目前的区块链只能获取自身链的信息,而对其他链上的事件、状态等信息一无所知,这就限制了区块链只能在很小范围内应用。跨链技术可以实现不同链之间信息的交互,链A的智能合约可以因链B的状态而触发和执行,从而实现跨链预言机的功能。比如,跨链预言机可以实现根据链A上的资产证明来对链B上的资产进行操作,分配处理链B的数字资产。链与链之间不再完全割裂,孤立的各区块链被打通,形成可以相互影响和联动的区块链网络,催生出更有价值的区块链应用。

5.5 资产跨链交易

现实资产上链是区块链技术一大应用领域,在未来,越来越多的实物资产会映射到区块链上,成为数字资产,而跨链技术可以让这类数字资产在不同链中转移、抵押和交易,极大地提高了资产交易的安全性、可追溯性和便捷性。

5.6 跨链资产抵押

区块链技术中关于数字资产抵押的场景有很多,例如侧链的双向锚定技术或者EOS、BTS的去中心化资产抵押等等。通过将跨链技术应用到去中心化资产抵押中,抵押A链的资产可以获得B链资产的使用权。除此之外,在一条链上抵押声称的资产可以跨链进行交易。

6. 跨链技术发展与展望 6.1 跨链发展现状

作为连接区块链价值传递的桥梁,跨链技术的发展一方面受制于目前区块链基础设施的建设,另一方面又会促进整个区块链生态的繁荣。目前跨链技术的发展有以下几个特点:

区块链基础设施不完善,跨链技术难以铺设:目前区块链生态中重要的基础设施——钱包大部分仍停留在收发币的阶段,而且以单链钱包居多,成熟易用的多币种钱包少之又少。加上大部分投资者还是以炒作数字货币为主,他们的数字资产存放在中心化交易所中,谈不上去使用,因此能够满足大量用户使用需求的跨链钱包还难以铺设。

钱包的发展趋势

公链技术落后,跨链暂时没有应用空间:尽管目前行业中有很多公链,但是这些公链除了头部的几条大多都没有用户,因此也不具备跨链的必要。另外,目前没有太多的去中心化应用落地,大量持币用户对于本链上的应用参与率不高,更不用说去跨链使用数字资产了。因此在整个行业处于很早期的阶段,跨链技术难以施展其拳脚,需要等到下一个发展节点才行。

跨链方向尚处于探索阶段:目前具有跨链技术的链或平台数量不多,大多还处在开发阶段。大方向上,基于跨链的技术目前只有第三章提到的四种,日后是否有新的跨链思路尚未可知。

跨链技术成熟度较低:现有的跨链技术主要致力于解决可用性问题,对于跨链易用性、可扩展性以及安全性的研究还非常缺乏,但这些方面都是跨链能大规模应用的前提条件。因此,当前跨链的技术还有很大的提高和完善空间。

6.2 区块链发展的两个方向

在这一轮牛市中诞生了很多区块链项目与公链,大家畅谈着未来区块链会发展成一个什么样的生态,结果却将气球吹出了泡沫。关于区块链未来的演化,目前有两大方向:

6.2.1 单链树状

这种发展方向的特点是一条主链无限扩展足够健壮,成为整个加密世界的锚,其他公链以侧链的形式或者通过跨链技术附着在其上。这样可以使得所有的业务共享其一条链上的用户,其他侧链给予功能、扩展性上面的支持,这样能够形成最大的网络效应。发展成熟以后,会逐渐演变成一个树状的网络结构,主链就相当于树的躯干,而其他侧链就相当于分枝。

这种方向的优势在于主链拥有足够扩展性的情况下,对用户友好,用户只需要一个接口持有主链的数字货币就可以使用整个区块链网络。另外对开发者也比较友好,只需要一套标准就可以进行区块链开发。

6.2.2 多链网状

多链网状是目前区块链生态的发展情况,形成了多种公链,其中有几个头部的公链分享了大量用户。尽管目前BTC占据大部分市值,但是像ETH、BCH、EOS等公链也发展了自己的用户。在这种发展方向下,各条链都会占据部分市场,而在所有这些链的顶端会通过跨链相互连接,最终演变成一个网状的区块链结构。

这种方向各条链都会占据部分市场,而在所有这些链的顶端通过跨链形成网络效应。这种发展方向比较贴合人性,因为顶尖的创业者、极客并不满足于开发一条依附于主链的项目,纷纷选择开发属于自己的公链。但对用户来说,不如单链树状结构友好。

总之,未来区块链生态像着哪一条方向发展,跨链技术都有其用武之地,作为链与链之间价值传递的粘合剂,最终会加速区块链向着统一的网络形态迈进。

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本文来源: BTCsos 速援财经 · 为快不破 文章作者: 佚名

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