区块链的跨链技术

摘要：在区块链所面临的诸多问题中，区块链之间互通性极大程度的限制了区块链的应用空间。是在以太坊基金会支持之下诞生并成长起来的，它被认为是区块链上的第一个侧链。它旨在解决当今两大阻止区块链技术传播和接受的难题即时拓展性和延伸性。

在区块链所面临的诸多问题中，区块链之间互通性极大程度的限制了区块链的应用空间。对于公有链还是私有链来说，跨链技术就是实现区块链价值的关键，是区块链向外拓展和连接的桥梁。

目前主流的跨链技术包括：

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）

各种跨链技术对比：

  早期跨链技术包括以瑞波和BTC Relay为代表，它们更多关注的是资产转移；现有跨链技术以Polkadot和Cosmos为代表更多关注的是跨链基础设施；新出现的FUSION实现了多币种智能合约，是一种很有应用价值的公有链，在其上可以产生丰富的的跨链金融应用。

  早在2012年，瑞波实验室提出Interledger协议旨在连接不同账本并实现它们之间的协同。Interledger协议适用于所有记账系统、能够包容所有记账系统的差异性，该协议的目标是要打造全球统一支付标准，创建统一的网络金融传输的协议。

  Interledger协议使两个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代理银行就可直接交易。

侧链是以锚定某种原链上的代币为基础的新型区块链，正如美金锚定到黄金。侧链是连接各种链，其它区块链则可以独立存在。但是，现在侧链很难做到在其上建立跨链智能合约，所以很难实现各种金融功能，这正是现有区块链在股票、债券、衍生品等领域尚未取得进展的原因。

BTC Relay是在以太坊基金会支持之下诞生并成长起来的，它被认为是区块链上的第一个侧链。BTC Relay把以太坊网络与比特币网络通过使用以太坊的智能合约连接起来，可以使用户在以太坊上验证比特币交易。它通过以太坊智能合约创建一种小型版本的比特币区块链，但智能合约需要获取比特币网络数据，这还比较难实现去中心化。BTC Relay进行了跨区块链通信的有意义的尝试，打开了不同区块链交流的通道。

RootStock 是一个建立在比特币区块链上的智能合约分布式平台。它的目标是，将复杂的智能合约实施为一个侧链，为核心比特币网络增加价值和功能。RootStock实现了以太坊虚拟机的一个改进版本，它将作为比特币的一个侧链，使用了一种可转换为比特币的代币作为智能合约的“燃料”。

元素链，元素链是Blockstream的开源侧链项目，使用了比特币双向挂钩技术，侧链协议的目的是实现双向锚定（Two-way Peg），使得比特币可以在主链和侧链中互转。元素链给比特币快速带来许多创新技术，除了智能合约外，他还给比特币快速带来许多创新技术，包括私密交易、证据分离、相对锁定时间、新操作码、签名覆盖金额等等特性。这些技术可以被任意组合应用到任意侧链中。

LISK，新一代的区块链平台，它把每个应用加到LISK的多带带侧链上。用过比特币和以太坊的朋友都知道，由于比特币和以太坊只有一条主链，所有功能和数据都加入这条主链导致区块快速膨胀，超大的区块体积，超长的同步时间，这个一个很痛苦的经历。Lisk的侧链模式给在处理高交易量下如何解决网络拥堵的问题提供了一种方法，用户只有用到相关的应用时才需要下载对应的侧链，大大减小了无效的同步数据，保持了整个Lisk网络的高效运行，而且，Lisk网络的速度随着时间的推移会继续加快，越显示他的特别优势。

Polkadot

Polkadot是由原以太坊主要核心开发者推出的公有链。它旨在解决当今两大阻止区块链技术传播和接受的难题：即时拓展性和延伸性。Polkadot计划将私有链/联盟链融入到公有链的共识网络中，同时又能保有私有链/联盟链的原有的数据隐私和许可使用的特性，将多个区块链互相连接。
在Polkadot看来，其它区块链都是平行链，Polkadot为通过中继链（relay-chain）技术能够将原有链上的代币转入类似多重签名控制的原链地址中，对其进行暂时锁定，在中继链上的交易结果将由这些签名人投票决定其是否生效。它还引入了钓鱼人角色对交易进行举报监督。通过Polkadot可以将比特币、以太币等都链接到Polkadot上，从而实现跨链通信。

Polkadot目前还是以以太坊为主，实现其与私链的互连，并以其他公有链网络为升级目标，最终让以太坊直接与任何链进行通讯。

COSMOS

  Cosmos是tendermint团队推出的一个支持跨链交互的异构网络。Cosmos采用的Tendermint共识算法，是一个类似实用拜占庭容错共识引擎，具有高性能、一致性等特点，而且在其严格的分叉责任制保证下，能够防止怀有恶意的参与者做出不当操作。
  Cosmos上的第一个空间叫做"Cosmos Hub"。Cosmos Hub中心是一种多资产权益证明加密货币网络，它通过简单的管理机制来实现网络的改动与更新，还可以通过连接其他空间来实现扩展。
  Cosmos网络的中心及各个空间可以通过区块链间通信（IBC）协议进行沟通，这种协议是针对区块链网络的，类似UDP或TCP网络协议。代币可以安全快速地从一个空间传递到另一个空间，两者之间无需体现汇兑流动性。相反，空间内部所有代币的转移都会通过Cosmos 中心，它会记录每个空间所持有的代币总量。这个中心会将每个空间与其他故障空间隔离开。因为每个人都可以将新空间连接到Cosmos中心，所以Cosmos也可以兼容未来新的区块链。

  这一架构解决了当今区块链领域面临的许多问题，包括应用程序互操作性、可扩展性、以及无缝更新性。比如，从 Bitcoind、Go-Ethereum、ZCash或其他区块链系统中衍生出来的空间，都可以接入Cosmos中心。这些空间允许Cosmos实现无限扩展，从而满足全球交易的需求。

  Lightning network闪电网络提供了一个可扩展的bitcoin微支付通道网络，它极大提升了比特币网络链外的交易处理能力。交易双方若在区块链上预先设有支付通道，就可以多次、高频、双向地实现快速确认的微支付；双方若无直接的点对点支付通道，只要网络中存在一条连通双方的、由多个支付通道构成的支付路径，闪电网络也可以利用这条支付路径实现资金在双方之间的可靠转移。
  闪电网络的关键技术是HTLC哈希锁定技术，基本原理如下：Alice和Bob可以达成这样一个协议：协议将锁定Alice的0.1 BTC，在时刻T到来之前（T以未来的某个区块链高度表述），如果Bob能够向Alice出示一个适当的R（称为秘密），使得R的哈希值等于事先约定的值H(R)，Bob就能获得这0.1 BTC；如果直到时刻T过去Bob仍然未能提供一个正确的R，这0.1 BTC将自动解冻并归还Alice。

闪电网络并不试图解决单次支付的问题，其假设是单次支付的金额足够小，即使一方违约另一方的损失也非常小，风险可以承受。因此使用时必须注意“微支付”这个前提。

  WanChain万维链也支持主流公有链间的跨链交易，但首先需要完成在万维链上的注册，确保万维链能够对该链进行唯一识别。对于跨链交易，万维链利用多方计算和门限密钥共享方案。当一种未注册资产由原有链转移到万维链上时,万维链节点会使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创建新的资产。当一种已注册资产由原有链转移到万维链上时,万维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万维链上仍然可以相互交易流通。

  万维链通过分布式的方式完成不同区块链账本的连接及价值交换。它采用通用的跨链协议以及记录跨链交易、链内交易的分布式账本，公有链、私有链还是联盟链，均能接入万维链，实现不同区块链账本的连接及资产的跨账本转移。
  但是，实现各种链映射到一条链上只是完成了第一步，如果上面的智能合约还是像现在的仅为交易触发，智能合约没办法实现分布式运算和多触发机制，那多币种智能合约能实现仍然是相当有限的功能。

FUSION，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FUSION公有链上。多种被映射的加密资产可以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（Lock-in）和解锁（Lock-out）。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。

  由于各种资产映射到FUISON上，其原链上的功能丧失了，其主要属性是金融价值。所以FUSION要做的是价值互联网时代的金融，即加密金融。之所以叫加密金融是因为，各种加密金融的资产都是由私钥控制的。
  FUSION (fusion.org)协议支持各种代币之间的价值转移的同时，在并行运算和多触发机制方面进行了极大的革新，从而实现了高效率的、面向多币种和多种触发机制的增强型智能合约。
  FUSION通过多层共识机制和记账节点分组，实现了一定的并行计算。多层机制使合约计算与计算结果的记账分步完成，记账节点分组使不同的智能合约由不同的记账节点分组完成。
  FUSION想要做的加密金融合约还必须有多种触发机制才能完成完整的金融功能。针对这一问题，FUSION引入了“先知”的功能。虽然这一功能已经被多次提出，但一直没有很好的实现手段，这是由于智能合约每次加载相当浪费资源，也不现实。FUSION创造性的使用了“Calling list”机制将各种触发条件与智能合约分开储备，记账节点只要加载触发条件的列表即可，被触发时才加载智能合约，这使各种交易触发、时间触发和事件触发（包括链外数据触发）可以写到触发列表里。

  价值互联网如何能够称为“网”，而不是一组平行线，就需要各种跨链技术。但跨链交易只是对跨链最粗浅的要求，多币种合约才是跨链的本质。另外，跨链使各种原链上的代币被转化为金融资产，而产生加密金融应用。但是要实现完事的金融功能，还需要对智能合约进行增强，并使用并行计算提高智能合约的效率，从而使加密金融能够完成完整的金融功能，这是跨链技术的未来方向。