什么是跨鏈？字面上理解即為信息或者價值跨越不同公鏈協議進行互通互換。區塊鏈之間互通性的問題一直限制了區塊鏈的應用空間，而跨鏈機制可以通過技術手段，將原本不同的、獨立的區塊鏈上的信息、價值進行交換和流通。如果把公鏈當成一個個區塊鏈島嶼，那么跨鏈就是連接這些島嶼之間的橋梁。

 

2016 年，BTC-Relay 基于中繼跨鏈方案，實現了比特幣到以太坊的單向跨鏈連通。同年，以太坊創始人Vitalik Buterin 的《Chain Interoperability》論文提出了四種跨鏈技術。目前，市面上專注跨鏈的區塊鏈項目有Polkadot、Cosmos等等。

 

在區塊鏈所面臨的諸多問題中，區塊鏈之間互通性極大程度的限制了區塊鏈的應用空間。不論對于公有鏈還是私有鏈來看，跨鏈技術就是實現價值互聯網的關鍵，是區塊鏈向外拓展和連接的橋梁。

 

跨鏈的四種主要實現模式

發起跨鏈交易的時候，如何才能完成對另一條鏈的交易確認呢？這時候，我們就需要一個“中間人”的角色，承擔兩條鏈的信息交互。

根據“交易如何確認”，“在哪確認”，以及“由誰來確認”等不同的方案，我們將該過程概括為五種實現方式，

公證人機制（Notary Schemes）

側鏈/中繼（Sidechains/Relays）

哈希鎖定（Hash-locking）

分布式私鑰控制（Distributed Private Key Control）

原子交換（Atomic Swap）

 

一、公證人機制之瑞波Interledger協議

 

在2012年，瑞波實驗室提出的Interledger協議，目的是要在不同的區塊鏈賬本之間實現相互之間的協同和溝通，借此協議來打通全球各地不同的信息孤島，實現信息在整個互聯網的自由流通和傳遞。Interledger協議適用于所有記賬系統、能夠包容所有記賬系統的差異性，該協議的目標是要打造全球統一支付標準，創建統一的網絡金融傳輸協議。

 

Interledger協議使兩個不同的記賬系統可以通過第三方“連接器”或“驗證器”互相自由地傳輸貨幣。記賬系統無需信任“連接器”，因為該協議采用密碼算法用連接器為這兩個記賬系統創建資金托管，當所有參與方對交易達成共識時，便可相互交易。該協議移除了交易參與者所需的信任，連接器不會丟失或竊取資金，這意味著，這種交易無需得到法律合同的保護和過多的審核，大大降低了門檻。同時，只有參與其中的記賬系統才可以跟蹤交易，交易的詳情可隱藏起來，“驗證器”是通過加密算法來運行，因此不會直接看到交易的詳情。理論上，該協議可以兼容任何在線記賬系統，從而使銀行之間可以無需中央銀行或代理銀行就可直接交易。

 

 

公證人機制便是基于Interledger協議創造的一種技術框架，值得注意的是，Interledger并不是一個公開的賬本，也不需要尋求任何形式的共識，它更像是一個提供頂層加密托管系統的信任連接者，在Interledger的信任擔保下，資金可以在各個區塊鏈賬本之間流動，不同的賬本體系通過Interledger進行自由的貨幣交易。

 

Interledger最大的作用是降低交易雙方的信任成本，使交易雙方在不需要進行信任確認的情況下完成交易、傳遞價值。

 

公證人機制包括如下幾種：

 

1、單簽名公證人機制

也叫中心化公證人機制，通常由單一指定的獨立節點或者機構充當，它同時承擔了數據收集-交易確認-驗證的任務。

2、多簽名公證人機制

通常由多位公證人在各自賬本上共同簽名達成共識后才能完成交易，多重簽名公證人的每一個節點都擁有自己的一個密鑰，只有當達到一定的公證人簽名數量或比例時，跨鏈交易才能被確認。

3、分布式簽名公證人機制

分布式簽名公證人機制和多重簽名公證人機制最大的區別在于簽名方式不同，它采用了多方計算（Multi-Party Computation）的設計，安全性更高，實現也更復雜。

 

公證人機制是跨鏈技術中比較簡單的一種，主要是充當中介方的角色，類似支付寶，解決的是“先付款還是先發貨的”安全問題，解決思路就是由淘寶擔任第三方擔保和仲裁的角色。公證人機制是雙向跨鏈，可以實現跨鏈資產交換及轉移，利用智能合約在鏈與鏈間操作，比較容易操作，缺點是容易產生中心化。

 

二、哈希鎖定之閃電網絡（Lightning Network）

 

哈希鎖定，全稱哈希時間鎖定合約（Hash Time Lock Contract），是閃電網絡中提出的一種新的技術實現形式。哈希鎖定模式是指用戶在規定的時間段對于哈希值的原值進行猜測來支付的一種機制。簡單講，就是在智能合約的基礎上，雙方先鎖定資產，如果都在有限的時間內輸入正確哈希值的原值，即可完成交易。

在這樣的機制下可以實現小額支付的快速確認，也就是說實現閃電網絡快速確認的目標。接下來小隅將以哈希鎖定下的資產兌換為例來為大家科普哈希鎖定是怎么實現的。

 

1、怎么實現哈希時間鎖定？

 

為了方便理解哈希時間鎖定到底是如何鎖定的，這里給大家類比了兩個鎖，一個是哈希鎖，一個是時間鎖。通過哈希值上鎖，上鎖之后只有用產生這個哈希值的原本值進行開鎖，假設數123，哈希之后的值為abc，通過abc上鎖，不考慮哈希碰撞的情況下，只能由123解鎖。時間鎖要求在規定時間內輸入哈希鎖的密碼。如果時間鎖的時間是1個小時，那么就要求用戶需要在1個小時內輸入哈希鎖的密碼，如果在1個小時后輸入哈希鎖的密碼，時間鎖仍然不會開啟。

 

也就是說同時打開這兩個鎖的條件是，在規定的時間內輸入哈希值原本的值，上面的例子就是在1個小時內，輸入“123”，兩把鎖才會都處于開啟狀態。

 

在哈希時間鎖定機制中，如果時間超過了規定時間，鎖定在系統中的代幣將會被收回。在整個過程鏈與鏈之間也不用相互了解，進而促進了交易的速度。而且如果交易失敗，哈希鎖定是不會收取額外的手續費。

 

 

2、閃電網絡

 

閃電網絡提供了一個可擴展的BTC微支付通道網絡，它極大提升了比特幣網絡鏈外的交易處理能力。

 

交易雙方若在區塊鏈上預先設有支付通道，就可以多次、高頻、雙向地實現快速確認的微支付；雙方若無直接的點對點支付通道，只要網絡中存在一條連通雙方的、由多個支付通道構成的支付路徑，閃電網絡也可以利用這條支付路徑實現資金在雙方之間的可靠轉移。

閃電網絡的關鍵技術是哈希鎖定技術，基本原理如下：用戶A和B可以達成這樣一個協議：協議將鎖定A的0.1 BTC，在某個區塊高度之前，如果B能夠向A出示一個正確的暗語（可以生成匹配的哈希值），使得暗語的哈希值等于事先約定的值H（暗語），B就能獲得這0.1 BTC；如果直到某個區塊高度過后B仍然未能提供一個正確的暗語，這0.1 BTC將自動解凍并歸還A。

 

閃電網絡并不試圖解決單次支付的問題，其假設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，風險可以承受。

 

三、側鏈/中繼之BTC-Relay、Polkadot和Cosmos

 

1、側鏈中繼

 

中繼是一個網絡通訊詞，是兩個交換中心之間的一條傳輸通路。側鏈中繼是一種讓不同主鏈之間可以進行信息通信的技術。在過去，每條主鏈上的信息只能在該條主鏈上流通，如果兩條主鏈之間想要相互通信，讓彼此的通證可以自由的流通，那么就需要一個橋梁把雙方連接起來，就像傳統的網絡通信那樣，兩個人互通電話，就必須要利用中轉站來傳輸通信信息，側鏈中繼就是區塊鏈中的中轉站。

側鏈中繼可以在多條主鏈中加入一個數據結構，然后基于這個數據結構，主鏈與主鏈之間就可以進行數據的交互。

當然，僅僅有數據通信還是遠遠不夠，我們還需要調用一個主鏈上數據結構的API，實現監聽并驗證另一條鏈上的交易，而這就是中繼技術。如果連接這兩條鏈的中間方，還是一條區塊鏈的話，那么這條鏈就是中繼鏈（Relay Chain）。側鏈中繼可以讓被認證過的交易從一條鏈快速傳達到另外一條鏈上，這讓用戶的交易更加便捷，也讓信息的傳遞變得更加高效。使用中繼技術后，數據的傳輸將會更為靈活，“中間人”僅僅充當數據收集者的角色，目標鏈收到發送鏈數據后由接收鏈自行驗證，完成交易確認的工作。

自行驗證的方式依據系統結構不同而不同，例如 BTC-Relay 依賴于 SPV 證明，Cosmos 還依靠驗證節點簽名數量等。

 

側鏈是以錨定某種原鏈上的代幣為基礎的新型區塊鏈。比如，以太坊可以成為比特幣的側鏈，比特幣作為以太坊的主鏈。但是主鏈不知道側鏈的存在，側鏈知道主鏈的存在，即側鏈能讀懂主鏈。

 

2、側鏈技術之BTC-Relay

 

BTC-Relay是專注于在以太坊上開發應用的創業公司ConsenSys于2016年發布的技術項目。是在以太坊基金會支持之下誕生并成長起來的，也被認為是區塊鏈上的第一個側鏈。

 

BTC -Relay把以太坊網絡與比特幣網絡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證比特幣交易。它通過以太坊智能合約創建一種小型版本的比特幣區塊鏈，但智能合約需要獲取比特幣網絡數據，這還比較難實現去中心化。BTC-Relay進行了跨區塊鏈通信的有意義的嘗試，打開了不同區塊鏈交流的通道。

 

 

3、中繼技術之Polkadot和Cosmos

 

Polkadot

Polkadot是由原以太坊主要核心開發者推出的公有鏈。它旨在解決當今兩大阻止區塊鏈技術傳播和接受的難題：即時拓展性和延伸性。Polkadot計劃將私有鏈/聯盟鏈融入到公有鏈的共識網絡中，同時又能保有私有鏈/聯盟鏈的原有的數據隱私和許可使用的特性。它可以將多個區塊鏈互相連接。

 

在Polkadot看來，其它區塊鏈都是平行鏈，Polkadot為通過中繼鏈（Relay-chain）技術能夠將原有鏈上的代幣轉入類似多重簽名控制的原鏈地址中，對其進行暫時鎖定，在中繼鏈上的交易結果將由這些簽名人投票決定其是否生效。它還引入了釣魚人角色對交易進行舉報監督。通過Polkadot可以將比特幣、以太幣等都鏈接到Polkadot上，從而實現跨鏈通信。

 

Polkadot還是以以太坊為主，實現其與私有鏈的互連，并以其他公有鏈網絡為升級目標，最終讓以太坊直接與任何鏈進行通訊。

 

Cosmos

Cosmos是Tendermint團隊推出的一個支持跨鏈交互的異構網絡。Cosmos采用的Tendermint共識算法，是一個類似實用拜占庭容錯共識引擎，具有高性能、一致性等特點，而且在其嚴格的分叉責任制保證下，能夠防止懷有惡意的參與者做出不當操作。

 

 

Cosmos上的第一個空間叫做"Cosmos Hub"。Cosmos Hub中心是一種多資產權益證明加密貨幣網絡，它通過簡單的管理機制來實現網絡的改動與更新，還可以通過連接其他空間來實現擴展。

 

Cosmos 網絡的中心及各個空間可以通過區塊鏈間通信（IBC）協議進行溝通，這種協議是針對區塊鏈網絡的，類似UDP或TCP網絡協議。代幣可以安全快速地從一個空間傳遞到另一個空間，兩者之間無需體現匯兌流動性。相反，空間內部所有代幣的轉移都會通過Cosmos 中心，它會記錄每個空間所持有的代幣總量。這個中心會將每個空間與其他故障空間隔離開。因為每個人都可以將新空間連接到Cosmos中心，所以Cosmos也可以兼容未來新的區塊鏈。

 

這一架構解決了當今區塊鏈領域面臨的許多問題，包括應用程序互操作性、可擴展性、以及無縫更新性。比如，從 Bitcoind、Go-Ethereum、ZCash或其他區塊鏈系統中衍生出來的空間，都可以接入Cosmos中心。這些空間允許Cosmos實現無限擴展，從而滿足全球交易的需求。

 

四、分布式私鑰控制之Fusion和WanChain

 

1、分布式私鑰控制

是基于密碼學里面一個多方計算和門限密鑰的一個共享技術，是通過私鑰生成與控制技術，把加密貨幣資產映射到基于區塊鏈協議的內置資產模板的鏈上，根據跨鏈交易信息部署新的智能合約，創建出新的加密貨幣資產。分布式私鑰就是把一個區塊鏈里面的私鑰分成了N份，把它拆分成N份之后，同時再把它分給N個參與者，參與者每個人就掌握了一部分私鑰，只有集齊了其中的K（K≦N）個私鑰的分配之后，才能恢復出這個完整的一個私鑰，恢復完整私鑰，才能夠對這個私鑰上面的資產進行一個解鎖。

原有加密資產被轉移到跨鏈上時，跨鏈節點會在已有合約中為用戶發放等值代幣，為了原有鏈上的資產在跨鏈上仍然可以交易，原有鏈資產在跨鏈上進行分布式控制權管理的操作有鎖定和解鎖。鎖定和解鎖是對于鏈上資產的互逆操作。

鎖定（Lock-in）：就是對所有通過密鑰控制的數字資產實現分布式控制權管理和資產映射的過程。需要委托去中心化的網絡掌管用戶的私鑰，用戶自己掌握跨鏈上那部分代理資產的私鑰。解鎖（Lock-out）：就是利用以及掌握的分布式私鑰對于鎖定的代幣進行解鎖操作，使代幣由原來的不可操作狀態變成現在的可轉移可操作狀態。

由于分布式私鑰通過委托去中心化網絡掌握用戶私鑰，同時用戶也掌握代理自身資產的部分私鑰，所以不存在第三方持有私鑰。代表項目有Wanchain和Fusion。

 

2、Fusion

以Fusion（一個跨鏈、跨組織、跨數據源的加密金融平臺）為例，假如用戶要鎖定其資產，其實首先是向Fusion去提交請求，從而生成一個可以鎖定資產的一個私鑰、地址。把這個地址發送給用戶，用戶就可以在比特幣網絡里面，把資產轉移到鎖定的地址上面去。

鎖定這個地址和對應的私鑰，其實是由Fusion這個網絡里面的多個用戶，或者說是多個節點持有的，單獨某幾個節點是沒辦法去動用這里面的資產的。只有在上面通過智能合約，達成了共識之后，如果他們都認為這個資產是可以解鎖的，他們就會把各自的私鑰片段貢獻出來，集齊K個數量（K≦N），就能夠把這個私鑰完整恢復，繼而解鎖對應資產。

 

3、WanChain

WanChain（萬維鏈）也支持主流公有鏈間的跨鏈交易，但首先需要完成在萬維鏈上的注冊，確保萬維鏈能夠對該鏈進行唯一識別。對于跨鏈交易，萬維鏈利用多方計算和門限密鑰共享方案。當一種未注冊資產由原有鏈轉移到萬維鏈上時，萬維鏈節點會使用一個基于協議的內置資產模板，根據跨鏈交易信息部署新的智能合約創建新的資產。當一種已注冊資產由原有鏈轉移到萬維鏈上時，萬維鏈節點會為用戶在已有合約中發放相應等值代幣，確保了原有鏈資產在萬維鏈上仍然可以相互交易流通。

萬維鏈通過分布式的方式完成不同區塊鏈賬本的連接及價值交換。它采用通用的跨鏈協議以及記錄跨鏈交易、鏈內交易的分布式賬本，公有鏈、私有鏈還是聯盟鏈，均能接入萬維鏈，實現不同區塊鏈賬本的連接及資產的跨賬本轉移。

 

五、原子交換之LTC

 

2013年，Tier Nolan在BitcoinTalk論壇上首次提出了原子交換。Nolan通過使用不同類型區塊鏈上的簡單加密貨幣交易，概述了跨鏈加密貨幣互換的基本原則。2017年9月，當萊特幣創始人李啟威（Charlie Lee）在Twitter上宣布萊特幣和比特幣之間成功執行了一項原子交換時，原子交換引起了加密貨幣社區的廣泛關注。

 

原子交換（Atomic Swap），就是去中心化下，雙方實現原子性的跨鏈公平交易。那什么是原子性呢？原子性就是指要么交換成功，要么失敗，不會存在中間狀態。原子交換創建自動的、自我執行的合約，這些合約執行特定的操作，一旦預先確定的條件得到滿足，就可以進行免費的交易。

 

原子交換是如何工作的呢？原子交換本質上使用還是本文中第二部分中提到的一種特殊類型的智能合約，即哈希時間鎖合約。

 

 

結語

 

早期跨鏈技術包括以瑞波和BTC-Relay為代表，它們更多關注的是資產轉移；現有跨鏈技術以Polkadot和Cosmos為代表更多關注的是跨鏈基礎設施；新出現的Fusion實現了多幣種智能合約，是一種很有應用價值的公有鏈，在其上可以產生豐富的跨鏈金融應用。

 

區塊鏈技術發展至今，鏈與鏈之間高度異構化，形成孤立的價值體系，伴隨著落地應用的逐步實現，鏈與鏈之間互聯互通的重要性日益凸顯。價值互聯網如何能夠稱為“網”，而不是一組平行線，就需要各種跨鏈技術，跨鏈就是將同構或異構的區塊鏈系統連接起來，實現資產、數據互操作，是區塊鏈向外拓展和連接的橋梁。對于區塊鏈來說，共識機制是區塊鏈的核心，跨鏈技術則是實現價值網絡的關鍵。區塊鏈之間的互通性是限制應用空間的瓶頸。未來隨著跨鏈技術的成熟，必將出現萬鏈互動的場景，更多的人將在實際生活中頻繁與區塊鏈交互，體驗科技改變生活的快樂。

 

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