跨链互操作技术浅析

摘要

当前各行业均按照自身需求构建起区块链生态，由于行业早期技术先行、标准滞后，不同区块链系统在通信协议、身份管理等方面技术路线各不相同难以实现互联互通，导致“链岛”问题日益突出。

为解决当前链与链之间难以互通而形成“数据孤岛”进而形成“价值孤岛”的问题，满足国家数字基建战略需求，跨链互操作成为区块链技术研究的核心方向之一。

通过构建跨链信息交互技术体系，实现不同区块链系统实例之间信息的安全可信交互，解决区块链世界“链级孤岛”问题，支持不同区块链系统之间的数据互通、价值流动。

背景

区块链技术是近年来兴起的一种新型集成创新技术。作为价值网络建设的基础设施，其巧妙的技术设计和数据治理方式，可以在多个领域为大规模多方组织协作提供信任基础，有助于解决业务发展痛点，促进业务模式创新，推动供给侧改革和经济结构优化，拥有广阔的应用前景。

然而功能不足的问题却在一定程度上制约区块链技术的应用。在贸易金融等应用领域，不同的区块链系统承载着不同的业务需求，区块链系统之间的资产或数据难以交互，无法构建完整的业务场景。因此，需要实现链与链之间的交互，打通不同区块链之间的信息或价值通道，避免各个区块链成为信息或价值孤岛，并在此基础上实现价值互联网。

跨链技术解决的问题

当前各行业均按照自身需求构建起区块链生态，由于行业早期技术先行、标准滞后，不同区块链系统在通信协议、身份管理等方面技术路线各不相同难以实现互联互通，导致“链岛”问题日益突出。具体表现在：

• 底层架构不同、互通难。由于各业务系统采用不同的区块链底层架构，具备不同的技术标准、传输协议、安全机制，因此难以形成互通机制。

• 数据结构不同、互认难。不同的区块链底层技术，定义了不同的数据结构，因此在没有第三方进行解析处理的情况下，双方很难进行互认。

• 业务模式不同。不同业务系统的具体业务规则，处理逻辑完全不同，因此双方在未经过统一定义及处理的情况下，无法按照唯一标准进行通信交互。

上述问题导致构建区块链应用创新全流程时，在需多方联盟间进行交互构建统一场景生态时，链间交互的实现成为首要解决的问题。

跨链体系设计理念

为解决当前链与链之间难以互通而形成“数据孤岛”进而形成“价值孤岛”的问题，满足国家数字基建战略需求，围绕区块链跨链技术特点，需要围绕链间数据交换传输、跨链交易原子性、跨链交易隐私保护三个关键问题构建跨链技术体系。

链间数据交换传输。链间数据交换传输问题是跨链技术体系首先需要解决的问题。如何按照统一规则处理不同链、不同格式的消息信息、交易证明，从而生成格式一致、规则一致的跨链消息，重点研究跨链消息可信验证与智能路由、跨链消息处理模型等内容，打造通用的链间数据交换传输协议。

跨链交易原子性。跨链系统通过事务机制保障跨链交易的安全可信，针对业内常用的跨链事务解决方案，如哈希时间锁定存在的某些链超时机制难以实现、事务的原子性难以保障等问题，需要构建适用于通用场景的跨链事务原子性方案，提出相应的原子性保证理论。重点在时间无关性、事务绝对原子性保障上突破。

跨链交易隐私保护。构建跨链交易隐私保护理论体系，解决跨链交易中数据的隐私保护问题，在保证数据隐私的前提下，进行数据存在性和有效性的验证。

典型跨链实现方案

公证人机制（Notary schemes）

公证人也称见证人机制，本质上是一种中介的方式。假设区块链 A 和 B 本身不能直接进行互操作，那么他们可以引入一个共同信任的第三方作为中介，由这个共同信任的中介进行跨链消息的验证和转发。公证人机制的优点在于能够灵活地支持各种不同结构的区块链（前提是公证人能够访问相关方的链上信息），缺点在于存在中心化风险。

哈希锁定（Hash-locking）

哈希锁定技术主要是支持跨链中的原子资产交换，最早起源自比特币的闪电网络。其典型实现是哈希时间锁定合约 HTLC (Hashed TimeLock Contract)。哈希锁定的原理是通过时间差和隐藏哈希值来达到资产的原子交换。哈希锁定只能做到交换而不能做到资产或者信息的转移，因此其使用场景有限。

侧链/中继链（Sidechains / Relays）

侧链是指完全拥有某链的功能的另一条区块链，侧链可以读取和验证主链上的信息。主链不知道侧链的存在，由侧链主动感知主链信息并进行相应的动作。而中继链则是侧链和公证人机制的结合体，中继链具有访问需要和验证进行互操作的链的关键信息并对两条链的跨链消息进行转移。从这个角度看中继链也是一种去中心的公证人机制。

分布式私钥控制（Distributed private key control）

私密资产通过分布式私钥生成与控制技术被映射到 FUSION 公有链上。实现和解除分布式控制权管理的操作称为：锁入和解锁。锁入是对数字资产实现控制权和资产映射的过程。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。

总结

本文对区块链跨链互操作技术进行了简单介绍，主要从跨链技术要解决的问题、如何构建跨链技术体系以及典型的跨链技术方案几个方面进行阐述，作为跨链技术的入门介绍。目前国内外对该技术的研究已取得了一定的进展和突破，涌现出一批较为成熟的跨链技术框架，后续可另行单独撰文介绍。

本文转载自：金科优源汇（ID：jkyyh2020）

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