區塊鏈互操作難在哪？有哪些可行方案_區塊鏈

區塊鏈作為一種分布式賬本技術，以其多方共識、分布式存儲、難以篡改等特點，在促進數據共享、提升協同效率、建立可信體系方面具有廣闊的應用前景，已在金融科技、政務民生、司法存證、供應鏈協同、稅務發票、版權保護等領域得到一定程度的應用。但隨著區塊鏈在各行各業應用廣度和深度的不斷拓展，不同鏈系統之間互操作難、上層應用與底層鏈對接切換難、鏈上鏈下可信交互難的問題日益突出，以上問題在一定程度上限制了區塊鏈的應用范圍，阻礙了區塊鏈的發展。為解決以上問題，區塊鏈互操作逐漸成為行業焦點。

一、區塊鏈行業現狀

自比特幣誕生以來，區塊鏈已經過十余年的發展，已在金融科技、政務民生、司法存證、供應鏈協同、稅務發票、版權保護等領域得到一定程度的應用，但大多屬于邊緣業務，以探索試點為主，應用深度和廣度不足。為什么會這樣？是什么阻礙了區塊鏈的發展進程？

首先，用戶覺得區塊鏈“難”。“難”表現在兩個方面：1）認識層面的難，區塊鏈是一項綜合了密碼學、P2P網絡、共識機制、智能合約的復雜技術，概念抽象，普通用戶難以在短時間內消化吸收；2）工程層面的難，用戶好不容易了解了區塊鏈是什么，實際應用中，不同底層鏈數據結構、共識機制、接口實現等方面各不相同、互不兼容的現實，增加了用戶學習預研、研發實施、運維升級的工作量與工作難度；尤其是用戶直接交互的接口層面的不一致，大大增加了應用與不同底層鏈對接適配、切換適配的工作量。

跨鏈橋Stargate與Metis集成，首次在LayerZero生態系統外擴展區塊鏈:1月19日消息，跨鏈橋 Stargate 宣布已與以太坊 Layer 擴展解決方案 Metis 完成集成，這是其首次在 LayerZero 生態系統之外擴展區塊鏈，Metis 用戶能在 LayerZero 支持的多個區塊鏈上探索 DeFi 應用，并為探索資金管理和收益策略的項目提供更大靈活性。數據顯示，Metis 鏈上資產規模已經達到約 9500 萬美元，僅次于 Arbitrum、Optimism 和 Loopring，是當前第四大 Layer 2 網絡。[2023/1/20 11:21:53]

其次，技術成熟度不夠。2014年以太坊的誕生，完成了區塊鏈5大核心技術拼圖，區塊鏈實現基本“可用”，但不夠“好用”。隨后，各區塊鏈平臺紛紛發力以解決“好用”問題，如升級密碼算法，提升安全性；優化共識機制，提升共識效率；研發新的合約系統，提升圖靈完備性、強化合約安全、降低合約編寫門檻等。區塊鏈技術的快速迭代升級，提升了區塊鏈的“好用”程度，但也給行業帶來了“區塊鏈技術不夠成熟”的印象，加上部分鏈系統升級后不能兼容舊版本的問題，加劇了鏈系統使用方觀望跟蹤為主，落地實踐為輔的的現象。

中國追溯和晉萊科技合作推出翡翠產業區塊鏈追溯平臺:11月9日，中國追溯與晉萊科技就共同搭建翡翠產業區塊鏈追溯平臺戰略簽約儀式。據悉，平臺應用區塊鏈技術與一物一碼追溯技術相結合，將實現從入境前、入境時、入境后的全過程監控體系，記錄翡翠產品從生產地到流通過程再到消費手中的全生命周期，對所有可交易的天然翡翠產品進行鑒定、存證、追溯、評級。（財訊網）[2020/11/11 12:17:13]

最后，應用場景有限。相對于互聯網互聯互通的便利性、生態的繁榮性，區塊鏈應用生態則相對單薄，主要表現在兩個方面：1）不同鏈間互聯互通難導致行業面臨“鏈級孤島”的困境，“孤島”問題限制了區塊鏈的網絡邊界與應用范圍；2）鏈上鏈下可信交互難，導致鏈上數據不夠豐富，限制了區塊鏈應用范圍。

因此，為了促進區塊鏈的發展，首先需要從認識和工程層面降低區塊鏈的應用門檻，強化區塊鏈的易用性、通用性；其次需要加強區塊鏈核心技術研究，加速技術成熟期的到來；最后需要解決好不同鏈之間互聯互通難和鏈上鏈下可信交互難的問題，拓展應用邊界，豐富產業生態，促進網絡規模價值和數據匯聚價值的釋放。針對以上問題，以跨鏈互通為代表的互操作技術逐漸成為了行業焦點。

重慶市委常委：利用區塊鏈技術賦能高質量發展:3月10日，重慶市委常委、常務副市長吳存榮到渝中區調研區塊鏈產業創新基地發展情況，并在隨后召開的座談會上強調：隨著區塊鏈技術創新發展，產業應用的實際效果逐漸顯現，渝中區著力構建區塊鏈應用生態圈，以區塊鏈業務為主營業務的公司數量已超過40余家，產業初具規模。要認真落實國家和我市關于推動區塊鏈健康有序發展的政策措施，持續改善營商環境，不斷積聚產業發展優勢。要加快編制區塊鏈產業發展總體規劃，健全完善配套服務體系，加快落地一批新項目，集聚示范企業，努力打造國家級區塊鏈產業園區。要加大對區塊鏈基礎技術和應用的研發投入力度，促進區塊鏈與大數據、智能化、工業互聯網、5G等信息技術深度融合，為企業高質量發展賦能。[2020/3/11]

二、什么是區塊鏈互操作？

1．什么是互操作性？

互操作性英文為Interoperability，是Interaction、Operation和Ability三個單詞組合而成，即“相互操作的能力”，簡稱互操作性。維基百科認為：互操作性又可稱之為互用性或協同能力，是指不同系統和組織機構之間相互合作，協同工作的能力。IEEE在1990年給出互操作性定義：兩個或多個系統或組成部分之間交換信息，以及對所交換的信息加以使用的能力。

動態 | 全國百家協會組織聯合發起“區塊鏈+公益慈善”工程:為響應中央關于加快推動區塊鏈技術和產業創新發展的號召，中國軟件行業協會區塊鏈分會聯合2020區塊鏈大會組委會近日共同發起“區塊鏈+公益慈善”工程，為公益慈善行業提供區塊鏈技術解決方案：運作透明可監督、物資狀態與去向可追溯、款項支出明細可查看、募集資金透明化等。據悉，區塊鏈技術特有的透明可追溯、不可篡改和分布式存儲的特性正好為以上方案提供技術支持。截至目前，全國范圍內已有109家協會組織、基金會等響應，參與聯合發起。（經濟日報）[2020/2/10]

2.?什么是區塊鏈互操作？

以維基百科和IEEE關于互操作性的定義為基礎，行業出現了對區塊鏈互操作的不同認識。以太坊創始人VitalikButerin認為跨鏈即為互操作；WEF和德勤認為，區塊鏈互操作聚焦于不同鏈系統之間資產和信息的交互；埃森哲公司的David等人認為，區塊鏈互操作是分布式賬本系統能夠與多個DLT系統，以及DLT多個子系統之間互聯互通的能力；可信區塊鏈推進計劃認為，區塊鏈互操作是指區塊鏈系統實例與其他系統實例交換信息，并對所交換信息加以使用的能力。

動態 | A股區塊鏈尾盤集體拉升:據行情顯示，臨近尾盤，區塊鏈概念股再度爆發，易見股份封漲停，晨鑫科技、宣亞國際、飛天誠信、新晨科技等多只個股跟風走高。[2019/3/28]

相對于跨鏈即為互操作的狹義認識，可信區塊鏈推進計劃將區塊鏈互操作的內涵廣義化，認為區塊鏈互操作應該包含用于解決上層應用與底層鏈緊耦合問題的應用層互操作，用于解決“鏈級孤島”的鏈間互操作，以及用于解決鏈上鏈下安全可信交互的鏈下數據互操作三個方面。該定義準確的把握了區塊鏈行業所面臨應用與不同底層鏈對接切換難、不同區塊鏈系統之間跨鏈互通難、鏈上鏈下可信交互難的三大問題。以該定義為基礎，分析區塊鏈互操作技術框架。

三、區塊鏈互操作框架

圖1.區塊鏈互操作框架

如圖1所示，區塊鏈互操作包括應用層互操作、鏈間互操作、鏈下數據互操作三個部分。

1.?應用層互操作

應用層互操作主要解決上層應用與底層鏈對接難、切換難的問題。而當前對接難、切換難的根本原因在于不同底層鏈所提供的接口不一致，包括接口實現方式、接口定義的不一致等。通過對部分鏈系統接口實現方式的調研，發現不同鏈系統差異中存在交集，如表1所示，有共性就有規范統一的可能，因此可從接口標準化方向入手。如果說區塊鏈是一種分布式數據庫系統，傳統的關系型數據庫如MySQL、SQLServer、Oracle等利用ODBC、JDBC完成了對不同數據庫接口的標準化，實現了上層應用對底層數據庫的平滑切換。同理，應用層互操作也可考慮用中間件的形式解決不同鏈接口不一致的問題。接口中間件對上層應用提供統一的標準化接口，對下通過適配器完成不同底層鏈原生接口到標準接口的轉換，從而實現上層應用對底層鏈的輕松擴展與平滑切換。

表1.不同區塊鏈接口實現方式統計表

2.?鏈間互操作

區塊鏈當前面臨的“鏈級孤島”問題，本質上是技術先行、標準滯后的結果，也是區塊鏈發展的必經之路。為了解決“鏈島”問題，不同廠商已經開展了相應的實踐探索，并推出了相應的跨鏈方案，如表2所示。以上跨鏈方案從技術層面驗證了跨鏈互通的可行性，但不同跨鏈方案之間依然存在互操作難的問題。當前繁榮的互聯網在上世紀70年代也面臨過碎片化、孤島化的問題，隨后出現了一系列以TPC/IP為代表的標準規范，標準引導技術，技術適應標準，最終打破了網絡孤島，實現了行業層面的互聯互通。相對于互聯網重點解決數據互通，區塊鏈為了保持“數據安全共享，價值可信流轉”的特點，需在數據互通的基礎上，還需實現不同鏈系統間的身份互認、共識轉換、以及協同治理。

表2.鏈間互操作方案對比表

3.?鏈下數據互操作

區塊鏈技術可以保證鏈上數據在多個參與方之間的安全可信流通，但在鏈上鏈下可信交互方面存在難點。而鏈上業務的運轉離不開鏈下數據的支持，如跨境結算場景中的匯率數據、溯源場景中的物流數據、審計場景中的身份數據等都需要從鏈下世界獲取。區塊鏈多方共識、難以篡改的特點對上鏈數據真實性、可靠性要求較高，因此在鏈上鏈下交互過程中首先要保證上鏈數據的可信性，可以從數據來源、傳輸過程、計算過程三個方面提供可信性保障；其次要重視交互過程中的隱私保護，包括身份信息、資產信息等關鍵信息的隱私保護；最后要保證上鏈內容的安全性，在明確鏈的權責和上鏈數據權責問題的基礎上，從事前審查、事后審計兩方面入手，保證上鏈內容的安全性。常見手段包括以Oraclize、Chainlink為代表的預言機，TEE，MPC，聯邦學習等。

四、總結

區塊鏈互操作難是行業發展的必經之路，互操作易也是行業發展的必然趨勢，在由難到易的過程中充滿挑戰，道阻且長，需要技術提供方、技術需求方、標準化組織、監管機構等多方的密切協作，凝聚共識，共同促進區塊鏈互操作的發展。

參考文獻

?中國信息通信研究院，可信區塊鏈推進計劃.?區塊鏈白皮書.?2019.11.?https://en.wikipedia.org/wiki/Interoperability.

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?WorldEconomicForum,Deloitte.InclusiveDeploymentofBlockchainforSupplyChains:Part6–AFrameworkforBlockchainInteroperability.2020.04.

?DavidTreat,LucaSchiatti,GiuseppeGiordano,etc.ConnectingEcosystems:BlockchainIntegration.2018.10.22.

?可信區塊鏈推進計劃.?區塊鏈互操作白皮書.?2020.07.

作者簡介：

龐偉偉，中國信息通信研究院云計算與大數據研究所工程師，主要從事區塊鏈等相關產業、標準和技術研究工作。

本文章首發于《人民郵電報》，

鏈接：http://paper.cnii.com.cn/article/rmydb_15715_294706.html

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