科普：跨鏈簡史：從資產橋到互操作_區塊鏈

跨鏈技術被認為是區塊鏈領域發展的圣杯，是實現萬鏈互通的關鍵技術。現在的跨鏈技術形態，有些是在實現資產互通，有些是提出了一套通信協議，實現區塊鏈間的通信，還有些是提出了新的系統架構和運行模式，支持更多區塊鏈的接入。

跨鏈一開始的目標在于讓資產能從一條鏈轉移到另一條鏈，又可以安全的返回，后來擴展到解決兩個或多個不同鏈上資產及狀態的互相傳遞、轉移、交換的問題。隨著現在跨鏈基礎設施的日趨成熟，對于跨鏈概念的炒作已經冷卻。在這樣一個時刻，我們來對現有的跨鏈技術形態，做一個冷峻的觀察。

根據跨鏈技術的演進和實現方式，以太坊的創始人Vitalik曾經總結了3類跨鏈技術，分別是哈希時間鎖，公證人，側鏈/中繼。我們將把公證人，和側鏈/中繼進一步分類，各自分成兩個小類，這樣，我們將分別介紹五種跨鏈方案。

哈希時間鎖合約

哈希時間鎖合約是通過一套密碼學方法，來實現跨鏈的去信任資產交易，比如我的BTC和你的ETH交易，就可以通過哈希鎖來實現交易的原子性。

其原理大致如下：用戶A生成隨機數s，并計算出該隨機數的哈希值h=hash(s)發送給用戶B，A和B通過智能合約先后鎖定各自的資產。A公開出示s可獲得B鎖定的資產，同時B也獲得了s，可獲得A的鎖定資產，若超過設定的時間，A沒有出示s，智能合約中鎖定的資產會自動回退給雙方。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

公證人

公證人機制是指由公證人建立一個中間賬戶，用戶將資產轉入中間賬戶，由公證人跨鏈發行一種映射原Token的影子Token給到用戶。當用戶需要贖回的時候，將影子Token銷毀，并向公證人提供證明，公證人將中間賬戶中的原始Token轉到該用戶的地址。

公證人必須是可信的。公證人可以憑借自身信用，也可以通過智能合約做超額抵押來獲得信任。公證人可以是單個主體，也可以是多個主體通過某種規則組合形成的聯盟。

人民數字FINTECH推出區塊鏈科普動畫:人民日報數字傳播發布微博稱，人民數字FINTECH出品《趣味科普|區塊鏈動畫》。[2020/3/31]

根據公證人的單主體還是多主體，以及公證人的信譽來源是超額抵押還是自身信用，我們可以把公證人方案劃分為4個子類：

其中，HBTC，BTTC，imBTC均屬于②方案，tBTC屬于③方案，X-BTC，WBTC屬于④方案，采用方案①的項目暫未發現。你可能發現，全是比特幣跨鏈項目，為什么如此，我們后文在對比分析中會有詳述。我們并不需要關注公證人的數量，因此，我們將公證人方案，僅按信任來源，分為兩個子類。

超額抵押

公證人通過超額抵押建立信用，這意味著，公證人抵押的資產v2，必須大于中間賬戶中的資產價值v1。當公證人出現作惡行為或者過失行為，導致中間賬戶里的資產遭受損失，那么抵押的資產將可以用來賠付給受損失的用戶。然而，超額抵押會給公證人帶來資金成本，這些成本，會轉化為高額的跨鏈的手續費，而高額的跨鏈手續費會讓用戶望而卻步。

動態 | 人民日報官方微博科普區塊鏈 強調區塊鏈不等于比特幣:人民日報官方微博今早發表9圖科普區塊鏈。其中涉及區塊鏈的特點有：1、安全；2、不可篡改；3、可訪問；4、無第三方。區塊鏈對未來的影響：1、不需繁瑣個人證明；2、看病避免反復檢查；3、旅行消費更加便捷；4、交易無需第三方。同時強調，區塊鏈不等于比特幣。比特幣只是區塊鏈技術的一種應用，區塊鏈還有醫療衛生、食品安全、版權保護等諸多應用領域。[2019/10/28]

自身信用

公證人也可以通過自身信用來背書，讓用戶信任。但這種信任是中心化的，和區塊鏈的基本精神是背離的。但由于這種方式手續費低廉，甚至免費，因此還是吸引了大批用戶。這種由中心化機構擔保的跨鏈方式，對于跨鏈資金體量小，安全訴求低的用戶而言，也是很好的選擇。

側鏈/中繼

第三種是側鏈/中繼的方案。側鏈和中繼其實是同一個概念，中繼鏈就相當于多條鏈共同的側鏈，為了簡化表述，我們后文統一稱為橋接鏈方案。

橋接鏈方案我們分兩類來說，分別是通用方案和同構跨鏈專用方案。

通用方案

橋接鏈通用方案和公證人方案一樣，仍然存在一個中間賬戶，但中間賬戶的安全，不靠公證人來保護，而是靠智能合約來規范，這意味著中間賬戶將是一個合約賬戶，其資產管理規則被智能合約的代碼約束，而不是由公證人約束。如果代碼本身沒有問題，只要部署該合約的鏈是安全的，那么合約中的資產就是安全的。

動態 | 區塊鏈技術入選科普雜志《科學美國人》2019十大突破性技術榜單:據新浪網今日新聞報道，美國科普雜志《科學美國人》公布 2019 十大突破性技術榜單。區塊鏈技術因在保障食品安全中的作用而上榜。 入選榜單具體原因：區塊鏈技術的發展應用將顯著改善食品污染源數據追蹤的困境。利用區塊鏈云端系統，食品制造商可以依次在計算機儲存各類過程的信息。[2019/9/29]

當然，如果橋接鏈本身有問題，也會影響合約賬戶里的資產安全。因此，驗證人們必須Stake一定價值的WorkToken來保障橋接鏈的安全運行。假設這個價值是v3，那么這個v3是可以遠遠小于合約賬戶里的資產價值v1的。

為什么v3可以小于v1呢？因為現在較為通行的BFT-PoS類共識，幾乎杜絕了能夠篡改賬本的“雙花”攻擊(如果橋接鏈賬本被篡改，則有可能間接威脅到合約賬戶中的資產安全)，實現了更強的共識安全。BFT-PoS可以做到即時確定性，而非概率確定性，攻擊者即便掌握了半數以上的StakingWorkToken，最多只能做到拒絕簽名區塊，讓封塊速度減慢，讓網絡無法處理交易，已經形成最終確定性的區塊中的交易是無法被逆轉的。我們可以認為，只要BFT-PoS鏈沒有代碼故障，無論Token市值多小，都是安全的。

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

雖然惡意的驗證人，無法動搖中間賬戶內的資產安全，但網絡癱瘓，停止驗證新交易，也不是我們希望看到的狀況。因此，v3最好也不要太小，我們還是希望橋接鏈的Token市值越大，Staking比例越高，去中心化程度越高越好。

v3可以小于v1，因此不會有超額抵押帶來的高額跨鏈手續費，使用跨鏈橋將可以做到很廉價。那么有沒有方法進一步降低跨鏈成本呢？可能有的朋友會想到讓多條鏈復用同一座橋，這便是PolyNetwork的思路。

同構跨鏈專用方案

橋接鏈通用方案，看起來已經很完美了！但我們對于跨鏈，還有更高的追求。其一，多鏈復用的資產橋，可以盡可能多的兼容現有的鏈，但新的鏈不斷涌現，要再去擴充兼容太麻煩了，能否有一個通用的鏈框架，讓新鏈遵循框架，能夠一勞永逸的實現跨鏈呢？其二，我們對于跨鏈的追求，并不只是想實現資產橋，我們還希望鏈間能傳遞更豐富的信息，有強大的互操作性，例如可以跨鏈調用合約，讓多個鏈真正連接起來，形成有機整體。

基于對以上兩者的追求，區塊鏈世界里有了波卡和Cosmos這樣的同構跨鏈項目。兩者都采用了“1母鏈+N子鏈”的架構，其中母鏈是所有子鏈的公共橋接鏈，任何開發者都可以按照規定的框架開發子鏈，并申請接入母鏈。

Cosmos母鏈名為Hub，子鏈名為Zone，通過內置的IBC協議，Zone之間可以實現跨鏈通訊，既能傳遞資產，也能傳遞其他格式的信息，實現跨鏈互操作性。波卡母鏈名為中繼鏈，子鏈名為平行鏈，平行鏈之間通過XCMP協議來通訊，以實現跨鏈互操作。事實上，波卡的中繼鏈不光起到橋接作用，還可以讓接入的平行鏈共享其共識層的安全性，而對于Cosmos的Zone而言，鏈的安全是需要自己負責的。

對比分析

哈希時間鎖雖然能實現跨鏈交易的原子性，但無法實現資產的跨鏈流通。這意味著，通過哈希時間鎖，我的BTC和你的ETH進行安全的交易，但并不能讓BTC流通到ETH上，也無法讓ETH流通到比特幣鏈上。但哈希時間鎖的通用性最強，對鏈的屬性沒有任何限制。

公證人方案，可以在一條圖靈完備的鏈和一條非圖靈完備的鏈之間實現資產跨鏈。當然，這種資產跨鏈是單向的，只能由非圖靈完備的鏈上跨到圖靈完備的鏈上。例如把BTC引入ETH，反之把ETH引入比特幣鏈則不行。這并不是公證人方案的限制。事實上，公證人方案也可以實現兩條圖靈完備的鏈間的資產雙向跨鏈流通，但由于其要么費率較高，要么傾向于中心化，人們更多的會采用橋接鏈方案。

前文提到一個問題，為什么比特幣的跨鏈更多采用了公證人方案，而非橋接鏈方案呢？這是因為比特幣鏈不是圖靈完備的。在這里解釋一下，為什么橋接鏈只能在雙圖靈完備的鏈間跨鏈呢，是因為橋接鏈不是一個獨立的存在，而需要部署在兩端鏈上的合約配合，就像一座橋不能懸空存在，必須在兩岸有橋墩作為依托。

在雙圖靈完備鏈間跨鏈，橋接鏈方案更有優勢，主要體現在無需超額抵押，且可以多鏈復用，可以更低的成本實現資產跨鏈。像波卡，Cosmos這樣的跨鏈項目則直接搭建了一個全新的多鏈架構，超越了資產橋，在同構鏈之間實現了豐富的互操作性。

我們闡述了三大類的跨鏈方案，我們將各方案的特性對比做成表格。

以上我們對各跨鏈方案的闡述順序，其實有一條清晰的時間脈絡。最早的主流鏈有比特幣和以太坊，人們想要實現BTC和ETH之間的交易，最先能想到的便是哈希時間鎖這樣的，不需要借助任何外力的純密碼學方法。2013年5月,Nolan在BitcoinTalk論壇提出了原子轉移思路。后來，人們開始建設基礎設施，建立資產橋，讓鏈間的資產能夠互通，在這當中，比特幣作為市值最大的加密資產，吸引了很多人想把比特幣資產導入到其他鏈，但由于比特幣不支持智能合約，人們只好使用公證人機制。

由于理念的不同，有的項目采用了去中心化的，成本較大的超額抵押方案，有的項目則采用了簡單直接的中心化托管方案。為了降低跨鏈成本，人們想到了，讓多鏈共用一座鏈橋的方式。為了一勞永逸，實現對新鏈的兼容性，人們制定了新鏈開發的框架和標準，如Substrate和Tendermint，為了實現更多維度的互操作性，人們創造了同構多鏈架構，如Polkadot，Cosmos。現如今，區塊鏈跨鏈基礎設施日趨成熟，以至于人們已經不再常常討論跨鏈，就像我們看到燈亮起時，不再談論“電”的原理一樣。

區塊鏈的從業者們從未停止思考，從未停止追求更優方案，在他們的推動下，區塊鏈世界像生物一樣向著更復雜，也更簡單的方向不斷演化著。

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