联盟链的跨链设计探索与实践研究

1、联盟链的跨链设计探索与实践研究随着区块链产业改革和升级，整个区块链行业蓬勃发展，从金融领域逐步渗透到各行各业。区块链根据节点准入条件和节点规模分为公有链、联盟链和私有链三类。目前，我国的区块 链产业以联盟链为主。随着国内联盟链应用的不断增长，基于不同平台的应用之间逐渐产生 了交互、建立关联的外延需求，整个联盟链生态需要一个更加开放、易于协作、多方共赢的 交互环境，以及“超越平台、链接应用”的创新性解决方案。高效通用的跨链技术是实现万链互联的关键。跨链技术能够连通分散的区块链生态孤岛，成 为区块链整体向外拓展的桥梁纽带。业界在跨链领域已有初步的探索和积累，以太坊创始人 Vitalik Buter

2、in总结了三类跨链技术，分别是公证人机制、中继 /侧链、哈希时间锁定合约。目前，基于这些技术构建的跨链应用主要面向公有链实现数字资产跨链。在联盟链的大 生态中，还需针对底层平台异构化、应用场景多样化、跨链需求复杂化等特点，构建联盟链 的可信跨链交互。当然，这面临更大的挑战。实现联盟链跨链需要突破五大难点。（1）底层架构无法互通，不同的联盟链平台底层架构 设计相差甚远，不仅交易处理时序不同，计算与存储结构也不同，跨链交易无法直接在两个 平台互通。（2）跨链数据无法互验，基于默克尔树实现交易存在性验证的方式非常普遍， 但并非所有平台都支持默克尔树，不同的验证机制难以整合。（3）接口协议无法互联，平

3、台间网络传输编码协议各不相同，暴露的接口格式字段也有差异，难以兼容互联。（4）安全机制无法互信，区块链的安全边界往往以平台范围为界，当涉及链和链之间进行衔接时， 会因为多种安全机制参差不齐，如共识者列表不同、准入机制严格程度有高低、权限配置差 异等因素，导致平台之间的互信条件不成立。（5）业务层无法互访。不同业务场景的合约 逻辑千差万别，各个场景都是内在闭环的系统，要打通场景之间的互访，任意一个环节的疏 漏都可能导致异常，使跨链失败，保障整体衔接过程中事务和事务之间的完整性和一致性将 是巨大的挑战。一区块链跨链技术演进在2008年比特币诞生至2015年Linux基金会成立超级账本期间，关于区块

4、链的讨论和研究 主要围绕以比特币和以太坊为主的公有链。由于公有链本身伴随着浓厚的金融色彩，早中期 对跨链的需求主要集中在数字资产的交换或转移方面，因此跨链概念的狭义解释为：两条区 块链之间资产的互操作（Interoperability ）过程。随着联盟链的发展，区块链从金融行业 逐渐渗透到医疗、存证、司法等众多领域，催生了跨应用互联互通的需求，跨链含义得到进 一步升华：在不改变原链的情况下，两条区块链之间进行资产转移、支付或信息交互。近年 来，在从业人员的不断探索下，已经诞生了多种跨链机制，催生了很多区块链跨链应用，相 关跨链标准也在初步形成。（一）多种跨链机制诞生Nolan于2013年提出数

5、字资产原子转移（Atomic Transfers ）方案，旨在实现两条区块链 之间数字资产的原子互换，即发生在两条链上的资产转移同时成功或同时失败，不会出现第 三种中间状态。该方案通过在两条链上设定一个合约脚本，并根据某种断言，如是否持有约 定哈希值的原像，作为合约的触发条件，并通过一系列流程保证跨链交易的原子性。这就是 哈希时间锁定合约（Hashed Timelock Contract , HTLC的前身。哈希时间锁定合约是一种用于实现资产互换的跨链机制，通过哈希锁和时间锁提供原子性保 障。哈希锁是指两条链上的资产分别使用同一个哈希值锁定，然后在合约里约定只有提供该 哈希的原像才能将资产解锁

6、。时间锁是指解锁必须在约定的时间内，否则资产就会回滚。为 了解决比特币扩容问题而诞生的闪电网络便是基于哈希时间锁定合约实现的微支付通道，以 支持可扩展的连锁即时支付。侧链/中继是一种更灵活、易于扩展的跨链机制。很多的跨链应用基于侧链/中继实现不同区块链资产的跨链转移，组建区块链互操作网络，或构建异构的多链架构。侧链/中继以轻客户端验证技术为基础，实现跨链交易的存在性验证。侧链/中继上部署一个类似轻客户端功能的合约，验证来自主链/应用链的跨链交易，验证方式取决于区块链本身的设计。侧链/中继验证模块大多依赖默克尔证明，通过加密哈希树和交易哈希生成交易的默克尔根，然后和 区块头中的交易默尔克根对比，

7、确定跨链交易的真实性。还有其他的一些验证方式，例如验 证节点签名数量，或者共识节点的公钥列表等。侧链 /中继机制是一种比较复杂的跨链机 制，由于所有跨链交易都需要在侧链/中继中完成验证、共识、中转，侧链/中继本身容易成 为跨链系统安全性和性能的瓶颈。还有一种应用较广的跨链技术，即公证人机制。普通的公证人机制由单一的节点或独立机构 作为公证人，公证人负责监听A链上的事件并在B链执行相关的交易完成对该事件的响应。 公证人在跨链交互过程中充当了交易确认和交易仲裁的角色，虽然该模式架构简单、扩展性 强、跨链性能较高，但公证人安全性成为跨链系统稳定的关键因素。为了削弱该机制中对公 证人的信任依赖，一种多重签名的公证人机制被提出。通过多种方式如随机抽取，或采用