區塊鏈:區塊鏈互操作難在哪？有哪些可行方案

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。

火幣DeFi實驗室新增Curve、Aave、Synthetix等10家區塊鏈項目加盟:火幣集團新組建的去中心化金融部門DeFi實驗室宣布Curve、Aave、Synthetix、Balancer、Zapper、Zerion、Loopring、Bitpie、Mykey和CoinGecko共十家頭部區塊鏈團隊已正式宣布加入其全球DeFi聯盟，成為聯盟第二批成員。至此，全球DeFi聯盟已有15名正式成員。

此前報道，8月中旬，該實驗室宣布發起成立全球DeFi聯盟，由全球中心化和去中心化金融服務商及平臺共同促成。全球DeFi聯盟由火幣DeFi實驗室聯合MakerDAO、Compound、NEST社區、dYdX共同發起，將共同推進DeFi的研發，建立通用協議和標準，促進全球跨境協作和生態系統的發展。[2020/9/15]

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。

火幣朱嘉偉：金融相關領域成為近年區塊鏈行業熱點:8月11日下午，火幣集團首席運營官朱嘉偉發表了題為《走出巴別塔 區塊鏈通向產業應用的密碼》的主題演講，他表示，區塊鏈技術正在逐漸從純概念階段進入初級應用的落地嘗試階段。其中金融相關領域已經成為近年熱點，包括數字身份，法定數字貨幣以及更廣泛的金融安全（監管）基礎架構。火幣在產業應用方面的實例包括區塊鏈積分體系，區塊鏈溯源管理平臺等。[2020/8/11]

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。

聲音 | 數字經濟之父：區塊鏈不會根除問題，但提供做的更好的機會:數字經濟之父、區塊鏈研究所主席Don Tapscott近日在接受采訪時表示，自己不是一個“比特幣極多主義者”，在商業應用、貨幣全球化方面，Don更加看好穩定幣的前景，他認為所有的穩定幣有可能促成一種全球性的貨幣。Don不認為中國法定數字貨幣應當嘗試成為一種全球性貨幣, 后者的形態應當是英格蘭央行行長Mark Carney 所呼吁的、可以取代美元霸權地位的全球性加密貨幣。Don對于監管的態度甚是客觀，一方面他對政府普遍存在的、對帶有通證的區塊鏈嚴格監管的情況提出批評，另一方面也旗幟鮮明地反對“央行不應涉足區塊鏈”這樣的激進論調。此外，他表示并不對區塊鏈的未來持樂觀或者悲觀態度，區塊鏈也不會根除我們面臨的問題，但是它又給了我們一次機會，讓一切變得更好。（PANews）[2019/11/19]

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 | 巴西總統提名區塊鏈支持者出任中央銀行行長:據Ethereumworldnews報道，巴西新任總統Jair Bolsonaro提名經濟學家Roberto Campos Neto出任中央銀行行長，后者一直是區塊鏈技術的強力支持者。Campos Neto獲得參議院的批準才能擔任中央銀行行長。如果一切按計劃進行，這個決定可能會在3月下旬發生。而在給參議院的申請中，Campos 解釋了他打算使中央銀行采用區塊鏈技術，還提到他已經對區塊鏈技術和數字資產進行了深入研究，使用區塊鏈是為未來的市場做準備。[2019/2/9]

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 | 區塊鏈等暖科技有助于科技公司提升服務質量:據羊城晚報消息，隨著移動支付的普及，不僅是支付方式的變化，每一筆支付還將商家的經營數字化，為其累積了數據和信用。尤其是商家實現數字化經營后，基于區塊鏈、AI等暖科技，支付寶等科技公司有機會打破時間和空間的距離，向他們提供低成本、高效率的服務。[2018/10/31]

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.

?InstituteofElectricalandElectronicsEngineers.IEEEStandardComputerDictionary:ACompilationofIEEEStandardComputerGlossaries.NewYork,NY:1990.(iftikahr).

?VitalikButerin.ChainInteroperability.2016.09.09.

?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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