區塊鏈:區塊鏈想要規模化發展 跨鏈是必然選擇

“如果世界上只有一條區塊鏈，也許不需要跨鏈；然而我們擁有的，卻不僅僅是一條區塊鏈。”

1969年，互聯網（internet）誕生，隨著聯網通信協議的異構、聯網設備數量的增加，跨網互操作成為趨勢；于是TCP/IP協議出現，使得能夠跨越不同子網、互聯互通的互聯網（Internet）最終成為全球性基礎設施。

2000年，數據中心概念開始走熱，隨著IDC機房數量和規模的快速增長，跨數據中心互操作成為趨勢；于是軟件定義廣域網（SD-WAN）技術被跨數據中心的網絡互連和資源調度。

2006年，云計算概念正式提出，隨著云計算產業快速發展、上云上平臺用戶不斷增加，跨云互操作成為趨勢；于是混合云及多云解決方案出現，用戶可以選擇在不同云平臺間切換；

2008年，第一條區塊鏈——“比特幣”悄然誕生。截至2020年，根據加密貨幣行情網站CoinMarketCap統計，僅各類加密貨幣類區塊鏈系統就已超過5600種（不包括聯盟鏈和私有鏈實現）；而開源社區Github上涉及區塊鏈項目的數量達到6萬多個。“萬鏈共存”，使得跨鏈互操作再次成為趨勢，將通過解決不同區塊鏈系統中資產、數據和業務的互操作，構建互聯互通的全球規模化區塊鏈產業生態。

目前，全球學術界和產業界都在對區塊鏈跨鏈互操作開展研究。從技術維度和應用維度出發，研究者們給出了不同的定義。

摩根大通邀請銀行和金融科技公司在其改進后的區塊鏈網絡上發展:摩根大通（JPMorgan）新更名的區塊鏈銀行網絡Liink負責人Christine Moy表示，經過改造的Liink是基于以太坊的一個分支，更像是一個“去中心化的網絡”，而不像是一個“中央指揮部產品”。因此，Liink現在邀請其400多家金融機構（包括最大的50家銀行中的25家）在該平臺上開始建設。據悉，Liink原名“銀行間信息網絡”(Interbank Information Network)，旨在將銀行連接起來，幫助它們消除跨境支付和其他功能中的痛點。（Coindesk）[2020/10/28]

技術維度認知：美國國家標準技術研究所（NIST）認為跨鏈偏重于數據共享，“一個互操作區塊鏈架構是由可區分的區塊鏈系統組成，每個區塊鏈系統代表一個唯一的分布式數據帳本，其中執行原子交易可能跨越多個異構區塊鏈系統，并且記錄在一個區塊鏈中的數據可以被另一筆外部交易以語義兼容的方式訪問、驗證和引用。” 澳大利亞天主教大學（ACU）認為跨鏈更強調功能的觸發和執行，“跨鏈互操作不是將狀態直接更改為另一個區塊鏈系統；相反，是在另一個系統上觸發一些功能集，而這些功能集有望在其自己的網絡內執行操作。”

應用維度認知：以太坊創始人Vitalik認為跨鏈是一種具體應用能力，“區塊鏈互操作主要指兩條區塊鏈之間進行資產轉移、支付或信息交互的能力。” 法國里昂第一大學（UCBL）研究者認為跨鏈應用范圍不僅限于區塊鏈間，“區塊鏈的互操作性有三種類型，一是不同區塊鏈之間的互操作性，二是使用同一區塊鏈的去中心化應用（DApp）之間的互操作性，三是互操作性區塊鏈和其他技術（例如與企業系統的集成）”。

美股開盤：美股區塊鏈概念股全線下跌:美股三大指數集體低開，道指跌1.52%，納指跌1.70%，標普500指數跌1.02%。美股區塊鏈概念股全線下跌，柯達下跌15.03%，埃森哲下跌1.19%，overstock.com下跌0.85%；RiotBlockchain下跌0.98%，MarathonPatent下跌3.13%，Square下跌1.70%。[2020/9/21]

跨鏈技術應用場景主要包括三個方面，即資產互換與轉移、數據共享、業務協同。

1. 資產互換與轉移

諸多的公鏈項目誕生了數量龐大的數字資產，不同數字資產之間如何交易和兌換，一直都是跨鏈技術重要應用場景。資產的互換與轉移包括公鏈數字資產（通證）互換、聯盟鏈或者私有鏈鏈下資產數字化上鏈后的資產互換或者轉移。這里的鏈下資產可能包括黃金、石油這些有形資產，也可能是證券、股票這些無形資產。隨著區塊鏈應用場景的延展和聯盟鏈的高速發展，數字資產之間互換已經不能滿足人們對區塊鏈技術寄予的期待，國家數字貨幣為代表的主權公鏈以及傳統資產上鏈為代表的商業聯盟鏈的出現，對跨鏈需求中資產互換提出了更細致的需求。

2. 數據共享

這里的數據包括存證數據、數據操作的鏈上憑證等存儲在鏈上的證據數據，及索引數據、原始數據等存儲在鏈下的檢索數據。不同于傳統數據共享時系統可以容納的海量數據，區塊鏈系統中存儲的數據需要由區塊鏈完成背書。但由于不同區塊鏈系統的數據格式、存儲方式、背書方式等存在差異，導致存證和憑證數據無法在不同系統中互認。

深大新增金融科技專業 培養學生運用區塊鏈處理實際業務:從深圳大學獲悉，2020年該校新增了廣東省首批獲得教育部審批通過設立的“金融科技專業”，金融科技專業課程覆蓋金融與計算機核心課程，側重應用與實踐，培養學生運用現代金融管理知識及人工智能、區塊鏈、云計算、大數據等現代信息技術處理金融科技行業實際業務的能力。（深圳晚報）[2020/7/26]

3. 業務協同

指在不同區塊鏈系統相關業務場景下實現業務數據的共享、業務邏輯的互聯、業務范圍的互補。隨著聯盟鏈不斷的發展，承擔相同業務能力的企業級聯盟鏈數量逐漸增加，同一業務場景下的業務數據、業務邏輯和業務范圍被割裂在不同價值體系的區塊鏈內，亟需擴展不同區塊鏈的業務協同能力。

跨鏈技術的關鍵問題研究，如圖1所示，可以分為兩條路徑： 

圖1  跨鏈研究的關鍵問題和技術路徑

1. 雙鏈互操作

跨鏈事務管理。跨鏈事務是指由若干個在各自所屬區塊鏈系統中的子交易所組成的一個完整跨鏈交易。簡單來說，就是完成一次跨鏈所有相關方操作的總和。之所以要進行跨鏈事務的管理，主要是保證跨鏈交易的原子性和一致性。原子性指一次完整跨鏈交易所有子交易要么都發生、要么都不發生，不能只發生一部分；一致性指整個跨鏈系統中，不同區塊鏈系統間需要保證存儲數據一致性。如果一次跨鏈交易不能滿足原子性和一致性，將出現兩條鏈狀態不一致，例如A鏈已經確認和B鏈相關交易，但B鏈卻沒有完成此筆交易，那么A鏈就將產生損失。

動態 | IBM與韓國信用卡公司合作 改善人工智能和區塊鏈技術的應用:據bitcoinexchangeguide消息，日前，IBM宣布與韓國信用卡公司現代信用卡(Hyundai Card )合作。官方表示，本次合作的目的是將改善人工智能和區塊鏈技術在現代公司中的應用。[2019/2/14]

交易驗證機制。跨鏈交易真實性和有效性驗證可以分成三個階段：跨鏈數據傳輸階段、原鏈對交易的確認階段以及接收鏈對原鏈確認后的交易驗證階段。在跨鏈數據傳輸階段，需要獲取/收集原鏈的數據，保證數據完整性和可驗證性；在原鏈對交易的確認階段，原鏈的共識效率影響了跨鏈交易最終確認的速度（例如比特幣的交易要等待6個區塊才能大概率確認，這種類POW算法具有概率確認性，但是類PBFT或者類DPOS算法可以較快完成最終確認性）。在接收鏈對原鏈確認后的交易驗證階段，接收鏈對原鏈已經確認過的交易進行驗證，從而判斷原鏈聲稱的跨鏈交易的真實性和存在性。

2. 多鏈互操作

多個區塊鏈系統如何同時實現互聯互通是跨鏈互操作關鍵問題。一是區塊鏈網絡，依照自上而下的設計原則，重點設計網絡交互協議及交互模式，試圖構建通用跨鏈協議實現區塊鏈的“互聯網”，未來符合網絡協議和跨鏈標準的區塊鏈可以實現無縫接入，例如Cosmos的跨鏈傳輸協議，幫助多鏈之間實現區塊鏈機制層級互操作；二是跨鏈平臺，依照自下而上的設計原則，重點研究已有區塊鏈系統特性，開發能實現多鏈互聯的中間件，例如趣鏈跨鏈網關和區塊鏈適配器，或者波卡平行鏈等，幫助多鏈之間實現區塊鏈語義層級互操作。

動態 | 港股區塊鏈個股區塊鏈集團接獲一份新清盤呈請:據金融界消息，港股區塊鏈個股區塊鏈集團(00364)公布，2018年9月26日，該公司接獲另一個由周順華于公司清盤程序2018年第271號項下向香港特別行政區高等法院提交的有關第32章《公司(清盤及雜項條文)條例》的呈請，內容關于該公司可能因該公司無力償債及未能支付其債務而被高等法院清盤。清盤呈請將于2018年11月28日上午9時30分于高等法院聆訊。[2018/9/27]

為打破不同區塊鏈體系的價值壁壘，近年來，國內外知名區塊鏈團隊紛紛發力跨鏈項目。

1. 國際跨鏈平臺

Cosmos跨鏈平臺：由Tendermint團隊于2017年發起，并于2019年3月上線主網。Cosmos項目注重不同區塊鏈間的連接，重點開發跨鏈傳輸協議（Inter Blockchain Communication，IBC），試圖規范鏈與鏈之間的通信標準，目前已經完成78%工作量。

Polkadot跨鏈平臺：由Web3基金會于2016年支持發起，并于2020年5月發布主網候選鏈。Polkadot項目注重區塊鏈主鏈能力，試圖打造一條“全能”區塊鏈用于統一管理各鏈的運算和共識，這種異構多鏈交互架構可以讓接入的區塊鏈更關注自身業務能力發展。

2. 國內跨鏈平臺

Wanchain跨鏈平臺（萬維鏈）：由網錄科技于2017年孵化，并于2018年1月上線主網。萬維鏈注重為不同區塊鏈系統提供資產互換或轉移，采用異構鏈的跨鏈框架，結合安全多方計算和門限秘鑰共享技術，緩解驗證人中心化問題。

BitXHub跨鏈平臺：由趣鏈公司于2019年發起，并于2020年3月開源核心代碼。BitXHub項目注重通用跨鏈傳輸協議（IBTP）開發，通過在中繼鏈部署交易驗證引擎，結合交易驗證規則注冊機制，提供可插拔的跨鏈驗證機制。在跨鏈數據傳輸和異構鏈適配方面，BitXHub項目設計多層級路由架構和跨鏈網關，實現跨鏈交易數據的高效路由。

Wecross跨鏈平臺：由微眾公司于2020年發起，目前代碼已全部開源。Wecross項目注重于通用的網絡交互協議及統一的交互模式研究，提出異構鏈互聯協議（HIP）和通用區塊鏈接口（UBI），實現主流塊鏈平臺間的簡單適配和快速連通。

可信跨鏈平臺（BCP）：由百度公司于2020年推出，目前已開源非事務寫入性跨鏈方案。BCP支持在合約代碼中使用“跨鏈原語”，讓鏈與鏈輕松對接，特別關注跨鏈尋址協議及鏈名解析合約的開發，為不同鏈上的資源分配地址，實現不同區塊鏈資源快速定位。

如表1所示，主流跨鏈平臺集中出現于2016-2020年間。在跨鏈事務管理方面，國內平臺多已推進實現計劃，后期將逐步支持事務性跨鏈功能；在交易驗證機制方面，多采用類似超級賬本的背書機制或默克爾證明；在多鏈互操作方面，鏈間的消息傳輸協議和中繼鏈跨鏈能力是開發重點，且大多數平臺支持異構鏈的跨鏈。

表 1  國內外跨鏈平臺對比分析

跨鏈應用場景單一，業務協同是目標。當前已完成開發或開源的跨鏈方案主要是以資產互換或轉移為主，但在基于區塊鏈的加密數字貨幣類系統中受到底層經濟價值模型的復雜邏輯干擾，在非代幣類的區塊鏈系統中難以滿足應用需求，導致跨鏈并沒有實現大規模推廣。未來實現不同鏈間的數據共享和業務協同，將是跨鏈未來應用場景落地的主要目標。

技術路線尚未統一，融合發展是趨勢。發展初期，跨鏈技術實踐的側重點有所差異，一部分跨鏈項目（例如Cosmos）更強調跨鏈協議開發，另一部分跨鏈項目（例如Polkadot）更側重中繼鏈能力提升。側重點差異實際上反映了跨鏈平臺建設者的認知不同，充分融合跨鏈系統兩大關鍵元素是未來真正實現跨鏈互通的必然選擇。

項目開發進展延期，技術挑戰是關鍵。跨鏈平臺建設自2016年大規模發起以來，目前除了少數用于資產互換或轉移類的平臺實踐取得了初步進展，其他具體應用場景尚未完成事務性跨鏈方案發布或者開源。未來各項目競爭點主要在于事務性跨鏈能力的落地實現。

作者簡介

朱斯語：中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所區塊鏈研究員，主要從事區塊鏈技術研究。

池程：中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所技術研究部副主任，主要從事工業互聯網標識解析、區塊鏈等研究，并為中央部委、地方政府、工業互聯網企業提供專業咨詢。

劉陽：中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所副總工程師、工業互聯網產業聯盟標識組主席，主要從事標識解析、區塊鏈、數據服務等研究，組織設計工業互聯網標識解析體系頂層架構，牽頭多項國家重大科研和產業化項目，參與制定相關國際標準、行業標準。

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