区块链主流跨链技术概述

什么是跨链？ 从字面理解就是信息或价值在不同的公链协议之间进行交换。 区块链之间的互操作性问题一直限制着区块链的应用空间，而跨链机制可以通过技术手段在原本不同且独立的区块链上交换和流通信息和价值。 如果把公链看成一个区块链孤岛，那么跨链就是连接这些孤岛的桥梁。

2016年，BTC-Relay基于中继跨链方案，实现了比特币到以太坊的单向跨链连接。 同年，以太坊创始人 Vitalik Buterin 的《链互操作性》论文提出了四种跨链技术。 目前市场上有Polkadot、Cosmos等专注于跨链的区块链项目。

在区块链面临的诸多问题中，区块链之间的互操作性极大地限制了区块链的应用空间。 无论是公有链还是私有链，跨链技术都是实现价值互联网的关键，是区块链向外拓展和连接的桥梁。

跨链的四种主要实现模式

发起跨链交易时，如何完成另一条链的交易确认？ 这时候就需要一个“中间人”的角色来承担两条链之间的信息交互。

根据“如何确认交易”、“在哪里确认”、“谁来确认”等不同的方案，我们将流程归纳为五种实现方式，

公证计划

侧链/中继

哈希锁定

分布式私钥控制

原子交换

1.公证人机制的Ripple Interledger协议

2012年，Ripple Labs提出Interledger协议，旨在实现不同区块链账本之间的相互协调和沟通，并利用该协议打通全球不同的信息孤岛，实现信息在整个互联网中的流通。 自由流通和转让。 Interledger协议适用于所有的记账系统，可以容纳所有记账系统的差异。 该协议的目标是创建一个全球统一的支付标准，创建一个统一的网络金融传输协议。

Interledger 协议使两个不同的分类账系统能够通过第三方“连接器”或“验证器”自由地相互转移货币。 记账系统不需要信任“连接器”，因为协议使用密码算法为两个带有连接器的记账系统创建资金托管，当各方就交易达成共识时，就可以相互交易. 该协议去除了交易参与者所需的信任，连接器不会丢失或窃取资金，这意味着此类交易不需要受到合法合约和过度审计的保护，大大降低了门槛。 同时，只有参与记账系统才能跟踪交易，交易细节可以隐藏。 “验证器”通过加密算法运行，因此不会直接看到交易的细节。 从理论上讲，该协议与任何在线簿记系统兼容，允许银行之间直接进行交易，而无需中央银行或代理行。

公证人机制是基于Interledger协议创建的技术框架。 值得注意的是，Interledger 不是公共账本，也不需要寻求任何形式的共识。 它更像是一个提供顶级加密托管系统的信任连接，或者说，在Interledger的信任保障下，资金可以在各个区块链账本之间流动，不同的账本系统可以通过Interledger进行自由的货币交易。

Interledger最大的作用是降低交易双方的信任成本，使交易双方无需信任确认即可完成交易和价值转移。

公证机制包括以下内容：

1. 单一签名公证人机制

也称为中心化公证人机制，通常由单一指定的独立节点或机构充当，同时承担数据收集-交易确认-验证的任务。

2. 多重签名公证人机制

通常，多个公证人在各自的账本上签名以达成共识，然后才能完成交易。 多重签名公证人的每个节点都有自己的密钥。 交易只能被确认。

3.分布式签名公证人机制

分布式签名公证机制与多重签名公证机制最大的区别在于签名方式不同。 它采用多方计算的设计，安全性更高，实现也更复杂。

公证人机制是一种比较简单的跨链技术，主要起到中介作用，类似于支付宝，解决“先付款还是先发货”的安全问题。 解决的办法是利用淘宝作为第三方担保和仲裁的作用。 公证人机制是双向跨链​​，可以实现跨链资产的交换和转移。 使用智能合约在链与链之间进行操作是比较容易操作的。 缺点是容易出现中心化。

2. 哈希锁定的闪电网络

哈希锁，全称Hash Time Lock Contract（哈希时间锁合约），是闪电网络中提出的一种新的技术实现形式。 哈希锁定模式是指用户在指定时间内猜测哈希值的原值进行支付的机制。 简单来说，就是在智能合约的基础上，双方先锁定资产，如果双方在限定时间内输入正确哈希值的原值，就可以完成交易。

在这样的机制下，可以实现小额支付的快速确认，也就是说可以实现闪电网络快速确认的目标。 下面小鱼就以哈希锁下的资产兑换为例，给大家科普下哈希锁是如何实现的。

1、如何实现哈希时间锁定？

为了方便理解哈希时间锁是如何加锁的，这里用两种锁来类比，一种是哈希锁，一种是时间锁。 由哈希值加锁，加锁后，只有生成哈希值的原始值才能解锁锁。 假设数字是123，hash后的值为abc，锁是abc锁上的，不考虑hash冲突。 可以通过123解锁。时间锁需要在指定时间内输入哈希锁的密码。 如果时间锁的时间为1小时，则要求用户在1小时内输入哈希锁的密码。 如果1小时后输入哈希锁的密码，时间锁仍然不会打开。

也就是说同时打开这两把锁的条件是在规定的时间内输入哈希值的原值。 上面的例子是在1小时内输入“123”，两把锁都会处于打开状态。 .

在哈希时间锁定机制中，如果时间超过指定时间，锁定在系统中的代币将被收回。 整个流程链条与链条之间无需互相了解，进而促进了交易的速度。 并且如果交易失败，哈希锁定不会收取额外费用。

2. 闪电网络

闪电网络提供了一个可扩展的BTC微支付通道网络，大大提高了链外比特币网络的交易处理能力。

如果交易双方在区块链上预先设置了支付通道，则可以实现快速确认的多次、高频、双向的小额支付； 一条由多个支付通道组成的支付通道，闪电网络也可以利用这条支付通道实现双方资金的可靠转移。

闪电网络的关键技术是哈希锁定技术，其基本原理如下：用户A和B可以达成这样的协议：协议将锁定A的0.1个BTC，在一定的区块高度之前，如果B能够向A出示一个正确的code word（可以生成匹配的hash值），使code word的hash值等于事先约定的值H（code word），B可以获得0.1 BTC； 如果B直到某个区块高度仍未能提供正确的码字，这0.1个BTC将被解冻并自动返还给A。

闪电网络并没有试图解决单一支付的问题。 它的假设是单笔支付的金额足够小，即使一方违约，另一方的损失也很小，可以承受风险。

3. 侧链/中继的BTC-Relay、Polkadot和Cosmos

1. 侧链中继

中继是一个网络通信词，它是两个交换中心之间的传输路径。 侧链中继是一种实现不同主链之间信息互通的技术。 以往每条主链上的信息只能在该主链上流通。 如果两条主链想要相互通信，让彼此的证书自由流通，那么就需要一个桥梁来连接双方。 说起来，就像传统的网络通信一样，两个人通过电话进行通信时，必须使用中继站来传递通信信息，而侧链中继就是区块链中的中继站。

侧链中继可以在多条主链上增加一个数据结构，然后基于这个数据结构，主链与主链之间可以交换数据。

当然，仅靠数据通信是不够的。 我们还需要在主链上调用数据结构的API来监控和验证另一条链上的交易，这就是中继技术。 如果连接两条链的中间方还是区块链，那么这条链就是中继链。 侧链中继可以将经过认证的交易从一条链快速传输到另一条链，使用户的交易更加便捷，使信息的传递更加高效。 使用中继技术后，数据的传输将更加灵活，“中间人”仅充当数据收集者的角色。 目标链收到发送链的数据后，接收链会自行验证，完成交易确认的工作。

自我验证的方式因系统结构而异。 例如，BTC-Relay 依赖于 SPV 证明，Cosmos 也依赖于验证节点签名的数量。

侧链是一种基于在原链上锚定某种代币的新型区块链。 比如以太坊可以成为比特币的侧链，比特币可以成为以太坊的主链。 但是主链不知道侧链的存在，侧链知道主链的存在，也就是侧链可以理解主链。

2. 侧链技术的BTC-Relay

BTC-Relay 是 ConsenSys 于 2016 年发布的技术项目，ConsenSys 是一家专注于在以太坊上开发应用程序的初创公司。 它在以太坊基金会的支持下诞生和成长，也被认为是区块链上的第一条侧链。

BTC-Relay通过使用以太坊的智能合约连接以太坊网络和比特币网络，允许用户在以太坊上验证比特币交易。 它通过以太坊智能合约创建一个小型版本的比特币区块链，但智能合约需要访问比特币网络数据，难以实现去中心化。 BTC-Relay 对跨区块链通信进行了有意义的尝试，为不同区块链之间的通信打通了通道。

3.中继技术的Polkadot和Cosmos

波尔卡圆点

波卡是由原以太坊的主要核心开发者推出的一条公链。 它旨在解决当今阻碍区块链技术传播和接受的两个主要问题：即时可扩展性和可扩展性。 Polkadot 计划将私有链/联盟链整合到公有链的共识网络中，同时保持私有链/联盟链原有的数据隐私和许可特性。 它可以将多个区块链相互连接。

在波卡看来，其他区块链都是平行链。 Polkadot 可以通过中继链技术将原链上的代币转移到原链地址，类似于多重签名控制。 暂时锁定，中继链上的交易结果将由这些签名者投票决定是否生效。 它还引入了 Angler 角色来报告和监督交易。 通过Polkadot，可以将比特币、以太坊等链接到Polkadot，实现跨链通信。

Polkadot 仍然基于以太坊实现与私有链的互连，并升级其他公链网络，最终让以太坊可以直接与任何链通信。

宇宙

Cosmos 是 Tendermint 团队推出的支持跨链交互的异构网络。 Cosmos 采用的 Tendermint 共识算法是一种实用的拜占庭容错共识引擎，具有高性能和一致性的特点，在其严格的分叉责任保证下，可以防止恶意参与者进行不当操作。

Cosmos 上的第一个空间称为“Cosmos Hub”。 Cosmos Hub 中心是一个多资产权益证明加密货币网络。 它通过简单的管理机制实现网络变化和更新，也可以通过连接到其他空间进行扩展。

Cosmos网络的中心和各个空间之间可以通过区块链间通信（IBC）协议进行通信btc验证节点，该协议是针对区块链网络的，类似于UDP或TCP网络协议。 代币可以安全快速地从一个空间转移到另一个空间，而无需在两者之间交换流动性。 相反，一个空间内的所有代币转移都通过 Cosmos Hub，它跟踪每个空间持有的代币总量。 该集线器会将每个空间与其他故障空间隔离开来。 因为每个人都可以将新空间连接到 Cosmos 中心，Cosmos 也兼容未来新的区块链。

该架构解决了当今区块链领域面临的许多问题，包括应用程序互操作性、可扩展性和无缝更新能力。 例如，Bitcoind、Go-Ethereum、ZCash 或其他区块链系统衍生的空间都可以连接到 Cosmos 中心。 这些空间让 Cosmos 可以无限扩展以满足全球交易的需求。

4. 分布式私钥控制融合与WanChain

1.分布式私钥控制

它是密码学中基于多方计算和门限密钥的共享技术。 通过私钥生成和控制技术，将加密货币资产映射到基于区块链协议的内置资产模板链上。 根据跨链交易信息部署新的智能合约btc验证节点，创造新的加密货币资产。 分布式私钥是将区块链中的私钥分成N份。 拆分成N股后，同时分发给N位参与者。 每个参与者都有一部分私钥。 只有收集到其中K(K≤N)个私钥的分布，才能恢复完整的私钥，恢复完整的私钥后才能解锁私钥上的资产。

当原始加密资产转移到跨链时，跨链节点将在现有合约中向用户发行等值的代币。 为了使原链上的资产仍然可以在跨链上进行交易，原链资产在链上进行分布式控制管理的操作包括锁定和解锁。 锁定和解锁是对链上资产的相互操作。

锁定：是对所有由密钥控制的数字资产实现分布式控制管理和资产映射的过程。 需要委托去中心化网络掌管用户的私钥，用户持有跨链上那部分代理资产的私钥。 锁仓：即使用并掌握分布式私钥，对被锁定的代币进行解锁，使代币由原来的不可操作状态变为当前可转让可操作状态。

由于分布式私钥通过委托去中心化网络掌握用户的私钥，而用户也掌握代表自己资产的部分私钥，因此不存在第三方持有私钥。 代表项目包括 Wanchain 和 Fusion。

2.融合

以Fusion（一个跨链、跨组织、跨数据源的加密金融平台）为例，如果用户想要锁定自己的资产，首先向Fusion提交请求，生成可以锁定的私钥和地址资产。 将这个地址发送给用户，用户就可以将资产转移到比特币网络中的锁定地址。

锁定这个地址和对应的私钥，实际上是Fusion网络中的​​多个用户持有的，或者说是多个节点持有的，少数几个节点单独使用是无法使用里面的资产的。 只有通过上面的智能合约达成共识后，如果他们都认为这个资产可以被解锁，他们就会贡献各自的私钥碎片，收集K个数量（K≤N）才能解锁这个资产。 私钥完全恢复，然后解锁相应的资产。

3.万链

WanChain也支持主流公链之间的跨链交易，但需要先在WanChain上进行注册，以确保WanChain能够唯一标识该链。 对于跨链交易，Wanchain 采用多方计算和阈值密钥共享方案。 当未注册的资产从原链转移到Wanchain时，Wanchain节点将使用基于协议的内置资产模板部署新的智能合约，根据跨链交易信息创建新资产。 当一个注册资产从原链转移到Wanchain时，Wanchain节点会在现有合约中向用户发行相应的等值代币，保证原链资产仍然可以在Wanchain Mutual上进行交易和流通。

Wanchain以分布式的方式完成不同区块链账本的连接和价值交换。 它采用通用的跨链协议和记录跨链交易和链内交易的分布式账本。 公有链、私有链、联盟链都可以接入Wanchain，实现不同区块链账本的打通和资产的交叉链接。 账本转帐。

5. 原子交换的LTC

原子互换最早由 Tier Nolan 于 2013 年在 BitcoinTalk 论坛上提出。 Nolan 通过在不同类型的区块链上使用简单的加密货币交易概述了跨链加密货币交换的基本原则。 2017年9月，当莱特币创始人李启威在推特上宣布莱特币与比特币的原子互换成功后，原子互换引起了加密货币社区的广泛关注。

原子互换（Atomic Swap）是一种去中心化的、原子的跨链交易双方之间的公平交易。 那么什么是原子性呢？ 原子性意味着交换要么成功要么失败，没有中间状态。 原子互换创建自动、自动执行的合约来执行特定操作，一旦满足预定条件就可以进行免费交易。

原子交换如何工作？ 原子互换本质上使用了本文第二部分也提到的一种特殊类型的智能合约，即哈希时间锁合约。

结语

早期的跨链技术有Ripple和BTC-Relay，更注重资产转移； 以Polkadot、Cosmos为代表的现有跨链技术，更加注重跨链基础设施； 新兴的Fusion实现多币种智能合约是一条具有巨大应用价值的公链，其上可以产生丰富的跨链金融应用。

自区块链技术发展以来，链条高度异构，形成了一个孤立的价值体系。 随着落地应用的逐步实现，链与链之间互联互通的重要性日益凸显。 如何将价值互联网称为“网络”而不是一组平行线，需要各种跨链技术。 跨链是将同构或异构的区块链系统连接起来，实现资产和数据的互操作性。 区块链向外扩展和连接的桥梁。 对于区块链而言，共识机制是区块链的核心，跨链技术是实现价值网络的关键。 区块链之间的互操作性是限制应用空间的瓶颈。 未来，随着跨链技术的成熟，将会出现万链互动的场景，更多人将在现实生活中频繁与区块链互动，体验科技改变生活的乐趣。