隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)量龐多的區(qū)塊鏈項(xiàng)目隨之涌現(xiàn)，并形成了具有不同特點(diǎn)、 針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。越來越豐富的技術(shù)棧組合支撐起了區(qū)塊鏈的蓬勃生態(tài)，但也造成了不同項(xiàng)目之間的異構(gòu)性，使其承載的交易數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值很難在生態(tài)內(nèi)自由地流轉(zhuǎn)，跨鏈逐漸成為行業(yè)的剛需。

所謂跨鏈，指的是通過特定的技術(shù)方案在不同（同構(gòu)或者異構(gòu)）區(qū)塊鏈之間實(shí)現(xiàn)安全的信息互通與價(jià)值轉(zhuǎn)移，賦予其互操作能力。

一次成功的跨鏈拆分為以下三個(gè)步驟：

• 用戶的源鏈地址發(fā)送一筆轉(zhuǎn)賬到該鏈上的某接收地址

• 該轉(zhuǎn)賬的有效性通過驗(yàn)證，并觸發(fā)目標(biāo)鏈上的交易

• 目標(biāo)鏈上的某地址向用戶指定的收款地址發(fā)送一筆轉(zhuǎn)賬

為了完成上述跨鏈流程，本文將介紹三種技術(shù)方案，分析它們的特點(diǎn)，并討論潛在的風(fēng)險(xiǎn)。它們分別是公證人模式、哈希時(shí)間鎖和中繼模式。

公證人

在行業(yè)初期，區(qū)塊鏈技術(shù)的難點(diǎn)主要在于提升單鏈的性能，但隨著PoS以及拜占庭容錯(cuò)算法的應(yīng)用，很多區(qū)塊鏈的峰值TPS已經(jīng)能夠很好地支撐起用戶的需求，基礎(chǔ)設(shè)施日趨完整。于是，更多的用戶開始注意到區(qū)塊鏈所帶來的金融市場(chǎng)的范式轉(zhuǎn)移，并參與區(qū)塊鏈生態(tài)的建設(shè)。

由此，催生了一個(gè)受信的第三方來協(xié)調(diào)跨鏈操作，這類受到信任的第三方公證人，在跨鏈流程中負(fù)責(zé)跨鏈消息的驗(yàn)證和轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)簽名方式的不同，可區(qū)分為單簽和多簽。單簽名公證人又稱作中心化公證人，通過指定單一的節(jié)點(diǎn)／機(jī)構(gòu)為公證人角色，在轉(zhuǎn)賬過程中收集源鏈的交易數(shù)據(jù)、驗(yàn)證交易有效性、并通過數(shù)字簽名來啟動(dòng)目標(biāo)鏈的交易執(zhí)行。單簽?zāi)Ｊ胶?jiǎn)單，且兼具較高的處理速度。但是其缺點(diǎn)也顯而易見，即單一節(jié)點(diǎn)的故障或者作惡，會(huì)導(dǎo)致該跨鏈交易系統(tǒng)的崩潰，使跨鏈服務(wù)不再可用。

哈希時(shí)間鎖

區(qū)塊鏈2.0的出現(xiàn)，第一次為智能合約提供了可靠的去中心化的執(zhí)行環(huán)境，并在無(wú)信任的條件下，實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)的自動(dòng)化管理。簡(jiǎn)單來說，智能合約是由代碼控制、提供讀寫接口實(shí)現(xiàn)信息交互，并根據(jù)交互信息觸發(fā)特定操作的自動(dòng)化協(xié)議。區(qū)塊鏈2.0最了不起的創(chuàng)新之處在于，它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)需任何信任條件的執(zhí)行環(huán)境，使得任何智能合約的部署、交互與執(zhí)行都不再依靠權(quán)威授信的第三方。

于是，通過智能合約部署的哈希時(shí)間鎖實(shí)現(xiàn)了另外一種跨鏈技術(shù)。具體流程如下：

跨鏈交易的發(fā)起者選擇一個(gè)保密的隨機(jī)S，然后計(jì)算得到該隨機(jī)數(shù)的哈希值h=Hash（S），并將h給跨鏈交易的響應(yīng)者

發(fā)起者和響應(yīng)者在各自的區(qū)塊鏈上將待交易的資產(chǎn)鎖在智能合約中，上鎖信息為h，解鎖密鑰為隨機(jī)數(shù)S，鎖定期限分別為T1和T2，其中T1必須晚于T2,，解鎖人分別設(shè)置為對(duì)方的賬號(hào)

發(fā)起者在時(shí)刻T2范圍內(nèi)，通過公布S    來獲得響應(yīng)者鎖定在合約中的資產(chǎn) ，若超時(shí)未取則合約將自動(dòng)退還資產(chǎn)給響應(yīng)者

響應(yīng)者在發(fā)起者公布S之后，依然存在不少于T1-T2的時(shí)間窗口，去解鎖屬于他的資產(chǎn)，若超時(shí)未取則資產(chǎn)自動(dòng)退還給發(fā)起者

哈希時(shí)間鎖的出現(xiàn)，很好地解決了跨鏈交易中的信任問題。只要發(fā)起者保護(hù)好私密的隨機(jī)數(shù)是，以及時(shí)間窗口T1-T2足夠使得響應(yīng)者解鎖資產(chǎn)，雙方無(wú)需任何信任便能實(shí)現(xiàn)一次成功的跨鏈交易，可以說是實(shí)現(xiàn)了真正的去中心化跨鏈交易。

應(yīng)用哈希時(shí)間鎖的前提是，實(shí)現(xiàn)互操作性所涉及的兩條區(qū)塊鏈必須支持同一種哈希函數(shù)，以及該哈希函數(shù)足夠安全。前者是工程選擇問題，新興項(xiàng)目開始傾向于選擇主流的哈希函數(shù)；后者是密碼學(xué)問題，目前在區(qū)塊鏈行業(yè)得到應(yīng)用的哈希函數(shù)，例如SHA256 和Keccak-256，都還沒有被發(fā)現(xiàn)安全隱患。

鑒于人類在數(shù)論和量子計(jì)算的持續(xù)研究，可能在不遠(yuǎn)的未來，黑客可以利用新發(fā)明的數(shù)學(xué)工具或者計(jì)算技術(shù)來完成對(duì)當(dāng)前哈希函數(shù)的攻擊。到那時(shí)，密碼學(xué)家們就該設(shè)計(jì)出更安全的哈希函數(shù)了。密碼學(xué)大廈就是在這樣的矛盾攻守之中，一點(diǎn)點(diǎn)地被構(gòu)建得更加安全牢靠的。

中繼模式

中繼是對(duì)跨鏈操作的一種抽象，跨鏈流程中的信息驗(yàn)證問題被抽象成中繼層的共識(shí)問題，在此抽象層上可以開發(fā)出一條獨(dú)立的區(qū)塊鏈，具有了更好的可擴(kuò)展性。作為跨鏈交易的賬本，在跨鏈操作中出現(xiàn)了第三條區(qū)塊鏈，即中繼鏈。

在此模式中，存在一系列的中繼節(jié)點(diǎn)被部署在各個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，負(fù)責(zé)監(jiān)控和同步該區(qū)塊鏈的交易數(shù)據(jù)到中繼鏈。中繼鏈的共識(shí)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證跨鏈交易的有效性，并觸發(fā)對(duì)應(yīng)交易的執(zhí)行。通過在每條鏈上部署智能合約，作為跨鏈操作的接口，中繼模式還能將跨鏈作為一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)更多有跨鏈需求的項(xiàng)目。

一次典型的中繼跨鏈操作，如上圖所示：

1. 用戶在源鏈發(fā)起跨鏈交易請(qǐng)求

2. 中繼節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)并搬運(yùn)該交易信息至中繼鏈

3. 中繼鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證交易的有效性

4. 驗(yàn)證通過以后，共識(shí)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造對(duì)應(yīng)交易

5. 多數(shù)共識(shí)節(jié)點(diǎn)對(duì)交易進(jìn)行簽名，組成簽名集合

6. 中繼節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)共識(shí)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的交易及簽名

7. 中繼節(jié)點(diǎn)搬運(yùn)該交易至目標(biāo)鏈，等待執(zhí)行

中繼鏈的共識(shí)算法決定著跨鏈服務(wù)的性能和安全性，經(jīng)典的拜占庭容錯(cuò)算法，例如PBFT，能夠在大多數(shù)節(jié)點(diǎn)正常工作的條件下，實(shí)現(xiàn)較高的處理速度。改進(jìn)版的拜占庭容錯(cuò)算法，例如HotStuff，進(jìn)一步減少了通信復(fù)雜度，支持更大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)參與共識(shí)。

中繼鏈作為工程復(fù)雜度較高的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)難度大，但是其優(yōu)勢(shì)也很明顯。中繼鏈搭配智能合約，能組成跨鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，用一條中繼鏈可以溝通多條區(qū)塊鏈之間的信息，實(shí)現(xiàn)更大范圍的價(jià)值轉(zhuǎn)移。

作為剛需，跨鏈解決方案必然伴隨著區(qū)塊鏈行業(yè)的發(fā)展持續(xù)改進(jìn)，而跨鏈技術(shù)為資產(chǎn)所賦予的流動(dòng)性也必然為更多優(yōu)秀的項(xiàng)目注入增長(zhǎng)動(dòng)力，彼此互惠。對(duì)跨鏈技術(shù)演進(jìn)的持續(xù)關(guān)注，可以幫助我們更好地理解整個(gè)行業(yè)的變化