CHA:小明學習筆記 | 一文看懂區塊鏈跨鏈機制

跨鏈是什么？

第一種是有一組同時承擔兩條鏈節點的個人或聯盟，也有可能是一條單獨的鏈，告訴B鏈A鏈上發生什么事，或者告訴B某個消息的真的。比如Ripple開發的跨賬本價值傳輸開放協議Interledger，但它不是鏈，只是一套網關協議。V神把這種稱為公證人模式。Inanotarymechanism,atrustedentityorsetofentitiesthatistrustedasagroupisusedinordertoclaimtochainXthatagiveneventonchainYtookplace,orthataparticularclaimaboutchainYistrue.Suchentitiesmaybeactive,listeningandautomaticallyactingbasedoneventsinsomechain,orreactive,issuingsignedmessagesonlywhenasked.ThemostadvancedeffortthathastakenstepsinthisdirectionistheInterledgerprojectdevelopedbyRipple.Interledger,atleastinwhatitdescribesas“atomicmode”,usesaByzantine-fault-tolerantconsensusalgorithminordertoachieveconsensusamongasetofnotariesonwhetherornotagiveneventtookplace,andthenissuesasignaturethatcanbeusedtofinalizepaymentsconditionalonthisconsensus.另一種則是側鏈/中繼，與公證人模式的“別人告訴B鏈A鏈上發生的事”不同，中繼模式則是更“直接”地B鏈自己讀A鏈。比如通過驗證A鏈區塊頭和默克爾樹等信息驗證A鏈上的交易，比如以太坊上的BTCRelay。根據公開資料，BTCRelay的運作機制如此：“一個外部的第三方，被稱為Relayer，發送一個交易到BTCRelay的智能合約，內容是最新的比特幣區的區塊頭。BTCRelay基于現存的區塊頭信息校驗發送的區塊頭的有效性。如果校驗通過，則加入到BTCRelay維護的比特幣區塊頭鏈。”由此，在BTCRelay的智能合約里，實現了一個內置的SPV節點，可以用來校驗比特幣交易的有效性。在以太坊平臺的任意用戶或者是智能合約都能請求BTCRelay來驗證，是否某個在比特幣網絡上存在某個交易。但這種一方面只能實現單向錨定，一方面需要以太網絡中有Relayer不斷往合約中提交驗證信息，賺取用戶手續費。其實這個模式邏輯上更困擾我的地方在于，既然側鏈也需要第三方的Relayer提交信息，Relayer的角色跟“公證人”很類似，不同之處只在于側鏈打包了主鏈的區塊頭。Relaysareamore“direct”methodforfacilitatinginteroperability,whereinsteadofrelyingontrustedintermediariestoprovideinformationaboutonechaintoanother,thechainseffectivelytakeonthetaskofdoingthatthemselves.Thegeneralapproachisasfollows.SupposethatasmartcontractexecutingonchainBwantstolearnthateitheraparticulareventtookplaceonchainA,orthatsomeparticularobjectinthestateofchainAcontainedsomevalueatsomeparticulartime.SupposealsothatchainAisdesignedsimilarlytoBitcoinorEthereuminthatithasanotionof“blocks”and“blockheaders”,wherea“blockheader”isacompactpieceofinformationthat“represents”theblock(andpossiblystatedata)insomecryptographicallyauthenticatedway,mostlikelyusingMerkletrees.V神認為，利用輕客戶端驗證技術SPV確實可行，能驗證區塊頭及其之默克爾樹中對應的交易。Thisuseofthisso-called“lightclientverification”technologyisidealforrelaysbecauseofhowfundamentallyresourceconstrainedablockchainis.Infact,itisimpossibleforamechanisminsidechainAtofullyvalidatechainBandamechanisminsidechainBtofullyvalidatechainAatthesametime,forthesamesimplemathematicalreasonwhytwoboxescannotsimultaneouslycontaineachother:Awouldneedtore-runthepartofBthatre-runsA,includingthepartofAthatre-runsB,andsoforth.Withlightclientverification,however,aprotocolwherechainAcontainssmallpiecesofchainBandchainBcontainssmallpiecesofchainAthatarepulledon-demandisentirelyfeasible.AsmartcontractonarelayonchainBthatwantstoverifyaparticulartransaction,eventorstateinformationonchainAwould,muchlikeatraditionallightclient,verifyabranchofthecryptographichashtreeofchainA,thenverifytheblockheaderthattherootofthisbranchisinside,andifbothcheckspassitwouldacceptthatthetransaction,eventorstateinformationiscorrect(notethatbecauseblockchainsarefullyselfcontainedenvironmentsandhavenonaturalaccesstotheoutsideworld,therelevantbitsofchainAwouldneedtobefedintochainBbyauser;however,becausethedataisinacryptographicsense"selfverifying",thisuserthatfeedsthisinformationinneednotbetrusted).首先，怎么驗證交易，說到這里可能要簡單Mark一下什么是SPV，網絡上有不少科普文，其中iBlockKim這個作者寫得比較清楚：根據中本聰在比特幣白皮書里描述：“不運行全節點也可以驗證支付，用戶只需要保存所有的區塊頭就可以了。用戶雖然不能自己驗證交易，但如果能夠從區塊鏈的某處找到相符的交易，他就可以知道網絡已經認可了這筆交易，而且得到了網絡的多個確認。”一個區塊鏈中的信息通過兩兩打包，最后歸納成一個節點，即根節點，區塊頭中包含了根節點的哈希值，包含了所有交易又大大減少了區塊頭部的大小。不僅如此，當要搜索某一個交易，比如上圖中的23的時候，可通過幾步，比如0-2-5-11即可以快速搜到。因此，SPV在尋找交易時，只需下載尋找區塊頭而不是整個區塊。區塊頭只有80字節，每小時6個，一年也就4M大小。那么如何定位區塊呢？比特幣提供了一種叫做布隆過濾器的功能，節點會在通信鏈路上建立一個這樣的過濾器，限制只接受含有目標地址的交易，從而能過濾掉大量不相關的數據，減少客戶端不必要的下載量。比如，SPV節點會收到少于1KB的有關區塊頭和Merkle路徑的數據，其數據量只約占一個完整區塊的千分之一。然后怎么打包，用BTC舉例的話，側鏈協議實際的操作步驟是：提交鎖定交易：比特幣持有者在BTC主鏈上發送一個特殊交易，把比特幣鎖定在BTC鏈上。等待確認：在BTC鏈上等待鎖定交易被更多區塊確認，以防止該鎖定是虛假的交易。解鎖交易：鎖定交易確認后，用戶在側鏈上創建一個解鎖交易花掉鎖定交易的輸出，并提供SPV工作量證明，并將贖回交易的輸出導入自己在側鏈上的地址中。等待一個競爭期：競爭期也被稱作可修改階段，作用是防雙花。而且在此期間，解鎖交易不會被打包到區塊新轉移到側鏈上的比特幣還不能被使用如果解鎖交易包括了比特幣主鏈更大難度的SPV證明，則上一個解鎖交易將被替換。競爭期結束后，該解鎖交易將被打包到區塊中，用戶可以使用他的比特幣了。跟BTCRelay類似，中繼模式的弊端在于成本太大，V神也認為驗證對方鏈上的信息會影響速度。可以想象，如果你單純用“公證人模式”，只需要等比特幣鏈上確認就行了，可是如果驗證信息還要上側鏈，就意味等待確認的事情多了很多。阿希鏈并沒有選擇打包區塊鏈，就是因為單青峰認為，將區塊頭打包上鏈“成本比較大，沒有通用性，解決了比特幣的解決不了以太坊的”。同樣萬維鏈也沒有用，呂旭軍表示，Voucher共識的模式還在驗證階段：工程上Voucher信息的提交和驗證如果上鏈，需要耗費較高的鏈上資源并限制吞吐量；經濟上需要更合理的激勵機制讓Voucher成員積極參與并消極作惡。較為知名的跨鏈項目還有Cosmos和Polkadot，不過都未落地。在Cosmos中，不同空間通過IBC協議分別和“中心”通信，不同空間的信息包裹經過中心傳輸。為了保證傳輸無誤，一個證明需要被發布在接收方的區塊鏈上。接收方為了驗證這個證明，需要時刻了解發送方的區塊頭，類似側鏈采用的機制。Polkadot中繼鏈的區塊包含平行鏈的區塊頭，還有一些確認信息，以避免雙花。驗證人負責運營中繼鏈節點，并驗證平行鏈上的區塊；可能還會有一個收集人運行特定平行鏈的全節點，負責提交新區塊。萬維鏈暫時使用的方式，是哈希鎖定，也叫原子互換，主要是通過哈希時間鎖和密數讓雙方完成交易，不需要第三方公證人。這個方式通俗來說可以這樣理解：假設小明要轉10個ETH給小紅，小紅要轉10個wan給小明；小明在以太坊一智能合約里鎖了10個ETH加上一個密碼的哈希值，并置入條件：如果小紅在10小時內提供了密碼，合約驗證之后小紅就能獲得10個ETH，否則回滾；小紅在萬維鏈一智能合約里鎖了100個wan并把密碼的哈希值放在里面，并置入條件如果小明在5小時內提供了密碼，就能獲得100個wan；小明看到小紅在wan也鎖了錢，就憑密碼到wan上拿走了100wan；小紅也從wan上的合約中得知密碼，憑密碼到ETH合約中拿走10個ETH。我們可以把小紅換成萬維鏈的Storeman，用戶只需要在發起交易、釋放密數、撤銷交易的環節進行操作。對于參與跨鏈的Storeman，萬維鏈會提供專門的客戶端，客戶端根據協議進行無需值守的自動化運行。這是一個比較成熟的方案，閃電網絡用的也是這個，安全度高不過似乎應用場景比較少。如果是單純兩個用戶交換資產，其實哈希鎖定是個挺安全的方式，而且只靠哈希鎖定就能完成。這跟上面兩種不太一樣，哈希鎖定還能可以跟第一種結合使用，萬維鏈目前就是這么做；閃電網絡就是哈希鎖定+多簽。關于這三個不同技術的應用場景可以看看V神的總結。另外一個涉及到跨鏈的技術叫做多重簽名技術，有的項目也會采用分布式私鑰。比如閃電網絡中就利用了多重簽名，交易雙方需要對同一個交易簽名，交易才可以被確認。跨鏈的很多模式，都會涉及到一個作為“連接器”的網關，跨鏈網關主要負責讀取各自公鏈上的賬戶信息，共同對某賬戶下待跨鏈的數字資產鎖定與解鎖。為了安全，這個網關往往是一個多節點共同維護的中繼網絡和多簽名賬戶。有一定比例的節點參與了之后，才算完成簽名。阿希鏈用的是多重簽名技術。萬維鏈中用的安全多方計算+門限秘鑰的技術，Storeman必須共同參與計算才能生成鎖定賬號的公私鑰，而私鑰只是理論存在，從未出現在網絡中，而是以碎片的方式分散在各Storeman手中，交易時參與方要再次合力才能共同構造簽名，且互不泄露碎片。為了保證可用性，只需要一定比例的Storeman參與計算即可構造簽名。PS.有小朋友看了文章之后覺得錨定幣生成跟EOS主網映射有點混淆，關于這點我請教了一下MEET.ONE，他們表示，EOS映射是類似做快照，主網上線之后可以使用映射生成的私鑰登錄，在新主網上取回資產。大概是，Block.one開發了一個映射的以太坊智能合約。用戶如果要映射的話，需要使用EOS的工具生成一個秘鑰對，再調用合約上面映射的方法。以太坊的公鑰地址跟EOS的公鑰地址一一對應，對應關系存在了以太坊上，EOS主網啟動團隊把這些快照下載下來之后，在主網啟動之后按快照發放代幣。小明學習筆記鏈接：第一期：《小明學習筆記|一文看懂區塊鏈虛擬機》我是Odaily星球日報編輯盧曉明，探索真實區塊鏈，爆料、交流請加微信lohiuming，煩請備注姓名、單位、職務和事由。參考文章：Vitalik給R3提供的跨鏈技術報告下載：ChainInteroperabilityV神：區塊鏈跨鏈技術大規模應用將在一到兩年內爆發主流跨鏈技術深度解析解讀區塊鏈-跨鏈技術深入理解跨鏈技術區塊鏈的互操作性：CosmosvsPolkadot對話比特幣側鏈RSK：擴容且加入智能合約后的BTC能成為金融基礎設施嗎？跨鏈梳理之側鏈及OneLedger簡評BTCRelay項目解決區塊鏈跨鏈問題的中繼方案瑞波提出的跨鏈技術InterledgerProtocal(ILP)詳解Polkadot白皮書Cosmos白皮書區塊鏈學習基礎篇—簡單支付驗證SPV

幣安將上線ADA/TUSD、LTC/TUSD和TUSD/BUSD交易對:5月30日消息，幣安將于 5 月 31 日 16:00 上線 ADA/TUSD、LTC/TUSD 和 TUSD/BUSD 交易對，幣安現貨網格將于 ADA/TUSD、LTC/TUSD、TUSD/BUSD 現貨交易對上線后 48 小時內，開放現貨網格交易。[2023/5/30 11:47:46]

V神地址已拋售約30萬枚BITE:金色財經報道，據PeckShieldAlert數據監測，標記為“vitalik.eth”的地址拋售約30萬枚BITE。此外，該地址已轉移約200枚ETH到Kraken。[2023/3/19 13:12:42]

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VeChain基金會：將向遷移至VeChain的Terra開發者提供3萬美元資助:5月17日消息，VeChain（唯鏈）基金會在推特上表示，將向有意遷移至VeChain上的Terra開發者提供3萬美元資助。[2022/5/17 3:22:07]

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