ARB:詳解三大主流跨鏈技術方案

隨著區塊鏈技術的蓬勃發展，數量龐多的區塊鏈項目隨之涌現，并形成了具有不同特點、 針對不同應用場景的區塊鏈網絡。越來越豐富的技術棧組合支撐起了區塊鏈的蓬勃生態，但也造成了不同項目之間的異構性，使其承載的交易數據和經濟價值很難在生態內自由地流轉，跨鏈逐漸成為行業的剛需。

所謂跨鏈，指的是通過特定的技術方案在不同（同構或者異構）區塊鏈之間實現安全的信息互通與價值轉移，賦予其互操作能力。

一次成功的跨鏈拆分為以下三個步驟：

用戶的源鏈地址發送一筆轉賬到該鏈上的某接收地址

該轉賬的有效性通過驗證，并觸發目標鏈上的交易

目標鏈上的某地址向用戶指定的收款地址發送一筆轉賬

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

Multichain宣布將支持ARB在Arbitrum One、Arbitrum Nova和Ethereum之間任意跨鏈:3月23日消息，跨鏈路由協議 Multichain 宣布將在 ARB 上線第一時間搭建其在 Arbitrum One, Arbitrum Nova 和 Ethereum 之間的跨鏈橋，并且為了優化用戶體驗，增大流動性池，推出了第一周流動性挖礦計劃，每日釋放 1000 ARB。用戶添加 ARB 流動性并完成質押，就可以獲得流動性激勵，活動預計 3 月 24 日上線。[2023/3/23 13:22:08]

公證人

在行業初期，區塊鏈技術的難點主要在于提升單鏈的性能，但隨著PoS以及拜占庭容錯算法的應用，很多區塊鏈的峰值TPS已經能夠很好地支撐起用戶的需求，基礎設施日趨完整。于是，更多的用戶開始注意到區塊鏈所帶來的金融市場的范式轉移，并參與區塊鏈生態的建設。

報告：2022年美SEC共進行30起加密執法行動，較21年增加50%:1月18日消息，根據咨詢公司Cornerstone Research的一份新報告，美國證券交易委員會（SEC）去年提起的加密相關的執法行動數量創下新高，達30起，比2021年增長了50%。

該公司發現，最常見的指控是欺詐和未注冊的證券。在這30起執法行動中，70%指控欺詐，73%指控未注冊的證券發行，50%指控兩者。此外，報告顯示，在2013年至2022年的127次執法行動中，SEC在56次行動中得到了外部機構和組織的協助。（TheBlock）[2023/1/18 11:18:22]

由此，催生了一個受信的第三方來協調跨鏈操作，這類受到信任的第三方公證人，在跨鏈流程中負責跨鏈消息的驗證和轉發。根據簽名方式的不同，可區分為單簽和多簽。單簽名公證人又稱作中心化公證人，通過指定單一的節點／機構為公證人角色，在轉賬過程中收集源鏈的交易數據、驗證交易有效性、并通過數字簽名來啟動目標鏈的交易執行。單簽模式簡單，且兼具較高的處理速度。但是其缺點也顯而易見，即單一節點的故障或者作惡，會導致該跨鏈交易系統的崩潰，使跨鏈服務不再可用。

礦企Core Scientific 9月產出1213枚比特幣，并出售1576枚比特幣:10月6日消息，比特幣礦企Core Scientific宣布，9月份共挖出1213枚比特幣，環比減少9%。此外，Core Scientific以20460美元的平均價格售出1576枚比特幣，總收入為3220萬美元。截至9月30日，Core Scientific持有1051枚比特幣和2950萬美元的現金。（Businesswire）[2022/10/6 18:41:02]

哈希時間鎖

區塊鏈2.0的出現，第一次為智能合約提供了可靠的去中心化的執行環境，并在無信任的條件下，實現了資產的自動化管理。簡單來說，智能合約是由代碼控制、提供讀寫接口實現信息交互，并根據交互信息觸發特定操作的自動化協議。區塊鏈2.0最了不起的創新之處在于，它實現了一個無需任何信任條件的執行環境，使得任何智能合約的部署、交互與執行都不再依靠權威授信的第三方。

CoinShares：上周數字資產投資產品資金流出總額為6300萬美元:9月13日消息，據CoinShares周報數據，上周數字資產投資產品資金流出總額為6300萬美元，是連續第五周流出。流出的規模仍然相對較小，過去5周總計9900萬美元。其中，以太坊投資產品上周資金流出總計6200萬美元，盡管合并的確定性有所提高，這可能凸顯了投資者對事件可能不會按計劃進行的擔憂。比特幣投資產品連續第5周資金外流，總計1300萬美元，而做空比特幣的投資產品資金流入總計1100萬美元，突顯出持續的負面情緒。 其他加密貨幣投資產品的資金流入總額為100萬美元，Polygon和Cardano排名前2位，各為40萬美元。[2022/9/13 13:26:04]

于是，通過智能合約部署的哈希時間鎖實現了另外一種跨鏈技術。具體流程如下：

比特幣與標普500指數之間的90天相關性回升至0.59:金色財經報道，根據TradingView的數據，比特幣與標準普爾500指數之間的90天相關性回升至0.59，這意味著比特幣與傳統股票之間的聯系，尤其是科技股，再次變得更加緊密。

相關性高于0.5被認為強度中等，高于0.7代表相關性非常強，0.3和-0.3之間代表較弱的相關性。此前6月中旬的拋售導致高風險資產價格暴跌期間，在投資環境惡化的情況下，比特幣與標普500指數的相關性達到0.9，但該值隨后穩步下降，在9月5日跌至0.44。[2022/9/10 13:20:29]

跨鏈交易的發起者選擇一個保密的隨機S，然后計算得到該隨機數的哈希值h=Hash（S），并將h給跨鏈交易的響應者

發起者和響應者在各自的區塊鏈上將待交易的資產鎖在智能合約中，上鎖信息為h，解鎖密鑰為隨機數S，鎖定期限分別為T1和T2，其中T1必須晚于T2,，解鎖人分別設置為對方的賬號

發起者在時刻T2范圍內，通過公布S    來獲得響應者鎖定在合約中的資產 ，若超時未取則合約將自動退還資產給響應者

響應者在發起者公布S之后，依然存在不少于T1-T2的時間窗口，去解鎖屬于他的資產，若超時未取則資產自動退還給發起者

哈希時間鎖的出現，很好地解決了跨鏈交易中的信任問題。只要發起者保護好私密的隨機數是，以及時間窗口T1-T2足夠使得響應者解鎖資產，雙方無需任何信任便能實現一次成功的跨鏈交易，可以說是實現了真正的去中心化跨鏈交易。

應用哈希時間鎖的前提是，實現互操作性所涉及的兩條區塊鏈必須支持同一種哈希函數，以及該哈希函數足夠安全。前者是工程選擇問題，新興項目開始傾向于選擇主流的哈希函數；后者是密碼學問題，目前在區塊鏈行業得到應用的哈希函數，例如SHA256 和Keccak-256，都還沒有被發現安全隱患。

鑒于人類在數論和量子計算的持續研究，可能在不遠的未來，黑客可以利用新發明的數學工具或者計算技術來完成對當前哈希函數的攻擊。到那時，密碼學家們就該設計出更安全的哈希函數了。密碼學大廈就是在這樣的矛盾攻守之中，一點點地被構建得更加安全牢靠的。

中繼模式

中繼是對跨鏈操作的一種抽象，跨鏈流程中的信息驗證問題被抽象成中繼層的共識問題，在此抽象層上可以開發出一條獨立的區塊鏈，具有了更好的可擴展性。作為跨鏈交易的賬本，在跨鏈操作中出現了第三條區塊鏈，即中繼鏈。

在此模式中，存在一系列的中繼節點被部署在各個區塊鏈網絡中，負責監控和同步該區塊鏈的交易數據到中繼鏈。中繼鏈的共識節點驗證跨鏈交易的有效性，并觸發對應交易的執行。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基礎設施，服務更多有跨鏈需求的項目。

一次典型的中繼跨鏈操作，如上圖所示：

用戶在源鏈發起跨鏈交易請求

中繼節點監測并搬運該交易信息至中繼鏈

中繼鏈共識節點驗證交易的有效性

驗證通過以后，共識節點構造對應交易

多數共識節點對交易進行簽名，組成簽名集合

中繼節點監測共識節點產生的交易及簽名

中繼節點搬運該交易至目標鏈，等待執行

中繼鏈的共識算法決定著跨鏈服務的性能和安全性，經典的拜占庭容錯算法，例如PBFT，能夠在大多數節點正常工作的條件下，實現較高的處理速度。改進版的拜占庭容錯算法，例如HotStuff，進一步減少了通信復雜度，支持更大規模的節點參與共識。

中繼鏈作為工程復雜度較高的技術方案，實現難度大，但是其優勢也很明顯。中繼鏈搭配智能合約，能組成跨鏈服務網絡，用一條中繼鏈可以溝通多條區塊鏈之間的信息，實現更大范圍的價值轉移。

作為剛需，跨鏈解決方案必然伴隨著區塊鏈行業的發展持續改進，而跨鏈技術為資產所賦予的流動性也必然為更多優秀的項目注入增長動力，彼此互惠。對跨鏈技術演進的持續關注，可以幫助我們更好地理解整個行業的變化

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