ROL:HashKey 崔晨：解析公鏈多層結構趨勢和互操作性

從互操作性角度，波卡等原生型多層結構要優于Layer2等后天型，因為前者可實現信息流轉和智能合約調用。

撰文：崔晨，就職于HashKeyCapitalResearch審核：鄒傳偉，萬向區塊鏈首席經濟學家

區塊鏈技術應用一直以來都是人們最關注的話題，而作為承載應用的公鏈，其性能決定了應用的上限，關于公鏈的技術進展同樣受到關注。以太坊之后誕生的競爭公鏈，包括以太坊的升級，都致力于提高系統性能。在此前提下，多層結構在公鏈中成為眾多公鏈的選擇，例如多層架構和鏈下擴容方案。對于多層結構，層級之間的互操作性是實現可用的基礎，更重要的是位于不同層的資產要達到統一的安全性。本文主要對目前流行的多層區塊鏈結構進行分析，說明安全來源和互操作性問題。

公鏈多層階段的趨勢

公鏈及智能合約的誕生給區塊鏈應用提供了載體，但應用場景也受限于公鏈。區塊鏈大規模應用的障礙之一是可擴展性，即區塊鏈的性能。可擴展性會限制區塊鏈交易吞吐量，導致擁堵和交易費上漲，以太坊就常常面臨這個問題。擴容是解決網絡擁堵的根本方案，多層結構就是實現擴容的主要方式之一。通過多層結構，數據可以在不同的網絡分區并行處理，提高系統的處理效率。例如以太坊的Layer2擴容方案，以計算過程放到鏈下進行，最終結果傳回鏈上的方式，增強區塊鏈的信息處理能力。公鏈多層結構有不同的表現方式，有平行鏈和中繼鏈、分片、Layer2、主網和子網等。

公鏈中的數據和價值流轉需要主網出塊者達成共識，根據主網中的節點對多層結構是否感知，可以分為原生型多層結構和后天型多層結構兩種模式。原生型多層結構的例子是Polkadot，在設計之初就明確了信標鏈上的驗證者負責維護網絡安全以及平行鏈間的通信。在后天型多層結構中，主網對其他層級沒有感知，不負責其他層上的任何功能，需要各層自行保證資產安全。無論是哪種類型的多層結構，它們的作用都是在保證資產安全和互操作性的前提下，實現整個系統的擴容，提高公鏈的處理效率。

Decentralized Gaming Ventures完成一輪七位數融資，Hashed領投:6月15日消息，Web3游戲風投公司Decentralized Gaming Ventures完成由Hashed領投的一輪七位數投資，此次投資將通過收購獨立工作室并通過專門的指導、共同開發和獲得知識產品來支持其成功，加速東南亞地區新興游戲開發者的職業生涯。[2023/6/15 21:39:06]

公鏈多層結構的資產安全和互操作性問題

不同類型的公鏈結構在實現多層結構安全的方式有所不同，原生型多層結構需要上線時就對跨層機制和確保安全方面有完善的設計，在上線后很難改動。后天型多層結構會在主鏈的基礎上進行改動，自行保證安全并且不需要主鏈參與，實施發現缺陷后可以及時更迭技術，更為靈活。在保證不同層間安全的前提下，多層結構的互操作是可用性的基礎。與安全保證類似的，原生型多層結構中會預設跨層接口，而且互操作性的范圍更廣，后天型多層結構需要額外的橋連接才能實現跨片區的交互。

原生型多層結構

Polkadot

Polkadot是一種異構多鏈結構，表現為中繼鏈加平行鏈的方式，網絡中共有三個角色，驗證人、提名人和收集人。提名人可以將自己的DOT抵押給驗證人，驗證人負責維護中繼鏈，中繼鏈與多個平行鏈相連，每個平行鏈都會被分配一定數量的驗證人，收集人負責收集平行鏈上的信息并生成驗證證明發送給驗證人。應用全部運行在平行鏈上，在網絡需要擴容時，只需要增加平行鏈的數量。

圖1：Polkadot架構，內圈是中繼鏈，外面連接的是平行鏈

中繼鏈負責維護平行鏈的安全以及之間的信息傳輸，分別通過驗證證明和XCMP實現。平行鏈與中繼鏈共享安全的同時需要共享狀態，他們通過BABE和GRANDPA達成共識，只要超過三分之二的節點投票支持，區塊就可以被認為是最終性的。為了保證網絡安全，平行鏈中的信息會由驗證人證實已經執行過后，才會記錄到中繼鏈上。收集人向負責的驗證人提交候選區塊和狀態轉換的驗證證明，如果平行鏈區塊是無效的，則會被驗證人拒絕。最終是驗證人維護整體網絡安全，驗證人數量越多網絡越安全，與平行鏈上收集人的數量無關。轉化狀態證明的驗證必須使用驗證人儲存在中繼鏈上的已注冊的狀態轉換函數。為了防止驗證人和收集人共謀，驗證人會每隔一段時間進行隨機分配。

HashKey Group獲香港證監會批準，可開展虛擬資產場外交易業務(OTC):2月24日消息，數字資產金融服務提供商? HashKey Group（“HashKey”）宣布，其已獲得香港證券及期貨事務監察委員會（“證監會”）的批準，旗下? Hash Blockchain Limited (“HBL”) 可開展虛擬資產平臺外場外交易業務(OTC)。

該批準允許 HashKey 進行交易平臺以外的虛擬資產交易業務。當出現有關交易所未上架代幣的交易需求時，HBL 作為中介可以撮合雙方交易。該批準表明 HashKey持續致力于為其客戶提供安全可靠的交易環境，而證監會將確保在其管轄范圍內運營的公司遵守透明度、安全性和完整性的高標準。

據悉，HashKey Group 此前已獲得證監會的批準，可通過其子公司 HBL 根據 1 類（證券交易）牌照和 7 類（提供自動交易服務）牌照為專業投資者運營虛擬資產交易平臺。公司將持續致力于可持續增長，努力成為在全球范圍內享有聲譽并且完全合規的數字資產生態系統。[2023/2/24 12:27:22]

XCMP負責實現兩條平行鏈的互操性，通過中繼鏈上的驗證者解決信息跨鏈問題。XCMP由發送者和接收者組成，發送者的收集人會將跨鏈信息放入出站列中，負責的驗證者驗證后將其添加其進入接收者站列，接受者的收集人會看到這條信息后執行要求，并構建候選區塊。接收鏈上的收集人最后將區塊交給驗證者，經由驗證人驗證消息已經被處理后，納入中繼鏈完成一次跨鏈。中繼鏈既保證安全又協助跨鏈，因此Polkadot可以視為一個整體。

Cosmos

Cosmos通過Hub和Zone的形式來實現多層結構，網絡通過增加Zone實現擴容，Zone也可以成為Hub再連接上其他Zone。相對于來說，Zone就是網絡中的分片，Zone與Zone之間可以通過IBC協議實現通信。

Hashed聯合創始人：Web 2公司向Web 3轉移以尋找更多機會:金色財經聯合Coinlive現場報道，“Token 2049”峰會活動在新加坡舉辦，在題為 \"洞察整個亞洲加密貨幣格局 \"的圓桌討論中，Hashed的聯合創始人兼合伙人Ryan Kim解釋說，韓國的Web 2投資相當繁榮，現在Web 2公司有意向Web 3轉移，以尋找更多機會。游戲開發商、3A工作室和科技巨頭都在制作好的、合法的項目。他預見到這兩年會有更多的機會。最近發生的一個有趣的項目是一個去中心化的K-pop團體，大多數投資者對其感興趣。粉絲們可以通過鑄造NFT和投票來參與他們喜歡的團體的旅程。[2022/9/29 6:02:19]

圖2：Cosmos網絡架構

每個Zone和Hub都是一個獨立的區塊鏈，網絡的安全性由每條鏈自行維護，每條鏈上都設有獨立的驗證者節點，他們通過共識保障鏈上財產。Cosmos網絡多層結構交互獨立，這有別于Polkadot。在構建Zone時，Cosmos提供了模塊化的開發工具包CosmosSDK，允許開發者直接使用TendermintBFT共識算法。Tendermint的容錯率為三分之一，并且在共識時可以實現同一區塊高度上不會出現兩個區塊，避免了網絡分叉以此實現安全。

Cosmos中的Zone通過IBC機制進行信息交換，IBC類似于互聯網的TCP協議，目的是實現信息的可靠傳輸，需要共識算法的最終性防止雙花，Tendermint是最符合其要求的共識算法之一。在跨鏈實現前，雙方需要了解對方的區塊頭信息，相當于保存了對方的輕節點。發送方在鏈上執行相關操作后，會生成相關證明傳送給接收者。接收者驗證后發送者的操作后，會執行下一步驟。

后天型多層結構

對于后天型多層結構，原本就存在的區塊鏈結構稱為Layer1，后來在區塊鏈本身上搭建的多層結構稱為Layer2。并非所有鏈下方案都可以算作Layer2層，否則中心化交易所也能算作多層結構。只有在機制設計上能完全保證用戶資金安全的方案才可以歸入Layer2方案，例如狀態通道、Plasma、Rollup等。

LongHash：USDT折價或表明比特幣市場情緒弱:據LongHash文章分析，整個六月期間，Tether（USDT）都在以折價交易。一名用戶名Theta Seek的期權交易員稱，通常這意味著市場情緒較弱。可能目前比特幣市場上的中國買家較少。

全球經濟的不確定性，礦工方面的持續拋壓以及對USDT需求的減少，種種問題的疊加可能會導致比特幣市場情緒疲軟的看法。

Theta Seek 寫道：“另外，或許大家沒有注意到，USDT在過去幾天內始終在以折價交易。我通常把它視為市場情緒低迷的一種表現。在這種情況下，我認為市場出現了問題。”[2020/7/2]

狀態通道

狀態通道和閃電網絡類似，將交易轉移到通道中進行，等待通道內的交易結束后，再將資金轉移到主鏈上進行清算。為了保證交易雙方的資金安全，用戶可以隨時把資金撤走。在這種模式下，用戶每進行一次資金轉移都需要經過雙方簽名確認，最終版的簽名代表了通道內的最終狀態。用戶需要憑借雙方簽名的證明提出提現請求，如果一方用戶提交了請求，在規定時間內另一方拿出證明表明前者并非使用最新的交易結果，則提出質疑的一方獲得所有資金；否則按照提出方的結果進行分配。

雖然狀態通道的設置保證了資金安全，但影響了可用性和互操作性，而且狀態通道內很難實現智能合約。用戶無法對狀態通道外的人轉賬，只能與通道內的人交互。通道只允許雙方存在，如果想與其他人交易，只能再設立一個通道或者通過其他人作為路由節點進行交易。每條通道內都要鎖定一定資金，這樣的話影響全網的資金利用率，并且要求節點長期在線。

Plasma

Plasma由智能合約和默克爾樹結構組成，通過在以太坊主鏈上創建一條或多條子鏈實現擴容。每個Plasma子鏈都是由獨立的節點運營，他們可以通過不同于主鏈的共識算法驗證和產出區塊。運營者將交易數據以默克爾樹的形式儲存，并且將默克爾根發布到以太坊主鏈上，這樣其他人能快速驗證原數據是被儲存在Plasma鏈中。

動態 | 區塊鏈數字廣告XCHNG獲得Hashed投資:Kochava實驗室SEZC宣布，全球區塊鏈投資基金Hashed領投了區塊鏈數字廣告生態系統框架XCHNG。隨著Hashed的投資得到保障，XCHNG將擴大其他機構私募合作伙伴，并將繼續目前在建立OnXCHNG合作伙伴方面所做的努力，預計將于2018年第三季度推出沙箱測試。[2018/7/18]

用戶在Plasma鏈上的進入和退出需要智能合約處理，這個智能合約包括了狀態轉換規則，用戶可以隨時與智能合約交互自行加入和退出Plasma鏈。因此在檢測到Plasma鏈上運營者的作惡行為時，可以主動將資金退回到主鏈。在退出時，用戶除了要向以太坊提交期交易記錄的證明外，還需要提交保證金且有一定挑戰期的限制。如果用戶提交了錯誤的記錄，需要有人在挑戰期對其進行證明并扣掉他的押金。

與狀態通道不同，Plasma允許將子鏈中的資產發送給不在子鏈上的用戶，只需要用戶在子鏈中提現，所以在Plasma鏈上的資產與主網沒有互操作性。而且不同的Plasma鏈由不同智能合約設立，他們之間也很難實現資產跨鏈和互操作性。

ZKRollup

Rollup是一種鏈下解決方案，主網中的計算放到鏈下進行，將可驗證的結果傳回鏈上，并且能夠保證數據可得性。和Plasma一樣，在鏈下交易前也需要用戶將資金轉入Rollup地址中。ZKRollup的驗證者提交鏈下數據者需要附屬一個證明，其內容的正確性可以快速得到主鏈驗證。但有效性證明的成本與交易的復雜度有關，如果對智能合約的操作進行驗證，成本會劇增。因此ZKRollup很難支持通用智能合約，限制了它的使用場景。目前ZKRollup的研究團隊在開發適用在其上的標準智能合約。

Validium是一種類似于ZKRollup的技術，同樣通過有效性證明驗證交易。不同的是Validium的數據儲存在鏈下，需要運營者負責數據儲存。運營者的存在讓Validium更中心化，但有助于擴展鏈下效率，因此Validium更適用于低信任環境的高頻交易場景。

Rollup是主鏈上擴展出的Layer2層，目前只能實現跨層資產轉移，通過驗證證明的方式保證Layer2層的資金安全。由于資產跨到了Layer2層，所以很難實現跨層的智能合約調用。不同的Rollup之間也很難實現互操作，目前的跨鏈方案多為設立雙邊資金池的方式。

OptimismRollup

OptimismRollup與ZKRollup同樣采取了Rollup的方式，面臨相同的互操作問題。與ZKRollup的驗證證明方式不同，Optimism在保證資金安全上參考了Plasma模式，使用的是欺詐證明。鏈上信息發布者需要提交押金，并等待挑戰期。其他人可以在鏈上提交欺詐證明揭露發布者發布了錯誤的數據，如果屬實則會對交易進行回滾，并沒收發布者的押金。挑戰期結束前沒有人挑戰成功的話，就可以認為數據是正確的。即將上線的ArbitrumRollup是OptimisticRollup的一個變種，也設有挑戰期的限制。如果有人認為數據是有誤的，則要繳納保證金并提交證明，鏈上合約會對其進行仲裁。他們之間最大的差異在于上傳到鏈上的數據有所區別，在解決爭端時的鏈上成本會不同。OptimisticRollup會在鏈上執行一次完整的合約調用，消耗較高成本，ArbitrumRollup縮小其中的爭議范圍，降低了鏈上解決爭議的成本。

多層結構的區別與聯系

很多公鏈都呈現出多層結構，根據區塊鏈上驗證者對其他層是否感知，它們在實現方式上有所不同。對于原生型多層結構來說，除了資產之外，在虛擬機存在的情況下，還可以在不同層中實現智能合約的調用。在多層結構中實現更多的互操作性有利于擴大生態規模，實現模塊化的功能，節約開發成本，并且層級間的互通能夠提高資金利用率。后天型多層結構中主鏈驗證者不會響應Layer2層上的請求，不過Layer2層在非必要情況下也不會與主鏈進行交互，因為會占用主鏈資源，影響Layer2的擴容效果。由于沒有類似于原生型多層結構中的中繼者或達成統一協議，在Layer2之間實現互操作性是非常困難的。

后天型多層結構在資金安全問題上會涉及到更復雜的問題，需要用戶資產在鏈下能夠實現和主鏈相同的安全性。在目前Layer2的設計方案中，都保證了無論Layer2上是否存在驗證者，用戶在鏈下的資產都可以隨時提回鏈上，需要通過各種機制設計保證用戶資產的安全性。下表是對不同多層結構在互操作性、跨層方式和層中角色方面異同的總結。

表1：多層結構的異同

思考與總結

多層結構通常是公鏈實現擴容的方式，將原本在一條區塊鏈上交易的信息分散到多層中，通過并行處理提高效率。多層結構有兩種表現方式，原生型和后天型，他們在驗證者對多層結構的感知上有所區別。

在原生型和后天型多層結構中，信息通過不同的方式進行跨層傳遞。原生型多層結構例如Polkadot和Cosmos分別通過中繼鏈和協議的方式實現跨層，對多層結構有嚴格的限制，Polkadot要求平行鏈的結果由中繼鏈共識決定，Cosmos要求使用IBC協議的雙方達成一致的共識安全，例如雙方都使用Tendermint算法。Polkadot中繼鏈的驗證者負責平行鏈的信息傳遞和資產安全，可以將多層視為整體。Cosmos的多層結構則較為獨立，每層均有獨立的驗證者。后天型多層結構只能通過資產映射的方式進行跨層，映射資產的安全性源自用戶可以自行加入和退出Layer2，保證用戶掌握控制權。為了實現鏈下交易與主鏈同等的安全性，不同Layer2方案設計了各種機制。例如狀態通道中需要用戶交易后更新簽名狀態，Plasma將原始數據的默克爾根發布在主網上，Rollup將壓縮后的交易傳回主網，交易方或第三方可以直接驗證。

在更廣義的互操作性上，原生型多層結構要優于后天型，因為他們可以實現信息流轉及智能合約的調用。而后天型多層結構中由于信息源自鏈下，主鏈上驗證者沒有感知，在Layer2和驗證者之間不會存在直接交互。對于不同Layer2而言，由于都是從主鏈上延展出的結構，跨層互操作性的難度不亞于兩條異構鏈之間互操作。目前實現的資產跨層是雙邊資金池的方式，距離真正的互操作性還差很遠。總之在區塊鏈應用大規模部署前，多層結構依然是公鏈的趨勢，接下來還將在互操作性以及生態擴展方面進行完善。

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