BSP:區塊鏈想要規模化發展 跨鏈是必然選擇

“如果世界上只有一條區塊鏈，也許不需要跨鏈；然而我們擁有的，卻不僅僅是一條區塊鏈。”

1969年，互聯網（internet）誕生，隨著聯網通信協議的異構、聯網設備數量的增加，跨網互操作成為趨勢；于是TCP/IP協議出現，使得能夠跨越不同子網、互聯互通的互聯網（Internet）最終成為全球性基礎設施。

2000年，數據中心概念開始走熱，隨著IDC機房數量和規模的快速增長，跨數據中心互操作成為趨勢；于是軟件定義廣域網（SD-WAN）技術被跨數據中心的網絡互連和資源調度。

2006年，云計算概念正式提出，隨著云計算產業快速發展、上云上平臺用戶不斷增加，跨云互操作成為趨勢；于是混合云及多云解決方案出現，用戶可以選擇在不同云平臺間切換；

2008年，第一條區塊鏈——“比特幣”悄然誕生。截至2020年，根據加密貨幣行情網站CoinMarketCap統計，僅各類加密貨幣類區塊鏈系統就已超過5600種（不包括聯盟鏈和私有鏈實現）；而開源社區Github上涉及區塊鏈項目的數量達到6萬多個。“萬鏈共存”，使得跨鏈互操作再次成為趨勢，將通過解決不同區塊鏈系統中資產、數據和業務的互操作，構建互聯互通的全球規模化區塊鏈產業生態。

目前，全球學術界和產業界都在對區塊鏈跨鏈互操作開展研究。從技術維度和應用維度出發，研究者們給出了不同的定義。

中國畜牧業協會劉強德：需要建立基于區塊鏈技術的畜牧產品追溯體系:近日，在“2020農牧數智生態發展論壇”上，中國畜牧業協會智能畜牧分會秘書長劉強德表示，應該建立產品的追溯體系。但傳統的追溯體系無法解決消費者的信任危機，而是需要通過基于大數據（Bigdata），以區塊鏈技術（Blockchain)為支撐的追溯體系。區塊鏈的去中心化，多點分布式記賬，不可篡改等特點，實現了多方共同記錄溯源信息，消費者可查詢驗真，并且可以實現保證商業隱私的同時，支持全流程交易歷史記錄的審計、回溯。（農博網）[2020/11/12 12:24:22]

技術維度認知：美國國家標準技術研究所（NIST）認為跨鏈偏重于數據共享，“一個互操作區塊鏈架構是由可區分的區塊鏈系統組成，每個區塊鏈系統代表一個唯一的分布式數據帳本，其中執行原子交易可能跨越多個異構區塊鏈系統，并且記錄在一個區塊鏈中的數據可以被另一筆外部交易以語義兼容的方式訪問、驗證和引用。” 澳大利亞天主教大學（ACU）認為跨鏈更強調功能的觸發和執行，“跨鏈互操作不是將狀態直接更改為另一個區塊鏈系統；相反，是在另一個系統上觸發一些功能集，而這些功能集有望在其自己的網絡內執行操作。”

應用維度認知：以太坊創始人Vitalik認為跨鏈是一種具體應用能力，“區塊鏈互操作主要指兩條區塊鏈之間進行資產轉移、支付或信息交互的能力。” 法國里昂第一大學（UCBL）研究者認為跨鏈應用范圍不僅限于區塊鏈間，“區塊鏈的互操作性有三種類型，一是不同區塊鏈之間的互操作性，二是使用同一區塊鏈的去中心化應用（DApp）之間的互操作性，三是互操作性區塊鏈和其他技術（例如與企業系統的集成）”。

動態 | 通用汽車金融子公司利用區塊鏈技術防欺詐:據Coinjournal報道，通用汽車金融公司（GM Financial）正在探索利用區塊鏈技術來改善數據管理標準，并幫助解決關鍵的汽車金融行業問題，如身份驗證和合成身份欺詐。GM Financial已加入Spring Labs的Spring Founding Industry Partners（SFIP）計劃，該計劃正在研發和實施基于區塊鏈的Spring Protocol。[2019/2/12]

跨鏈技術應用場景主要包括三個方面，即資產互換與轉移、數據共享、業務協同。

1. 資產互換與轉移

諸多的公鏈項目誕生了數量龐大的數字資產，不同數字資產之間如何交易和兌換，一直都是跨鏈技術重要應用場景。資產的互換與轉移包括公鏈數字資產（通證）互換、聯盟鏈或者私有鏈鏈下資產數字化上鏈后的資產互換或者轉移。這里的鏈下資產可能包括黃金、石油這些有形資產，也可能是證券、股票這些無形資產。隨著區塊鏈應用場景的延展和聯盟鏈的高速發展，數字資產之間互換已經不能滿足人們對區塊鏈技術寄予的期待，國家數字貨幣為代表的主權公鏈以及傳統資產上鏈為代表的商業聯盟鏈的出現，對跨鏈需求中資產互換提出了更細致的需求。

2. 數據共享

這里的數據包括存證數據、數據操作的鏈上憑證等存儲在鏈上的證據數據，及索引數據、原始數據等存儲在鏈下的檢索數據。不同于傳統數據共享時系統可以容納的海量數據，區塊鏈系統中存儲的數據需要由區塊鏈完成背書。但由于不同區塊鏈系統的數據格式、存儲方式、背書方式等存在差異，導致存證和憑證數據無法在不同系統中互認。

政策 | 長沙政府發布《關于加快區塊鏈產業發展的意見》:據長沙晚報消息，長沙市政府辦公廳日前發布《關于加快區塊鏈產業發展的意見》，未來三年，長沙將加強核心技術攻關、推進典型示范應用、構建產業發展生態、提升風險防控能力，匯聚一批區塊鏈企業、集聚一批區塊鏈專業人才、打造一批創新研發平臺、突破一批區塊鏈關鍵技術、培育一批基于區塊鏈的新興業態，打造全國有影響力的區塊鏈產業集聚地和示范應用基地。[2018/12/20]

3. 業務協同

指在不同區塊鏈系統相關業務場景下實現業務數據的共享、業務邏輯的互聯、業務范圍的互補。隨著聯盟鏈不斷的發展，承擔相同業務能力的企業級聯盟鏈數量逐漸增加，同一業務場景下的業務數據、業務邏輯和業務范圍被割裂在不同價值體系的區塊鏈內，亟需擴展不同區塊鏈的業務協同能力。

跨鏈技術的關鍵問題研究，如圖1所示，可以分為兩條路徑： 

圖1  跨鏈研究的關鍵問題和技術路徑

1. 雙鏈互操作

跨鏈事務管理。跨鏈事務是指由若干個在各自所屬區塊鏈系統中的子交易所組成的一個完整跨鏈交易。簡單來說，就是完成一次跨鏈所有相關方操作的總和。之所以要進行跨鏈事務的管理，主要是保證跨鏈交易的原子性和一致性。原子性指一次完整跨鏈交易所有子交易要么都發生、要么都不發生，不能只發生一部分；一致性指整個跨鏈系統中，不同區塊鏈系統間需要保證存儲數據一致性。如果一次跨鏈交易不能滿足原子性和一致性，將出現兩條鏈狀態不一致，例如A鏈已經確認和B鏈相關交易，但B鏈卻沒有完成此筆交易，那么A鏈就將產生損失。

聲音 | 物數CTO黃勝：區塊鏈可解決工業安全和可信問題:金色財經現場報道，物數CTO黃勝在今日舉行的主題為“區塊鏈助力工業升級與提效”的工業區塊鏈論壇上，從區塊鏈技術、應用案例和場景等方面分享了區塊鏈實際應用案例，他表示：工業行業對安全的要求較高，而區塊鏈可以解決工業的安全和可信問題，工業互聯網本身就基于區塊鏈平臺的。[2018/10/10]

交易驗證機制。跨鏈交易真實性和有效性驗證可以分成三個階段：跨鏈數據傳輸階段、原鏈對交易的確認階段以及接收鏈對原鏈確認后的交易驗證階段。在跨鏈數據傳輸階段，需要獲取/收集原鏈的數據，保證數據完整性和可驗證性；在原鏈對交易的確認階段，原鏈的共識效率影響了跨鏈交易最終確認的速度（例如比特幣的交易要等待6個區塊才能大概率確認，這種類POW算法具有概率確認性，但是類PBFT或者類DPOS算法可以較快完成最終確認性）。在接收鏈對原鏈確認后的交易驗證階段，接收鏈對原鏈已經確認過的交易進行驗證，從而判斷原鏈聲稱的跨鏈交易的真實性和存在性。

2. 多鏈互操作

多個區塊鏈系統如何同時實現互聯互通是跨鏈互操作關鍵問題。一是區塊鏈網絡，依照自上而下的設計原則，重點設計網絡交互協議及交互模式，試圖構建通用跨鏈協議實現區塊鏈的“互聯網”，未來符合網絡協議和跨鏈標準的區塊鏈可以實現無縫接入，例如Cosmos的跨鏈傳輸協議，幫助多鏈之間實現區塊鏈機制層級互操作；二是跨鏈平臺，依照自下而上的設計原則，重點研究已有區塊鏈系統特性，開發能實現多鏈互聯的中間件，例如趣鏈跨鏈網關和區塊鏈適配器，或者波卡平行鏈等，幫助多鏈之間實現區塊鏈語義層級互操作。

A股區塊鏈概念股開盤下跌:A股今日開盤區塊鏈概念股板塊跌幅0.19%，個股方面23家上漲，31家下跌，漲幅排名前三的是廣電運通（+2.4%）、創維數字（+1.69%）、新晨科技（+1.20%）。[2018/5/9]

為打破不同區塊鏈體系的價值壁壘，近年來，國內外知名區塊鏈團隊紛紛發力跨鏈項目。

1. 國際跨鏈平臺

Cosmos跨鏈平臺：由Tendermint團隊于2017年發起，并于2019年3月上線主網。Cosmos項目注重不同區塊鏈間的連接，重點開發跨鏈傳輸協議（Inter Blockchain Communication，IBC），試圖規范鏈與鏈之間的通信標準，目前已經完成78%工作量。

Polkadot跨鏈平臺：由Web3基金會于2016年支持發起，并于2020年5月發布主網候選鏈。Polkadot項目注重區塊鏈主鏈能力，試圖打造一條“全能”區塊鏈用于統一管理各鏈的運算和共識，這種異構多鏈交互架構可以讓接入的區塊鏈更關注自身業務能力發展。

2. 國內跨鏈平臺

Wanchain跨鏈平臺（萬維鏈）：由網錄科技于2017年孵化，并于2018年1月上線主網。萬維鏈注重為不同區塊鏈系統提供資產互換或轉移，采用異構鏈的跨鏈框架，結合安全多方計算和門限秘鑰共享技術，緩解驗證人中心化問題。

BitXHub跨鏈平臺：由趣鏈公司于2019年發起，并于2020年3月開源核心代碼。BitXHub項目注重通用跨鏈傳輸協議（IBTP）開發，通過在中繼鏈部署交易驗證引擎，結合交易驗證規則注冊機制，提供可插拔的跨鏈驗證機制。在跨鏈數據傳輸和異構鏈適配方面，BitXHub項目設計多層級路由架構和跨鏈網關，實現跨鏈交易數據的高效路由。

Wecross跨鏈平臺：由微眾公司于2020年發起，目前代碼已全部開源。Wecross項目注重于通用的網絡交互協議及統一的交互模式研究，提出異構鏈互聯協議（HIP）和通用區塊鏈接口（UBI），實現主流塊鏈平臺間的簡單適配和快速連通。

可信跨鏈平臺（BCP）：由百度公司于2020年推出，目前已開源非事務寫入性跨鏈方案。BCP支持在合約代碼中使用“跨鏈原語”，讓鏈與鏈輕松對接，特別關注跨鏈尋址協議及鏈名解析合約的開發，為不同鏈上的資源分配地址，實現不同區塊鏈資源快速定位。

如表1所示，主流跨鏈平臺集中出現于2016-2020年間。在跨鏈事務管理方面，國內平臺多已推進實現計劃，后期將逐步支持事務性跨鏈功能；在交易驗證機制方面，多采用類似超級賬本的背書機制或默克爾證明；在多鏈互操作方面，鏈間的消息傳輸協議和中繼鏈跨鏈能力是開發重點，且大多數平臺支持異構鏈的跨鏈。

表 1  國內外跨鏈平臺對比分析

跨鏈應用場景單一，業務協同是目標。當前已完成開發或開源的跨鏈方案主要是以資產互換或轉移為主，但在基于區塊鏈的加密數字貨幣類系統中受到底層經濟價值模型的復雜邏輯干擾，在非代幣類的區塊鏈系統中難以滿足應用需求，導致跨鏈并沒有實現大規模推廣。未來實現不同鏈間的數據共享和業務協同，將是跨鏈未來應用場景落地的主要目標。

技術路線尚未統一，融合發展是趨勢。發展初期，跨鏈技術實踐的側重點有所差異，一部分跨鏈項目（例如Cosmos）更強調跨鏈協議開發，另一部分跨鏈項目（例如Polkadot）更側重中繼鏈能力提升。側重點差異實際上反映了跨鏈平臺建設者的認知不同，充分融合跨鏈系統兩大關鍵元素是未來真正實現跨鏈互通的必然選擇。

項目開發進展延期，技術挑戰是關鍵。跨鏈平臺建設自2016年大規模發起以來，目前除了少數用于資產互換或轉移類的平臺實踐取得了初步進展，其他具體應用場景尚未完成事務性跨鏈方案發布或者開源。未來各項目競爭點主要在于事務性跨鏈能力的落地實現。

作者簡介

朱斯語：中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所區塊鏈研究員，主要從事區塊鏈技術研究。

池程：中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所技術研究部副主任，主要從事工業互聯網標識解析、區塊鏈等研究，并為中央部委、地方政府、工業互聯網企業提供專業咨詢。

劉陽：中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所副總工程師、工業互聯網產業聯盟標識組主席，主要從事標識解析、區塊鏈、數據服務等研究，組織設計工業互聯網標識解析體系頂層架構，牽頭多項國家重大科研和產業化項目，參與制定相關國際標準、行業標準。

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