區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

TX Labs 李步天

我國區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)歷了十幾年的深入開發(fā),已經(jīng)建立起具備各種特性、廣泛應(yīng)用于不同工作環(huán)境的區(qū)塊鏈體系。但由于國際間區(qū)塊鏈體系的不兼容性以及鏈與鏈之間的高度異構(gòu)性，造成了區(qū)塊鏈之間的數(shù)據(jù)價(jià)值傳遞、信息傳輸?shù)确矫娴目萍颊系K。而國際區(qū)塊鏈的跨鏈發(fā)展，也正是促進(jìn)了區(qū)塊鏈技術(shù)互連與貫通、提高了區(qū)塊鏈技術(shù)互操作度和擴(kuò)展能力的關(guān)鍵措施。關(guān)于區(qū)塊鏈間跨鏈信息技術(shù)交互難的問題，文章對區(qū)塊鏈的跨鏈信息技術(shù)的發(fā)展趨勢與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用展開研究，著重介紹了區(qū)塊鏈跨鏈的技術(shù)原理，剖析了當(dāng)前跨鏈信息技術(shù)中存在的科技困境，總結(jié)了當(dāng)前跨鏈信息技術(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域，論述了當(dāng)前跨鏈信息技術(shù)中存在的挑戰(zhàn)與未來的科技發(fā)展走向。

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的帶動下，區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷地延伸，區(qū)塊鏈所存在的問題也暴露了出來。當(dāng)前，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中都是異構(gòu)的，并且相互之間沒有聯(lián)系，這樣一來，導(dǎo)致大量的區(qū)塊系統(tǒng)成為了價(jià)值孤島，每個區(qū)塊鏈之間無法進(jìn)行有效的價(jià)值交流，這也嚴(yán)重制約了區(qū)塊鏈功能拓展和未來的發(fā)展。本文通過闡述當(dāng)前區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用情況，在研究過程中剖析跨鏈技術(shù)在發(fā)展過程以及跨鏈方面存在的主要問題，旨在為區(qū)塊鏈技術(shù)人員提供有價(jià)值的參考，以此來推動區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展。

1 區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)分析

1.1 跨鏈的產(chǎn)生

區(qū)塊鏈技術(shù)的高速發(fā)展，導(dǎo)致各區(qū)塊鏈項(xiàng)目之間對技術(shù)要求不斷提高，對區(qū)塊鏈技術(shù)中跨鏈交互的發(fā)展有著一定推動作用。而區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域在交付管理能力和可擴(kuò)展性等領(lǐng)域也一直影響著區(qū)塊鏈大規(guī)模的實(shí)施使用。怎樣攻破基礎(chǔ)公鏈特性和能力障礙，完成高吞吐量與跨鏈互操作性于一身的區(qū)塊鏈體系就成了當(dāng)前區(qū)塊鏈領(lǐng)域研發(fā)的重心。在服務(wù)特性層面，隨著區(qū)塊鏈從單鏈逐步快速發(fā)展為多鏈整合，在進(jìn)行了對原有的工作量證明與共識機(jī)理的逐步完善和優(yōu)化之后，在比特幣和以太坊的基本框架上，產(chǎn)生出了以實(shí)用的拜占庭容錯方法和委任權(quán)益證認(rèn)識計(jì)算為內(nèi)核的聯(lián)盟鏈和辦公鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而完成了TPS(系統(tǒng)每秒辦理的業(yè)務(wù)數(shù))由個位數(shù)飛躍到百萬級的技術(shù)突破，但是，一定程度上也弱化了區(qū)塊鏈技術(shù)“去中心化”的特點(diǎn)；所以，在實(shí)際當(dāng)中使用區(qū)塊鏈技術(shù)要堅(jiān)持去中心化的設(shè)計(jì)理念，保持教好的服務(wù)交付性能。在服務(wù)功能上，區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新研究、智慧合約的不斷完善和優(yōu)化，同時在數(shù)字化時代發(fā)展影響下，大部分的公司級的商業(yè)區(qū)塊鏈建設(shè)項(xiàng)目已經(jīng)建立并成功執(zhí)行。這樣一來，為一些規(guī)模較大、涉及內(nèi)容較多的垂直辦公鏈帶來更新的基礎(chǔ)設(shè)施以及業(yè)務(wù)體系。為推動區(qū)塊鏈項(xiàng)目在不同領(lǐng)域的有機(jī)結(jié)合，提高區(qū)塊鏈間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和利益之間的自由土地流動，部分公司為了提高自身的業(yè)務(wù)能力和利益，對跨鏈交互技術(shù)需求非常迫切，這也就延伸出了跨練技術(shù)。

1.2 跨鏈技術(shù)的發(fā)展歷程

跨鏈技術(shù)最早在比特幣出現(xiàn)時就已經(jīng)得到了初步發(fā)展，此時正在致力于從單鏈擴(kuò)展到中鏈與跨鏈平臺的多鏈共管的研發(fā)中。區(qū)塊鏈的初期發(fā)展中，區(qū)塊鏈都是以單鏈的形態(tài)存在并發(fā)展的，而且因?yàn)閱捂渻?yōu)化和信息化改進(jìn)的特點(diǎn)，因此處理起來非常麻煩，甚至是完全不可能的。在實(shí)際中使用要求跨鏈技術(shù)開發(fā)到真正使用的發(fā)展歷程中，在實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈互操作性、信息交換性能以及可擴(kuò)展性等方面，均實(shí)現(xiàn)了一定的重大突破。目前，學(xué)者們正在圍繞著命名技術(shù)、身份驗(yàn)證與通信協(xié)議、跨鏈?zhǔn)聞?wù)一致性管理等領(lǐng)域，展開更深入的探討和深入研究[1]。

1.3 跨鏈技術(shù)的類型

按照交換鏈的不同類型和交換鏈的核心技術(shù)，把交換鏈的相互作用方式分成了均勻鏈和非均勻鏈。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)理、安全機(jī)理、一致性算法、塊形成和驗(yàn)證邏輯等方面都是相同的，所以，異構(gòu)鏈間的跨鏈交換也比較簡單。但是，在實(shí)際使用中，越來越多的問題是通過不均相鏈內(nèi)部的各種相互作用展開的。不均相鏈和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)造之間存在著巨大的差別，導(dǎo)致不均相鏈內(nèi)部的相互作用越來越復(fù)雜。在當(dāng)前，無論是等距的同構(gòu)鏈跨鏈或是異相鏈跨鏈，所需要處理的最基本的問題就是鏈間資產(chǎn)的相互轉(zhuǎn)換與資本的兌換。在具有跨鏈交換的原子性下，當(dāng)目標(biāo)鏈中的所有資產(chǎn)都被鎖定時，交換資產(chǎn)被重置為與目標(biāo)鏈中的固定資產(chǎn)等價(jià)的價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)對鏈上的交換價(jià)值，或者由于交換而導(dǎo)致鏈上固定資產(chǎn)數(shù)量的變化。資產(chǎn)交換是指固定資產(chǎn)的交換，在每一個固定資產(chǎn)鏈中保持一定數(shù)量的固定資產(chǎn)。同步改變交互鏈間對鏈上資源的使用權(quán)，并以此實(shí)現(xiàn)在區(qū)塊鏈內(nèi)資源交換的目的。目前，在異構(gòu)鏈上的跨鏈方式大致包括了區(qū)塊監(jiān)聽、不直接交換以及與第三方協(xié)作交換。

2 跨鏈技術(shù)的困境

通過建立和實(shí)施多個區(qū)塊鏈項(xiàng)目，以促進(jìn)各行業(yè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目的聯(lián)合開發(fā)，克服不同基本區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)的互操作性、不同類型結(jié)構(gòu)的相互識別、不同類型接口協(xié)議的互操作性，互操作性和訪問問題在不同安全方法和不同服務(wù)方法的影響下，跨鏈項(xiàng)目逐漸形成了當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)的主要突破領(lǐng)域。鑒于跨鏈的技術(shù)研發(fā)起步相對較晚，以及目前中國區(qū)塊鏈的跨鏈技術(shù)研發(fā)還處在萌芽狀態(tài)，面對的各大風(fēng)險(xiǎn)問題，跨鏈技術(shù)的研究與開發(fā)還存在著不同的發(fā)展困境，主要表現(xiàn)在如下一些領(lǐng)域。

2.1 跨鏈?zhǔn)聞?wù)管理問題

跨鏈技術(shù)在進(jìn)行鏈內(nèi)的轉(zhuǎn)讓與交換的處理過程中需要避免“雙花”現(xiàn)象，即使交換可以同時進(jìn)行或同時失效，也要確保鏈內(nèi)交換雙方的賬冊數(shù)據(jù)同時變更且保證跨鏈業(yè)務(wù)的統(tǒng)一性。在一個跨鏈交易中通常涉及許多子交易，由這些子交易一同組織其一項(xiàng)業(yè)務(wù)，但是不同的子交易都是相對獨(dú)立的運(yùn)行在不同的區(qū)塊鏈體系，處理跨鏈?zhǔn)聞?wù)的工作人員會保證每個子交易完成之后，子交易依然能夠順利進(jìn)行，若是其中一個子交易出現(xiàn)失誤，便要回滾并撤銷上一個的交易。因此，處理跨鏈?zhǔn)聞?wù)的工作人員在進(jìn)行跨鏈交易時要保證交易的成功原子性，這也是跨鏈服務(wù)中亟待解決的技術(shù)難題。

2.2 跨鏈交易驗(yàn)證問題

跨鏈交易過程認(rèn)證制度一般分為兩個層面:首先是確保了交易的成功和順利通過了區(qū)塊鏈賬本；其次，許多連鎖買賣方在處理連鎖買賣之后能夠確認(rèn)買賣的合法化與有效率。而在區(qū)塊鏈體系中，為保證數(shù)據(jù)的絕對安全，目前“區(qū)塊頭+SPV”方法仍然是最常用的跨鏈交換檢驗(yàn)方式。

2.3 跨鏈交易性能問題

區(qū)塊鏈交易處理能力和安全性，一直都是區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)中努力攻克的技術(shù)問題。然而在區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致的過程中，面臨去中心化、穩(wěn)定性和安全的不可能三角現(xiàn)象，使得區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)可以同樣滿足它們的兩個。雖然當(dāng)前有些區(qū)塊鏈方案已經(jīng)可以完成百萬量級的TPS，但都只能在一些驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的前提條件下才能完成，并且還削弱了整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)去中心化的特征。隨著跨鏈交換的發(fā)展，跨鏈交換對并發(fā)運(yùn)行速度的要求也更加嚴(yán)格，間接的影響了跨鏈交換的并發(fā)性能與安全性，都成為了跨鏈技術(shù)中急需克服的技術(shù)難題。

2.4 鎖定資產(chǎn)管理問題

鎖定資金管理能夠?qū)崿F(xiàn)鏈中資金的鎖住與凍結(jié)，為區(qū)塊鏈中資金的鎖定與開放創(chuàng)造了條件，也能夠更高效的控制所有交易賬戶，從而保護(hù)鎖定資金的私密性與交易過程的安全性，并降低了交易過程中發(fā)生的雙花風(fēng)險(xiǎn)。目前，財(cái)產(chǎn)鎖定模式主要分為智能合同模式、單一保管人方式以及聯(lián)盟鏈的方式。但是，由于申報(bào)方式以及申請領(lǐng)域的重大局限，所以跨產(chǎn)業(yè)鏈方式在財(cái)產(chǎn)鎖定模式領(lǐng)域還有待繼續(xù)開展創(chuàng)新和探索。

2.5 多鏈協(xié)議適配問題

跨鏈技術(shù)是加深區(qū)塊鏈技術(shù)在業(yè)務(wù)層面應(yīng)用的主要推物。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上如何實(shí)現(xiàn)像因特網(wǎng)那樣的信息交互服務(wù)，就需要通過跨鏈網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、多鏈互存的信息生態(tài)系統(tǒng)。而目前，進(jìn)行多鏈的信息交流可以通過從自主兼容性和被動兼容性兩個方面進(jìn)行技術(shù)突破，來緩解多鏈的信息適配難題。主動式兼容性則是在已有的異構(gòu)區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展底層跨鏈操作系統(tǒng)，即在區(qū)塊鏈的實(shí)際應(yīng)用上，發(fā)展適用于所有環(huán)境下的跨鏈技術(shù)，從而完成跨環(huán)境的數(shù)據(jù)與價(jià)值傳遞。而被動兼容性則是從基礎(chǔ)操作系統(tǒng)開始，首先構(gòu)建好的跨鏈操作系統(tǒng)之后，可以在基本操作系統(tǒng)來改善當(dāng)前區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)的發(fā)展，同時利用多個連接口來進(jìn)入到區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)，以此完成全系統(tǒng)的跨鏈業(yè)務(wù)目標(biāo)。

2.6 跨鏈安全保障問題

跨鏈的安全情況也是判斷跨鏈系統(tǒng)是否正常工作的核心。區(qū)塊鏈技術(shù)雙方在實(shí)現(xiàn)了跨鏈交換之后，怎樣保證雙方系統(tǒng)的安全性就成為了跨鏈科技的一個難點(diǎn)。目前人們一般從適當(dāng)分離、檢查安全性事件兩個角度加以思考。適當(dāng)分離一般是為防止在同一條鏈路上遭到入侵后干擾整條跨鏈網(wǎng)絡(luò)的正常工作，并盡可能保證鏈路間的獨(dú)立性；檢查安全性事件則主要是利用具備監(jiān)測惡意攻擊能力的第三方節(jié)點(diǎn)來管理跨鏈路業(yè)務(wù)，使整個跨鏈網(wǎng)絡(luò)具備了類似防火墻的作用。跨鏈路安全保護(hù)技術(shù)也是對跨鏈網(wǎng)絡(luò)日益關(guān)注的重要技術(shù)研究熱點(diǎn)，同時也是對跨鏈網(wǎng)絡(luò)的重要保護(hù)盾，仍有待繼續(xù)研究和不斷完善。

3 區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)應(yīng)用及安全性分析

3.1 跨鏈技術(shù)的應(yīng)用

跨鏈技術(shù)目前已經(jīng)取得了諸多的研究成果，如在跨鏈的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)協(xié)同、資產(chǎn)流通等多個方面都已經(jīng)深入應(yīng)用，同時在分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的交易、金融服務(wù)等多個領(lǐng)域都得到了創(chuàng)新性發(fā)展[2]。

國內(nèi)對跨鏈技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也傾注了巨大的人力、物力，并提供了廣泛先進(jìn)的技術(shù)服務(wù)。跨鏈科學(xué)技術(shù)正進(jìn)入發(fā)展高潮，跨鏈科學(xué)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用正呈井噴式發(fā)展。

目前，跨鏈技術(shù)已經(jīng)在跨鏈的五大平臺上得到了發(fā)展，能夠解決跨鏈系統(tǒng)內(nèi)外連接困難的問題，也極大地推動了跨鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展?；趨^(qū)塊鏈模型的不同標(biāo)準(zhǔn)，把跨鏈技術(shù)分成了不同的類型。

3.2 跨鏈安全性分析

跨鏈技術(shù)提出了一種交互需求，以滿足塊鏈和跨鏈交互的需要。因此，跨鏈技術(shù)的魯棒性必須與實(shí)際應(yīng)用中遇到的各種安全問題密切相關(guān)。然而，目前支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路通信的許多交叉連接協(xié)議仍處于研究和開發(fā)階段，尚未得到廣泛的認(rèn)可。因此，對集群鏈中常見的安全問題進(jìn)行分析，有助于改善跨集群鏈技術(shù)的安全漏洞。

4 區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)的挑戰(zhàn)與前景

跨鏈技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)絡(luò)化、建設(shè)有價(jià)值的高速公路網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，是促進(jìn)中國跨境價(jià)值鏈全面開發(fā)的重要驅(qū)動方式。隨著區(qū)塊鏈勘探領(lǐng)域的開發(fā)，今后還將產(chǎn)生區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)。集群鏈的多樣性，也將使得人們對跨鏈創(chuàng)新的要求提高，但跨鏈創(chuàng)新的實(shí)際應(yīng)用并不會僅限于交易。而在未來，隨著集群信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，著重探討和發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口通訊方法，從而建立集群網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行各個群體間的通訊，將成為當(dāng)前跨鏈信息技術(shù)的主要趨勢。

4.1 跨鏈技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)前，區(qū)塊鏈系統(tǒng)當(dāng)中存在的主要問題是操作性不足。因此，跨鏈技術(shù)要能夠滿足不同區(qū)塊鏈的要求，注重跨鏈操作的便捷性和安全性。當(dāng)前，跨鏈技術(shù)的實(shí)現(xiàn)程度較低，依然處于初期探索階段，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和體系來規(guī)范跨鏈技術(shù)。在未來的發(fā)展中，跨鏈技術(shù)還會面對各種新的挑戰(zhàn)和問題。為了能夠體現(xiàn)跨鏈的價(jià)值，可以通過購買區(qū)塊鏈系統(tǒng)，確保操作系統(tǒng)能夠支持互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議[3]。

4.2 跨鏈技術(shù)的發(fā)展前景

近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)仍然是一個熱點(diǎn)，世界各國紛紛將區(qū)塊鏈提升到國家戰(zhàn)略的高度，努力抓住區(qū)塊鏈創(chuàng)新發(fā)展的高點(diǎn)。目前，在政府支持下，以及在應(yīng)用需求日益增長的背景下，集群鏈被看作是新一代的通信基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部分?？缂夹g(shù)鏈將與大眾的科技鏈相結(jié)合，并繼續(xù)尋求創(chuàng)新和發(fā)展。而目前，跨鏈領(lǐng)域已步入了新的研發(fā)高潮，而未來的研發(fā)重心也將聚焦在跨鏈架構(gòu)、多協(xié)議互聯(lián)、跨鏈數(shù)據(jù)安全保障、跨鏈協(xié)議鏈的應(yīng)用、協(xié)議的一致性、跨鏈入服務(wù)的管理效率等領(lǐng)域展開更廣泛和深度的研發(fā)與探討，將逐步突破新一代互聯(lián)、可信、高效的技術(shù)瓶頸，支持跨鏈應(yīng)用領(lǐng)域的場景，實(shí)現(xiàn)跨鏈塊的溝通與協(xié)作，形成更具發(fā)展前景和活力的商業(yè)模式，開啟了鏈間互聯(lián)的千載難逢的時代。

5 結(jié)論

區(qū)塊鏈具有各方共識、去中心化數(shù)據(jù)、印章證明、高可溯源度等優(yōu)勢。在數(shù)字貨幣領(lǐng)域，供應(yīng)鏈管理、貿(mào)易照管、信用安全等機(jī)會有很多。隨著區(qū)塊鏈科技的持續(xù)發(fā)展與不斷創(chuàng)新，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的區(qū)塊鏈項(xiàng)目。為了打造不同地域、價(jià)值和價(jià)值表現(xiàn)更好的區(qū)塊鏈，不同的區(qū)塊鏈技術(shù)將會越來越成為區(qū)塊鏈行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。對于區(qū)塊鏈技術(shù)來說，還需要進(jìn)一步深入提升，以實(shí)現(xiàn)更多跨鏈應(yīng)用領(lǐng)域的場景。

引用

[1] 孫浩,毛瀚宇,張巖峰,等.區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2022,49(5):287-295.

[2] 何帥,黃襄念,陳曉亮.區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用研究綜述[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,40(3):1-14.

[3] 孫毅,范靈俊,洪學(xué)海.區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用:現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].中國工程科學(xué),2018,20(2):27-32.