什么是跨鏈？字面上理解即為信息或者價值跨越不同公鏈協(xié)議進行互通互換。區(qū)塊鏈之間互通性的問題一直限制了區(qū)塊鏈的應(yīng)用空間，而跨鏈機制可以通過技術(shù)手段，將原本不同的、獨立的區(qū)塊鏈上的信息、價值進行交換和流通。如果把公鏈當(dāng)成一個個區(qū)塊鏈島嶼，那么跨鏈就是連接這些島嶼之間的橋梁。
2016 年，BTC-Relay 基于中繼跨鏈方案，實現(xiàn)了比特幣到以太坊的單向跨鏈連通。同年，以太坊創(chuàng)始人Vitalik Buterin 的《Chain Interoperability》論文提出了四種跨鏈技術(shù)。目前，市面上專注跨鏈的區(qū)塊鏈項目有Polkadot、Cosmos等等。
在區(qū)塊鏈所面臨的諸多問題中，區(qū)塊鏈之間互通性極大程度的限制了區(qū)塊鏈的應(yīng)用空間。不論對于公有鏈還是私有鏈來看，跨鏈技術(shù)就是實現(xiàn)價值互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，是區(qū)塊鏈向外拓展和連接的橋梁。
跨鏈的四種主要實現(xiàn)模式
發(fā)起跨鏈交易的時候，如何才能完成對另一條鏈的交易確認呢？這時候，我們就需要一個“中間人”的角色，承擔(dān)兩條鏈的信息交互。
根據(jù)“交易如何確認”，“在哪確認”，以及“由誰來確認”等不同的方案，我們將該過程概括為五種實現(xiàn)方式，
公證人機制（Notary Schemes）
側(cè)鏈/中繼（Sidechains/Relays）
哈希鎖定（Hash-locking）
分布式私鑰控制（Distributed Private Key Control）
原子交換（Atomic Swap）
一、公證人機制之瑞波Interledger協(xié)議
在2012年，瑞波實驗室提出的Interledger協(xié)議，目的是要在不同的區(qū)塊鏈賬本之間實現(xiàn)相互之間的協(xié)同和溝通，借此協(xié)議來打通全球各地不同的信息孤島，實現(xiàn)信息在整個互聯(lián)網(wǎng)的自由流通和傳遞。Interledger協(xié)議適用于所有記賬系統(tǒng)、能夠包容所有記賬系統(tǒng)的差異性，該協(xié)議的目標(biāo)是要打造全球統(tǒng)一支付標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)金融傳輸協(xié)議。
Interledger協(xié)議使兩個不同的記賬系統(tǒng)可以通過第三方“連接器”或“驗證器”互相自由地傳輸貨幣。記賬系統(tǒng)無需信任“連接器”，因為該協(xié)議采用密碼算法用連接器為這兩個記賬系統(tǒng)創(chuàng)建資金托管，當(dāng)所有參與方對交易達成共識時，便可相互交易。該協(xié)議移除了交易參與者所需的信任，連接器不會丟失或竊取資金，這意味著，這種交易無需得到法律合同的保護和過多的審核，大大降低了門檻。同時，只有參與其中的記賬系統(tǒng)才可以跟蹤交易，交易的詳情可隱藏起來，“驗證器”是通過加密算法來運行，因此不會直接看到交易的詳情。理論上，該協(xié)議可以兼容任何在線記賬系統(tǒng)，從而使銀行之間可以無需中央銀行或代理銀行就可直接交易。
公證人機制便是基于Interledger協(xié)議創(chuàng)造的一種技術(shù)框架，值得注意的是，Interledger并不是一個公開的賬本，也不需要尋求任何形式的共識，它更像是一個提供頂層加密托管系統(tǒng)的信任連接者，在Interledger的信任擔(dān)保下，資金可以在各個區(qū)塊鏈賬本之間流動，不同的賬本體系通過Interledger進行自由的貨幣交易。
Interledger最大的作用是降低交易雙方的信任成本，使交易雙方在不需要進行信任確認的情況下完成交易、傳遞價值。
公證人機制包括如下幾種：
1、單簽名公證人機制
也叫中心化公證人機制，通常由單一指定的獨立節(jié)點或者機構(gòu)充當(dāng)，它同時承擔(dān)了數(shù)據(jù)收集-交易確認-驗證的任務(wù)。
2、多簽名公證人機制
通常由多位公證人在各自賬本上共同簽名達成共識后才能完成交易，多重簽名公證人的每一個節(jié)點都擁有自己的一個密鑰，只有當(dāng)達到一定的公證人簽名數(shù)量或比例時，跨鏈交易才能被確認。
3、分布式簽名公證人機制
分布式簽名公證人機制和多重簽名公證人機制最大的區(qū)別在于簽名方式不同，它采用了多方計算（Multi-Party Computation）的設(shè)計，安全性更高，實現(xiàn)也更復(fù)雜。
公證人機制是跨鏈技術(shù)中比較簡單的一種，主要是充當(dāng)中介方的角色，類似支付寶，解決的是“先付款還是先發(fā)貨的”安全問題，解決思路就是由淘寶擔(dān)任第三方擔(dān)保和仲裁的角色。公證人機制是雙向跨鏈，可以實現(xiàn)跨鏈資產(chǎn)交換及轉(zhuǎn)移，利用智能合約在鏈與鏈間操作，比較容易操作，缺點是容易產(chǎn)生中心化。
二、哈希鎖定之閃電網(wǎng)絡(luò)（Lightning Network）
哈希鎖定，全稱哈希時間鎖定合約（Hash Time Lock Contract），是閃電網(wǎng)絡(luò)中提出的一種新的技術(shù)實現(xiàn)形式。哈希鎖定模式是指用戶在規(guī)定的時間段對于哈希值的原值進行猜測來支付的一種機制。簡單講，就是在智能合約的基礎(chǔ)上，雙方先鎖定資產(chǎn)，如果都在有限的時間內(nèi)輸入正確哈希值的原值，即可完成交易。
在這樣的機制下可以實現(xiàn)小額支付的快速確認，也就是說實現(xiàn)閃電網(wǎng)絡(luò)快速確認的目標(biāo)。接下來小隅將以哈希鎖定下的資產(chǎn)兌換為例來為大家科普哈希鎖定是怎么實現(xiàn)的。
1、怎么實現(xiàn)哈希時間鎖定？
為了方便理解哈希時間鎖定到底是如何鎖定的，這里給大家類比了兩個鎖，一個是哈希鎖，一個是時間鎖。通過哈希值上鎖，上鎖之后只有用產(chǎn)生這個哈希值的原本值進行開鎖，假設(shè)數(shù)123，哈希之后的值為abc，通過abc上鎖，不考慮哈希碰撞的情況下，只能由123解鎖。時間鎖要求在規(guī)定時間內(nèi)輸入哈希鎖的密碼。如果時間鎖的時間是1個小時，那么就要求用戶需要在1個小時內(nèi)輸入哈希鎖的密碼，如果在1個小時后輸入哈希鎖的密碼，時間鎖仍然不會開啟。
也就是說同時打開這兩個鎖的條件是，在規(guī)定的時間內(nèi)輸入哈希值原本的值，上面的例子就是在1個小時內(nèi)，輸入“123”，兩把鎖才會都處于開啟狀態(tài)。
在哈希時間鎖定機制中，如果時間超過了規(guī)定時間，鎖定在系統(tǒng)中的代幣將會被收回。在整個過程鏈與鏈之間也不用相互了解，進而促進了交易的速度。而且如果交易失敗，哈希鎖定是不會收取額外的手續(xù)費。
2、閃電網(wǎng)絡(luò)
閃電網(wǎng)絡(luò)提供了一個可擴展的BTC微支付通道網(wǎng)絡(luò)，它極大提升了比特幣網(wǎng)絡(luò)鏈外的交易處理能力。
交易雙方若在區(qū)塊鏈上預(yù)先設(shè)有支付通道，就可以多次、高頻、雙向地實現(xiàn)快速確認的微支付；雙方若無直接的點對點支付通道，只要網(wǎng)絡(luò)中存在一條連通雙方的、由多個支付通道構(gòu)成的支付路徑，閃電網(wǎng)絡(luò)也可以利用這條支付路徑實現(xiàn)資金在雙方之間的可靠轉(zhuǎn)移。
閃電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是哈希鎖定技術(shù)，基本原理如下：用戶A和B可以達成這樣一個協(xié)議：協(xié)議將鎖定A的0.1 BTC，在某個區(qū)塊高度之前，如果B能夠向A出示一個正確的暗語（可以生成匹配的哈希值），使得暗語的哈希值等于事先約定的值H（暗語），B就能獲得這0.1 BTC；如果直到某個區(qū)塊高度過后B仍然未能提供一個正確的暗語，這0.1 BTC將自動解凍并歸還A。
閃電網(wǎng)絡(luò)并不試圖解決單次支付的問題，其假設(shè)是單次支付的金額足夠小，即使一方違約另一方的損失也非常小，風(fēng)險可以承受。
三、側(cè)鏈/中繼之BTC-Relay、Polkadot和Cosmos
1、側(cè)鏈中繼
中繼是一個網(wǎng)絡(luò)通訊詞，是兩個交換中心之間的一條傳輸通路。側(cè)鏈中繼是一種讓不同主鏈之間可以進行信息通信的技術(shù)。在過去，每條主鏈上的信息只能在該條主鏈上流通，如果兩條主鏈之間想要相互通信，讓彼此的通證可以自由的流通，那么就需要一個橋梁把雙方連接起來，就像傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信那樣，兩個人互通電話，就必須要利用中轉(zhuǎn)站來傳輸通信信息，側(cè)鏈中繼就是區(qū)塊鏈中的中轉(zhuǎn)站。
側(cè)鏈中繼可以在多條主鏈中加入一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后基于這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主鏈與主鏈之間就可以進行數(shù)據(jù)的交互。
當(dāng)然，僅僅有數(shù)據(jù)通信還是遠遠不夠，我們還需要調(diào)用一個主鏈上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的API，實現(xiàn)監(jiān)聽并驗證另一條鏈上的交易，而這就是中繼技術(shù)。如果連接這兩條鏈的中間方，還是一條區(qū)塊鏈的話，那么這條鏈就是中繼鏈（Relay Chain）。側(cè)鏈中繼可以讓被認證過的交易從一條鏈快速傳達到另外一條鏈上，這讓用戶的交易更加便捷，也讓信息的傳遞變得更加高效。使用中繼技術(shù)后，數(shù)據(jù)的傳輸將會更為靈活，“中間人”僅僅充當(dāng)數(shù)據(jù)收集者的角色，目標(biāo)鏈?zhǔn)盏桨l(fā)送鏈數(shù)據(jù)后由接收鏈自行驗證，完成交易確認的工作。
自行驗證的方式依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同而不同，例如 BTC-Relay 依賴于 SPV 證明，Cosmos 還依靠驗證節(jié)點簽名數(shù)量等。
側(cè)鏈?zhǔn)且藻^定某種原鏈上的代幣為基礎(chǔ)的新型區(qū)塊鏈。比如，以太坊可以成為比特幣的側(cè)鏈，比特幣作為以太坊的主鏈。但是主鏈不知道側(cè)鏈的存在，側(cè)鏈知道主鏈的存在，即側(cè)鏈能讀懂主鏈。
2、側(cè)鏈技術(shù)之BTC-Relay
BTC-Relay是專注于在以太坊上開發(fā)應(yīng)用的創(chuàng)業(yè)公司ConsenSys于2016年發(fā)布的技術(shù)項目。是在以太坊基金會支持之下誕生并成長起來的，也被認為是區(qū)塊鏈上的第一個側(cè)鏈。
BTC -Relay把以太坊網(wǎng)絡(luò)與比特幣網(wǎng)絡(luò)通過使用以太坊的智能合約連接起來，可以使用戶在以太坊上驗證比特幣交易。它通過以太坊智能合約創(chuàng)建一種小型版本的比特幣區(qū)塊鏈，但智能合約需要獲取比特幣網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這還比較難實現(xiàn)去中心化。BTC-Relay進行了跨區(qū)塊鏈通信的有意義的嘗試，打開了不同區(qū)塊鏈交流的通道。
3、中繼技術(shù)之Polkadot和Cosmos
Polkadot
Polkadot是由原以太坊主要核心開發(fā)者推出的公有鏈。它旨在解決當(dāng)今兩大阻止區(qū)塊鏈技術(shù)傳播和接受的難題：即時拓展性和延伸性。Polkadot計劃將私有鏈/聯(lián)盟鏈融入到公有鏈的共識網(wǎng)絡(luò)中，同時又能保有私有鏈/聯(lián)盟鏈的原有的數(shù)據(jù)隱私和許可使用的特性。它可以將多個區(qū)塊鏈互相連接。
在Polkadot看來，其它區(qū)塊鏈都是平行鏈，Polkadot為通過中繼鏈（Relay-chain）技術(shù)能夠?qū)⒃墟溕系拇鷰呸D(zhuǎn)入類似多重簽名控制的原鏈地址中，對其進行暫時鎖定，在中繼鏈上的交易結(jié)果將由這些簽名人投票決定其是否生效。它還引入了釣魚人角色對交易進行舉報監(jiān)督。通過Polkadot可以將比特幣、以太幣等都鏈接到Polkadot上，從而實現(xiàn)跨鏈通信。
Polkadot還是以以太坊為主，實現(xiàn)其與私有鏈的互連，并以其他公有鏈網(wǎng)絡(luò)為升級目標(biāo)，最終讓以太坊直接與任何鏈進行通訊。
Cosmos
Cosmos是Tendermint團隊推出的一個支持跨鏈交互的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。Cosmos采用的Tendermint共識算法，是一個類似實用拜占庭容錯共識引擎，具有高性能、一致性等特點，而且在其嚴格的分叉責(zé)任制保證下，能夠防止懷有惡意的參與者做出不當(dāng)操作。
Cosmos上的第一個空間叫做"Cosmos Hub"。Cosmos Hub中心是一種多資產(chǎn)權(quán)益證明加密貨幣網(wǎng)絡(luò)，它通過簡單的管理機制來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的改動與更新，還可以通過連接其他空間來實現(xiàn)擴展。
Cosmos 網(wǎng)絡(luò)的中心及各個空間可以通過區(qū)塊鏈間通信（IBC）協(xié)議進行溝通，這種協(xié)議是針對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的，類似UDP或TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。代幣可以安全快速地從一個空間傳遞到另一個空間，兩者之間無需體現(xiàn)匯兌流動性。相反，空間內(nèi)部所有代幣的轉(zhuǎn)移都會通過Cosmos 中心，它會記錄每個空間所持有的代幣總量。這個中心會將每個空間與其他故障空間隔離開。因為每個人都可以將新空間連接到Cosmos中心，所以Cosmos也可以兼容未來新的區(qū)塊鏈。
這一架構(gòu)解決了當(dāng)今區(qū)塊鏈領(lǐng)域面臨的許多問題，包括應(yīng)用程序互操作性、可擴展性、以及無縫更新性。比如，從 Bitcoind、Go-Ethereum、ZCash或其他區(qū)塊鏈系統(tǒng)中衍生出來的空間，都可以接入Cosmos中心。這些空間允許Cosmos實現(xiàn)無限擴展，從而滿足全球交易的需求。
四、分布式私鑰控制之Fusion和WanChain
1、分布式私鑰控制
是基于密碼學(xué)里面一個多方計算和門限密鑰的一個共享技術(shù)，是通過私鑰生成與控制技術(shù)，把加密貨幣資產(chǎn)映射到基于區(qū)塊鏈協(xié)議的內(nèi)置資產(chǎn)模板的鏈上，根據(jù)跨鏈交易信息部署新的智能合約，創(chuàng)建出新的加密貨幣資產(chǎn)。分布式私鑰就是把一個區(qū)塊鏈里面的私鑰分成了N份，把它拆分成N份之后，同時再把它分給N個參與者，參與者每個人就掌握了一部分私鑰，只有集齊了其中的K（K≦N）個私鑰的分配之后，才能恢復(fù)出這個完整的一個私鑰，恢復(fù)完整私鑰，才能夠?qū)@個私鑰上面的資產(chǎn)進行一個解鎖。
原有加密資產(chǎn)被轉(zhuǎn)移到跨鏈上時，跨鏈節(jié)點會在已有合約中為用戶發(fā)放等值代幣，為了原有鏈上的資產(chǎn)在跨鏈上仍然可以交易，原有鏈資產(chǎn)在跨鏈上進行分布式控制權(quán)管理的操作有鎖定和解鎖。鎖定和解鎖是對于鏈上資產(chǎn)的互逆操作。
鎖定（Lock-in）：就是對所有通過密鑰控制的數(shù)字資產(chǎn)實現(xiàn)分布式控制權(quán)管理和資產(chǎn)映射的過程。需要委托去中心化的網(wǎng)絡(luò)掌管用戶的私鑰，用戶自己掌握跨鏈上那部分代理資產(chǎn)的私鑰。解鎖（Lock-out）：就是利用以及掌握的分布式私鑰對于鎖定的代幣進行解鎖操作，使代幣由原來的不可操作狀態(tài)變成現(xiàn)在的可轉(zhuǎn)移可操作狀態(tài)。
由于分布式私鑰通過委托去中心化網(wǎng)絡(luò)掌握用戶私鑰，同時用戶也掌握代理自身資產(chǎn)的部分私鑰，所以不存在第三方持有私鑰。代表項目有Wanchain和Fusion。
2、Fusion
以Fusion（一個跨鏈、跨組織、跨數(shù)據(jù)源的加密金融平臺）為例，假如用戶要鎖定其資產(chǎn)，其實首先是向Fusion去提交請求，從而生成一個可以鎖定資產(chǎn)的一個私鑰、地址。把這個地址發(fā)送給用戶，用戶就可以在比特幣網(wǎng)絡(luò)里面，把資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到鎖定的地址上面去。
鎖定這個地址和對應(yīng)的私鑰，其實是由Fusion這個網(wǎng)絡(luò)里面的多個用戶，或者說是多個節(jié)點持有的，單獨某幾個節(jié)點是沒辦法去動用這里面的資產(chǎn)的。只有在上面通過智能合約，達成了共識之后，如果他們都認為這個資產(chǎn)是可以解鎖的，他們就會把各自的私鑰片段貢獻出來，集齊K個數(shù)量（K≦N），就能夠把這個私鑰完整恢復(fù)，繼而解鎖對應(yīng)資產(chǎn)。
3、WanChain
WanChain（萬維鏈）也支持主流公有鏈間的跨鏈交易，但首先需要完成在萬維鏈上的注冊，確保萬維鏈能夠?qū)υ撴溸M行唯一識別。對于跨鏈交易，萬維鏈利用多方計算和門限密鑰共享方案。當(dāng)一種未注冊資產(chǎn)由原有鏈轉(zhuǎn)移到萬維鏈上時，萬維鏈節(jié)點會使用一個基于協(xié)議的內(nèi)置資產(chǎn)模板，根據(jù)跨鏈交易信息部署新的智能合約創(chuàng)建新的資產(chǎn)。當(dāng)一種已注冊資產(chǎn)由原有鏈轉(zhuǎn)移到萬維鏈上時，萬維鏈節(jié)點會為用戶在已有合約中發(fā)放相應(yīng)等值代幣，確保了原有鏈資產(chǎn)在萬維鏈上仍然可以相互交易流通。
萬維鏈通過分布式的方式完成不同區(qū)塊鏈賬本的連接及價值交換。它采用通用的跨鏈協(xié)議以及記錄跨鏈交易、鏈內(nèi)交易的分布式賬本，公有鏈、私有鏈還是聯(lián)盟鏈，均能接入萬維鏈，實現(xiàn)不同區(qū)塊鏈賬本的連接及資產(chǎn)的跨賬本轉(zhuǎn)移。
五、原子交換之LTC
2013年，Tier Nolan在BitcoinTalk論壇上首次提出了原子交換。Nolan通過使用不同類型區(qū)塊鏈上的簡單加密貨幣交易，概述了跨鏈加密貨幣互換的基本原則。2017年9月，當(dāng)萊特幣創(chuàng)始人李啟威（Charlie Lee）在Twitter上宣布萊特幣和比特幣之間成功執(zhí)行了一項原子交換時，原子交換引起了加密貨幣社區(qū)的廣泛關(guān)注。
原子交換（Atomic Swap），就是去中心化下，雙方實現(xiàn)原子性的跨鏈公平交易。那什么是原子性呢？原子性就是指要么交換成功，要么失敗，不會存在中間狀態(tài)。原子交換創(chuàng)建自動的、自我執(zhí)行的合約，這些合約執(zhí)行特定的操作，一旦預(yù)先確定的條件得到滿足，就可以進行免費的交易。
原子交換是如何工作的呢？原子交換本質(zhì)上使用還是本文中第二部分中提到的一種特殊類型的智能合約，即哈希時間鎖合約。
結(jié)語
早期跨鏈技術(shù)包括以瑞波和BTC-Relay為代表，它們更多關(guān)注的是資產(chǎn)轉(zhuǎn)移；現(xiàn)有跨鏈技術(shù)以Polkadot和Cosmos為代表更多關(guān)注的是跨鏈基礎(chǔ)設(shè)施；新出現(xiàn)的Fusion實現(xiàn)了多幣種智能合約，是一種很有應(yīng)用價值的公有鏈，在其上可以產(chǎn)生豐富的跨鏈金融應(yīng)用。
區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展至今，鏈與鏈之間高度異構(gòu)化，形成孤立的價值體系，伴隨著落地應(yīng)用的逐步實現(xiàn)，鏈與鏈之間互聯(lián)互通的重要性日益凸顯。價值互聯(lián)網(wǎng)如何能夠稱為“網(wǎng)”，而不是一組平行線，就需要各種跨鏈技術(shù)，跨鏈就是將同構(gòu)或異構(gòu)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)互操作，是區(qū)塊鏈向外拓展和連接的橋梁。對于區(qū)塊鏈來說，共識機制是區(qū)塊鏈的核心，跨鏈技術(shù)則是實現(xiàn)價值網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。區(qū)塊鏈之間的互通性是限制應(yīng)用空間的瓶頸。未來隨著跨鏈技術(shù)的成熟，必將出現(xiàn)萬鏈互動的場景，更多的人將在實際生活中頻繁與區(qū)塊鏈交互，體驗科技改變生活的快樂。
注：轉(zhuǎn)載請注明出處
