科普 | 跨鏈簡史：從資產橋到互操作_比特幣

跨鏈技術被認為是區塊鏈領域發展的圣杯，是實現萬鏈互通的關鍵技術。現在的跨鏈技術形態，有些是在實現資產互通，有些是提出了一套通信協議，實現區塊鏈間的通信，還有些是提出了新的系統架構和運行模式，支持更多區塊鏈的接入。

跨鏈一開始的目標在于讓資產能從一條鏈轉移到另一條鏈，又可以安全的返回，后來擴展到解決兩個或多個不同鏈上資產及狀態的互相傳遞、轉移、交換的問題。隨著現在跨鏈基礎設施的日趨成熟，對于跨鏈概念的炒作已經冷卻。在這樣一個時刻，我們來對現有的跨鏈技術形態，做一個冷峻的觀察。

根據跨鏈技術的演進和實現方式，以太坊的創始人 Vitalik 曾經總結了 3 類跨鏈技術，分別是哈希時間鎖（HTLC），公證人，側鏈/中繼。我們將把公證人，和側鏈/中繼進一步分類，各自分成兩個小類，這樣，我們將分別介紹五種跨鏈方案。

哈希時間鎖合約是通過一套密碼學方法，來實現跨鏈的去信任資產交易，比如我的 BTC 和你的 ETH 交易，就可以通過哈希鎖來實現交易的原子性。

其原理大致如下：用戶 A 生成隨機數 s，并計算出該隨機數的哈希值 h=hash(s) 發送給用戶 B，A 和 B 通過智能合約先后鎖定各自的資產。A 公開出示 s 可獲得 B 鎖定的資產，同時 B 也獲得了 s，可獲得 A 的鎖定資產，若超過設定的時間，A 沒有出示 s，智能合約中鎖定的資產會自動回退給雙方。

美國說唱歌手Megan Thee Stallion與Cash App合作發布比特幣科普視頻:美國說唱歌手Megan Thee Stallion與由Square開發的移動支付服務Cash App合作發布了一段名為“Bitcoin for Hotties”的視頻。該視頻從她的角度解釋了什么是比特幣，為什么比特幣有價值等內容。Megan Thee Stallion在Instagram上擁有超過2410萬粉絲，在 Twitter上擁有640萬粉絲。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]

公證人機制是指由公證人建立一個中間賬戶，用戶將資產轉入中間賬戶，由公證人跨鏈發行一種映射原 Token 的影子 Token 給到用戶。當用戶需要贖回的時候，將影子 Token 銷毀，并向公證人提供證明，公證人將中間賬戶中的原始 Token 轉到該用戶的地址。

公證人必須是可信的。公證人可以憑借自身信用，也可以通過智能合約做超額抵押來獲得信任。公證人可以是單個主體，也可以是多個主體通過某種規則組合形成的聯盟。

根據公證人的單主體還是多主體，以及公證人的信譽來源是超額抵押還是自身信用，我們可以把公證人方案劃分為 4 個子類：

動態 | 幣安科普MimbleWimble算法:幣安官方推特今日發布隱私算法Mimblewimble的科普貼，在下方留言區大量網友留言猜測是否是基于 Mimblewimble算法的隱私幣Grin或者Beam即將登陸幣安交易所，其中猜測Grin的呼聲更高。[2019/9/2]

其中，HBTC，BTTC，imBTC 均屬于 ② 方案，tBTC 屬于 ③ 方案，X-BTC，WBTC 屬于 ④ 方案，采用方案 ① 的項目暫未發現。你可能發現，全是比特幣跨鏈項目，為什么如此，我們后文在對比分析中會有詳述。我們并不需要關注公證人的數量，因此，我們將公證人方案，僅按信任來源，分為兩個子類。

公證人通過超額抵押建立信用，這意味著，公證人抵押的資產 v2，必須大于中間賬戶中的資產價值 v1。當公證人出現作惡行為或者過失行為，導致中間賬戶里的資產遭受損失，那么抵押的資產將可以用來賠付給受損失的用戶。然而，超額抵押會給公證人帶來資金成本，這些成本，會轉化為高額的跨鏈的手續費，而高額的跨鏈手續費會讓用戶望而卻步。

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

公證人也可以通過自身信用來背書，讓用戶信任。但這種信任是中心化的，和區塊鏈的基本精神是背離的。但由于這種方式手續費低廉，甚至免費，因此還是吸引了大批用戶。這種由中心化機構擔保的跨鏈方式，對于跨鏈資金體量小，安全訴求低的用戶而言，也是很好的選擇。

第三種是側鏈/中繼的方案。側鏈和中繼其實是同一個概念，中繼鏈就相當于多條鏈共同的側鏈，為了簡化表述，我們后文統一稱為橋接鏈方案。

橋接鏈方案我們分兩類來說，分別是通用方案和同構跨鏈專用方案。

橋接鏈通用方案和公證人方案一樣，仍然存在一個中間賬戶，但中間賬戶的安全，不靠公證人來保護，而是靠智能合約來規范，這意味著中間賬戶將是一個合約賬戶，其資產管理規則被智能合約的代碼約束，而不是由公證人約束。如果代碼本身沒有問題，只要部署該合約的鏈是安全的，那么合約中的資產就是安全的。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

當然，如果橋接鏈本身有問題，也會影響合約賬戶里的資產安全。因此，驗證人們必須 Stake 一定價值的 Work Token 來保障橋接鏈的安全運行。假設這個價值是 v3，那么這個 v3 是可以遠遠小于合約賬戶里的資產價值 v1 的。

為什么 v3 可以小于 v1 呢？因為現在較為通行的 BFT-PoS 類共識，幾乎杜絕了能夠篡改賬本的“雙花”攻擊(如果橋接鏈賬本被篡改，則有可能間接威脅到合約賬戶中的資產安全)，實現了更強的共識安全。BFT-PoS 可以做到即時確定性，而非概率確定性，攻擊者即便掌握了半數以上的 Staking Work Token，最多只能做到拒絕簽名區塊，讓封塊速度減慢，讓網絡無法處理交易，已經形成最終確定性的區塊中的交易是無法被逆轉的。我們可以認為，只要 BFT-PoS 鏈沒有代碼故障，無論 Token 市值多小，都是安全的。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

雖然惡意的驗證人，無法動搖中間賬戶內的資產安全，但網絡癱瘓，停止驗證新交易，也不是我們希望看到的狀況。因此，v3 最好也不要太小，我們還是希望橋接鏈的 Token 市值越大，Staking 比例越高，去中心化程度越高越好。

v3 可以小于 v1，因此不會有超額抵押帶來的高額跨鏈手續費，使用跨鏈橋將可以做到很廉價。那么有沒有方法進一步降低跨鏈成本呢？可能有的朋友會想到讓多條鏈復用同一座橋，這便是 Poly Network 的思路。

橋接鏈通用方案，看起來已經很完美了！但我們對于跨鏈，還有更高的追求。其一，多鏈復用的資產橋，可以盡可能多的兼容現有的鏈，但新的鏈不斷涌現，要再去擴充兼容太麻煩了，能否有一個通用的鏈框架，讓新鏈遵循框架，能夠一勞永逸的實現跨鏈呢？其二，我們對于跨鏈的追求，并不只是想實現資產橋，我們還希望鏈間能傳遞更豐富的信息，有強大的互操作性，例如可以跨鏈調用合約，讓多個鏈真正連接起來，形成有機整體。

基于對以上兩者的追求，區塊鏈世界里有了波卡和 Cosmos 這樣的同構跨鏈項目。兩者都采用了“1 母鏈 + N 子鏈”的架構，其中母鏈是所有子鏈的公共橋接鏈，任何開發者都可以按照規定的框架開發子鏈，并申請接入母鏈。

Cosmos 母鏈名為 Hub，子鏈名為 Zone，通過內置的 IBC 協議，Zone 之間可以實現跨鏈通訊，既能傳遞資產，也能傳遞其他格式的信息，實現跨鏈互操作性。波卡母鏈名為中繼鏈，子鏈名為平行鏈，平行鏈之間通過 XCMP 協議來通訊，以實現跨鏈互操作。事實上，波卡的中繼鏈不光起到橋接作用，還可以讓接入的平行鏈共享其共識層的安全性，而對于 Cosmos 的 Zone 而言，鏈的安全是需要自己負責的。

哈希時間鎖雖然能實現跨鏈交易的原子性，但無法實現資產的跨鏈流通。這意味著，通過哈希時間鎖，我的 BTC 和你的 ETH 進行安全的交易，但并不能讓 BTC 流通到 ETH 上，也無法讓 ETH 流通到比特幣鏈上。但哈希時間鎖的通用性最強，對鏈的屬性沒有任何限制。

公證人方案，可以在一條圖靈完備的鏈和一條非圖靈完備的鏈之間實現資產跨鏈。當然，這種資產跨鏈是單向的，只能由非圖靈完備的鏈上跨到圖靈完備的鏈上。例如把 BTC 引入 ETH，反之把 ETH 引入比特幣鏈則不行。這并不是公證人方案的限制。事實上，公證人方案也可以實現兩條圖靈完備的鏈間的資產雙向跨鏈流通，但由于其要么費率較高（超額抵押方案），要么傾向于中心化（自身信譽方案），人們更多的會采用橋接鏈方案。

前文提到一個問題，為什么比特幣的跨鏈更多采用了公證人方案，而非橋接鏈方案呢？這是因為比特幣鏈不是圖靈完備的。在這里解釋一下，為什么橋接鏈只能在雙圖靈完備的鏈間跨鏈呢，是因為橋接鏈不是一個獨立的存在，而需要部署在兩端鏈上的合約配合，就像一座橋不能懸空存在，必須在兩岸有橋墩作為依托。

在雙圖靈完備鏈間跨鏈，橋接鏈方案更有優勢，主要體現在無需超額抵押，且可以多鏈復用，可以更低的成本實現資產跨鏈。像波卡，Cosmos 這樣的跨鏈項目則直接搭建了一個全新的多鏈架構，超越了資產橋，在同構鏈之間實現了豐富的互操作性。

我們闡述了三大類（五小類）的跨鏈方案，我們將各方案的特性對比做成表格。

以上我們對各跨鏈方案的闡述順序，其實有一條清晰的時間脈絡。最早的主流鏈有比特幣和以太坊，人們想要實現 BTC 和 ETH 之間的交易，最先能想到的便是哈希時間鎖這樣的，不需要借助任何外力的純密碼學方法。2013年5月, Nolan 在 BitcoinTalk 論壇提出了原子轉移（atomic transfers）思路。后來，人們開始建設基礎設施，建立資產橋，讓鏈間的資產能夠互通，在這當中，比特幣作為市值最大的加密資產，吸引了很多人想把比特幣資產導入到其他鏈，但由于比特幣不支持智能合約，人們只好使用公證人機制。

由于理念的不同，有的項目采用了去中心化的，成本較大的超額抵押方案，有的項目則采用了簡單直接的中心化托管方案。為了降低跨鏈成本，人們想到了，讓多鏈共用一座鏈橋的方式。為了一勞永逸，實現對新鏈的兼容性，人們制定了新鏈開發的框架和標準，如 Substrate 和 Tendermint，為了實現更多維度的互操作性，人們創造了同構多鏈架構，如 Polkadot，Cosmos。現如今，區塊鏈跨鏈基礎設施日趨成熟，以至于人們已經不再常常討論跨鏈，就像我們看到燈亮起時，不再談論“電”的原理一樣。

區塊鏈的從業者們從未停止思考，從未停止追求更優方案，在他們的推動下，區塊鏈世界像生物一樣向著更復雜，也更簡單的方向不斷演化著。

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