进阶级科普 | 什么是跨链技术？

区块链技术瓶颈

2008年比特币的横空出世标志着区块链技术的诞生。迄今为止，该技术已经触及了主流用户，并且大量企业和政府代理商至少考虑过在一系列行业中，例如农业和房地产到医疗保健和投票等领域，利用区块链技术的优势。

因此，每年都会出现数十个新项目，这些项目在开发所谓的“最佳”区块链这项艰巨的任务中相互竞争。通常情况下，他们会强调他们的产品所谓的市场准备情况，并声称与所谓的竞争对手相比，它们的项目是安全的、可扩展的并且总体性能更好。无论他们声称的特征是否真实，这些项目都代表独立的、未相互连通的区块链。它们需要不同的生态系统、哈希算法、共识模型和社区。结果，区块链空间变得越来越孤立，其核心游戏规则——去中心化的概念，正在一点点被摧毁。

目前，一个区块链不了解可能存在于其他区块链中的信息。例如，比特币（BTC）区块链完全独立于以太坊（ETH）区块链 – 在某种意义上它不知道ETH链上记录的任何信息，反之亦然。尽管存在于一些行业内的共同技术，但基于项目彼此之间隔离。早期侧链技术方案主要是针对比特币提出的，基于比特币的技术架构，天生就有扩展性的不足。比如交易延时长、吞吐量低、不支持图灵完备的智能合约。

以太空为中心的开发公司ConsenSys将这一现象描述为加密行业的“巴尔干化”，因为它涉及“一系列未连接的系统，在竞争和商业压力面前同时运行，但彼此孤立。”区块链互操作性反过来，就是能够无缝地在不同链之间交换数据，如同无边界一样。

跨链技术就此诞生。跨链的本质是能够在不受限制的情况下在不同区块链网络之间共享信息。

为什么跨链技术很重要？

简而言之，跨链技术使大规模采用成为可能，促进行业进一步发展。

由于加密行业竞争激烈，一些项目倾向于投入大量资源用于行业竞争，而不是专注于一些基础设施建设。可扩展性竞赛是一个特别好的例子。最初的跨链技术的提出是为了弥补BTC性能不足的弱势，原始区块链最多可以处理每秒七次交易（TPS），如今各种区块链项目中最高已经可以处理高达40,000 TPS的数据。

相比之下，Visa网络的估计容量大约为24,000 TPS，尽管表面上只需要平均每秒只进行1,700次交易，但是扩容的需求一直存在。任何区块链，甚至比特币的区块链，都远远没有超过Visa的参与度。因此，40,000 TPS还是存在一定的过度延展。

如果整体基础设施不具备互操作性和安全性，那么无论多么可扩展，任何公司都不希望使用区块链来处理其支付。虽然它的输出可能比Visa更好，但如果它保持孤立，它将无法在全世界使用相同的可用性。同时，由全球卡计划（例如Visa、MasterCard、American Express等）发行的卡可在全世界的商家和ATM之间互操作。

类似地，因特网允许通过特定于应用程序的接口（API）访问和修改许多数据集。如果它不可互操作，它将无法成长为现在的、一个真正全球化且易于使用的网络。这同样适用于区块链技术。为了获得主流吸引力，各个链之间必须表明它们可以无缝地相互合作。

跨链技术的用例

举一个医疗保健和医疗记录方面的例子。想象一下，每家公司都使用区块链来存储数据。 现在，出现以下情况：一个人需要住院治疗，当他或她在救护车内运送时，医院会从该人员所在的诊所请求他们的医疗记录，以便开发出最佳治疗方案。然而，事实是诊所使用不同的区块链，并且与医院的分布式账本不兼容。 结果，医院无法访问患者之前的文件记录。与此同时，时钟在流逝，每一秒都很重要。

这也适用于房地产，审计，物流等其他行业。 如果没有区块链互操作性，则无法大规模采用。

跨链技术的实现模式

跨链的主要实现模式有4种：单一托管模式、联盟模式、SVP模式和驱动链模式。应用场景包括金融类、通信类和DApp类。具体来看几个例子：

（一）金融类

1.Ripple

目标：瑞波实验室提出 Interledger协议旨在连接不同账本并实现它们之间的协同模型：单一托管
技术：公证人机制
原理：Interledger协议使两个不同的记账系统可以通过第三方“连接器”或“验证器”互相自由地传输货币。
优点：Ripple网络的横空出世，实现了分布式结算与交割。即时清算，成本低廉。

2.闪电网络

目的：闪电网络是一个建立在比特币基础上的系统，它主要是通过把交易放到比特币主链之外的方式，让人们能够即时发送 / 接收付款且降低交易费用。
技术：哈希锁定
原理：主要依赖哈希函数的不可逆性，即在知道R的哈希值H(R)的情况下，无法计算得到R，同时还有哈希函数的不可碰撞性，即不能从H(R)找到r使得H(r)=H(R)。
优点：及时性；保护隐私
缺点：同行失败；不适合大金额转账；集中化（类似于矿工集中化）

3.Cosmos

目的：实现区块链间的交互性问题，实现无需信任的数字货币跨链交易，摒弃第三方中心化交易所
技术：账户锁定+侧链
模型：SPV
特点：多链系统、Tendermint共识算法、异构系统
Tendermint共识算法：可以简单地理解成由多个验证人轮流出块，验证人们对候选块投票，当一个候选块得票超过2/3时，即认为该块完成共识（已由程序Tendermint Core实现）
原理：空间和原链是独立的，空间的链是原链的一个侧链，众多的空间侧链由Hub做中继联结在一起。

（二）通信类

1.Polkadot

目的：解决扩展性和伸缩性的问题——一种异构的多链结构
特点：Polkadot提供了中继链，这些平行的结构化的区块链为平行链
技术：中继链
原理：
（1）原链会保持原有的协议各自运行不受影响，结构中设立收集人的角色，即listener
（2）Listener负责从原链中收集需要中继的交易，打包成一个区块，然后提交给中继链中负责验证该链的验证人，验证通过后，路由转发交易给目的链。
优点：致力于将私有链/联盟链融入到公有链的共识网络中去，同时又能保有私有链/联盟链的隐私和许可的防护措施。
缺点：中继链中验证人的中心化

2.Ark

目的：跨链信息共享。
原理：Ark网络本身是一个区块链的数据网络，用户可以将自己的各种应用接入Ark网络，在Ark网络内实现信息的沟通交流。现有的众多区块链网络，也能通过智能桥向Ark网络传递信息，或是通过特定的listener结构从Ark网络中获得跨链的信息。
流程：
（1）Lisk孵化出来的分叉链，在Lisk上做了参数调整，ARK共有51个节点（delegate）负责产生新区块，每8秒产生一个新区快。每一轮均由51个节点轮流产生新的区块
（2）可以在Ark上运行以太坊的智能合约
（3）多重签名账户，持续区块报酬
（4）初始共12.5千万ARK区块，每个区块中2个ARK
（5）通膨率（8S的区块时间）：第1年为6.31%；第2年为5.93%；第3年为4.02%
技术：链信息接口，被动等待用户的请求触发*（中继链和侧链都能不断从原链上中继数据）
共识机制：DPOS共识机制&SmartBridges

（三）DApp类

1.Ontology

目的：为企业提供定制的区块链支持，针对企业不同的业务类型，定制合适的区块链。通过交互合约在不同的业务链间协作
特点：链网结构
技术：通用服务协议接口
原理：
（1） 服务链是提供基础性通用服务的公有链，可以为业务链提供实体认证、数据交换等通用智能合约的支持
（2）业务链则是用户的业务支持链，是本体为企业定制的私有链，业务链在交互链上发布交互信息，调用交互链上存储的交互合约，以此来沟通不同的业务链
（3）两者中间的交互链，则是本体的主要网络，它从通用服务链上获得智能合约的支持

小结

跨链实现了吗？最简洁的答案是没有，至少还没有。

因此，尽管许多项目一直致力于区块链互操作性解决方案，但链与链之间仍然基本上是孤立的。但是，重要的是要记住区块链空间仍然相对较新，并且大多数上述初创公司都处于其路线图的早期阶段，所以这仍然是一项值得期待的技术。

参考：

• https://cointelegraph.com/explained/blockchain-interoperability-explained
• https://sdk.cn/news/8146
• https://www.jianshu.com/p/d8c887716a45