區(qū)塊鏈本體跨鏈技術(shù)設(shè)計(jì)方案解析

題記

區(qū)塊鏈作為一種分布式賬本技術(shù)，可以被應(yīng)用在金融、健康醫(yī)療、供應(yīng)鏈、資產(chǎn)管理等諸多領(lǐng)域，但是受吞吐量、網(wǎng)絡(luò)孤立性、伸縮性等因素的制約，目前的區(qū)塊鏈項(xiàng)目并不能很好的服務(wù)于商業(yè)應(yīng)用。在區(qū)塊鏈所面臨的諸多問(wèn)題中，網(wǎng)絡(luò)孤立性阻礙了不同區(qū)塊鏈之間的協(xié)同操作，極大程度的限制了區(qū)塊鏈的發(fā)揮空間。

引言

跨鏈技術(shù)是解決不同區(qū)塊鏈間協(xié)同操作、實(shí)現(xiàn)價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，跨鏈就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)鏈到另一個(gè)鏈的通信協(xié)議。目前，本體跨鏈方案已經(jīng)在測(cè)試網(wǎng)運(yùn)行。本文就本體跨鏈設(shè)計(jì)進(jìn)行初步分析。

其它跨鏈技術(shù)簡(jiǎn)析

介紹本體跨鏈設(shè)計(jì)之前，我們先比較一下幾個(gè)熱門的跨鏈解決方案的特色，分析一下它們是如何實(shí)現(xiàn)跨鏈的。

Plasma：以太坊中熱議的鏈下擴(kuò)容方案 Plasma，它通過(guò)把交易轉(zhuǎn)移到更快擁堵更少的側(cè)鏈來(lái)提高其可擴(kuò)展性。該方案不需要修改區(qū)塊鏈底層協(xié)議，而是通過(guò)復(fù)雜的工作轉(zhuǎn)移到鏈下完成，并在需要時(shí)將鏈下的計(jì)算結(jié)果提交到主鏈上保證其安全性。

Cosmos：Cosmos 則是 Tendermint 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一個(gè)支持跨鏈交互的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)區(qū)塊鏈?zhǔn)荂osmos Hub，也就是 Cosmos 主網(wǎng)，其他的并行鏈稱為Zone，Zone 通過(guò) IBC 協(xié)議與 Hub 進(jìn)行跨鏈操作。在 IBC 協(xié)議設(shè)計(jì)里，兩個(gè)鏈建立連接之前需要進(jìn)行彼此注冊(cè)，并保存對(duì)方鏈驗(yàn)證者集合以及相關(guān) Merkle 證明，以證明跨鏈消息的正確性。同時(shí)，不同的 Hub 連接下的 Zone 也可以通過(guò) Hub 路由的方式進(jìn)行交互。

Polkadot：這是由原以太坊主要核心開(kāi)發(fā)者Gavin Wood 推出的可伸縮性的異構(gòu)多鏈系統(tǒng)，主要解決區(qū)塊鏈拓展性問(wèn)題。在 Polkadot 看來(lái)，其它區(qū)塊鏈都是平行鏈，Polkadot 通過(guò)中繼鏈技術(shù)能夠?qū)⒃墟溕系?token 轉(zhuǎn)入類似多重簽名控制的原鏈地址中，對(duì)其進(jìn)行暫時(shí)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(yú)人角色對(duì)交易進(jìn)行舉報(bào)監(jiān)督。通過(guò) Polkadot 可以將比特幣、以太幣等都鏈接到 Polkadot 上，從而實(shí)現(xiàn)跨鏈通信。

本體跨鏈設(shè)計(jì)初探

為了解決區(qū)塊鏈的信息孤島問(wèn)題，本體推出全新的輕量級(jí)、低耦合、安全可靠的多鏈體系和跨鏈解決方案。該解決方案以本體鏈為主鏈，同時(shí)支持同構(gòu)側(cè)鏈和異構(gòu)側(cè)鏈，并允許主鏈與側(cè)鏈、側(cè)鏈與側(cè)鏈之間的交互。當(dāng)需要連接不同結(jié)構(gòu)的鏈時(shí)，dApp 可以通過(guò)調(diào)用跨鏈管理合約來(lái)完成跨鏈操作。

本體鏈網(wǎng)體系支持主鏈和側(cè)鏈之間、側(cè)鏈和側(cè)鏈之間的跨鏈交互，其跨鏈設(shè)計(jì)主要包括如下幾個(gè)模塊：

1. 多鏈管理合約

· 主要負(fù)責(zé)側(cè)鏈的注冊(cè)和管理，包括側(cè)鏈注冊(cè)和退出，側(cè)鏈狀態(tài)管理，側(cè)鏈 ONG 抵押管理，側(cè)鏈資金池管理，驗(yàn)證人信息變更等；

· 側(cè)鏈需要在注冊(cè)時(shí)向主鏈的多鏈管理合約中提交該側(cè)鏈的創(chuàng)世塊區(qū)塊頭、共識(shí)切換周期等基本信息。同時(shí)，側(cè)鏈需要將主鏈的當(dāng)前關(guān)鍵區(qū)塊頭信息初始化在自己的區(qū)塊頭同步合約中。另外，側(cè)鏈在向主鏈注冊(cè)時(shí)需要抵押一定量的 ONG 防止其作惡（若是可信側(cè)鏈，也可不抵押 ONG）；

· 注冊(cè)后會(huì)為子鏈分配子鏈 ONGx 總發(fā)行量的資金池，每次向子鏈的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移都會(huì)消耗資金池的容量，相反會(huì)釋放資金池的容量；

· 子鏈的退出需要有段時(shí)間的挑戰(zhàn)期，挑戰(zhàn)期內(nèi)用戶可以將 ONGx 換回 ONG，如發(fā)現(xiàn)無(wú)法換回，可以提交子鏈作惡的證據(jù)。挑戰(zhàn)期結(jié)束子鏈退出并贖回質(zhì)押。

2. 區(qū)塊頭同步合約

· 跨鏈交互需要跨鏈交易的相關(guān)合法性證明，跨鏈交易在跨鏈管理合約中被放入merkle tree中，同時(shí) merkle root 被放入?yún)^(qū)塊頭中；

· 因此跨鏈交互過(guò)程中需要進(jìn)行跨鏈區(qū)塊頭信息的同步，獲取 merkle root，以驗(yàn)證跨鏈交易的合法性；

·為了驗(yàn)證獲取到的跨鏈區(qū)塊頭的合法性，需要驗(yàn)證對(duì)方鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)的簽名，而為了獲取對(duì)方鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)列表，需要同步對(duì)方鏈的關(guān)鍵區(qū)塊頭（也就是共識(shí)切換的區(qū)塊）；

· 側(cè)鏈和側(cè)鏈的交互過(guò)程中，雙方將直接從主鏈上取得對(duì)方的關(guān)鍵區(qū)塊頭信息。

3. 跨鏈管理合約

· 所有跨鏈交易都由跨鏈管理合約來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一管理；

· 跨鏈管理合約負(fù)責(zé)為每一筆跨鏈交易分配一個(gè)自增 ID，并在完成時(shí)標(biāo)記該 ID 已消費(fèi)，還負(fù)責(zé)將跨鏈交易放入 Merkle Tree，而 Merkle Root 會(huì)被放入當(dāng)前區(qū)塊的區(qū)塊頭中。同時(shí)，在發(fā)起跨鏈交易時(shí)，用戶需要將一部分 ONG 作為礦工費(fèi)用銷毀或凍結(jié)。

4. ONG（x） 合約

· 系統(tǒng)資產(chǎn)合約，該資產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)跨鏈轉(zhuǎn)移，并可以作為交易手續(xù)費(fèi)和跨鏈交易礦工費(fèi)，資產(chǎn)錨定主鏈 ONG；

· 主鏈 ONG 合約添加了跨鏈資產(chǎn)鎖定，解鎖功能；

· 側(cè)鏈 ONGx 合約添加了跨鏈資產(chǎn)增發(fā)，銷毀功能。

5. dApp 合約

· 任意本體開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)部署的 dApp 合約，此合約除了正常的業(yè)務(wù)邏輯，還調(diào)用了跨鏈管理合約的跨鏈方法來(lái)實(shí)現(xiàn)跨鏈。是跨鏈 dApp 生態(tài)中的鏈上部分。

· dApp 開(kāi)發(fā)者無(wú)需關(guān)心具體的跨鏈實(shí)現(xiàn)，只需調(diào)用跨鏈管理合約的統(tǒng)一方法即可實(shí)現(xiàn)跨鏈。

6. 信息狀態(tài)同步者 Relayer

· 一個(gè)狀態(tài)信息同步程序，持續(xù)監(jiān)聽(tīng)跨鏈管理合約的跨鏈請(qǐng)求和某些關(guān)鍵區(qū)塊，監(jiān)聽(tīng)到后進(jìn)行跨鏈交易或者關(guān)鍵區(qū)塊頭的同步工作來(lái)獲取礦工費(fèi)。

· 任何人都可以無(wú)需注冊(cè)加入網(wǎng)絡(luò)成為 Relayer，并賺取自己的礦工費(fèi)。

后記

在以后的本體技術(shù)視點(diǎn)文章中，將給大家?guī)?lái)更多關(guān)于本體跨鏈設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)。

目前，本體跨鏈測(cè)試網(wǎng)已經(jīng)上線，也提供了詳細(xì)的跨鏈?zhǔn)褂?a href="http://wenjunhu.com/v/" target="_blank">教程和多鏈開(kāi)發(fā)手冊(cè)，希望廣大技術(shù)愛(ài)好者來(lái)體驗(yàn)本體跨鏈測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。