區塊鏈跨鏈技術的發展與應用

TX Labs 李步天

我國區塊鏈技術經歷了十幾年的深入開發,已經建立起具備各種特性、廣泛應用于不同工作環境的區塊鏈體系。但由于國際間區塊鏈體系的不兼容性以及鏈與鏈之間的高度異構性，造成了區塊鏈之間的數據價值傳遞、信息傳輸等方面的科技障礙。而國際區塊鏈的跨鏈發展，也正是促進了區塊鏈技術互連與貫通、提高了區塊鏈技術互操作度和擴展能力的關鍵措施。關于區塊鏈間跨鏈信息技術交互難的問題，文章對區塊鏈的跨鏈信息技術的發展趨勢與現實應用展開研究，著重介紹了區塊鏈跨鏈的技術原理，剖析了當前跨鏈信息技術中存在的科技困境，總結了當前跨鏈信息技術的安全風險與現實應用領域，論述了當前跨鏈信息技術中存在的挑戰與未來的科技發展走向。

在科學技術發展的帶動下，區塊鏈技術的發展速度不斷加快，區塊鏈技術的應用范圍也在不斷地延伸，區塊鏈所存在的問題也暴露了出來。當前，區塊鏈系統中都是異構的，并且相互之間沒有聯系，這樣一來，導致大量的區塊系統成為了價值孤島，每個區塊鏈之間無法進行有效的價值交流，這也嚴重制約了區塊鏈功能拓展和未來的發展。本文通過闡述當前區塊鏈跨鏈技術及其相關應用情況，在研究過程中剖析跨鏈技術在發展過程以及跨鏈方面存在的主要問題，旨在為區塊鏈技術人員提供有價值的參考，以此來推動區塊鏈技術的發展。

1 區塊鏈跨鏈技術分析

1.1 跨鏈的產生

區塊鏈技術的高速發展，導致各區塊鏈項目之間對技術要求不斷提高，對區塊鏈技術中跨鏈交互的發展有著一定推動作用。而區塊鏈技術領域在交付管理能力和可擴展性等領域也一直影響著區塊鏈大規模的實施使用。怎樣攻破基礎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塊鏈體系就成了當前區塊鏈領域研發的重心。在服務特性層面，隨著區塊鏈從單鏈逐步快速發展為多鏈整合，在進行了對原有的工作量證明與共識機理的逐步完善和優化之后，在比特幣和以太坊的基本框架上，產生出了以實用的拜占庭容錯方法和委任權益證認識計算為內核的聯盟鏈和辦公鏈網絡系統，從而完成了TPS(系統每秒辦理的業務數)由個位數飛躍到百萬級的技術突破，但是，一定程度上也弱化了區塊鏈技術“去中心化”的特點；所以，在實際當中使用區塊鏈技術要堅持去中心化的設計理念，保持教好的服務交付性能。在服務功能上，區塊鏈技術的創新研究、智慧合約的不斷完善和優化，同時在數字化時代發展影響下，大部分的公司級的商業區塊鏈建設項目已經建立并成功執行。這樣一來，為一些規模較大、涉及內容較多的垂直辦公鏈帶來更新的基礎設施以及業務體系。為推動區塊鏈項目在不同領域的有機結合，提高區塊鏈間的互聯互通，實現業務和利益之間的自由土地流動，部分公司為了提高自身的業務能力和利益，對跨鏈交互技術需求非常迫切，這也就延伸出了跨練技術。

1.2 跨鏈技術的發展歷程

跨鏈技術最早在比特幣出現時就已經得到了初步發展，此時正在致力于從單鏈擴展到中鏈與跨鏈平臺的多鏈共管的研發中。區塊鏈的初期發展中，區塊鏈都是以單鏈的形態存在并發展的，而且因為單鏈優化和信息化改進的特點，因此處理起來非常麻煩，甚至是完全不可能的。在實際中使用要求跨鏈技術開發到真正使用的發展歷程中，在實現區塊鏈互操作性、信息交換性能以及可擴展性等方面，均實現了一定的重大突破。目前，學者們正在圍繞著命名技術、身份驗證與通信協議、跨鏈事務一致性管理等領域，展開更深入的探討和深入研究[1]。

1.3 跨鏈技術的類型

按照交換鏈的不同類型和交換鏈的核心技術，把交換鏈的相互作用方式分成了均勻鏈和非均勻鏈。在網絡拓撲機理、安全機理、一致性算法、塊形成和驗證邏輯等方面都是相同的，所以，異構鏈間的跨鏈交換也比較簡單。但是，在實際使用中，越來越多的問題是通過不均相鏈內部的各種相互作用展開的。不均相鏈和網絡的拓撲構造之間存在著巨大的差別，導致不均相鏈內部的相互作用越來越復雜。在當前，無論是等距的同構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的相互轉換與資本的兌換。在具有跨鏈交換的原子性下，當目標鏈中的所有資產都被鎖定時，交換資產被重置為與目標鏈中的固定資產等價的價值，從而實現對鏈上的交換價值，或者由于交換而導致鏈上固定資產數量的變化。資產交換是指固定資產的交換，在每一個固定資產鏈中保持一定數量的固定資產。同步改變交互鏈間對鏈上資源的使用權，并以此實現在區塊鏈內資源交換的目的。目前，在異構鏈上的跨鏈方式大致包括了區塊監聽、不直接交換以及與第三方協作交換。

2 跨鏈技術的困境

通過建立和實施多個區塊鏈項目，以促進各行業區塊鏈項目的聯合開發，克服不同基本區塊鏈結構的互操作性、不同類型結構的相互識別、不同類型接口協議的互操作性，互操作性和訪問問題在不同安全方法和不同服務方法的影響下，跨鏈項目逐漸形成了當前區塊鏈技術的主要突破領域。鑒于跨鏈的技術研發起步相對較晚，以及目前中國區塊鏈的跨鏈技術研發還處在萌芽狀態，面對的各大風險問題，跨鏈技術的研究與開發還存在著不同的發展困境，主要表現在如下一些領域。

2.1 跨鏈事務管理問題

跨鏈技術在進行鏈內的轉讓與交換的處理過程中需要避免“雙花”現象，即使交換可以同時進行或同時失效，也要確保鏈內交換雙方的賬冊數據同時變更且保證跨鏈業務的統一性。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業務，但是不同的子交易都是相對獨立的運行在不同的區塊鏈體系，處理跨鏈事務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行，若是其中一個子交易出現失誤，便要回滾并撤銷上一個的交易。因此，處理跨鏈事務的工作人員在進行跨鏈交易時要保證交易的成功原子性，這也是跨鏈服務中亟待解決的技術難題。

2.2 跨鏈交易驗證問題

跨鏈交易過程認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買賣的合法化與有效率。而在區塊鏈體系中，為保證數據的絕對安全，目前“區塊頭+SPV”方法仍然是最常用的跨鏈交換檢驗方式。

2.3 跨鏈交易性能問題

區塊鏈交易處理能力和安全性，一直都是區塊鏈操作系統中努力攻克的技術問題。然而在區塊鏈操作系統實現一致的過程中，面臨去中心化、穩定性和安全的不可能三角現象，使得區塊鏈操作系統可以同樣滿足它們的兩個。雖然當前有些區塊鏈方案已經可以完成百萬量級的TPS，但都只能在一些驗證節點的前提條件下才能完成，并且還削弱了整個網絡系統去中心化的特征。隨著跨鏈交換的發展，跨鏈交換對并發運行速度的要求也更加嚴格，間接的影響了跨鏈交換的并發性能與安全性，都成為了跨鏈技術中急需克服的技術難題。

2.4 鎖定資產管理問題

鎖定資金管理能夠實現鏈中資金的鎖住與凍結，為區塊鏈中資金的鎖定與開放創造了條件，也能夠更高效的控制所有交易賬戶，從而保護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生的雙花風險。目前，財產鎖定模式主要分為智能合同模式、單一保管人方式以及聯盟鏈的方式。但是，由于申報方式以及申請領域的重大局限，所以跨產業鏈方式在財產鎖定模式領域還有待繼續開展創新和探索。

2.5 多鏈協議適配問題

跨鏈技術是加深區塊鏈技術在業務層面應用的主要推物。區塊鏈網絡上如何實現像因特網那樣的信息交互服務，就需要通過跨鏈網絡實現互聯互通、多鏈互存的信息生態系統。而目前，進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行技術突破，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區塊鏈操作系統技術基礎上，進一步發展底層跨鏈操作系統，即在區塊鏈的實際應用上，發展適用于所有環境下的跨鏈技術，從而完成跨環境的數據與價值傳遞。而被動兼容性則是從基礎操作系統開始，首先構建好的跨鏈操作系統之后，可以在基本操作系統來改善當前區塊鏈操作系統的發展，同時利用多個連接口來進入到區塊鏈操作系統，以此完成全系統的跨鏈業務目標。

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是否正常工作的核心。區塊鏈技術雙方在實現了跨鏈交換之后，怎樣保證雙方系統的安全性就成為了跨鏈科技的一個難點。目前人們一般從適當分離、檢查安全性事件兩個角度加以思考。適當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絡的正常工作，并盡可能保證鏈路間的獨立性；檢查安全性事件則主要是利用具備監測惡意攻擊能力的第三方節點來管理跨鏈路業務，使整個跨鏈網絡具備了類似防火墻的作用。跨鏈路安全保護技術也是對跨鏈網絡日益關注的重要技術研究熱點，同時也是對跨鏈網絡的重要保護盾，仍有待繼續研究和不斷完善。

3 區塊鏈跨鏈技術應用及安全性分析

3.1 跨鏈技術的應用

跨鏈技術目前已經取得了諸多的研究成果，如在跨鏈的體系結構、數據協同、資產流通等多個方面都已經深入應用，同時在分布式網絡結構中的交易、金融服務等多個領域都得到了創新性發展[2]。

國內對跨鏈技術的研發和應用也傾注了巨大的人力、物力，并提供了廣泛先進的技術服務?？珂溈茖W技術正進入發展高潮，跨鏈科學技術的實踐應用正呈井噴式發展。

目前，跨鏈技術已經在跨鏈的五大平臺上得到了發展，能夠解決跨鏈系統內外連接困難的問題，也極大地推動了跨鏈技術的應用與發展。基于區塊鏈模型的不同標準，把跨鏈技術分成了不同的類型。

3.2 跨鏈安全性分析

跨鏈技術提出了一種交互需求，以滿足塊鏈和跨鏈交互的需要。因此，跨鏈技術的魯棒性必須與實際應用中遇到的各種安全問題密切相關。然而，目前支持數據鏈路通信的許多交叉連接協議仍處于研究和開發階段，尚未得到廣泛的認可。因此，對集群鏈中常見的安全問題進行分析，有助于改善跨集群鏈技術的安全漏洞。

4 區塊鏈跨鏈技術的挑戰與前景

跨鏈技術已成為實現產業鏈網絡化、建設有價值的高速公路網絡的關鍵技術，是促進中國跨境價值鏈全面開發的重要驅動方式。隨著區塊鏈勘探領域的開發，今后還將產生區塊鏈生態系統。集群鏈的多樣性，也將使得人們對跨鏈創新的要求提高，但跨鏈創新的實際應用并不會僅限于交易。而在未來，隨著集群信息技術的廣泛應用，著重探討和發展基于網絡的統一數據接口通訊方法，從而建立集群網絡，并進行各個群體間的通訊，將成為當前跨鏈信息技術的主要趨勢。

4.1 跨鏈技術面臨的挑戰

當前，區塊鏈系統當中存在的主要問題是操作性不足。因此，跨鏈技術要能夠滿足不同區塊鏈的要求，注重跨鏈操作的便捷性和安全性。當前，跨鏈技術的實現程度較低，依然處于初期探索階段，缺少統一的標準和體系來規范跨鏈技術。在未來的發展中，跨鏈技術還會面對各種新的挑戰和問題。為了能夠體現跨鏈的價值，可以通過購買區塊鏈系統，確保操作系統能夠支持互聯網TCP/IP 協議[3]。

4.2 跨鏈技術的發展前景

近年來，區塊鏈技術仍然是一個熱點，世界各國紛紛將區塊鏈提升到國家戰略的高度，努力抓住區塊鏈創新發展的高點。目前，在政府支持下，以及在應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設施的關鍵部分?？缂夹g鏈將與大眾的科技鏈相結合，并繼續尋求創新和發展。而目前，跨鏈領域已步入了新的研發高潮，而未來的研發重心也將聚焦在跨鏈架構、多協議互聯、跨鏈數據安全保障、跨鏈協議鏈的應用、協議的一致性、跨鏈入服務的管理效率等領域展開更廣泛和深度的研發與探討，將逐步突破新一代互聯、可信、高效的技術瓶頸，支持跨鏈應用領域的場景，實現跨鏈塊的溝通與協作，形成更具發展前景和活力的商業模式，開啟了鏈間互聯的千載難逢的時代。

5 結論

區塊鏈具有各方共識、去中心化數據、印章證明、高可溯源度等優勢。在數字貨幣領域，供應鏈管理、貿易照管、信用安全等機會有很多。隨著區塊鏈科技的持續發展與不斷創新，已經發現了大量的區塊鏈項目。為了打造不同地域、價值和價值表現更好的區塊鏈，不同的區塊鏈技術將會越來越成為區塊鏈行業關注的焦點。對于區塊鏈技術來說，還需要進一步深入提升，以實現更多跨鏈應用領域的場景。

引用

[1] 孫浩,毛瀚宇,張巖峰,等.區塊鏈跨鏈技術發展及應用[J].計算機科學,2022,49(5):287-295.

[2] 何帥,黃襄念,陳曉亮.區塊鏈跨鏈技術發展及應用研究綜述[J].西華大學學報(自然科學版),2021,40(3):1-14.

[3] 孫毅,范靈俊,洪學海.區塊鏈技術發展及應用:現狀與挑戰[J].中國工程科學,2018,20(2):27-32.