详解三大主流跨链技术方案

2022-07-13 12:29 栏目:行业动态 来源:网络整理 查看()

随着区块链技术的蓬勃发展,涌现出一大批区块链项目,形成了各具特色、不同应用场景的区块链网络。日益丰富的技术栈组合支撑了区块链蓬勃发展的生态,但也造成了不同项目间的异质性,使得其所承载的交易数据和经济价值难以在生态内自由流动,跨链逐渐成为行业的刚需

所谓跨链,指的是通过特定的技术方案在不同(同构或者异构)区块链之间实现安全的信息互通与价值转移,赋予其互操作能力。

一次成功的跨链拆分为以下三个步骤:

用户的源链地址发送一笔转账到该链上的某接收地址

该转账的有效性通过验证,并触发目标链上的交易

目标链上的某地址向用户指定的收款地址发送一笔转账

为了完成上述跨链过程,本文将介绍三种技术方案,分析其特点并讨论潜在的风险。分别是公证人模式、哈希时间锁和中继模式

公证人

在行业初期,区块链技术的难点主要在于提升单链性能。但是随着PoS和拜占庭容错算法的应用,很多区块链的peak TPS已经能够很好的支持用户的需求,基础设施也越来越完善。因此,更多的用户开始注意到区块链带来的金融市场的范式转变,并参与到区块链生态的建设中。

因此,诞生了一个可信的第三方来协调跨链运营。这种可信任的第三方公证人负责跨链过程中跨链消息的验证和转发。根据签名方式的不同,可以分为单签名和多签名。单签名公证又称集中式公证,通过指定单个节点/机构作为公证角色,采集源链的交易数据,验证交易的有效性,通过数字签名启动目标链的交易执行。单点登录方式简单,处理速度快。但它的缺点也是显而易见的,那就是单个节点的故障或邪恶会导致跨链交易系统的崩溃,使跨链服务不再可用。

详解三大主流跨链技术方案

哈希时间锁

区块链2.0的出现,首次为智能合约提供了一个可靠的去中心化执行环境,实现了无信任的资产自动管理。简单来说,智能合约就是由代码控制,提供读写接口实现信息交互,并根据交互信息触发特定操作的自动化协议。区块链2.0最了不起的创新之处在于,它实现了一个无需任何信任条件的执行环境,使得任何智能合约的部署、交互与执行都不再依靠权威授信的第三方。

所以通过smart contract部署的hash time lock实现了另一种跨链技术。具体流程如下:

跨链交易的发起者选择一个秘密随机数S,然后计算该随机数的hash值h=Hash(S),将h给跨链交易的响应者。

发起方和响应方在各自的区块链上锁定智能合约中待交易的资产,锁定信息为H,解锁密钥为随机数S,锁定周期分别为T1和T2,其中T1必须晚于T2,解锁方设置为对方账户。

在时间T2内,发起方通过发布s获得被响应方锁定在合同中的资产,如果超时后没有取出资产,合同会自动将资产返还给响应方。

发起方宣布S后,响应方仍有不少于T1-T2的时间窗解锁属于自己的资产。如果超时后没有取出资产,资产将自动归还给发起者。

详解三大主流跨链技术方案

哈希时间锁的出现解决了跨链交易中的信任问题。只要发起方保护好私有随机数,时间窗T1-T2足够响应方解锁资产,双方就可以实现一次成功的跨链交易,没有任何信任,可以说是实现了真正的去中心化跨链交易

应用哈希时间锁的前提是,实现互操作性所涉及的两条区块链必须支持同一种哈希函数,以及该哈希函数足够安全。前者是项目选择问题,新兴项目倾向于选择主流的哈希函数;后者是一个密码问题。目前,已在区块链行业应用的hash函数,如SHA256和Keccak-256,尚未发现有安全风险。

鉴于人类对数论和量子计算的不断研究,有可能在不久的将来,黑客可以利用新发明的数学工具或计算技术来完成对当前哈希函数的攻击。到那时,密码学家应该会设计出更安全的杂凑函数。在这种矛盾的攻击和防御中,密码建筑一点一点地被建造得更加安全。

中继模式

中继是跨链操作的抽象。跨链过程中的信息验证问题抽象为中继层的共识问题。在这个抽象层上,可以开发独立的区块链,具有更好的可扩展性。作为跨链交易的总账,跨链操作中出现了第三个区块链,即接力链。

在这种模式下,每个区块链网络中部署了一系列中继节点,负责监控和同步区块链到中继链的交易数据。中继的共识节点验证跨链事务的有效性,并触发相应事务的执行。通过在各个链条上部署智能合约,作为跨链运营的接口,接力模式也可以作为基础设施服务更多有跨链需求的项目。

详解三大主流跨链技术方案

一次典型的中继跨链操作,如上图所示:

用户在源链中发起跨链事务请求。

中继节点监控事务信息并将其传输到中继链。

中继共识节点验证事务的有效性。

验证之后,共识节点构造相应的事务。

大多数共识节点签署事务以形成签名集。

中继节点监视由共识节点生成的事务和签名。

中继节点将事务传送到目标链,并等待执行。

中继链的共识算法决定着跨链服务的性能和安全性,经典的拜占庭容错算法,如PBFT,在大部分节点正常工作的情况下,可以达到很高的处理速度。改进的拜占庭容错算法,如HotStuff,进一步降低了通信复杂度,支持更大规模的节点参与共识。

中继链作为一种工程复杂度高的技术方案,实现难度较大,但优势明显。具有智能合约的中继链可以形成跨链服务网络,一个中继链可以在多个区块链之间进行信息交流,从而实现更大范围的价值传递。

作为刚需,跨链解决方案必然伴随着区块链行业的发展持续改进,而跨链技术为资产所赋予的流动性也必然为更多优秀的项目注入增长动力,彼此互惠。对跨链技术演进的持续关注,可以帮助我们更好地理解整个行业的变化

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