区块链底层技术随着时间的推移，已经相对成熟，可以满足常见的业务场景的技术层面需求。但实际中，还是存在一些复杂的应用场景，往往单一的链不能很好的满足业务需求，比如一些相对高频的交易，以及业务之间跨度很大的对接，这时侧链、跨链技术就能很好的满足这些场景。

目前我们象链科技研究团队正在研究并开始实施相关的技术验证，例如应用成熟的智能合约体系来支撑跨链技术的实现等。

跨链的类型

跨链交互根据所跨越的区块链底层技术平台的不同可以分为同构链跨链和异构链跨链：同构链之间安全机制、共识算法、网络拓扑、区块生成验证逻辑都一致，它们之间的跨链交互相对简单。而异构链的跨链交互相对复杂，比如比特币采用PoW算法而联盟链Fabric采用传统确定性共识算法，其区块的组成形式和确定性保证机制均有很大不同，直接跨链交互机制不易设计。异构链之间的跨链交互一般需要第三方辅助服务辅助跨链交互。

主流跨链机制概述

截至目前，主流的区块链跨链技术方案按照其具体的实现方式主要分为三大类，分别是公证人机制、侧链/中继和哈希锁定：

1. 公证人机制（Notary schemes）: 公证人也称见证人机制，公证人机制本质上是一种中介的方式。具体而言，假设区块链A和B本身是不能直接进行互操作的，那么他们可以引入一个共同信任的第三方作为中介，由这个共同信任的中介进行跨链消息的验证和转发。公证人机制的优点在于能够灵活地支持各种不同结构的区块链（前提是公证人能够访问相关方的链上信息），缺点在于存在中心化风险。

2. 哈希锁定（Hash-locking）: 哈希锁定技术主要是支持跨链中的原子资产交换，最早起源自比特币的闪电网络。其典型实现是哈希时间锁定合约HTLC(Hashed TimeLock Contract)。哈希锁定的原理是通过时间差和隐藏哈希值来达到资产的原子交换。哈希锁定只能做到交换而不能做到资产或者信息的转移，因此其使用场景有限。

3. 侧链/中继链（Sidechains / Relays）: 侧链是指完全拥有某链的功能的另一条区块链，侧链可以读取和验证主链上的信息。主链不知道侧链的存在，由侧链主动感知主链信息并进行相应的动作。而中继链则是侧链和公证人机制的结合体，中继链具有访问需要和验证进行互操作的链的关键信息并对两条链的跨链消息进行转移。从这个角度看中继链也是一种去中心的公证人机制。

典型跨链机制实现分析

1.公证人机制

最传统的公证人机制是基于中心化交易所的跨链资产交换，这种跨链的方式比较单一，只支持加密通证的交换，著名的分布式账本技术Ripple，就是采用类似公证人的机制来解决全球金融机构之间的资产交换。

Ripple的系统架构如上图所示，Ripple系统中交易通过网络中的验证者进行交易的验证，验证者验证的交易通过加密算法保护交易内容不能被验证者窥探从而保证交易的隐私性。

公证人机制的跨链技术实现简单，且能够比较灵活地支持不同类型的底层区块链体系。公证人机制的主要问题在于公证人机制的安全性保障完全由公证人系统保障。参与跨链的相关方需要对中间人给予较大的信任。

2.哈希锁定

哈希时间锁定（HTLC）最早出现在比特币的闪电网络，跨链资产交换支持一定数量的A链资产和一定数量的B链资产进行原子交换。哈希时间锁定巧妙地采用了哈希锁和时间锁，迫使资产的接收方在deadline内确定收款并产生一种收款证明给打款人，否则资产会归还给打款人。收款证明能够被付款人用来获取接收人区块链上的等量价值的数量资产或触发其他事件。

哈希锁定的思想运用在支付领域较多，例如闪电网络、雷电网络以及跨链资产转移协议Interledger等。但是哈希锁定目前看只适合偏资产通证或者关键数据的交换，甚至不支持转移，因此其适用场景受限。

3.侧链/中继链

• 侧链

侧链是相对于主链而言的，最初的侧链提出是针对比特币做新特性的测试和研发。侧链相对主链而言能够验证和解析主链中的区块数据和账本数据。侧链实现的基础技术是双向锚定（Two-way Peg），通过双向锚定技术可以将数字资产在主链上进行锁定，同时将等价的资产在侧链中释放。相反当侧链中相关资产进行锁定时，主链上锚定的等价资产也可以被释放。

• 中继链

中继链本质上算是公证人机制和侧链机制的融合和扩展，目前社区内最活跃的两个跨链机制Cosmos 和 Polkadot 采用的都是基于中继链的多链多层架构，其中Cosmos目前支持的是跨链资产交互而Polkadot则宣称提供任意类型的跨链交互，具体实现还有待观察。

Polkadot也是一种集成平行链和中继链的多层多链架构，Polkadot区块链的整体架构图如下图所示，主要包含三种角色链和四种参与方：

后记

综合以上的一些主流跨链场景和方案的分析，从跨链的概念以及需求上看跨链的本质其实就是 如何将A链上的消息M安全可信地转移到B链并在B链上产生预期效果。那么一个成功的跨链交互到底需要解决哪些问题呢？笔者认为主要有以下四个问题：

1. 消息M的真实性证明，也就是说M是否确实是存在A链上的，也确实是A链发给B链的；

2. 消息M的路由，如何让跨链消息安全跨系统路由；

3. 消息M的有效性证明，这里的有效性是指来自A链的消息M如何让B链认可其抵达B链时状态仍然有效，比如转移的资产是否是冻结的，没有双花的，如果是状态那么是否在此期间未发生改变等；

4. 消息M的执行结果证明，这个是指A链需要确认跨链操作是否成功，以及成功操作的相应回执。

跨链系统的设计还需要考虑系统稳定性、可扩展性以及易升级性、容错等等，总而言之，真正的可信互联网建设艰辛路长，象链科技愿与业界同行共勉！

- END-