作为区块链3.0的重要代表,侧链跨链目前面临着哪些技术难点?

    2018-08-10 作者:Shirly 原创 1,212

2009年,比特币白皮书出现在“密码朋克”社区,“可编程的货币”悄然诞生,与转账、汇款和数字化支付相关的密码学货币应用一经出世,就对现有的金融市场发起了冲击。

人类的进步史告诉我们,仅仅是用这项技术进行分布式记账必然不能满足人们的野心,搅动金融市场也只是区块链技术影响世界经济的第一步。

2014年“以太坊”成功上线,智能合约支持图灵完备脚本运行,允许开发者按照自己的意愿创建各种复杂的操作,其所创建的ERC20标准,极大地降低了区块链开发难度,繁荣了区块链经济。“分布式账本+计算智能合约”正式被定义为区块链的2.0版本。

然而,随着通证经济的繁荣,区块链性能的限制、功能的单一,以及项目的同质化等问题也逐渐暴露出来。

7月21日,2018OKEX产业共赢大会,OK资本发布《区块链3.0:侧链与跨链》报告,从技术和经济两个重要的维度梳理区块链行业十年发展,总结核心规律及趋势,将侧链和跨链定义为区块链3.0时期的重要代表。

而侧链和跨链,正是针对以上问题而被提出的有效解决方案。

侧链:一个拥有永久性存储的子区块链

前面我们提到,虽然区块链技术目前正在快速发展,但是传统区块链技术要落地到商业应用,特别是金融应用,仍然存在如区块链性能的限制、功能的单一、隐私的保护等问题需要解决。

解决这些问题的一种做法是重新开发新的区块链,但是这种做法会造成大量重复性工作,并且需要不断的发行新的数字资产。

侧链就是在这种需求背景下被提出的。

就像水分子中链接氢氧元素中间那条看不见的线,侧链协议被设想为一种允许数字资产在主链与侧链之间进行转移的方式。犹如TCP,作为对原有主链的补充,把IP和HTTP切开,为以上问题的解决提供了分层架构。

具体的技术实现方式有若干种办法,核心思路并不复杂。侧链以双向锚定(Two-way Peg)为基础,暂时性的实现将数字资产在主链中锁定,同时将等价的数字资产在侧链中释放,反之亦然。

简单来说,我们可以将主链的密钥保存于侧链,通过多重签名、矿工和公证人投票等认证机制,将主链帐号安全转移到侧链上面,然后侧链以一个快速结算的网络(闪电网络)为用户提供服务,在服务完成后,用同样的方法再转移回主链。

侧链的技术难点

这看起来是种非常完美的方案,但很显然,这个世界永远不会出现绝对完美的东西。双向锚定实现的最大难点是协议改造需兼容现有主链,也就是不能对现有主链的工作造成影响,目前大致有以下几种设想:

1、单一托管模式:最简单的实现主链与侧链双向锚定的方法就是将数字资产发送到一个主链单一托管方(类似于交易所),当单一托管方收到相关信息后,就冻结主链上的数字资产,同时在侧链上激活相应数字资产。这个解决方案的最大问题是过于中心化。

举个例,村子里张老头家种了十亩红苹果树,丰收后以token(苹果币)兑换的形式卖出,一个苹果币可以兑换10个红苹果,很畅销。第二年,张老头引进新品种,增种了五亩蛇果,由于蛇果的价格比苹果贵一倍。

为了避免重新建立一个苹果链后,会加大管理支出以及工作量等问题。张老头决定在原有的苹果链上增设一个蛇果侧链,并委托村长做单一托管方。当村长收到“小丁用1个苹果币兑换5个蛇果”的交易信息后,就会有1个苹果币就会被冻结。与此同时,侧链上会有相应的蛇果币被激活。

显而易见,在这个解决方案中,“村长”这个被委以托管重任角色过于中心化了。

2、联盟模式:联盟模式是使用公证人联盟来取代单一的保管方,利用公证人联盟的多重签名对侧链的数字资产流动进行确认。

这种模式就相当于,受委托的监管方从村长变成了村委会的领导们。如果想要盗窃苹果链上冻结的苹果币,就需要得到村委会51%及以上的领导成员的默认。

相对于“单一托管模式”而言,“联盟模式”无疑更安全。但是,安全程度仍然取决于公证人联盟的诚实度,依然存在着偏中心化的问题。而这两种模式的最大优点在于,它们都不需要对现有的比特币协议进行任何的改变。

3、SPV模式:SPV(Simplified Payment Verification)模式是去中心化双向锚定的最初设想:为了将主链币转移至侧链币,主链币将被发送到主链上的一个特殊输出中,该输出只能由侧链上拥有的一个SPV证明来解锁。SPV是一个包含了交易所在的区块头和交易本身的密码信息。

即,为了让原有的苹果币转移至侧链、激活蛇果币,苹果币会被发送到苹果链中某条连接着蛇果链的传送带上,而蛇果链想要使这条传送带运转,则需要解一个特定的密码题。

这种方法存在两个问题,一个是这道密码题不可能很容易解答。事实上,SPV证明的大小和验证过程的复杂性都要远大于普通交易的验证。

另一个问题是,现有的苹果链上并没有“传送带”存在。同样蛇果链上也必须再设置一个答题机制,才能使传送带能通过解题的方式被激活并运转。

这样一来,两条链都需要通过协议的更改,才能让它们互通,甚至进行联合挖矿。对于目前技术的发展程度而言,这几乎是不可能完成的任务。

4、驱动链模式:在驱动链中,矿工作为“算法代理监护人”,对侧链当前的状态进行检测。换句话说,矿工本质上就是资金托管方,驱动链将被锁定数字资产的监管权发放到数字资产矿工手上,并且允许矿工们投票何时解锁数字资产和将解锁的数字资产发送到何处。

矿工观察侧链的状态,当他们收到来自侧链的要求时,他们会执行协调协议以确保他们对要求的真实性达成一致。诚实矿工在驱动链中的参与程度越高,整体系统安全性也就越大。

在这个模式中,托管方不再是“村长”或者“村委会领导”,而变成了与苹果园收益利益相关的团体。因为利益相关,相比前者而言,这个团体中的成员被他人利诱而出卖张老头的可能性自然就更小了。而且,这个团体中的成员越多,愿意与张老头合作共赢的人也就越多。

但是,必须对主链上的每笔交易信息进行软分叉,矿工才有能力对侧链在交易生成时的状态进行有效检测。

5、混合模式:顾名思义,混合模式就是将上述获得双向锚定的方法进行有效的结合的模式,即在主链和侧链使用不同的解锁方法。

例如,在苹果链上使用SPV模式的同时,在蛇果链上使用驱动链模式。在生成交易时,将苹果币发送到苹果链中某条连接着蛇果链的传送带上。然后,让矿工作为“算法代理监护人”,对蛇果当前的状态进行检测。如果没有问题,则发送信号,使苹果链中的传送带开始工作。

显而易见的是,混合模式也需要对主链进行软分叉。

除了以上几个技术难点以外,侧链的劣势也非常明显,作为主链的补充,侧链并不能实现跨区域的合作,适用范围狭窄,多种金融功能都难以实现。

跨链:连接区块链价值孤岛的桥梁 

在区块链所面临的诸多问题中,区块链之间互通性极大程度的限制了区块链的应用空间。不论开发公有链还是发展私有链,传统上链金融资产及其他数字资产存在于很多条不同的链上,众多主链的信息隔离,不可避免的形成了区块链的价值孤岛效应。

在此情况下,要实现数字金融创新的前提条件除了智能合约之外,还需加上分布式的清算能力(跨链能力)。否则,基于智能合约的应用场景将十分有限。

再举个例子,村子里张老头家种了十亩苹果树,丰收后以token兑换的形式卖出。此时,1个苹果币可以兑换10个苹果,最低兑换额度为1个苹果币。然而,考虑到苹果摘下后保质期有限,很少有人能一次买10个苹果,于是市场销路就被大大缩减。

此时,同村的李老爹和王大婶家里种的梨子和西瓜也都成熟了,兑换方案分别是一个梨子币能兑换10个梨子,一个西瓜币能兑换2个西瓜,他们也同样因为市场中大量购买单一水果的买家太少,销路锐减。

怎们办呢?通过跨链机制,三位果农就可以将上述三个资产转移到一个区块链网络中,然后在该网络中部署智能合约,实现通过合约控制三个资产的相互关系。

简单来说,在三位果农通过跨链达成共赢关系并签署智能合约后,只要手上有以上三种token的任意一种,你就可以用1个token兑换得到 1个西瓜、3个梨子和2个苹果了。

跨链机制在其中解决的就是两个分布式账本针对同一用户或不同用户控制的账户发生token转移时,如何在两个账本中精确记账的问题,即如何让一条主链上的token转移到另一条主链上的问题。

但是,目前世界上并没有被普遍认可的跨链机制,原因除了在此之前需求的强烈程度没有那么高之外,技术上的难点也是一大障碍。

跨链的技术难点

Token是一段数字信息,很多人会将token理解为信息的传递,如果token的传递只是简单信息传递的过程,那在分布式的系统中,中本聪也没有必要设计精巧的POW机制来解决双重支付问题。

在账本之间同步数据,我们必须确保两个账本的变动是一致的,否则就会出现双重支付或者价值丢失的问题。

一个是如何避免双重支付的问题,即如何通过分布式的方式验证原链上的交易状态的问题。

举个例子,小丁有2个苹果币,打算“兑换1个西瓜、8个梨子和6个苹果”。苹果链上的交易信息对于梨子链和西瓜链而言,无疑是一个外部信息,梨子链和西瓜链上并没有任何历史资料能够验证这条信息的真假。

在没有中心化认证机构协助的情况下,如何保证“小丁已经拿出了2个苹果币,需要兑换1个西瓜、8个梨子和6个苹果”的信息在分别进入梨子链和西瓜链时没有变成“小丁已经拿出了2个苹果币,需要兑换4个西瓜、20个梨子和20个苹果”,就成了整个跨链机制的重要环节。

在区块链分布式记账的情况下,没有一个中心化机构来确认并承诺“小丁确实拿了1个苹果币来购买1个西瓜、8个梨子和6个苹果”,小丁与跨链有关的付款交易是否完成就变成了一个难题。

另一个是价值丢失问题,即跨链交易时如何确保原链上的token总量不会因为跨链而减少或增多的问题。

简单来说,在“小丁拿出2个苹果币兑换1个西瓜、8个梨子和6个苹果”的信息转入梨子链和西瓜链的同时,理“论上讲,苹果链上就会有2个苹果币被永久注销。

如果此时,我们在梨子链上发现梨子只有最后3个了,小丁在同意只“兑换1个西瓜、3个梨子和6个苹果”的情况下,就需要将剩余0.5苹果币跨回苹果链。

那么,苹果链在名义上就凭空又多了0.5个苹果币,实际上本来已经跨到梨子链账本中的苹果币在退回苹果链的过程中,就已经被双重支付了。这种情况违背了精确记账的原则,是在任何时候都无法接受的。

因此当token跨出原链时,原链上的token必然需要进入“锁定”的状态,当token跨回原链时,这些token需要被解锁。如何通过去信任的管理机制完成“锁定”“解锁“的过程就成为了跨链的关键。

结语

从区块链1.0到2.0,我们不难看出,区块链经济的核心并不是技术,而在于商业逻辑的重构,这不仅仅是一场技术革命,更是一场认知革命。

侧链与跨链无疑是针对现有区块链商业痛点提出的有效解决方案,虽然目前,关于侧链与跨链的构想还有许多技术未能完善。但是随着技术的发展,难点终究会被解决。

OK资本:《区块链3.0:侧链与跨链》报告

作者:Shirly

 

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