陆旭军：跨链是区块链发展融合的动力

遇见未来的大脑

陆旭军｜Wanchain创始人兼CEO

2012 年，在奥斯汀的一次开发者聚会上，我听到了“中本聪”这个名字。 后来在网上找到了中本聪的比特币白皮书，看完之后，被这个构造精美的世界深深打动了。 我意识到在去中心化的区块链世界中，交易和协作模式将发生翻天覆地的变化。

巧合的是，2014年初，美国德州奥斯汀的一家分布式基金找我帮忙调研一个项目。 它叫做以太坊，它的创始人是 Vitalik Buterin，一个 20 岁的年轻人，他刚刚在比特币杂志上发表了一篇文章：“Ethereum：A Next-Generation Cryptocurrency and Decentralized Application Platform”。

比特币的可扩展性有限，而以太坊是一种区块链协议，内置了用于智能合约开发和应用的编程语言。 如果说比特币属于区块链1.0时代，那么以太坊属于区块链2.0时代。

一、Wanchain创立的来龙去脉

2014 年，我和几个朋友在奥斯汀创立了 Factom。

这是一家专注于数据存储的区块链公司，我是CTO。 公司名称来源于拉丁文Factum，意为“确定的事实”。

还请了Vitalik Buterin担任顾问，围绕JZTong的整体设计、技术和白皮书进行了多次交流。 最后，JustPass的白皮书是这样写的：“提供全球首个准确、可验证、不可篡改的审计公证流程和方法。”

当时，世界上几乎没有这样的公司。 这是注定的，会走的异常艰难。 市场很早，教育客户的过程很长。 许多人不了解区块链是什么以及它可以做什么。

2015年10月，NotaryPass开始进入公众视野：《经济学人》杂志发表了题为《区块链，信任机器》的报道比特币属于典型的公有链，对NotaryPass进行了专门介绍。 这可能是第一份将区块链带给大众的报告。

到了2016年，我决定回国，和朋友王博一起联合创办了半振通，在中关村创立了网路科技，并获得了数千万的天使融资。 当时的想法是利用跨链协议，打造一条基于以太坊技术的公链。

它被称为Wanchain，可以结合智能合约和隐私保护，打通其他公链和联盟链，完成不同资产之间的跨链交易。

但是跨链的技术难度极高。 由于各链的共识机制和底层技术不同，互通难度极大。 另外，在进行资产转移时，一定要格外小心，避免双花。

采用中继模式的BTC-Relay是部署在以太坊上的中继合约，为以太坊的跨链提供了可靠的数据源，但问题是需要消耗大量的Gas，对于以太坊来说是非常昂贵的。用户。

区块链技术发展以来，诞生了无数不同的链。 众多链的信息孤岛必然形成区块链的价值孤岛效应。 跨链的字面理解就是将不同的区块链连接起来，就像在两个岛屿之间架起一座桥梁。 建桥的计划是一方面，但至少要弄清楚这座桥要经过什么，行人、车辆、火车？

很多区块链项目都提到了跨链，但是很少讨论跨链的本质是什么，跨链需要解决什么问题。

2. 跨链到底是什么？ 跨链的本质是什么？

区块链的发展创造了无数的Token。 不同的 Token 本质上是一种记账符号，是某种价值的符号表达。 这个符号可以是作为价值尺度的“货币”符号（比如比特币），也可以是某种“内在价值”的虚拟化符号。

今天，实物资产以货币计量的金融虚拟资产（如股票、金融衍生品等）为代表，社会实物资产的积累也以虚拟资产的积累为代表。 区块链为某种“内在价值”提供了更便捷、透明、公平的记账方式，区块链上的Token可以让更广泛的“内在价值”得到体现。

简单来说，跨链就是解决如何将一条链上的Token转移到另一条链上。 从技术角度讲，Token是一种数字信息。 但如果 Token 的转移只是一个简单的信息传递过程，那么在分布式系统中，中本聪不需要设计复杂的 POW 机制来解决双重支付问题。

Token代表了一定的价值，这个价值需要通过准确的记账来保证，否则价值就会消失。 在传统世界中，中央银行、商业银行、支付机构、证券交易所、证券登记机构、不动产登记机构在中心化记账体系下，确保各类价值记账的准确性。 在区块链世界中，记账的准确性是由分布式区块链账本来保证的。 因此，跨链不仅仅是信息的流动，更需要准确记录信息流动背后的价值。

区块链记录价值，跨链也是价值。 从记账的角度来看，单一区块链解决了分布式情况下如何准确记账的问题，而跨链则解决了两个分布式账本对于同一用户或不同用户控制的账户发生Token转移时的问题，如何在两个分类帐中准确记录帐户。

许多白皮书或技术文章将跨链称为一种协议，但这种协议并不完全等同于互联网上的TCP/IP等信息传输协议。 由于信息传输协议只需要保证接收方接收到完整的信息，发送方得到相应的反馈，如果过程中存在传输障碍，可以重复发送，不考虑信息重复传输的问题。

但是，账本之间同步数据，需要保证两个账本的变化是一致的，否则会出现重复支付或者价值损失的问题。 在这个过程中，信息传递只是两个账本之间同步数据的过程，并不是最终的目的和结果。 跨链的本质是在价值守恒定律的前提下，不同区块链之间价值流动的过程。

由于区块链技术的快速发展，各链的记账机制和共识机制各不相同，通用的跨链协议的建立变得更加复杂。 这与网上的“协议”完全不同，更像是一种“协议”。

如果我们以现实世界为例，“协议”（protocol）类似于传真机和容器。 这类协议比较容易达成，一旦达成，就会在更大范围内使用，规模效应明显。 跨链“协议”（agreement）更像是双边或多边贸易协议。 它在达到和实现的过程中更加个体化，更难以大范围地统一起来。 如果把每一个区块链生态都看成一个经济体，那么“协议”更为合适。

现实世界中的“约定”不仅仅是技术问题。 该协议要求各方达成共识。 然而，在区块链世界中，“协议”的对象不是主体，而是一个分布式网络，通过主体的传统协商模式基本不可能达成“协议”——因为没有主体，无法就比特币生态系统内部协议（如扩容）的内部调整达成共识，与其他区块链网络达成跨界协议。 链式协议就更不可行了。

区块链世界的跨链“约定”已经成为一个技术问题，需要通过技术手段实现两个账本的准确记账。

分析到这里，把跨链协议（agreement）和协议（protocol）称为是不准确的，而是一种机制（mechanism）。 跨链本质上是一种链与链之间的清算机制，清算的本质是准确记账。

3. 跨链有哪些典型应用场景？

在最初只有比特币的时代，法币与比特币的交易机制，让比特币这个极客圈子里的“玩具”有了与现实世界接轨的机会，让更多人有机会持有比特币。 随着更多Token的诞生​​和法币交易渠道的减少，货币交易迅速将区块链世界发展成为一个相对独立的经济体系，比特币成为区块链世界中的硬通货和价值尺度。

在整个过程中，中心化交易所既是现实世界与区块链世界的出入口，也是不同区块链网络的连接器。 简单地说，交易所决定一个新的 Token 是否有资格进入由其他 Token 和法币组成的清算网络。 很多区块链项目的发展都朝着被扭曲以满足交易所需求的方向越走越远。 区块链经济网络迫切需要增加分布式清算机制。 它的意义不在于快速取代中心化交易所，而是带来一种新的选择和制衡，让区块链的真正价值重新被发现，从而以分布式的方式解决分布式问题成为可能。

跨链能力实现后最重要的应用场景是分布式交易，包括分布式交易所、分布式场外交易、集中竞价撮合和分布式清结算混合模式的交易所等。

在以太坊的白皮书中，Vitalik 提到的最重要的应用场景之一就是金融衍生品或类似的金融合约应用，这也是智能合约似乎最有价值的应用场景之一。 我们仍然相信 Vitalik 的判断和理想，但在实际发展中出现了一些变化。

大量竞争链（无论是公链还是联盟链）的出现，使得数字资产和传统链上金融资产都存在于许多不同的链上，即基础记账簿不同。 在这种情况下，除了智能合约之外，数字金融创新的前提是增加分布式清算能力（跨链能力）。 否则，基于智能合约的应用场景将非常有限。

例如传统金融资产在银行联盟链中，数字资产在以太坊网络中，稳定币在Wanchain网络中，则应基于这两者创建以稳定币为对价的金融合约基础资产（以智能合约方式而非中心化方式），没有跨链能力是完全行不通的。 因为要创建这样的智能合约，首先需要将上述三种资产转移到一个区块链网络中，然后在网络中部署智能合约，实现合约控制的三种资产之间的相互关系。 简单的解释就是先把三种资产放在一个账本上，然后通过智能合约对账本进行统一控制。

Wanchain在白皮书中提到，区块链技术在传统资产上链和数字资产领域的发展就像两个平行世界。 从长远来看，区块链带来的社会经济变革，总会把这两条平行线联系在一起。

从技术角度来看，无论是以传统资产上链为代表的商业联盟链，还是以稳定币、虚拟资产上链为代表的公链项目，甚至以国家数字货币为代表的主权公链，最终，要发挥更大的商业价值，产生更多的创新应用，还需要跨链能力作为支撑。

4. 当前跨链的不同模式

繁杂的跨链技术分析文章都试图对跨链技术进行分类，比如经常提到的中继模式（Relay）、侧链模式（Sidechain）等。 链上有什么问题，不同的模式往往只是为了解决跨链中的某个问题而存在，一起分类不够严谨和科学。 下面我们将详细介绍和分析目前跨链中常用的模式，而不是简单粗暴的分类。

中继

BTC-Relay 是部署在以太坊上的中继合约。 其目标是通过第三方提交BTC的区块头，为以太坊上的跨链等其他应用提供可信的BTC数据源。 Relay 合约会验证区块头的合法性。 由于BTC强大的算力，第三方几乎不可能伪造出合法的区块头。 因此，理论上，BTC-Relay 可以提供一个关于比特币链的客观数据。 但是BTC-Relay的问题是因为存储区块头和验证合法性需要大量的Gas，第三方提交区块头会花费大量的费用，而调用Relay的交易数量无法覆盖这些费用用于提交区块头。 如果提交者提高调用费，调用 Relay 的交易数量会减少，最终无法覆盖手续费，对于数据提交者来说是不经济的。

BTC-Relay平均每10分钟提交一次（比特币出块速度），如果要提交出块速度快的链的区块头，提交所有区块头本身就是一个巨大的开销。

Relay本身并不是一个完整的跨链解决方案，只是为了解决跨链中原链数据的客观性（Difficulty Alpha），该机制不涉及交易处理。

侧链

跨链概念的鼻祖无疑是侧链的创造者Blockstream团队。 在他的论文中，针对跨链所涉及的问题，他提出了使用双向挂钩的方法：为了将母链货币转移到侧链货币，将母链货币发送到一个特殊的输出端。父链，此输出只能由侧链上拥有的 SPV 证明解锁。 SPV 是一种加密消息，包括交易所在的区块头和交易本身。

这种方法有两个问题。 一是SPV证明的规模和验证过程的复杂度远大于普通交易的验证。 另一个是现有的区块链协议不包含SPV验证。 两条链都需要改变协议来实现跨链。 进行联合开采。 对于后者，正如我们在上一篇文章中所讨论的，这几乎是不可能完成的任务。

不管怎样，Sidechain是第一个明确描述跨链定义的。 它的提议包括如何保证交易的原子性（难度Beta），以及如何通过SPV验证另一条链上的交易状态（难度Alpha），整个方案完整，理论上非常合理。

侧链还提到了另一种更简单的解决方案：原子交换（AtomicSwap），它使用时间锁和一个秘密数字来直接完成两个需要跨链的人之间的交易。 该模型也应用于闪电网络和瑞波币的机制中。 原子交换是一种非常巧妙的跨链设计。 当然，可以说闪电网络和ripple本身也是一种跨链机制。 Wanchain在2.0版本实现跨链的过程中也应用了这种机制，后面会详细介绍。

波尔卡圆点

Polkadot 拥有比任何跨链解决方案都更加雄心勃勃的愿景。 他提出的机制不仅是为了解决跨链问题，更是为了打造一个异构的、可扩展的（Scalability）架构。 相对于侧链解决方案只解决比特币与其侧链之间的跨链问题，Polkadot的提出者Gavin Wood希望通过一条中继链（Relay-chain）实现对所有其他链上交易的验证（困难的阿尔法）。 通过创建平行链（困难Beta）实现与原链的交易和通信。

对于中继链来说，通过对各种角色的划分和分组来实现去信任化的验证机制。 验证过程本身并没有超出Sidechain提出的基本验证理论。 Polkadot白皮书展示了一个宏伟的框架，但也承认这只是一个框架描述，具体的实现逻辑还没有展开和验证可行性。

宇宙

Cosmos 在一些概念上与 Polkadot 类似，也希望创建一个异构系统来解决跨链问题。 引入了Hub和Zone的概念，但同样的问题是跨链面临的这两个问题会因为异构设计而不好解决。 根据 Cosmos 的最新进展，我们还没有看到针对上述问题的详细解决方案。

由于篇幅原因，更多的跨链项目在此不再详述。 无论是架构的新思路，还是很多新概念的引入，跨链都绕不开我们提到的两个难点。 读者在分析跨链时，可以更好地从以上两点进行分析，更容易理解本质，不至于被一些新的术语或概念所迷惑。

5.Wanchain跨链实现模式

在跨链设计和实现的过程中，Wanchain无疑借鉴和借鉴了众多前辈的经验，并在此基础上，以易用性为目标进行了理论和工程创新。 如果说每篇关于跨链的论文都是在为跨链理论做贡献，Wanchain希望在理论创新的基础上为跨链工程做出贡献，推动跨链技术落地。

Wanchain的跨链机制遵循以下设计原则：基于密码学原理的安全保障，而跨链的本质是价值的传递，所以安全是重中之重。 Wanchain的跨链机制通过巧妙设计和密码学机制的使用，解决了Alpha和Beta的难点。 整个跨链过程的安全基于密码学原理，从根本上为Wanchain的跨链机制提供了安全支持。

异构性和可扩展性：

从架构上看，Wanchain 是一个异构的跨链框架，这意味着 Wanchain 跨链机制不只是针对特定的链，而是希望构建一个可以不断扩展的通用机制。 这种通用机制保证了未来通过社区的发展，可以不断地实现跨链交易，更多的链和链上的各种Token。

可用性：

Wanchain的跨链机制不是简单地追求单纯的理论创新和概念设计，而是让理论设计和工程实现有机​​结合，体现在开发过程的各个阶段和面向最终用户或开发者的工程开发成果。 可用性。

迭代开发：

考虑到跨链机制的复杂性，Wanchain 对跨链实现进行了迭代开发。 一方面在保证最少可用功能的情况下完成每个版本的升级，直到最终实现更完美的解决方案。 另一方面保证了代码的完整性。 可扩展性，保证每次迭代的顺利进行。

六、跨链难点及我们的解决方案

第一个难点是如何分布式验证原链上的交易状态。

原链上的交易信息是另一条链的外部信息（Oracle）。 如何保证这个外部信息在进入另一条链时是正确的，是整个跨链机制的重要组成部分。 如果考虑到使用 POW 机制的区块链上没有最终状态（总会有分叉，但概率会随着确认块的增加而逐渐降低），这个问题的复杂度会更高。

我们将此难度定义为难度 Alpha。 如何信任和验证另一条链上的交易，Wanchain在白皮书中提出了一个角色Voucher。 Voucher 不是一个单独的个体，而是一个共识群体比特币属于典型的公有链，通过共识来验证另一条链上交易的合法性和最终性。

Voucher共识模型目前处于理论验证和工程验证阶段。 Voucher 面临的主要障碍在于工程和经济方面。 如果项目的Voucher信息的提交和验证在链上进行，会消耗大量的链上资源，严重限制交易的吞吐量； 经济上，如何通过更合理的激励机制，让Voucher会员主动参与，被动作恶。

在Voucher机制完善之前，基于可用性和迭代开发的原则，我们在即将到来的2.0方案中引入了原子互换来完成跨链过程。

原子互换的基本原理是不需要第三方公证人，而是让参与交易的双方来判断对方的交易是否已经完成。 通过对哈希时间锁（hashtimelock）和秘密号码（Secret）的控制，交易双方可以实现“单手兑换”。 付钱发货”，即两种不同代币的兑换。这种方式可以有效避免第三方公证人不完善的问题。

在Wanchain的跨链过程中，这两种可互换的代币分别是指原链代币和Wanchain上的映射代币。 当原链上的用户需要发送跨链交易，以便将原链代币转移到 Wanchain 上传时，用户的钱包会构造一个原链交易，该交易被哈希时间锁锁定，Storeman负责处理Wanchain上的跨链交易，检测到跨链交易后会在Wanchain上发起跨链交易。 一个跨链合约交易，该交易负责生成映射代币并转入用户指定的跨链收款账户。 此时交易被跨链合约锁定。

当用户钱包检测到跨链合约锁定的交易时，主动释放密码给跨链合约。 Storeman通过密码获取锁定账户中对应原链token的控制权，用户获取Wanchain上的mapping token。 控制。 如果在此过程中，用户没有在哈希时间锁的时间范围内解除密码，则在哈希时间锁到期后，用户重新获得对原链代币的控制权，跨链合约中的交易将自动进行失效。

以上跨链过程看似复杂，但大部分功能都是由钱包和合约完成的。 用户只需在发起交易、解除密码、取消交易环节进行操作即可。 对于Storeman参与跨链，Wanchain会提供专门的客户端，客户端按照约定进行无人值守的自动运行。

另一个难点是跨链交易必须保证原链上的代币总量不会因为跨链而减少或增加（即价值守恒定律定义为难度Beta）。

原链上Token总量减少的后果是，当Token需要跨回原链时，原链不能产生新的Token，即只能单向跨链。 原链Token的增加是名义上的增加。 事实上，已经跨到另一个账本的Token在原链上已经被双付了。 这种情况违反了准确记账的原则，任何时候都不能接受。 因此，当Token穿越原链时，原链上的Token必须进入“锁定”状态，当Token穿越回原链时，这些Token需要解锁。

如何通过去信任化的管理机制来完成“上锁”和“解锁”的过程，成为了跨链的关键。

针对原链锁账户的去信任化管理机制，Wanchain采用首创的安全多方计算+门限秘钥方式，锁账户管理者名为Storeman。

简单描述一下，从锁定账户的产生到转账操作，我们通过密码安全的多方计算和阈值方法达成了一个小共识。 参与者必须共同参与计算，生成锁定账户的公私钥，以及锁定账户的私钥严格来说，密钥只是理论上的存在，从未真正出现在网络中，而是散落在网络中以碎片化的方式掌握在每个Storeman手中，通过多方计算参与账户控制。 当需要进行交易时，参与方必须再次合作，共同构建签名，为保证可用性，构建签名的参与者不需要全部参与，只需要达到一个阈值（M出N 参与者，M