达鸿飞:如何打造新型异构跨链协议?

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编者按:2019年9月5日,全球最大的专业技术组织、有着130余年历史的IEEE(电气和电子工程师学会)设立IEEE计算机协会区块链和分布式记账委员会(IEEE Computer Society Blockchain and Distributed Ledgers Committee,IEEE C/BDL),旨在推动区块链与分布式记账技术的标准化及其应用实践,主席由中国电子技术标准化研究院李鸣担任。

达鸿飞:如何打造新型异构跨链协议?

2020年3月,IEEE C/BDL联合国内外的专家成立了相关的技术委员会、顾问委员会和执行委员会。组建委员会之后,IEEE C/BDL向IEEE申请了13项区块链标准。为更好向外界展示委员会区块链标准化研究成果,IEEE C/BDL联合巴比特,邀请区块链标准的牵头单位撰写系列文章。本文作者是分布科技创始人达鸿飞。

区块链行业相较于互联网仍属于早期发展阶段,其标准“山头”俨然成为各路兵家必争之地。在中国电子技术标准化研究院的指导下,国内技术领先的区块链企业纷纷投身标准制定。目前市场上主流的跨链互操作协议主要基于侧链/中继模式,实现同构链之间的资产跨链;而分布科技为打造下一代互联网,除支持同构链见跨链协议外,在异构链跨链领域也取得重大突破,实现了多链间事务信息的自由跨链。同时该项技术已经通过IEEE组织的标准立项,为“ Standard for Blockchain Interoperability – Cross Chain Transaction Consistency”。

一、异构链跨协议难点


 


1.底层架构差异性

异构链架构之间信息基础纷繁复杂,包括:区块头结构体、加密算法、消息结构体、共识机制、消息验证机制等差异,因此首先要求设计者具备具有深刻的洞见和理解,在跨链协议设计时需保证协议具有极强兼容性,但为了不妨碍效率,又不能过于冗余和复杂。

2.保障信息安全性

跨链信息的安全性主要包含两个方面:

(1)信息交互的可靠性。不同的异构链包含不同的共识机制和状态存储方式,如何保证源链生成的状态信息在经过中间传递后,在目标链上接收到的源链的跨链信息是没有经过篡改的。这就涉及到跨链间数据交互的合法性问题;

(2)链网系统的安全性。随着链网规模不断扩大,异构链本身的安全运行时长及稳定程度决定了不同异构链间授信程度的差异,因此链网体系的信任度将会由授信度最低的链决定的情况,甚至极端情况出现某条侧链验证人集体作恶,这就涉及到跨链间信息交互的安全性问题;

3. 信息事务一致性

信息事务一致性主要包含两个方面:

(1)事务最终一致性。在简单链交互的跨链交互场景中,例如:用户想要在A、B两条链上进行跨链互操作,A链主要提供身份认证服务,B链主要提供投票服务,但B链投票功能需要A链的身份认证通过后才能进行,这就涉及到跨链间事务的最终一致性问题;

(2)多项操作一致性。随着业务规模的扩大,跨链间信息交互的场景变得更加复杂,一个事务的多个操作在多条链间执行,如何确保所有链间操作同时成功,保证多项操作的一致性。

二、如何实现异构链跨链


 


异构链跨链协议就是在原来的通过跨链协议基础上的扩展协议,需要解决以下问题:不同链之间算法的差异,增大了异构链跨链的难度。例如:NEO是dbft共识算法,在当前区块是具有终局性的,也就是不会存在分叉的行为,对于比特币和以太坊这样使用POW共识算法的链,显然同步区块头是有一定难度的,因为他们的区块头随时会分叉,针对以上问题,我们采用了在中继链底层实现spv的逻辑,也就是中继链能处理这些链本身的分叉行为,这样区块头同步的逻辑就能支持了。不同区块头包含不同的区块头结构,我们需要在中继链上适配这些异构链的区块头结构体并解析,来验证这些数据的合法性。不同的异构链所包含的跨链信息的验证方式不同,例如以太坊是MPT、Ontology是Merkle、比特币是交易根、Cosmos是AVL等,中继链还需要适配这些所有状态验证方式。

以上跨链场景中继链起到了比较大的作用,将跨链的事务传递到中继链,然后由中继链将跨链的事务分别分发到其他链上执行,其他链在执行完跨链事务后会将执行的结果返回给中继链,中继链在接收到跨链事务的执行结果后,会将执行结果分发到其他链上进行统一的成功操作,这样串行事务变成了并行事务,可以极大提升跨链事务的执行速度。

三、结论


 


通过以上设计、探索和实现,异构链跨链解决了很多问题,分布科技的跨链技术能够实现BTC/ETH/NEO/Ontology/Cosmos等异构链协议的跨链互操作,支持实现资产类和任意信息的跨链互操作。当前还有很多更深层次的技术和协议需要我们继续探索。

关于Onchain(分布科技)

Onchain(分布科技)是一家世界领先的区块链技术公司,致力于提供一流区块链底层技术及行业应用产品。公司成立于2016年,在区块链技术、金融科技创新、行业解决方案等方面有着深厚技术积累,并获得来自复星、红杉等机构的投资,连续4年获得KPMG评选的中国金融科技50强。

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