大规模区块链应用实践的第三个必然选择：跨链

“如果世界上只有一个区块链，可能就没有必要跨链；但是，我们有不止一个区块链。”1969年，互联网（Internet）诞生。随着网络通信协议的异构性和网络设备数量的增加，跨网络的互操作性已成为一种趋势，因此，TCP/IP协议的出现使得能够跨越不同子网、互通的Internet最终成为一种全球性的基础设施。2000年，数据中心的概念开始升温。随着IDC机房数量和规模的快速增长，跨数据中心的互操作已成为一种趋势，因此，软件定义的广域网（sd-wan）技术已经成为跨数据中心网络互连和资源调度的技术。2006年，云计算概念正式提出。随着云计算产业的快速发展和云平台用户数量的不断增加，跨云互操作已成为一种趋势。因此，混合云和多云解决方案应运而生，用户可以选择在不同的云平台之间切换。2008年，第一个区块链比特币悄然诞生。据coinmarketcap统计，到2020年，加密货币的区块链系统已超过5600种（不包括联盟链和私有链的实施）；开源社区GitHub所涉及的区块链项目已达6万多个。”“万链共存”，使得跨链互操作再次成为一种趋势。我们将通过解决全球区块链系统的互操作性和产业区块链资产的互操作性，构建不同规模的产业区块链系统。

交叉链的概念

目前，全球学术界和产业界都在研究区块链的跨链互操作性。从技术和应用的角度，研究者给出了不同的定义。技术维度认知：美国国家标准与技术研究院（NIST）认为，跨链关注数据共享。”一个可互操作的区块链体系结构由不同的区块链系统组成，每个区块链系统代表一个独特的分布式数据手册。原子交易可能会跨越更异构的区块链系统，并且记录在一个区块链中的数据可以从另一个交易中排除，以语义兼容的方式访问、验证和引用。”据澳大利亚天主教大学（ACU）称，跨链互操作性更强调功能触发和执行。”跨链互操作性并不会直接改变另一个区块链系统的状态，相反，它会触发另一个系统上的一些功能集，这些功能集预计会在自己的网络中运行。”应用维度认知：以太坊创始人vitalik认为，跨链是一种特定的应用能力，“区块链互操作性主要指两个区块链之间的资产转移、支付或信息交互能力。”里昂第一大学（ucbl）的研究人员认为，跨链应用并不局限于区块链有三种类以太坊的区块链互操作性：一种是不同区块链之间的互操作性；另一种是使用同一区块链的去中心化应用程序（DAPP）之间的互操作性；第三种是互操作性区块链和其他技术（如与企业系统的集成）；

跨链场景

跨链技术的应用场景主要包括三个方面：资产交换与转移、数据共享和业务协同。

01资产交换和转让

许多公链项目产生了大量的数字资产。如何交易和交换不同的数字资产一直是跨链技术的一个重要应用场景。资产交换和转移包括公链数字资产（代币）交换、联盟链或私有链资产数字链上资产交换或转移。这里的链外资产可能包括有形资产，如黄金和石油，或无形资产，如证券和股票。随着区块链应用场景的延伸和联盟链的快速发展，数字资产的交换已经不能满足人们对区块链技术的期望。以国家数字货币为代表的**公链和以传统资产链为代表的企业联盟链的出现，对跨链需求下的资产互换提出了更为详细的要求。

02数据共享

这里的数据包括存储在链中的证据数据，如证书数据、数据操作链上的证书，以及存储在链中的检索数据，如索引数据和原始数据。与传统数据共享系统中可以包含的海量数据不同，存储在区块链系统中的数据需要得到区块链的认可。但是，由于不同区块链系统的数据格式、存储方式和背书方式的差异，无法在不同的系统中实现凭证数据的互认。

03业务协同

业务范围与It业务互联互通的业务范围、业务范围的互补性。随着联盟链的不断发展，承担相同业务能力的企业级联盟链数量逐渐增多。同一业务场景下的业务数据、业务逻辑和业务范围被分离在不同价值体系的区块链中，因此迫切需要拓展不同区块链的业务协同能力。

交叉链技术

如图1所示，跨链技术关键问题的研究可以分为两条路径：；

图1跨链研究的关键问题和技术路线

01双链互操作性

跨链交易管理。跨链交易是指由各自区块链系统中的几个子交易所组成的完整的跨链交易。简言之，它是链条上所有参与方的操作的总和。跨链交易的管理是为了保证跨链交易的原子性和一致性。原子性是指一个完整的跨链交换有子交易，这些子交易要么全部发生，要么不发生，不能只参与；一致性是指在整个跨链系统中，不同的区块链系统需要保证存储数据的一致性。如果一个跨链事务不能满足原子性和一致性，则两个链状态将不一致。例如，A链已经确认了与B链相关的交易，但是B链还没有完成交易，那么A链就会有损失。交易验证机制。跨链交易的真实性和有效性验证可分为三个阶段：跨链数据传输阶段、原链交易确认阶段和接收链确认原链后的交易验证阶段。在跨链数据传输阶段，需要获取/收集原始链的数据，以保证数据的完整性和可验证性；在原始链对交易的确认阶段，原链的一致性效率影响跨链交易的最终确认速度（如比特币这种pow类算法有概率确认，但类pbft或dpos算法可以快速完成最终确认）。在收货链确认原链后的交易验证阶段，收货链对原链确认的交易进行验证，从而判断原链主张的跨链交易的真实性和存在性。

02多链互操作性

如何同时实现多个区块链系统的互联互通是跨链互操作的关键问题。一个是区块链网络。按照自上而下的设计原则，重点研究了网络交互协议和交互模式的设计，并试图构建一个通用的跨链协议，实现区块链的“互联网化”未来，符合网络协议和跨链标准的区块链可以实现无缝接入，比如Coos的跨链传输协议，帮助多链机制层面的互操作性p。第二，跨链平台。按照自下而上的设计原则，针对现有区块链系统的特点，开发能够实现多链互联的中间件，如利益链跨链**和区块链适配器，或Boca并行链等。，帮助实现多条链之间区块链的语义级互操作性。

跨链实习

为了打破不同区块链系统的价值壁垒，近年来，国内外知名区块链团队纷纷推出跨链项目。

01国际跨链平台

coos跨链平台：由tendermint团队于2017年推出，并于2019年3月在主网络上推出。Coos项目关注不同区块链之间的连接，专注于区块链间通信（IBC）的开发，并试图规范链间的通信标准。目前，已完成78%的工作量。PulkADOT交叉链平台：2016由Web3基金会赞助，并于2020年5月发布了主网络候选链。Polkadot项目专注于区块链主链的容量，试图打造一个“全方位”的区块链，对每条链的计算和共识进行统一管理。这种异构的多链交互架构可以使接入区块链更加注重自身业务能力的开发。

02国内跨链平台

wanchain跨链平台（全球连锁）：2017年由博客技术孵化，2018年1月在主网上线。全球链专注于为不同的区块链系统提供资产交换或转移。它采用异构链的跨链框架，结合安全多方计算和门限密钥共享技术，缓解了验证者中心化的问题。Bitxhub跨链平台：interest chain于2019年推出，核心代码于2020年3月开放。Bitxhub项目的重点是开发通用交叉链路传输协议（ip）。通过在中继链中部署事务验证引擎，结合事务验证规则注册机制，提供可插拔的跨链验证机制。在跨链数据传输和异构链适**面，bitxhub项目设计了多级路由体系结构和交叉链路**，实现了跨链交易数据的高效路由。Wecross跨链平台：由伟中公司于2020年推出，代码已经完全开源。Wecross项目重点研究通用网络交互协议和统一交互模式，提出异构链互连协议（hip）和通用区块链接口（UBI），实现主流区块链平台之间的简单适配和快速连接。可信跨链平台（BCP）：由百度公司于2020年推出，拥有开源非交易写跨链解决方案。BCP支持在合同代码中使用“跨链原语”，以方便链之间的连接。特别关注跨链寻址协议和链名解析契约的开发，为不同链上的资源分配地址，实现不同区块链资源的快速定位。如表1所示，主流跨链平台中心化在2016-2020年。在跨链交易管理方面，国内大部分平台已经推进了实施方案，后期将逐步支持交易跨链功能；在交易验证机制方面，大多采用类似于超级账本或默克尔证明的背书机制；在多链互操作方面，链间的消息传输协议和中继链的跨链能力是发展的重点，大多数平台都支持异构链的跨链。表1国内外跨链平台对比分析；

跨链趋势

跨链应用场景是单一的，业务协作是目标。目前，已经开发或开源的跨链解决方案主要中心化在资产交换或转移上。但由于基于区块链的加密数字货币系统中底层经济价值模以太坊的复杂逻辑干扰，难以满足非代币区块链系统的应用需求，导致跨链未能实现大规模推广。未来，实现不同链间的数据共享和业务协同将是未来跨链应用场景的主要目标。

技术路线尚未统一，一体化发展是大势所趋。在发展初期，跨链技术实践的重点是不同的。有些跨链项目（如coos）更注重跨链协议的开发，而有些项目（如Polkadot）则更注重中继链能力的提高。这种侧重点的不同，实际上反映了跨链平台建设者的不同认知。充分整合跨链系统的两个关键要素是未来实现跨链互操作的必然选择。技术挑战是项目开发延迟的关键。自2016年大规模启动跨链平台建设以来，除少数资产互换或转移的平台实践外，其他具体应用场景尚未完成交易性跨链解决方案的发布或开源。未来各项目的竞争点主要在于实现交易跨链能力。