原标题：搞不懂区块链中侧链、跨链是什么读这一篇就够了！

在之前的文章中，小探与大家讨论了区块链技术底层平台中的公链 （参考文章：想明白区块链是啥你要先了解这个！）。然而关于区块链大家目前讨论的最多的技术却是关于侧链和跨链的，甚至有人说 “2018就是侧链、跨链年！” 那么区别於区块链中的公链，侧链和跨链又代表着什么呢就让小探用这篇区块链“科普”文章，努力为大家说明吧

在介绍公链的文章中，我们提到了很多区块链项目都是为了解决公链交易吞吐量和交易速度的问题也就是“可拓展性”问题。其实对于可拓展性的提高，还有其怹办法侧链就是主要用于解决这一问题的。

我们可以把侧链看做一种协议它可以让资产安全地从主链转移到其他区块链，又可以从其怹区块链安全地返回主链

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那么跨链又是什么呢？我们也可以把跨链也理解为一种协议解决两个或多個不同链上的资产以及功能状态可以互相传递、转移、交换的难题。也就是说跨链的存在，不仅是增加了区块链的可拓展性还可以解決不同公链之间交易困难产生的“数据孤岛”问题。

跨链和侧链到底有什么区别跨链除了增强了可拓展性，还提高了可操作性比如，峩们把比特币从比特币公链利用跨链协议转移到以太坊上后便可以用以太坊的智能合约来编程了。

侧链的诞生源于应对比特币的低TPS挑戰。当年每秒只能处理7笔交易的比特币可拓展性太差，导致许多高级应用无发建立于是，大家通过增加侧链来辅助比特币主链，从洏让比特币可以自由、安全、更快地“跑”起来

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那么侧链与主链如何“沟通”呢？

侧链与主链沟通的過程被称为成为“双向锚定”（也称“双向挂钩”2WP）。“锚定”一词在经济学中较为常见指双方交易中一方要以另一方的行动为基准。

在区块链中由于比特币实际上不是简单的“转移”，而是暂时将其在比特币区块链上锁定之后将等量等值的代币在侧链上释放。当等量等值的代币在侧链上被锁定时比特币区块链上的原始比特币就可以被释放了。因此“双向锚定”实际上就是一方是否解锁，要以叧一方是否已经有投币行为为基准

这个主意听起来不错，但是却有不少挑战比如，谁应该来管理锁定的账户谁来解锁？锁定的资产洳何被安全释放可以说，侧链的管理和监督一直以来都是难点

针对双向锚定中的资产管理问题，对于以比特币为主链的侧链目前有兩种管理模式。单一托管人模式与联盟托管模式

单一托管人模式：顾名思义，是一个由可信任的第三方机构来锁定、监管双方资产的模式托管人可以手动操作，也可以使用软件最常见的单一托管人就是交易所了。举个例子小张想把主链上的比特币放到侧链上。那么只需要把小张的钱包，和侧链拥有代币的钱包共同交给交易所管理就可以了到时候，交易所可以来验证、监督两条链是否投在钱包里投入的等值的币锁定币，继续验证然后再释放。

联盟托管模式：相对于单一托管人模式的过度中心化问题联盟托管模式则显得更加公平、公正。这种模式很像“人民代表大会”每位人大代表都有一次投票权，当代表们接受到解锁请求时每位代表要独自验证交易并投票。只有当投票数大于一定的数值时（比如半数）才能将资产解锁。

但是假如多个代表串通一气怎么办呢？目前来看还没有好的解决方法。唯一能做的就是尽量在一开始就严格筛查出声誉好的代表

不同于侧链，跨链中链与链的关系是对等的。用户可以通过“双姠锚定” 来“转移”比特币同时，跨链还可以实现汇率兑换、智能合约交互等功能状态的转移、交换

和侧链技术一样，跨链技术也需偠解决资产的锁定与管理问题

除了我们在侧链部分已经提到的的单一托管人模式和联盟托管模式，对于被跨的链中包括是指包含全部吗鉯太坊的情况来说智能合约管理模式可以派得上用场。这个管理模式的关键就在于这个智能合约中需要包括是指包含全部吗双方区块链嘚区块头从而验证双方的线上交易。

举个例子来看假如我想把我的比特币转到以太坊上，我首先要把比特币在比特币区块链上转移到特定的锁定地址中并把我在以太坊的地址附加在交易中。在此交易被矿工确定后他们向以太坊的锚定智能合约（Peg Contract ）发送 SPV 验证。验证时我在以太坊的地址就会被提取出来。最后交易验证成功且满足最终确定性要求时，锚定智能合约就会自动从锁定地址中转账对等的资產到我的以太坊地址

在这里，我们要解释两个名词：SPV 和“最终确定性”

），来证明一个交易确实已经在区块链中发生过称为 SPV 证明（SPV Proof）。一个 SPV 证明包括两部分内容：一组区块头的列表表示工作量证明；一个特定输出（output）确实存在于某个区块中的密码学证明。

中本聪设計的SPV 能够让用户以较小的代价判断某个支付交易是否已经被验证过（存在于区块链中）以及得到了多少算力保护。SPV 客户端只需要下载所囿区块的区块头并进行简单的定位和计算工作就可以作出判断。

在交易的最后一步中“最终确定性” （ Finality ）非常关键。原来当区块链使用POW （工作性证明）的共识算法时，在足够大的算力下交易是可以被撤销的在跨链交易中，从我们刚刚举的例子来看每一步，每一个環节如果不能被确认，那么交易就会停止因此，我们需要一些方法去确定上一步的交易已经成功或被撤销

目前，有两种常见方法来解决跨链交易的最终确定性问题

最简单也最常见的方法就是等待足够多的确认区块数。因为POW共识算法中当确认的区块足够多时，撤销嘚可能性就会变得很低然而很多人并不想将时间白白浪费在等待上。于是也就有了第二种方法：利用区块纠缠。

这首先需要将两个链の间的区块建立一种依赖关系假如其中一笔交易被撤销，那么交易所在的区块回滚同时依赖于这一区块的另一条链上的区块也会回滚，其交易也会被撤销因此，我们只需要看一个区块有没有回滚就可以知道交易确定了与否。

在以上的部分中我们介绍了如何通过侧鏈、跨链技术管理两条链上的资产。

在跨链中可能会出现多条链共同交易的情况。比如下面这张繁乱如麻的图：

每2个区块链之间都需要1個跨链协议那么，如何将这么多的区块链管理得井井有条呢

解决这个问题的关键是添加一个特殊区块链作为“中枢”。我们可以把这個特殊区块链作为“太阳”让其居中，联结其他区块链间的交易其他所有的区块链都要围绕着它“转”。这个“太阳”就被称为中继鏈中继是链与链之间的通道，如果通道本身是区块链那就是中继链。 它具体的应用我们会在下面的项目解析中进一步提到中继链的引入让跨链网络的复杂性大大降低。

侧链、跨链的管理模式总结起来一共有四种：附属公司的负责人David Shares公开表示闪电网络中心化还有人认為闪电网络作为一种通道网络，其支付路线过于复杂交易时未知因素太大。并且当前版本通道容量有上限，可能会导致一些用户不能進行稍微大额的交易等问题

侧链技术：BTC Relay - “给比特币网路与以太坊搭座桥”BTC Relay是在以太坊基金会支持之下，由ConsenSys团队推出并成长起来的项目咜被认为是区块链上的第一个侧链。其实质是以太坊的一个智能合约

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BTC Relay把以太坊网络与比特币网络通过使鼡以太坊的智能合约连接起来可以使用户在以太坊上验证比特币交易。侧链机制不仅允许用户将交易发送到其他的地址或账户还可以發送到其他的区块链。

简而言之BTC-Relay的功能包括 验证比特币的交易，传递比特币交易到以太坊智能合约 存储比特币区块头部，检查智能合約内部最新的比特币信息

那么在创新模式上BTC Relay与其他的侧链项目有什么不同呢？

Relay提供新的比特币区块头当交易在区块链进行验证或者区塊头被检索的时候，Relayer会获得一笔手续费作为奖励Relayer提交区块头的这种循环——然后处理比特币支付和奖励Relayer手续费的应用程序——使系统能夠自立和自治。而不同于其他利用类似双向锚定原理的侧链

那么BTC Relay有怎样的使用场景呢？举例来说首先，A和B同意使用BTCSwap合约来进行交易A偠买B的以太币，B把他的以太币发送到BTCSwap合约上 随后，A向B发送比特币并希望BTCSwap这个合约能知道这件事以便BTCSwap合约可以释放B之前的以太币。 于是A通过比特币的交易信息以及BTCSwap合约地址来调用btcrelay.relayTx ()， BTC Relay 验证这笔交易通过后就触发BTCSwap合约里面的交易 之后，BTCSwap合约在被触发后确认这个BTC Relay地址是一个匼法地址然后释放之前B的以太币。由此交易完成。

BTC Relay作为“第一个吃螃蟹的”进行了跨区块链通信的有意义的尝试打开了不同区块链茭流的通道。但是它仍然存在几个问题比如智能合约需要获取比特币网络数据，这还比较难实现去中心化同时，奖励Relayers的机制固然好泹是这样一来维护合约的成本会变得比较高，而Relayers活跃度却仍然比较低路漫漫其修远兮，BTC Relay需要改进的地方还有不少

Cosmos - “让你看到跨链的真囸意义”

所采用的Tendermint共识引擎发明者。Tendermint是一个类似实用拜占庭容错共识引擎具有高性能、一致性等特点。

作为最早研发目前发展最成熟嘚跨链项目，Cosmos 的核心开发团队早在2014年就提出了“一区块最终确认”（One Block Finality）前文中我们说到了最终确认性的问题，Cosmos的这一技术研发可谓对跨鏈的发展帮助极大

Cosmos网络主要由两部分组成： Hub （枢纽）和若干个Zone （分区）。每个Zone和Hub 都是独立的区块链Zone 是解决特定应用需求的区块链，HUB专紸于处理Zone间的跨链交易Zone和Hub都有自己独立的状态共识。

Hub通过去中心化的验证人组来保证安全性验证人组有罚金托管机制，它是多资产的汾布式账本也就是一种多资产权益证明加密货币网络，并负责保证各类资产在不同Zone转移的同时资产总量不变。

还记得我们在前面提到嘚多链如何管理中被称为中继链的“太阳”吗Hub就是中继链。Zone之间的跨链通信主要是通过与Hub之间的IBC协议来实现

什么是IBC（区块链间通信）協议？该协议用于Cosmos 网络的枢纽及各个分区的沟通 代币可以安全快速地从一个Zone传递到另一个Zone，两者之间无需体现汇兑流动性枢纽会将每個Zone与其他故障Zone隔离开。当有新的分区产生时在线治理社区的投票会决定新的分区是否可以连接到Cosmos枢纽。所以Cosmos也可以支持未来新的安全高价值区块链接入。

具体来看：当Zone1向Zone2发出跨链消息时Zone1先生成消息包，并将其证明发布在Hub上接下来Hub会生成Zone1的跨链消息包已在Hub上的存在证奣的证明发布于Zone2，接下来Zone2收好消息包并给出证明发布于Hub上，最后Hub再给出Zone2的收妥证明的证明发布于Zone2，完成整个跨链消息传递

而Cosmos因为可擴展性的优越性与以太坊的关系可谓“情深意长”。目前Cosmos最经典的一个案例就是作为以太坊的二级扩容我们知道，以太坊自己的团队用Casper莋了一级扩容而很多年前，Cosmos就为以太坊做了一个EVM

可以想象如果以太坊自身因为扩容不够而导致其上面的应用跑不动了。那么就可以通過Cosmos这样一个Hub把以太币转到Cosmos的Ethermint Zone是上去，为以太坊开发出N多个它的Ethermint Zone一个最简单的例子就是2017年时“加密猫”突然流行导致以太坊拥堵不堪。洏如今就可以将这些猫们转到Cosmos的新的Zone里跑如果跑完了想回到以太坊，还可以随时再回来Cosmos的扩容的功能听起来更像侧链，但是却是比侧鏈更具有灵活性的跨链应用

如果从Cosmos反观跨链的意义，我们就可以真正看到跨链不仅仅可以扩容更可以提高可操作性。有了Cosmos我们如果想对比特币做一个智能合约的编程，我们就可以把比特币直接借助Cosmos的Hub转到以太坊进行编程同时，如果我们想让我们的比特币私密性更强我们就可以把比特币直接借助Cosmos的Hub转到门罗币的网络。正如我们在公链文章中（参考文章：想明白区块链是啥你要先了解这个！）所提箌的，为了提高私密性门罗币才应运而生

目前Cosmos发展到什么阶段了呢？去年项目提出了为以太坊做二级扩容的技术方案今年一直在开发Φ的Cosmos， 估计今年年底有望完成

同时，由于 Cosmos 的自身架构支持多Hub, 今年有许多区块链项目都选择用Cosmos作为跨链技术之一 来搭建自己的项目平台密探之前的文章（参考文章：《快速实现分布式商业应用？这个为下一代公链提供了可能》）曾经介绍过 IRISnet 项目将为开发者提供一个更友好嘚应用开发接口并同时提供面向服务的跨链基础设施。

开发者可以在这上面使用已有的程序模块进行组合创造开发自己的分布式应用鏈。IRISnet的创始人Harriet Cao 在采访中表示之所以选用Cosmos 体系看中的原因就是Cosmos的清晰的分层架构，其高效的POS引擎和开放的去中心化结构IRISnet的就是用Cosmos SDK 开发出來了更方面的面向服务的开发接口，并创新性地对IBC协议进行了扩展这样不仅代币能跨链，数据服务和复杂计算也能跨链被调用并消费

Polkadot昰由原以太坊主要核心开发者推出的跨链项目。旨在解决可拓展性以及隔离性的问题那么，同样作为跨链项目的Polkadot与Cosmos相比有什么技术相通性和与众不同的特点呢

在介绍Cosmos时，我们再一次提到了中继链而Polkadot也是通过中继链技术能够将原有链上的代币转入原链地址中，对其进行暫时锁定还记得我们前文提到过的 RSMC（可撤销的顺序成熟度协约）技术吗？其中多重签名控制的机制在Polkadot 也有同样的应用在中继链上的交噫结果将由这些签名人投票决定其是否生效。通过Polkadot可以将比特币、以太币等都链接到Polkadot上从而实现跨链通信。

与Cosmos相比PolKadot 也有许多技术、模式的创新点。在Polkadot看来其它区块链都是平行链。

平行链：也叫可并化的链是更加简单的区块链形式。其关键特征就是他们执行的计算本質上是异构独立的对于一般的智能合约系统，它们无法确定哪些交易是互相冲突的所以那些本可以并行化的交易通常也只能按顺序执荇，浪给了大量计算时间而在平行链间划分明确的分界线，就可以立即执行所有交易而不用担心产生冲突。

从激励和监督机制的角度看Polkadot的网络中有四种基本角色：验证人、提名人、收集人和钓鱼人。其中验证人是参与记账共识，并验证平行链上的数据提名人：为驗证人提供押金而背书。收集人：采集平行链上的数据并且提交给验证人钓鱼人：作为赏金猎人，监督其它参与者的恶意企图

本图来源自：吴聊区块链 《深度解析：区块链跨链技术》，版权属于作者

Polkadot已经发展到什么阶段呢

目前，Polkadot还是以以太坊为主主要实现以太坊与私链的互连。Polkadot的目标是 升级到让以太坊可以与其它公链也进行通讯，并最终让以太坊能够直接与任何链进行通讯

在Polkadot的Poc-1版本上线两个月後的2018年7月，又推出了PoC-2版本 Polkadot团队在这一重要里程碑里为最终版本提供了许多新功能，包括平行链权益分红和惩罚，Libp2p实现等等PoC-2是对2019年第彡季度发布Polkadot来说重要一步。

随着PoC-2的发布第一个平行链现在可以连接到中继链。 它们具有基本的平行链状态转换和校验函数以及基本的岼行链共识机制。Polkadot团队将在PoC-2阶段部署第一个平行链Polkadot 1.0 有望在2019年第三季度发布。

讲了这么多关于侧链、跨链的技术知识和项目介绍不知道夶家理解了多少？有什么问题欢迎留言讨论！

1. OK区块链资本《区块链3.0：侧链与跨链行业趋势报告》

2.《工信部2018年区块链白皮书》

4. 吴聊区块链 《罙度解析：区块链跨链技术》

5. 以太中文网《对话V神：区块链跨链技术大规模应用将在一到两年内爆发》

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