科普 | 跨鏈簡史：從資產橋到互操作

跨鏈技術被認為是區塊鏈領域發展的聖杯，是實現萬鏈互通的關鍵技術。現在的跨鏈技術形態，有些是在實現資產互通，有些是提出了一套通信協議，實現區塊鏈間的通信，還有些是提出了新的系統架構和運行模式，支持更多區塊鏈的接入。

跨鏈一開始的目標在於讓資產能從一條鏈轉移到另一條鏈，又可以安全的返回，後來擴展到解決兩個或多個不同鏈上資產及狀態的互相傳遞、轉移、交換的問題。隨着現在跨鏈基礎設施的日趨成熟，對於跨鏈概念的炒作已經冷卻。在這樣一個時刻，我們來對現有的跨鏈技術形態，做一個冷峻的觀察。

跨鏈技術被認為是區塊鏈領域發展的聖杯，是實現萬鏈互通的關鍵技術。現在的跨鏈技術形態，有些是在實現資產互通，有些是提出了一套通信協議，實現區塊鏈間的通信，還有些是提出了新的系統架構和運行模式，支持更多區塊鏈的接入。

根據跨鏈技術的演進和實現方式，以太坊的創始人 Vitalik 曾經總結了 3 類跨鏈技術，分別是哈希時間鎖（HTLC），公證人，側鏈/中繼。我們將把公證人，和側鏈/中繼進一步分類，各自分成兩個小類，這樣，我們將分別介紹五種跨鏈方案。

哈希時間鎖合約

哈希時間鎖合約是通過一套密碼學方法，來實現跨鏈的去信任資產交易，比如我的 BTC 和你的 ETH 交易，就可以通過哈希鎖來實現交易的原子性。

其原理大致如下：用戶 A 生成隨機數 s，並計算出該隨機數的哈希值 h=hash(s) 發送給用戶 B，A 和 B 通過智能合約先後鎖定各自的資產。A 公開出示 s 可獲得 B 鎖定的資產，同時 B 也獲得了 s，可獲得 A 的鎖定資產，若超過設定的時間，A 沒有出示 s，智能合約中鎖定的資產會自動回退給雙方。

公證人

公證人機制是指由公證人建立一個中間賬戶，用戶將資產轉入中間賬戶，由公證人跨鏈發行一種映射原 Token 的影子 Token 給到用戶。當用戶需要贖回的時候，將影子 Token 銷毀，並向公證人提供證明，公證人將中間賬戶中的原始 Token 轉到該用戶的地址。

公證人必須是可信的。公證人可以憑藉自身信用，也可以通過智能合約做超額抵押來獲得信任。公證人可以是單個主體，也可以是多個主體通過某種規則組合形成的聯盟。

根據公證人的單主體還是多主體，以及公證人的信譽來源是超額抵押還是自身信用，我們可以把公證人方案劃分為 4 個子類：

其中，HBTC，BTTC，imBTC 均屬於 ② 方案，tBTC 屬於 ③ 方案，X-BTC，WBTC 屬於 ④ 方案，採用方案 ① 的項目暫未發現。你可能發現，全是比特幣跨鏈項目，為什麼如此，我們後文在對比分析中會有詳述。
我們並不需要關注公證人的數量，因此，我們將公證人方案，僅按信任來源，分為兩個子類。

超額抵押

公證人通過超額抵押建立信用，這意味着，公證人抵押的資產 v2，必須大於中間賬戶中的資產價值 v1。當公證人出現作惡行為或者過失行為，導致中間賬戶里的資產遭受損失，那麼抵押的資產將可以用來賠付給受損失的用戶。然而，超額抵押會給公證人帶來資金成本，這些成本，會轉化為高額的跨鏈的手續費，而高額的跨鏈手續費會讓用戶望而卻步。

自身信用

公證人也可以通過自身信用來背書，讓用戶信任。但這種信任是中心化的，和區塊鏈的基本精神是背離的。但由於這種方式手續費低廉，甚至免費，因此還是吸引了大批用戶。這種由中心化機構擔保的跨鏈方式，對於跨鏈資金體量小，安全訴求低的用戶而言，也是很好的選擇。

側鏈/中繼

第三種是側鏈/中繼的方案。側鏈和中繼其實是同一個概念，中繼鏈就相當於多條鏈共同的側鏈，為了簡化表述，我們後文統一稱為橋接鏈方案。

橋接鏈方案我們分兩類來說，分別是通用方案和同構跨鏈專用方案。

通用方案

橋接鏈通用方案和公證人方案一樣，仍然存在一個中間賬戶，但中間賬戶的安全，不靠公證人來保護，而是靠智能合約來規範，這意味着中間賬戶將是一個合約賬戶，其資產管理規則被智能合約的代碼約束，而不是由公證人約束。如果代碼本身沒有問題，只要部署該合約的鏈是安全的，那麼合約中的資產就是安全的。

當然，如果橋接鏈本身有問題，也會影響合約賬戶里的資產安全。因此，驗證人們必須 Stake 一定價值的 Work Token 來保障橋接鏈的安全運行。假設這個價值是 v3，那麼這個 v3 是可以遠遠小於合約賬戶里的資產價值 v1 的。

為什麼 v3 可以小於 v1 呢？因為現在較為通行的 BFT-PoS 類共識，幾乎杜絕了能夠篡改賬本的“雙花”攻擊(如果橋接鏈賬本被篡改，則有可能間接威脅到合約賬戶中的資產安全)，實現了更強的共識安全。BFT-PoS 可以做到即時確定性，而非概率確定性，攻擊者即便掌握了半數以上的 Staking Work Token，最多只能做到拒絕簽名區塊，讓封塊速度減慢，讓網絡無法處理交易，已經形成最終確定性的區塊中的交易是無法被逆轉的。我們可以認為，只要 BFT-PoS 鏈沒有代碼故障，無論 Token 市值多小，都是安全的。

雖然惡意的驗證人，無法動搖中間賬戶內的資產安全，但網絡癱瘓，停止驗證新交易，也不是我們希望看到的狀況。因此，v3 最好也不要太小，我們還是希望橋接鏈的 Token 市值越大，Staking 比例越高，去中心化程度越高越好。

v3 可以小於 v1，因此不會有超額抵押帶來的高額跨鏈手續費，使用跨鏈橋將可以做到很廉價。那麼有沒有方法進一步降低跨鏈成本呢？可能有的朋友會想到讓多條鏈復用同一座橋，這便是 Poly Network 的思路。

同構跨鏈專用方案

橋接鏈通用方案，看起來已經很完美了！但我們對於跨鏈，還有更高的追求。其一，多鏈復用的資產橋，可以儘可能多的兼容現有的鏈，但新的鏈不斷湧現，要再去擴充兼容太麻煩了，能否有一個通用的鏈框架，讓新鏈遵循框架，能夠一勞永逸的實現跨鏈呢？其二，我們對於跨鏈的追求，並不只是想實現資產橋，我們還希望鏈間能傳遞更豐富的信息，有強大的互操作性，例如可以跨鏈調用合約，讓多個鏈真正連接起來，形成有機整體。

基於對以上兩者的追求，區塊鏈世界里有了波卡和 Cosmos 這樣的同構跨鏈項目。兩者都採用了“1 母鏈 + N 子鏈”的架構，其中母鏈是所有子鏈的公共橋接鏈，任何開發者都可以按照規定的框架開發子鏈，並申請接入母鏈。

Cosmos 母鏈名為 Hub，子鏈名為 Zone，通過內置的 IBC 協議，Zone 之間可以實現跨鏈通訊，既能傳遞資產，也能傳遞其他格式的信息，實現跨鏈互操作性。波卡母鏈名為中繼鏈，子鏈名為平行鏈，平行鏈之間通過 XCMP 協議來通訊，以實現跨鏈互操作。事實上，波卡的中繼鏈不光起到橋接作用，還可以讓接入的平行鏈共享其共識層的安全性，而對於 Cosmos 的 Zone 而言，鏈的安全是需要自己負責的。

對比分析

哈希時間鎖雖然能實現跨鏈交易的原子性，但無法實現資產的跨鏈流通。這意味着，通過哈希時間鎖，我的 BTC 和你的 ETH 進行安全的交易，但並不能讓 BTC 流通到 ETH 上，也無法讓 ETH 流通到比特幣鏈上。但哈希時間鎖的通用性最強，對鏈的屬性沒有任何限制。

公證人方案，可以在一條圖靈完備的鏈和一條非圖靈完備的鏈之間實現資產跨鏈。當然，這種資產跨鏈是單向的，只能由非圖靈完備的鏈上跨到圖靈完備的鏈上。例如把 BTC 引入 ETH，反之把 ETH 引入比特幣鏈則不行。這並不是公證人方案的限制。事實上，公證人方案也可以實現兩條圖靈完備的鏈間的資產雙向跨鏈流通，但由於其要麼費率較高（超額抵押方案），要麼傾向於中心化（自身信譽方案），人們更多的會採用橋接鏈方案。

前文提到一個問題，為什麼比特幣的跨鏈更多採用了公證人方案，而非橋接鏈方案呢？這是因為比特幣鏈不是圖靈完備的。在這裡解釋一下，為什麼橋接鏈只能在雙圖靈完備的鏈間跨鏈呢，是因為橋接鏈不是一個獨立的存在，而需要部署在兩端鏈上的合約配合，就像一座橋不能懸空存在，必須在兩岸有橋墩作為依託。

在雙圖靈完備鏈間跨鏈，橋接鏈方案更有優勢，主要體現在無需超額抵押，且可以多鏈復用，可以更低的成本實現資產跨鏈。像波卡，Cosmos 這樣的跨鏈項目則直接搭建了一個全新的多鏈架構，超越了資產橋，在同構鏈之間實現了豐富的互操作性。

我們闡述了三大類（五小類）的跨鏈方案，我們將各方案的特性對比做成表格。

以上我們對各跨鏈方案的闡述順序，其實有一條清晰的時間脈絡。最早的主流鏈有比特幣和以太坊，人們想要實現 BTC 和 ETH 之間的交易，最先能想到的便是哈希時間鎖這樣的，不需要藉助任何外力的純密碼學方法。2013年5月, Nolan 在 BitcoinTalk 論壇提出了原子轉移（atomic transfers）思路。後來，人們開始建設基礎設施，建立資產橋，讓鏈間的資產能夠互通，在這當中，比特幣作為市值最大的加密資產，吸引了很多人想把比特幣資產導入到其他鏈，但由於比特幣不支持智能合約，人們只好使用公證人機制。

由於理念的不同，有的項目採用了去中心化的，成本較大的超額抵押方案，有的項目則採用了簡單直接的中心化託管方案。為了降低跨鏈成本，人們想到了，讓多鏈共用一座鏈橋的方式。為了一勞永逸，實現對新鏈的兼容性，人們制定了新鏈開發的框架和標準，如 Substrate 和 Tendermint，為了實現更多維度的互操作性，人們創造了同構多鏈架構，如 Polkadot，Cosmos。現如今，區塊鏈跨鏈基礎設施日趨成熟，以至於人們已經不再常常討論跨鏈，就像我們看到燈亮起時，不再談論“電”的原理一樣。

區塊鏈的從業者們從未停止思考，從未停止追求更優方案，在他們的推動下，區塊鏈世界像生物一樣向著更複雜，也更簡單的方向不斷演化着。