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解析侧链特性与发展前景 谁会成为跨链赛道的独角兽?

2021-03-08 14:56

今后,跨链技术将肩负起互联互通的重任,打破“信息孤岛”,但它也面临着真实性、交易原子性、交易一致性等诸多难题。
目前,区块链技术发展迅速,交易量呈指数级增长,网络拥堵问题也日益突出。近几年来,扩大规模已经成为社区关注的话题,也是各公链考虑的焦点。对于第一层(Layer1)扩展技术,目前已经有了共识机制、分片、DAG、隔离见证和扩大区块容量的解决方案;对于第二层(Layer2)扩展技术,也有了状态通道、Plasma、侧链/跨链等解决方案。
另外,今年跨链龙头波卡的火爆也引发了市场对侧链和跨链技术的更多期待,但许多人也发现,虽然跨链不再是镜中水月,但如何同时满足跨链和高性能的需求仍然是一个难题。这篇文章将从侧链/跨链技术的起源入手,分析侧链技术的实现方式及其优缺点,并结合市场上采用侧链/跨链的代表性项目(如Polkadot、aelf、Dfinity等),来探讨在当前的发展背景下,还有哪些被低估的项目值得关注。
侧链/跨链技术特性对比与发展。
侧链技术是最早产生巨大影响的跨链技术。侧链的设计是为了实现双向锚定,使某种加密货币在主链和侧链之间进行“转移”。主节点通常是指比特币区块链,现在主节点可以是任何区块链。双向锚定技术是实现侧链的技术基础,它能暂时锁住主链中的数字资产,同时释放侧链中等效的数字资产,反之亦然。而双向锚定技术的难点在于需要改造一个与现有主链相兼容的协议,也就是说无法影响现有主链的工作。
跨链实质上是指一个特定区块链上存储的资产可以转换成另一个链上的资产,从而实现价值的流通。侧链是相对于主链的概念,它主要服务于主链,向主链传递资产和功能。两者的区别可归结为服务主体和范围的不同,但技术上基本一致。
当前跨链技术的主流特征主要有以下几种:1、公证机制(Notaryschemes);2、侧链/中继(Sidechains/relays);3、哈希锁(Hash-locking);4、分布式私钥控制(Distributedprivatekeycontrol)。
证明机制:通过选择一个或多个组织为公证人,对链A的事件进行自动证明或请求式证明,并在链B执行相应的行为之后,实现对事件的响应。公证员通过特定的共识算法,对某件事是否发生达成共识;
侧链/中继:侧链/中继以轻客户端验证技术为基础,,即:在链B上执行类似于区块链轻客户端的智能合约,通过对链A加密的哈希树(CryptographicHashTree)和区块头(BlockHeader)进行验证,以确定链A是否出现了特定的交易、事件或状态信息;
HashLock:通过在两个链上运行特定的智能合约,实现跨链的交易和信息交互。使用者A产生随机数s,并计算出该随机数的散列值h=hash(s),发送给使用者B;使用者A和使用者B通过智能合约先后锁定各自的资产;如果使用者B在X时间内收到了正确的s,那么智能合约会自动执行将使用者B的资产转移给A,否则会退还给B;如果使用者A在2X时间内收到了随机数s,那么使用者A的资产会自动转移给B,否则会退还给A。
分散式的私钥控制:基于密码学多方计算和共享门限密钥技术,将私钥分成N份,同时分给N个参与方,只有收集到K个私钥的分配信息,才能恢复完整的私钥,从而解锁私钥中的资产。利用私有密钥生成和控制技术,将加密货币资产映射到链上的基于区块链协议的内置资产模板,并根据跨链交易信息部署新的智能合约,从而创建新的加密货币资产。
总而言之,跨链技术在过去的几年中得到了快速的发展。目前,以侧链/中继模式为主的跨链相关项目所占比例最大;自哈希锁定闪电网络自主在线以来,节点数、通道数和网络容量不断增加,技术可行性也得到了很好的验证。自DeFi公司破产以来,以太坊公司引入的跨链项目更加层出不穷,但是跨链技术仍然面临着很多复杂的问题,考虑到区块链系统在诞生之初就缺乏互用性,因此跨链技术在设计和实现时需要着重于如何适应各种类型的区块链,以及如何保证跨链操作的高效和安全。
主要的侧链/跨链方案对比
根据目前的主流侧链/跨链方案,可以大致划分为比特币侧链和非比特币侧链,著名的比特币侧链包括BTCRelay、RSK和BlockStream的Elements,而非比特币侧链例如Polkadot、aelf、Dfinity等等。因为比特币侧链的项目应用范围很小,所以本文主要从跨链逻辑、性能、经济性模型和开发者支持四个方面对非比特币侧链的主流项目进行对比分析。
交叉模式:继电模式和去中心化交叉模式。
目前,Polkadot等公链技术都属于侧链/中继技术,Polkadot通过中继和并行链机制实现了跨链,并将所包含的不同区块链定义为并行链;但也有如aelf等一些项目创新方案采用了更非中心化的方法来完成跨链。Aelf的节点按照类型划分行,专业记账节点(全节点)可以在服务器集群之上运行,从而改善整个区块链网络的性能。此外,aelf还采用了“主链+多侧链”的结构,有效地实现了资源隔离,“一条龙服务”。
波尔卡多特主要由中继链、平行链和转接桥三个作用链组成。中继链路为整个系统提供了统一的共识和安全保证;并联链路负责特定的业务场景,并联链路之间可以通过ICMP进行相互通信,同时也是由指派给它的验证者进行区块验证;并联链路则负责连接不同系统的区块链。Polkadot本身是基于Substrate构建的,它是Polkadot运行环境的一个实现。如果构建在Substrate框架上,新的区块链可以直接连接到Polkadot网络,即Parachain。与Polkadot连接的链需要满足两个标准:(1)能够证明其交易的有效性,例如通过一个轻量级客户端、包含比特币的UTXO或以太坊的日志信息来证明出块状态的最终确认;(2)必须有诸如门限签名方案或针对多签名条件构造逻辑的智能合约等授权交易方式。在Parachain访问RelayChain之后,Parachain可以与RelayChain共享安全性,通过连接桥连接的链子需要用System确保安全性。
在Polkadot的平行链之间进行跨链交换的安全保障主要来源于共享安全的特性,这种特性使跨链交易和常规交易的同步发生在其他跨链场景中也可以避免诸如双花这样的跨链数据不一致性问题。第二种特殊状态验证方法,可以方便地对中继链等跨链消息进行有效性验证。
传统的公链aelf所采用的是一种倾向于去中心化的跨链模式。aelf主网络于2020年12月10日正式上线,第一个侧链也于12月25日在aelf主网络上进行部署。aelf用“索引”的方式实现跨链通信,即根据一个已定义的结构从一个特定的链路向另一个链路传递数据,而跨链索引则是实现任何跨链功能的前提。跨链通过两步索引实现:1)主链索引侧链,即主链先向需要索引的侧链请求数据,侧链向主链传递数据信息;2)侧链索引主链完成对信息的验证处理,侧链再向主链请求数据索引主链,主链向侧链传递数据。不仅主链和侧链可以相互索引,而且侧链的多级子链也可以相互索引。
aelf采用默克尔树型结构进行数据验证,通过使用默克尔树型结构可以有效地完成数据存在性证明,实现跨链验证。在aelf中,父链和子链可以互相验证,兄弟链(兄弟链)可以互相验证,而其它关系的链不能互相验证。
另外,aelf把它的侧链又分为内部的和外部的两种。内侧链就是基于aelf通过联合开采形式创建的侧链,而外侧链就是其他区块链系统可以将aelf以这种形式加入,比如比特币、以太坊等。
表现。
Dfinity和aelf是主宰跨链的两大主流公链性能王,Dfinity采用阈值中继技术,aelf采用AEDPOS共识机制。
与以太坊相比,Dfinity的目标是提供无限扩展性,主要是注重性能和扩展性。DIFINITY采用阈值中继技术,能够实现快速生成区块,大大提高交易的吞吐量。Dfinity通过将共识、验证和存储划分为不同级别的架构,“几乎无限”地扩展了网络。共享层没有设置交易区块,而存储层被划分为多个链,验证层将所有分片的散列组合起来,使全局状态散列存储在顶级链的区块中。
而aelf则采用“链的并行+链内交易并行”的策略。每个链都有独立的计算资源,不同的场景可以应用在不同的侧链上,并且可以通过父链进行交互。另外,aelf将没有冲突的交易放入一个组中,以确保在组之间可以并行执行这些交易。在历史上,aelf的TPS最高达到了每秒14968笔,是EVM的149倍。当前,aelf的跨链解决方案的运行效率与中央服务器的性能相当。独特的并行处理、可扩展的集群节点以及数据库分离技术,为企业级商业应用提供了合适的性能支持。
与PoW和PoS机制相比,AEDPOS主链采用了AEDPOS共识,减少了哈希冲突环节,增加了选举、生产节点调度、更替等环节。又说到选举,持币者需要能够在他们信任的节点上投票;生产节点调度,也就是说,这些被选出的生产节点按照什么顺序出块,这种顺序如何决定;因为被选出的区块生产节点的票数是不断变化的,因此,必须有一个时间节点,当前的区块生产节点可以被其他节点取代。在创新的AEDPos共识机制和竞选机制的基础上,aelf创世阶段价格设置了17个生产节点(任期7天)通过竞选产生,社区用户参与投票。生产点进行块状生产。

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