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新的區塊鏈始終在誕生。 多年來比特幣是唯一的區塊鏈，但現在有數百個。 問題是，如果你想使用另一個區塊鏈上提供的功能，你必須購買其他區塊鏈的代幣。

但所有這一切很快就會改變。 一種稱爲側鏈的開發技術有望使跨區塊鏈移動代幣變得更加容易，從而爲開啓各種可能性打開大門，包括搭建與傳統銀行金融系統的橋樑。

2017 年 10 月，愛丁堡大學教授，區塊鏈研究與開發公司 IOHK 首席科學家 Aggelos Kiayias、 伊利諾伊大學厄巴納 – 香檳分校教授 Andrew Miller、雅典大學研究員 Dionysis Zindros 發佈了“非交互性工作證明”（NiPoPoW）文章，介紹了三年來一直缺失的側鏈拼圖的關鍵部分。 這是他們如何到達那裏的故事。

但是，首先，側鏈究竟是什麼？

同樣的硬幣，不同的區塊鏈

側鏈是一種技術，可讓您將代幣從一個區塊鏈移動到另一個區塊鏈，在其他區塊鏈上使用它們，然後在稍後的時間將它們移回，而不需要第三方。

在過去，母區塊鏈一般都是比特幣，但母鏈可以是任何區塊鏈。 另外，當令牌移動到另一個區塊鏈時，它應該保持相同的值。 換句話說，以太坊側鏈上的比特幣仍然是比特幣。

側鏈的最大優勢是它們將允許用戶訪問大量新服務。 例如，您可以將比特幣轉移到另一個區塊鏈，以利用隱私功能，更快的交易速度和智能合約。

側鏈也有其他用途。 側鏈可以提供更安全的方式來升級協議，或者它可以作爲一種安全防火牆，以便在發生災難性側鏈事件時，主鏈不會受到影響。 “這是一種有限的責任，”Zindros 在一段視頻中解釋了這項技術如何運作。

最後，如果銀行要創建自己的私人區塊鏈網絡，側鏈可以實現與這些網絡的通信，允許用戶發行和追蹤股票，債券和其他資產。

早期對話

有關側鏈的早期對話最早出現在 2012 年的比特幣聊天室中，當時比特幣核心開發人員正在考慮如何安全升級比特幣協議。

一個想法是“單向掛鉤”，用戶可以將比特幣移動到單獨的區塊鏈中以測試新客戶 ; 然而，一旦這些資產被移動，它們就不能移回主鏈。

“我認爲這是一個軟件工程工具，可以用來做出廣泛的改變，”現在區塊鏈開發公司 Blockstream 首席執行官 Adam Back 在接受比特幣雜誌採訪時說。 “你可以說，我們將會製作 [比特幣] 的新版本，我們認爲它將在一年內準備就緒，但與此同時，你可以提前選擇並測試它。”

根據 Back 的說法，第二年的某個時候，比特幣核心開發者 Greg Maxwell 在比特幣 IRC 頻道的某個時間提出了一個“雙向掛鉤”的想法，其中價值可以轉移到替代鏈，然後稍後回到比特幣。

雙向掛鉤解決了當時另一個日益嚴重的問題。 Litecoin 和 Namecoin 等替代硬幣越來越受歡迎。 恐懼是這些“altcoins”會削弱比特幣的價值。 比特幣核心開發人員認爲，比特幣是一種儲備貨幣，並將新功能降低到側鏈是有道理的。 那樣，“如果你想使用不同的功能，你就不必購買投機資產，”Back 說。

爲了將側鏈概念變爲現實，2014 年，Maxwell 和其他一些比特幣核心開發人員組成了 Blockstream。當年 10 月，該組織發佈了“使用掛鉤鏈支持區塊鏈創新”，一篇描述側鏈的高水平論文。 米勒也是該論文的共同作者。

側鏈如何工作

側鏈的一個重要組成部分是簡化支付驗證（SPV）證明，證明代幣已鎖定在一條鏈上，以便驗證者可以安全地解鎖替代鏈上的等價值。 但是爲了讓側鏈工作，SPV 證明必須足夠小以適應單一的 coinbase 交易，這是一種用新硬幣獎勵礦工的交易。 （不要與 Coinbase 公司混淆。）

當 Blockstream 研究人員發佈他們的論文時，他們知道他們需要一個壓縮的 SPV 證明來讓側鏈工作，但他們還沒有開發出密碼學。 所以他們概述了一般的高層次的想法。

Blockstream 論文描述了兩種類型的雙向掛鉤：對稱雙向掛鉤，其中兩條鏈與他們自己的挖礦是獨立的 ; 和一個不對稱的雙向掛鉤，其中側鏈礦工是母鏈的完整驗證者。

在一個對稱的雙向掛鉤中，用戶將她的比特幣發送到一個特殊的地址。 這樣做鎖定了比特幣區塊鏈上的資金。 該輸出在大概六個區塊（一個小時）的比賽期間保持鎖定狀態，以確認交易已經完成，然後創建 SPV 證明以發送到側鏈。

此時，在 SPV 證明的側鏈上出現相應的交易，驗證錢幣已鎖定在比特幣區塊鏈上，然後在側鏈上解鎖具有相同賬戶價值的硬幣。

硬幣被花費且易手，在稍後被轉回到主鏈。 當硬幣返回到主鏈時，重複該過程。 他們被髮送到側鏈上的鎖定輸出，等待期過後，創建一個 SPV 證據併發回主區塊鏈，解鎖主鏈上的硬幣。

在一個不對稱的雙向掛鉤中，過程略有不同。 從母鏈到側鏈的轉移不需要 SPV 證明，因爲側鏈上的驗證器也知道母鏈的狀態。 但是，當硬幣返回到母鏈時，仍然需要 SPV 證明。

搜索一個緊湊的證明

在側鏈中，一個緊湊的 SPV 證明需要包含鏈中所有塊頭的壓縮版本，其中資金從比賽期間的起始塊鎖定，以及交易數據和一些其他數據。 通過這種方式，SPV 證據也可以被認爲是特定產出的“工作證明的證明”。

對緊湊型 SPV 證明的啓示來自 25 年前開發的名爲“跳過列表”的鏈式列表結構。 在將這種結構應用於緊湊的 SPV 證明中時，訣竅在於找到一種方法來跳過塊頭，同時仍保持高度的安全性，以使對手無法僞造證據。

在解決問題的過程中，Blockstream 向其提供了側鏈紙的早期草稿給 Miller，他已經在研究小型 SPV 幾年了。

2012 年 8 月，米勒在一篇名爲“高價值哈希高速公路”的論壇上發表了一篇博客，描述了一個比特幣輕客戶可以用來快速確定最長鏈並開始使用它的“merkle 跳過列表”的想法。 在那篇文章中，他將數據結構的重要性描述爲“絕對是令人震驚的”。

當 Miller 讀完 Blockstream 草案時，他發現了本文中描述的緊湊型 SPV 證明中的一個漏洞。 隨後進行了討論，但他們“無法在不影響效率的情況下找到解決該問題的方法，”Miller 說。

Miller 對 Blockstream 論文的重要貢獻最終成爲附錄 B 中的幾個段落，描述了創建緊湊型 SPV 證明所面臨的挑戰。

它應該“可以大大壓縮標題列表，同時仍然能夠證明相同數量的工作”，該部分寫道，但“優化這些權衡並形式化安全性保證超出了本文和正在進行的工作的範圍。”

正在進行的工作持續了三年。

使其非互動

在隨後的那段時間裏，IOHK 的研究人員開始對側鏈更加感興趣。 Cardano 計劃正在形成，Cardano 是 IOHK 承包建造的新的 POS 共識區塊鏈。

Cardano 將包括兩層：2017 年 9 月推出的清算層，將保留貨幣供應，以及智能合約層。 這兩層將是兩個支持側鏈的區塊鏈。 通過這種方式，解決方案可以保持簡單並且不受任何智能合約層上可能發生的攻擊的影響。 但是，如果 IOHK 想讓 Cardano 按預期工作，就需要解決側鏈問題。

2016 年 2 月，雅典大學教授 Kiayias 和他的兩個學生 Nikolaos Lamprou 和 Aikaterini-Panagiota Stouka 發佈了“次線性複雜性證明工作證明”（PoPoW）。

該論文是第一個正式提出緊湊型 SPV 證明的。 只是，論文中描述的證據是互動的 ; 而爲了支持側鏈，它需要是非互動的。

在交互式證明中，證明者和驗證者進行來回對話，這意味着可能有多於一輪的消息傳遞。 相反，非交互式證明將是一段簡單的短文本，它將整齊地嵌入區塊鏈中的單個事務中。

PoPoW 論文在國際金融密碼學協會（IFCA）金融密碼學與數據安全會議附屬研討會‘BITCOIN’16 上發佈。 米勒參加了會議，他向卡亞亞斯求助，並分享了使協議非互動的想法。

Kiayias 對比特幣雜誌說，這是一個“不錯的觀察”，但是證明安全性“一點都不明顯”，並且需要大量工作。

剛剛開始在 Kiayias 下面攻讀博士學位的 Zindros 也參加了會議，他需要爲他的論文提供一個主題。 Kiayias 看起來非常合適，“所以我們三個人一鼓作氣，將 PoPoW 協議及其安全性證明改編爲非交互式設置，”Kiayias 說。

在 2016 年 10 月，Kiayias 正式加入 IOHK，一年後，Kiayias，Miller 和 Zindros 發佈了“非交互性工作證明”，在比特幣論壇上首次討論了側鏈的五年後，終於引入了緊湊的 SPV 證明。

“如果它是互動的，我不知道它是否會起作用 ; 帶有非交互式證明，它非常流暢，“Zindros 告訴比特幣雜誌。

更多工作要完成

即使使用 NiPoPoW，側鏈仍然沒有完全指定。 還有幾個問題，包括證明能做多少？ 交易鎖定在一條鏈上後，需要多少時間才能將其花費在另一條鏈上？ 而且，是否有可能將代幣從側鏈直接移動到另一側鏈？

“很多理論還需要定義，”IOHK 首席執行官 Charles Hoskinson 在與比特幣雜誌的談話中說道。

此外，儘管 NiPoPoW 旨在用於工作區塊鏈驗證，但一些人認爲，如果區塊鏈要在全球範圍內取得巨大的地位，未來依賴於像 Ouroboros，Algorand 或 Snow White 等 POS 協議，這類協議承諾比比特幣更節能。

特別是，如果基於 Ouroboros 的 Cardano 將按照計劃開展工作，IOHK 研究人員仍需要發現一個非交互式證據（NiPoPoS）。

霍斯金森很有信心。 “我們絕對可以做到這一點，”他說。 “我們當然可以擁有 NiPoPoS。 問題是將會有多少兆字節或千字節？ 我們是否可以把它降低到 100 KB？ 這纔是關鍵問題。“

英文版原文鏈接：

https://bitcoinmagazine.com/articles/sidechains-why-these-researchers-think-they-solved-key-piece-puzzle/