簡析跨鏈劃轉的工作原理

由 熱鏈中的人 於 10 月 23, 2018

衆所周知，完全基於 Bitcoin 或 Ethereum 公鏈開發部署的應用，普遍存在適用性差、效率低、使用成本高昂等問題，導致區塊鏈技術難以大規模普及應用。

因此，人們提出了側鏈、Plasma、閃電網絡等技術，試圖繞過公鏈系統，在其外部建立細分領域的應用系統。

如果外部系統也是一個區塊鏈系統（可稱之爲應用鏈），那就涉及到了跨鏈劃轉操作：將 Bitcoin 或 Ethereum （可稱之爲主鏈或根鏈）上的資金劃轉到應用鏈，或將應用鏈上的資金劃轉回主鏈。

應用鏈的好處

應用鏈可針對細分領域進行設計，能夠更好地適應千姿百態的應用需求，更容易與人工智能、大數據等技術相結合，爲重量級應用提供基礎支撐平臺，加速推進區塊鏈技術應用落地；

用戶只需要採用同一個密鑰帳戶，在主鏈上執行劃轉操作，然後就可以在應用鏈上快速、高效、低成本地執行轉賬、運行智能合約；

能夠更好地實現支付功能，解決了主鏈上的交易費用昂貴和網絡擁堵的問題，提高了數字貨幣支付和現有的法幣支付系統的競爭力。當用戶選擇了應用鏈進行操作的時候，可高效、方便地執行高頻小額轉賬交易。

應用鏈的問題

應用鏈的安全性要比主鏈弱一些，主鏈上的資金劃轉到應用鏈後，若應用鏈出現安全事故，可能會給用戶造成財產損失。因此在應用鏈的設計中，要考慮到資金如何能夠安全流回主鏈。

主鏈資金劃轉到應用鏈

Alice 發起一筆交易，將 8 個 Bitcoin 存入一個多重簽名地址，這個地址裏的幣被多個管理員所控制，是一個資金的凍結池。這筆交易被打包到主鏈的 M3 區塊中。

應用鏈需要感知、查詢主鏈，但主鏈是一個封閉的系統，並不知道應用鏈的存在。當應用鏈獲悉了 Alice 在主鏈 M3 區塊中的凍結操作後，就會釋放對應量的 Secoin。

Bitcoin 和 Secoin 在劃轉過程中的兌換比例可以是 1：1，也可以是 1:N，甚至可以引入更復雜的機制，比如 Bancor 算法。在圖 1 中，應用鏈的一個出塊節點在 S4 區塊中按照 1：1 的規則釋放了 8 個 Secoin 到 Alice 的賬戶。

圖 1: 跨鏈劃轉示意圖，來自《Drivechains, Sidechains and Hybrid 2way peg Designs》

應用鏈資金劃轉到主鏈

若 Alice 在應用鏈上給 Bob 轉了 3 個 Secoin，然後 Bob 在應用鏈上發起一筆交易將 3 個 Secoin 凍結，這筆交易被打包到應用鏈的 S32 區塊中。

應用鏈的管理組獲悉 S32 區塊中的凍結操作後，會通過多重簽名機制，在主鏈的凍結池中取出 3 個 Bitcoin 轉給 Bob，這樣就完成了從應用鏈到主鏈的劃轉操作。

多重簽名管理凍結池的弊端

由於主鏈不能感知到應用鏈的存在，因此採用了多重簽名管理凍結池的機制，M 個管理員中有 N 個簽名（N<=M）才能通過，管理員之間協作完成劃轉任務在理論上是可行的，在實踐上卻不夠簡練。

由於 Etherum 帶有圖靈完備的 EVM，理論上可以實現任意複雜的程序邏輯，所以可在智能合約中實現跨鏈劃轉操作，比如在 Plasma 方案中，用戶只需向合約提交證明數據，合約程序就會釋放對應量的幣併發送到該用戶的賬戶地址下，完成從應用鏈到主鏈的劃轉操作。

對於 Bitcoin 這樣的系統，由於不帶有圖靈完備的智能合約功能，若不採用多重簽名機制，就得升級改造現有的系統架構，引入一定的跨鏈劃轉標準，讓主鏈能夠感知到應用鏈上的某些特殊動作。

對於全新設計的公鏈項目，設計者應提前考慮好如何支持跨鏈劃轉功能。

作者： Karl 嘉楠區塊鏈研究院高級研究員

嘉楠區塊鏈研究院： 嘉楠耘智（Canaan Inc.）旗下區塊鏈板塊。

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