深入理解三种跨链技术：HTLC、共识跨链和中继跨链

来源：星想法

作者：StarLi

原标题：《跨链-技术分类总结》

最近看了看跨链相关的项目，总结一下跨链的相关技术。所谓“跨链”，一条链上的“跨链”语义能在另外链上正确执行。目前跨链项目主要实现在一个链上的资产映射到另外一条链上。从技术角度看，个人认为目前跨链技术主要有三种：HTLC，跨链桥和跨链桥。相关的技术以及项目总结如下图：

01HTLC

HTLC原理比较简单：

广州市市长郭永航带队深入调研“元宇宙”产业发展:金色财经报道，智度股份（000676）官微消息，3月2日上午，广州市市委副书记、市长郭永航带领市政府领导班子一行考察智度股份与国光电器（002045），深入一线调研“元宇宙”产业发展情况，并就企业在“元宇宙”领域的技术、人才、市场以及创新等方面情况进行了充分交流。（同花顺）[2022/3/3 13:35:08]

如果Alice和Tom之间想交换资产，Alice先创建HTLC，Tom接着创建具有同样Hash的HTLC。简单的说，Tom和Alice创建了具有同样秘钥的“锁”，锁住各自资产。当Alice用秘钥打开Tom的资产时，Tom用同样的秘钥可以打开Alice的资产。当然，Tom和Alice都需要确认资产和锁的时间。

通过HTLC实现跨链，简单并且保证了交易双方的原子操作，但是要求两条链都支持智能合约，限定了两个交易方并且交换的资产不可分割。事实上，为了保证交易双方有效交易，交易双方需要额外的沟通渠道预先达成共识。

外汇局山西省分局深入推进跨境金融区块链服务平台试点工作:疫情期间，外汇局山西省分局深入推进国家外汇管理局推出的跨境金融区块链服务平台的试点工作，专题调研全省中小微外贸企业融资现状；深入宣传，促进更多中小微外贸企业了解区块链平台融资的便利性；加强推动，鼓励银行对中小微外贸企业建立专营服务机制；及时引导，推进银行主动对接中小微外贸企业，开展出口应收账款融资；“点对点”辅导，加快推进地方法人银行上线区块链平台，挖掘中小微外贸企业融资需求。通过外汇局的有效措施，银行对中小企业融资的积极性有了明显提高，企业对区块链融资的便利性也越来越了解，银行扩大了对中小微企业的融资规模，企业获得了便捷的融资，实现了“一项政策、多方共赢”。截至今年3月底，16家银行加入了区块链平台，全省通过区块链平台累计放款7.65亿美元。山西省涉外中小微外贸企业复工复产1458户，复工率达91%。（金融时报）[2020/4/9]

02跨链桥-基于共识

基于其他共识的跨链桥逻辑上比较好实现，由共识确认一个链上的事件，并在另外一条链上执行。整个桥的安全性取决于共识的强弱。共识，除了传统意义的共识机制外，还包括多方计算和多签。

声音 | 科蓝软件：与蚂蚁金服在区块链方面已有广泛深入的合作:科蓝软件（SZ300663）董秘在互动平台回复投资者就“恒生减持公司股票，对科蓝和蚂蚁金服的影响及数字金融行业公司有那些进展”提问表示，科蓝与蚂蚁在互联网银行的前台、中台、后台产品和项目以及区块链方面已经有广泛深入的合作，双方是战略层面的合作，并且还在继续深化以及向其他领域扩展。 根据恒生电子(75.300,?1.19,1.61%)9月26日发布的公告：“（恒生）公司所持的科蓝软件股票的前期浮动盈利已计入公司本年度净利润中，本次出售使得科蓝软件股票部分前期浮动盈利已经转化为现金收益”，恒生在科蓝属于财务性投资，正常减持。恒生和科蓝都属金融科技公司，因细分领域不同，所以没有产品和项目合作关系，其减持对科蓝发展没有任何影响！在正在召开的云栖大会上，公司刚刚获颁“阿里云专有云首批行业ISV合作伙伴认证”，与蚂蚁共创的“电子渠道逸平台解决方案”也在上月通过了V3版本兼容性测试认证。毋庸置疑，国内数字金融行业正在起飞，公司未来会与蚂蚁一起，将更多创新的产品提供给客户。[2019/9/27]

03跨链桥-基于轻客户端

声音 | 李东荣：依托区块链研究工作组等 就国内外金融科技热点重点问题开展深入研究:据人民网报道，中国互联网金融协会会长李东荣做客人民网视频访谈表示，从四方面加强金融科技发展，其中提到： 第一，依托移动金融专委会、网络与信息安全专委会、金融科技发展与研究工作组、区块链研究工作组等，牵头组织行业研究力量，就国内外金融科技热点重点问题开展深入研究，主要包括英美及部分新兴市场国家金融科技监管最新进展，网络借贷、股权众筹等金融科技业态国际比较，监管科技、监管沙箱发展情况，大数据、云计算、人工智能、区块链等技术在金融领域的应用情况等。其次是持续加强金融科技标准化建设，提升行业标准化规范化水平。三是履行社会组织对外交往职能，不断加强金融科技国际交流合作。 第四，协会综合运用自身掌握数据，以及司法系统、科技公司等第三方合作数据，针对互联网资管、网络借贷、ICO、互联网非法外汇交易、涉嫌违法违规宣传活动等重点领域持续开展监测。[2018/12/27]

为了在一条链上能验证另外一条链上的信息，在这条链上“运行”另外一条链的轻客户端。通常轻客户端都是基于SPV协议。SPV源自BTC，主要用在PoW共识的链中。Celo和Harmony也针对自己链的共识算法实现了轻客户端。纯粹的PoS共识的链比较难实现轻客户端，因为共识依赖Staking，而Staking由交易组成。为了实现轻客户端，穷举Staking交易不现实。

声音 | 英国财政部金融服务副主任：希望更深入地研究加密行业:据unhashed报道，英国财政部金融服务副主任Gillian Dorner表示，政府相关部门希望能更深入地研究加密行业，以采取相应的应对办法。英国正面临着创新经济、保护消费者和打击金融犯罪的多重挑战。[2018/11/23]

跨链桥的两个链互相通过轻客户端验证对方链的状态。这种跨链桥依赖Relay，及时同步链的区块头信息。因为要同步区块头，需要如下的一些因素：

1/同步频次和费用：在另外一条链上存储区块头信息需要费用。特别是tps比较高的链，区块比较多。

2/确认主链以及区块确认：根据链的共识，通过区块头信息确定主链。以PoW的链为例，区块确认一般通过后续区块个数确认。

优化同步费用有几种思路：1/随机挑战2/zk-SNARK。选一些典型介绍：

BTCRelay采用传统的SPV轻客户端的实现方式实现从BTC到ETH的跨链。显然为了同步BTC的区块头，在ETH消耗Gas。在以太坊Gasprice比较高的情况下，同步费用比较高。

FlyClientFlyClient采用随机挑战和MMR（MerkleMountainRange)的技术，降低轻客户端同步区块的个数。随机挑战的目的是在一定范围的区块并不需要全部同步到链上，随机抽取一些区块同步。为了在链上能验证没有抽取到的区块，所有的区块信息通过MMR组织在一起。MMR是一种变种的Merkle树，适用于追加节点的场景。MMR，相对于普通二叉的Merkle树，具有更新叶子结点代价小的特点。

zkRelayzkRelay也尝试降低链上轻客户端同步区块的费用。和FlyClient不同，zkRelay采用的是zk-SNARK证明。将一段范围内的区块有效性，通过将链下证明提交到链上，链上只需要检查证明是否有效。

CeloCelo是个有意思的项目。Celo项目本身和跨链没有什么关系，但是给轻客户端提供了一些新思路。为了实现更轻客户端，Celo采用递归零知识证明技术，将区块头的连接信息进行递归证明。一个证明就能证明从创世区块到当前区块的合法性。一个轻结点，只需要同步最新的证明就能确定所有区块的有效性。

Summa(StatelessSPV)上述的项目，还都是在降低轻客户端链上同步代价方面做优化。Summa提供了一个全新的思路：

摘抄自Summa介绍的PPT。Summa项目观察到一个有趣的事实：一条链的区块头在另外一条链上同步了，但是很多区块有可能是浪费的。原因是并没有需要证明的交易在这些区块中。Summa假设了一种“Ecnomic“安全的做法：证明一个交易在一个区块中，并且区块后有若干区块确认。Summa认为在伪造的区块后连续出块是一个非常不经济的做法，有这样的算力应该去计算真正的区块。使用这种方式，在链上不需要存储轻结点信息，只需要在一个交易需要证明时提供相应区块以及确认区块的证明即可。这样的方式也称为StatelessSPV。当然这种经济安全假设需要推敲，特别是在难度较低的情况下，伪造区块以及确认区块相对比较容易。

Xclaim针对传统的没有链上计算能力的链，不可能在链上实现其他链的轻客户端。也就是说，如果只是通过链上轻客户端的方式，在这些链上只能实现单向的跨链。为了在这些链上也实现双向跨链，Xclaim在引入抵押角色的情况下实现资产双向映射。Xclaim在论文中提出了三种操作：issue，swap，redeem。以issue和redeem为例，看看抵押角色的作用：

大部分链都支持转账功能。抵押者作为中间人，在另外一条链有抵押的情况下，接受其他人的资金的转账。转账发起者，可以通过轻客户端验证的方式在另外链上证明交易合法。在另外一条链上，验证合法的跨链交易后，进行转账。

在一条链上提出burn操作后，抵押者观察到后，主动先发起转账。并在转账成功后，向另外一条链上的智能合约提供交易证明“赎回”资金。简单的说，在两条链只要有一条支持智能合约的基础上，通过抵押者角色，可以完成双向跨链的操作。根本原因就是链上的转账交易能够被确认验证。

总结：

跨链是个复杂的话题。通过其他共识实现跨链相对简单现实。HTLC能实现交易双方的原子操作，但是限定交易为两方，而且为了提供交易的效率需要交易双方预先沟通。通过在链上实现轻客户端验证其他链的状态是一直探索的方向。对于PoW链，链上实现轻客户端需要考虑区块头同步成本以及主链确认逻辑。

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