一、区块链跨链入门介绍---思考&论文导读

跨链论文系列文章目录

引言-跨链论文系列文章目录

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引言

细细想来读研也有1年过半，却没有将所学所想记录下来，计划用2-3月时间，将自己的所学所见，细细记录一下，并提出自己的一些思考。
如果对跨链一点不了解的话，建议可以先看看我最后附上的综述论文，再回头看这篇文章。

本篇是所有关于学术分享的的开端，主要记录我关于区块链跨链领域的所学所见所想。作为跨链的前置知识（区块链基本原理，分类，底层支撑技术等），不再介绍，请自行了解。

第一次接触到跨链是在去年，对跨链进行深入的了解之后，我开始思考几个问题

1. 相较于跨链资产流转，跨链的合约数据流通和功能调用是否具有深入研究的意义？
2. 如果合约层的跨链具有研究意义，那么拿什么来证明数据的可信性和完整性，又应该通过怎样的通信架构和访问接口来实现实现异构多链的跨链合约访问？
3. 从区块链的特性来看，跨链是一种跨越信任边界的行为，那么除了常见的SPV证明，零知识证明之外，有没有更好的证明方法实现对源链某交易的证明？
4. 如果将预言机和跨链放在一起，会发现他们都具有从中心化=>去中心化的趋势，那么能否把跨链看做是预言机的一个扩展的结果？

本人才疏学浅，要是有不对的地方，还请指正，多多包涵，最后附上我看过的部分跨链技术综述。

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跨链-what?

很多学者都对跨链提出了自己的看法，相关的调查研究也相当多，有的侧重于跨链技术，有的侧重于跨链协议，有的更为系统的分析跨链的意义，并对现有的跨链技术和协议进行了分类。
美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的一份技术报告将区块链互操作性定义为

a composition of distinguishable blockchain systems, each representing a unique distributed data ledger, where atomic transaction execution may span multiple heterogeneous blockchain systems, and where data recorded in one blockchain are reachable, verifiable, and referable by another possibly foreign transaction in a semantically compatible manner
可区分的区块链系统的组合，每个代表一个独特的分布式数据分类账，其中原子交易执行可能跨越多个异构区块链系统，并且记录在一个区块链中的数据可以被另一个可能的外部交易以语义兼容的方式访问、验证和引用

这个定义指出了跨链的核心在于交易数据的跨链访问，验证和引用。
值得思考的是单纯的交易数据显然并不具有较为丰富的语义，那么从语义互操作性来说上来说，语义互操作性是否需要在合约层乃至应用层来继续实现相应的跨链操作来实现呢？

跨链-why?

简单了解了跨链的定义之后，再来思考一下为什么要有跨链呢？大多数研究都提到了孤岛效应。假如我们把每一个区块链实例都比作一家自行发币的银行，那跨链交易就好比跨行转账，价值流通，但是实际的币并没有跨行，仍存留在原有的银行体系中（只是可能这部分币掌握在目标银行手中）。

上边提到的跨链交易是收到关注最多的一个研究。个人认为，区块链的魅力不应仅限于此，区块链最核心的特性是不可篡改，去中心化等。这决定了区块链技术在金融领域的巨大应用潜力，但值得注意的是，智能合约的引入使得区块链技术在更为广阔的领域具有了相当的应用潜力。
从互操作性的角度来看，或许除了跨链交易以外，在跨链的数据流通和功能调用上也同样具有相当的研究价值，能够为项目的应用提供更加丰富的语义并实现更为复杂的操作，这对区块链技术在各行各业的推广应用同样具有巨大的意义。

跨链-where and when?

• Where

从区块链架构的层次来看，象征着区块链底层技术的数据层和网络层对跨链技术而言更多的则是作为一个基础的支撑技术，并不作为研究跨链的一个重点。
共识层担负起了区块链过程可信的重要责任，共识层显然是跨链技术的核心角色。从共识层来看，跨链技术在共识层主要实现了目标链对源链交易的验证过程，只有经过共识上链的源链交易才是一个合法的跨链交易。
合约层对区块链技术显然是一个应用上的巨大扩展，合约层的跨链可以更好的实现跨链的语义互操作，同时实现对跨链的合约数据流通和功能调用。
应用层是区块链技术的顶层调用，在跨链技术中，应用层的跨链研究更倾向于DAPP对不同链的透明化访问。

• when

关于跨链的时机显然是时时刻刻都可以，这里主要思考不同跨链技术的时间消耗。关于跨链合约数据访问和功能调用，不做细致介绍，参考后续文章。

1. 跨链交易 跨链交易侧重于对交易数据的可信性证明。跨链交易流程可以抽象为：（或许并不完善，大概流程）

2. 跨链交易发起，A链=> 中间人（中心化or分布式）=>B链

3. 证明，中间人orB链向某个组织申请proof然后证明，保证跨链数据的可信和完整。

4. 证明成功，则交易成功，否则A链交易应回滚以保证原子性。

5. 跨链合约数据访问 主要包括合约同步，合约迁移，合约调用三种方式。

6. 跨链合约功能调用 主要包括应用层不可知调用和合约调用两种。

跨链-how?

跨链技术：

1. 公证人
2. 侧链/中继
3. 哈希时间锁
4. 分布式私钥控制
5. 以上四种某些融合方案

跨链协议：

1. IBC（inter blockchain communication protocol）协议
2. MBCCP（multiblockchain consociation and communication protocol）协议
3. XCMP（cross-chain message passing）协议
4. IBTP（inter blockchain transfer protocol）
5. XCLAIM
6. NCASP
7. AC3WN（atomic cross chain commitment witness network ）
8. 3PP(three-phase protocol)
9. Relay
10. Swap
11. DeXTT （deterministic cross-blockchain token transfers）
12. Interledger 协议
13. Zendoo 协议
14. SuSy 协议
15. AUGP（atomic unidirectional gateway protocol）协议

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总结

跨链的解决方案多种多样，近年的研究也在不断增加，无疑也说明了跨链研究的重要性。欢迎私信交流，一起学习进步！！
跨链方案需满足特性如下（自己总结的，仅做记录自己观点用）：

附录

[1] I. A. Qasse, M. Abu Talib和Q. Nasir, 《Inter Blockchain Communication: A Survey》, 收入 Proceedings of the ArabWIC 6th Annual International Conference Research Track, New York, NY, USA, 3月 2019, 页 1–6. doi: 10.1145/3333165.3333167.
[2] H. Tam Vo, Z. Wang, D. Karunamoorthy, J. Wagner, E. Abebe和M. Mohania, 《Internet of Blockchains: Techniques and Challenges Ahead》, 收入 2018 IEEE International Conference on Internet of Things (iThings) and IEEE Green Computing and Communications (GreenCom) and IEEE Cyber, Physical and Social Computing (CPSCom) and IEEE Smart Data (SmartData), Halifax, NS, Canada, 7月 2018, 页 1574–1581. doi: 10.1109/Cybermatics_2018.2018.00264.
[3] W. Ou, S. Huang, J. Zheng, Q. Zhang, G. Zeng和W. Han, 《An overview on cross-chain: Mechanism, platforms, challenges and advances》, Computer Networks, 卷 218, 页 109378, 12月 2022, doi: 10.1016/j.comnet.2022.109378.
[4] G. Wang, Q. Wang和S. Chen, 《Exploring Blockchains Interoperability: A Systematic Survey》, ACM Comput. Surv., 页 3582882, 2月 2023, doi: 10.1145/3582882.
[5] Y. He, C. Zhang, B. Wu, Y. Yang, K. Xiao和H. Li, 《A Cross-Chain Trusted Reputation Scheme for a Shared Charging Platform Based on Blockchain》, IEEE Internet Things J., 卷 9, 期 11, 页 7989–8000, 6月 2022, doi: 10.1109/JIOT.2021.3099898.
[6] 孟博, 王乙丙, 赵璨, 王德军和麻斌豪, 《区块链跨链协议综述》, 计算机科学与探索, 页 1–18, 2022.
[7] 路爱同, 赵阔, 杨晶莹和王峰, 《区块链跨链技术研究》, 信息网络安全, 期 08, 页 83–90, 2019.
[8] 李芳, 李卓然和赵赫, 《区块链跨链技术进展研究》, 软件学报, 卷 30, 期 06, 页 1649–1660, 2019, doi: 10.13328/j.cnki.jos.005741.
[9] 郭朝, 郭帅印, 张胜利, 宋令阳和王晖, 《区块链跨链技术分析》, 物联网学报, 卷 4, 期 02, 页 35–48, 2020.
[10] 徐卓嫣和周轩, 《跨链技术发展综述》, 计算机应用研究, 卷 38, 期 02, 页 341–346, 2021, doi: 10.19734/j.issn.1001-3695.2020.01.0025.
[11] R. Belchior, A. Vasconcelos, S. Guerreiro和M. Correia, 《A Survey on Blockchain Interoperability: Past, Present, and Future Trends》, ACM Comput. Surv., 卷 54, 期 8, 页 168:1-168:41, 10月 2021, doi: 10.1145/3471140.
[12] P. Robinson, 《Survey of crosschain communications protocols》, Computer Networks, 卷 200, 页 108488, 12月 2021, doi: 10.1016/j.comnet.2021.108488.