TLC: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：

Polygon Studios CEO：Polygon将于2023年深入参与PFP和艺术领域:12月27日消息，Polygon Studios 首席执行官 Ryan Wyatt 表示：2022 年 Polygon 与 OpenSea、Magic Eden、Coinbase、Robinhood 和 Phantom 建立或扩大了合作关系，并参与了游戏、DeFi 和音乐领域。Polygon 将在 2023 年深入参与 PFP 和艺术领域。[2022/12/28 22:11:26]

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。

共和党众议院领袖麦卡锡呼吁美国决策者更深入地了解比特币:4月13日消息，众议院少数党领袖凯文·麦卡锡呼吁美国的决策者更深入地了解比特币。CNBC的Joe Kernen询问麦卡锡有关美国财政部长耶伦和美联储主席鲍威尔是否应阅读《比特币标准》（一本由经济学家Saifedean Ammous撰写的畅销书）时，麦卡锡回答：“要走向未来，他们不应该忽视比特币……对于那些监管者和执政者来说，最好现在就开始理解比特币对未来而言意味着什么，因为其他国家（尤其是中国）正在向前发展。”麦卡锡警告说，如果不采取行动，美国最终可能落后于中国。（U.today）[2021/4/13 20:15:34]

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。

03跨链桥-基于轻客户端

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。

火币区块链研究院李慧：未来银行会更加深入布局区块链技术:4月7日消息，火币区块链研究院副院长李慧表示，未来银行业对区块链技术布局会否更加深入的答案是肯定的。她认为，“通过区块链技术的嵌入，银行实现原有业务基础上的降本提效，并且吸纳更多客户，达到双赢局面。上面所提到的区块链在银行各业务的布局以B2B业务居多，随着区块链技术的普及与发展，银行会逐渐将区块链布局到更多的toC业务领域，如信用卡积分管理等。”（证券日报）[2020/4/7]

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。

声音 | Evolution capital创始合伙人：熊市有更多时间做深入思考:11月16日， Evolution capital 创始合伙人老葛在“499加油站第二十期”接受火币英才CEO张晓媛和节点资本合伙人及贝壳公关CEO姜晓玉的采访时表示， 熊市过冬宝典一，是意识的升级，慢慢对这个行业的理解跟上了，自然比隔岸观火的人理解更深。熊市过冬宝典二，是多宣传，PR成本低；好好做社群，做精，有更优质的用户；扎实的做合规。花时间在这些领域提升，积累经验和技能的小伙伴，下一波行情来的时候，就有了更多的优势。保持敏锐，等下一波机会大批涌来的时候，肯定是观念超前，行动在一线的人，最有机会把握住。[2018/11/17]

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。

动态 | 人民日报：深入实施国家大数据战略 应突破区块链等十大技术瓶颈:9月14日讯，人民日报发文表示，深入实施国家大数据战略，应集中力量协同攻关，突破大数据的十大技术瓶颈，包括数据供给层面的区块链技术、数据交换技术，数据处理层面的大数据存储管理技术、分布式计算技术、编程语言技术，数据分析层面的大数据基础算法、机器学习、数据智能技术，大数据应用层面的大数据可视化、真伪判定技术。[2018/9/14]

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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