区块链跨链技术的发展与应用

TX Labs 李步天

我国区块链技术经历了十几年的深入开发,已经建立起具备各种特性、广泛应用于不同工作环境的区块链体系。但由于国际间区块链体系的不兼容性以及链与链之间的高度异构性，造成了区块链之间的数据价值传递、信息传输等方面的科技障碍。而国际区块链的跨链发展，也正是促进了区块链技术互连与贯通、提高了区块链技术互操作度和扩展能力的关键措施。关于区块链间跨链信息技术交互难的问题，文章对区块链的跨链信息技术的发展趋势与现实应用展开研究，着重介绍了区块链跨链的技术原理，剖析了当前跨链信息技术中存在的科技困境，总结了当前跨链信息技术的安全风险与现实应用领域，论述了当前跨链信息技术中存在的挑战与未来的科技发展走向。

在科学技术发展的带动下，区块链技术的发展速度不断加快，区块链技术的应用范围也在不断地延伸，区块链所存在的问题也暴露了出来。当前，区块链系统中都是异构的，并且相互之间没有联系，这样一来，导致大量的区块系统成为了价值孤岛，每个区块链之间无法进行有效的价值交流，这也严重制约了区块链功能拓展和未来的发展。本文通过阐述当前区块链跨链技术及其相关应用情况，在研究过程中剖析跨链技术在发展过程以及跨链方面存在的主要问题，旨在为区块链技术人员提供有价值的参考，以此来推动区块链技术的发展。

1 区块链跨链技术分析

1.1 跨链的产生

区块链技术的高速发展，导致各区块链项目之间对技术要求不断提高，对区块链技术中跨链交互的发展有着一定推动作用。而区块链技术领域在交付管理能力和可扩展性等领域也一直影响着区块链大规模的实施使用。怎样攻破基础公链特性和能力障碍，完成高吞吐量与跨链互操作性于一身的区块链体系就成了当前区块链领域研发的重心。在服务特性层面，随着区块链从单链逐步快速发展为多链整合，在进行了对原有的工作量证明与共识机理的逐步完善和优化之后，在比特币和以太坊的基本框架上，产生出了以实用的拜占庭容错方法和委任权益证认识计算为内核的联盟链和办公链网络系统，从而完成了TPS(系统每秒办理的业务数)由个位数飞跃到百万级的技术突破，但是，一定程度上也弱化了区块链技术“去中心化”的特点；所以，在实际当中使用区块链技术要坚持去中心化的设计理念，保持教好的服务交付性能。在服务功能上，区块链技术的创新研究、智慧合约的不断完善和优化，同时在数字化时代发展影响下，大部分的公司级的商业区块链建设项目已经建立并成功执行。这样一来，为一些规模较大、涉及内容较多的垂直办公链带来更新的基础设施以及业务体系。为推动区块链项目在不同领域的有机结合，提高区块链间的互联互通，实现业务和利益之间的自由土地流动，部分公司为了提高自身的业务能力和利益，对跨链交互技术需求非常迫切，这也就延伸出了跨练技术。

1.2 跨链技术的发展历程

跨链技术最早在比特币出现时就已经得到了初步发展，此时正在致力于从单链扩展到中链与跨链平台的多链共管的研发中。区块链的初期发展中，区块链都是以单链的形态存在并发展的，而且因为单链优化和信息化改进的特点，因此处理起来非常麻烦，甚至是完全不可能的。在实际中使用要求跨链技术开发到真正使用的发展历程中，在实现区块链互操作性、信息交换性能以及可扩展性等方面，均实现了一定的重大突破。目前，学者们正在围绕着命名技术、身份验证与通信协议、跨链事务一致性管理等领域，展开更深入的探讨和深入研究[1]。

1.3 跨链技术的类型

按照交换链的不同类型和交换链的核心技术，把交换链的相互作用方式分成了均匀链和非均匀链。在网络拓扑机理、安全机理、一致性算法、块形成和验证逻辑等方面都是相同的，所以，异构链间的跨链交换也比较简单。但是，在实际使用中，越来越多的问题是通过不均相链内部的各种相互作用展开的。不均相链和网络的拓扑构造之间存在着巨大的差别，导致不均相链内部的相互作用越来越复杂。在当前，无论是等距的同构链跨链或是异相链跨链，所需要处理的最基本的问题就是链间资产的相互转换与资本的兑换。在具有跨链交换的原子性下，当目标链中的所有资产都被锁定时，交换资产被重置为与目标链中的固定资产等价的价值，从而实现对链上的交换价值，或者由于交换而导致链上固定资产数量的变化。资产交换是指固定资产的交换，在每一个固定资产链中保持一定数量的固定资产。同步改变交互链间对链上资源的使用权，并以此实现在区块链内资源交换的目的。目前，在异构链上的跨链方式大致包括了区块监听、不直接交换以及与第三方协作交换。

2 跨链技术的困境

通过建立和实施多个区块链项目，以促进各行业区块链项目的联合开发，克服不同基本区块链结构的互操作性、不同类型结构的相互识别、不同类型接口协议的互操作性，互操作性和访问问题在不同安全方法和不同服务方法的影响下，跨链项目逐渐形成了当前区块链技术的主要突破领域。鉴于跨链的技术研发起步相对较晚，以及目前中国区块链的跨链技术研发还处在萌芽状态，面对的各大风险问题，跨链技术的研究与开发还存在着不同的发展困境，主要表现在如下一些领域。

2.1 跨链事务管理问题

跨链技术在进行链内的转让与交换的处理过程中需要避免“双花”现象，即使交换可以同时进行或同时失效，也要确保链内交换双方的账册数据同时变更且保证跨链业务的统一性。在一个跨链交易中通常涉及许多子交易，由这些子交易一同组织其一项业务，但是不同的子交易都是相对独立的运行在不同的区块链体系，处理跨链事务的工作人员会保证每个子交易完成之后，子交易依然能够顺利进行，若是其中一个子交易出现失误，便要回滚并撤销上一个的交易。因此，处理跨链事务的工作人员在进行跨链交易时要保证交易的成功原子性，这也是跨链服务中亟待解决的技术难题。

2.2 跨链交易验证问题

跨链交易过程认证制度一般分为两个层面:首先是确保了交易的成功和顺利通过了区块链账本；其次，许多连锁买卖方在处理连锁买卖之后能够确认买卖的合法化与有效率。而在区块链体系中，为保证数据的绝对安全，目前“区块头+SPV”方法仍然是最常用的跨链交换检验方式。

2.3 跨链交易性能问题

区块链交易处理能力和安全性，一直都是区块链操作系统中努力攻克的技术问题。然而在区块链操作系统实现一致的过程中，面临去中心化、稳定性和安全的不可能三角现象，使得区块链操作系统可以同样满足它们的两个。虽然当前有些区块链方案已经可以完成百万量级的TPS，但都只能在一些验证节点的前提条件下才能完成，并且还削弱了整个网络系统去中心化的特征。随着跨链交换的发展，跨链交换对并发运行速度的要求也更加严格，间接的影响了跨链交换的并发性能与安全性，都成为了跨链技术中急需克服的技术难题。

2.4 锁定资产管理问题

锁定资金管理能够实现链中资金的锁住与冻结，为区块链中资金的锁定与开放创造了条件，也能够更高效的控制所有交易账户，从而保护锁定资金的私密性与交易过程的安全性，并降低了交易过程中发生的双花风险。目前，财产锁定模式主要分为智能合同模式、单一保管人方式以及联盟链的方式。但是，由于申报方式以及申请领域的重大局限，所以跨产业链方式在财产锁定模式领域还有待继续开展创新和探索。

2.5 多链协议适配问题

跨链技术是加深区块链技术在业务层面应用的主要推物。区块链网络上如何实现像因特网那样的信息交互服务，就需要通过跨链网络实现互联互通、多链互存的信息生态系统。而目前，进行多链的信息交流可以通过从自主兼容性和被动兼容性两个方面进行技术突破，来缓解多链的信息适配难题。主动式兼容性则是在已有的异构区块链操作系统技术基础上，进一步发展底层跨链操作系统，即在区块链的实际应用上，发展适用于所有环境下的跨链技术，从而完成跨环境的数据与价值传递。而被动兼容性则是从基础操作系统开始，首先构建好的跨链操作系统之后，可以在基本操作系统来改善当前区块链操作系统的发展，同时利用多个连接口来进入到区块链操作系统，以此完成全系统的跨链业务目标。

2.6 跨链安全保障问题

跨链的安全情况也是判断跨链系统是否正常工作的核心。区块链技术双方在实现了跨链交换之后，怎样保证双方系统的安全性就成为了跨链科技的一个难点。目前人们一般从适当分离、检查安全性事件两个角度加以思考。适当分离一般是为防止在同一条链路上遭到入侵后干扰整条跨链网络的正常工作，并尽可能保证链路间的独立性；检查安全性事件则主要是利用具备监测恶意攻击能力的第三方节点来管理跨链路业务，使整个跨链网络具备了类似防火墙的作用。跨链路安全保护技术也是对跨链网络日益关注的重要技术研究热点，同时也是对跨链网络的重要保护盾，仍有待继续研究和不断完善。

3 区块链跨链技术应用及安全性分析

3.1 跨链技术的应用

跨链技术目前已经取得了诸多的研究成果，如在跨链的体系结构、数据协同、资产流通等多个方面都已经深入应用，同时在分布式网络结构中的交易、金融服务等多个领域都得到了创新性发展[2]。

国内对跨链技术的研发和应用也倾注了巨大的人力、物力，并提供了广泛先进的技术服务。跨链科学技术正进入发展高潮，跨链科学技术的实践应用正呈井喷式发展。

目前，跨链技术已经在跨链的五大平台上得到了发展，能够解决跨链系统内外连接困难的问题，也极大地推动了跨链技术的应用与发展。基于区块链模型的不同标准，把跨链技术分成了不同的类型。

3.2 跨链安全性分析

跨链技术提出了一种交互需求，以满足块链和跨链交互的需要。因此，跨链技术的鲁棒性必须与实际应用中遇到的各种安全问题密切相关。然而，目前支持数据链路通信的许多交叉连接协议仍处于研究和开发阶段，尚未得到广泛的认可。因此，对集群链中常见的安全问题进行分析，有助于改善跨集群链技术的安全漏洞。

4 区块链跨链技术的挑战与前景

跨链技术已成为实现产业链网络化、建设有价值的高速公路网络的关键技术，是促进中国跨境价值链全面开发的重要驱动方式。随着区块链勘探领域的开发，今后还将产生区块链生态系统。集群链的多样性，也将使得人们对跨链创新的要求提高，但跨链创新的实际应用并不会仅限于交易。而在未来，随着集群信息技术的广泛应用，着重探讨和发展基于网络的统一数据接口通讯方法，从而建立集群网络，并进行各个群体间的通讯，将成为当前跨链信息技术的主要趋势。

4.1 跨链技术面临的挑战

当前，区块链系统当中存在的主要问题是操作性不足。因此，跨链技术要能够满足不同区块链的要求，注重跨链操作的便捷性和安全性。当前，跨链技术的实现程度较低，依然处于初期探索阶段，缺少统一的标准和体系来规范跨链技术。在未来的发展中，跨链技术还会面对各种新的挑战和问题。为了能够体现跨链的价值，可以通过购买区块链系统，确保操作系统能够支持互联网TCP/IP 协议[3]。

4.2 跨链技术的发展前景

近年来，区块链技术仍然是一个热点，世界各国纷纷将区块链提升到国家战略的高度，努力抓住区块链创新发展的高点。目前，在政府支持下，以及在应用需求日益增长的背景下，集群链被看作是新一代的通信基础设施的关键部分。跨技术链将与大众的科技链相结合，并继续寻求创新和发展。而目前，跨链领域已步入了新的研发高潮，而未来的研发重心也将聚焦在跨链架构、多协议互联、跨链数据安全保障、跨链协议链的应用、协议的一致性、跨链入服务的管理效率等领域展开更广泛和深度的研发与探讨，将逐步突破新一代互联、可信、高效的技术瓶颈，支持跨链应用领域的场景，实现跨链块的沟通与协作，形成更具发展前景和活力的商业模式，开启了链间互联的千载难逢的时代。

5 结论

区块链具有各方共识、去中心化数据、印章证明、高可溯源度等优势。在数字货币领域，供应链管理、贸易照管、信用安全等机会有很多。随着区块链科技的持续发展与不断创新，已经发现了大量的区块链项目。为了打造不同地域、价值和价值表现更好的区块链，不同的区块链技术将会越来越成为区块链行业关注的焦点。对于区块链技术来说，还需要进一步深入提升，以实现更多跨链应用领域的场景。

引用

[1] 孙浩,毛瀚宇,张岩峰,等.区块链跨链技术发展及应用[J].计算机科学,2022,49(5):287-295.

[2] 何帅,黄襄念,陈晓亮.区块链跨链技术发展及应用研究综述[J].西华大学学报(自然科学版),2021,40(3):1-14.

[3] 孙毅,范灵俊,洪学海.区块链技术发展及应用:现状与挑战[J].中国工程科学,2018,20(2):27-32.