解析侧链特性与发展前景,谁会成为跨链赛道的独角兽?

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区块链技术发展至今,交易量呈现出指数级别的增长,网络上的拥堵现象也愈发严重。从近些年开始,扩容已成为了社区热议的话题和各家公链考虑的重点。在第一层(Layer 1)扩容技术上,存在共识机制、分片、DAG、隔离见证和扩大区块容量等解决方案;而在第二层(Layer 2)扩容技术上,也发展出状态通道、Plasma、侧链 / 跨链等。

此外,今年跨链龙头波卡的爆热也引发了市场对侧链与跨链技术的进一步期待,但很多人也发现,尽管跨链已不再是镜中水月,但如何双重满足跨链和高性能的依旧是难点。本文将对侧链 / 跨链技术的起源进行阐述,同时针对侧链的技术实现方式及优缺点进行分析,并结合市场中采用侧链 / 跨链的代表项目(诸如 Polkadot、aelf、Dfinity 等),以此探寻在当前发展背景下,还有哪些被低估的项目值得关注。

解析侧链特性与发展前景,谁会成为跨链赛道的独角兽?

侧链 / 跨链的发展及技术特性对比

侧链是首个产生较大影响力的跨链技术。侧链旨在实现双向锚定,让某种加密货币在主链以及侧链之间互相「转移」。最初主链通常指的是比特币区块链,而现在主链可以是任何区块链。是实现侧链的技术基础,双向锚定技术可以暂时将数字资产在主链中锁定的同时将等价的数字资产在侧链中释放,反之亦然。但协议改造需兼容现有主链,也就是不能对现有主链的工作造成影响是双向锚定技术的难点。

从本质上讲,跨链是指原本存储在特定区块链上的资产可以转换成为另一条链上的资产,从而实现价值的流通。侧链则是相对主链而言的概念,主要服务于主链,为主链提供资产和功能的转移。二者的区别可归为服务主体和范围的不同,但在技术上大致相同。

目前主流的跨链技术主要可以分为几类特性:1、公证人机制(Notary schemes);2、侧链 / 中继(Sidechains/relays);3、哈希锁定(Hash-locking);4、分布式私钥控制(Distributedprivate key control)。

公证人机制:通过选举一个或多个组织作为公证人,对链 A 的事件进行自动或请求式监听,并在指定事件发生后,在链 B 执行相应动作,实现对事件的响应。公证人群体通过特定的共识算法,对事件是否发生达成共识;

侧链 / 中继:侧链 / 中继以轻客户端验证技术为基础 ,,即:在链 B 上执行类似区块链轻客户端功能的智能合约,通过验证链 A 的加密哈希树(Cryptographic Hash Tree)以及区块头(Block Header)来验证链 A 的某项特定交易、事件或状态信息是否发生;

哈希锁定:通过在两条链上运行特定的智能合约,实现跨链交易与信息交互。用户 A 生成随机数 s,并计算出该随机数的哈希值 h=hash(s) 发送给用户 B;A 和 B 通过智能合约先后锁定各自的资产;如果 B 在 X 时间内收到正确的 s,智能合约自动执行将 B 的资产将转移给 A,否则退回给 B;如果 A 在 2X 时间内收到随机数 s,A 的资产将自动转移给 B,否则退回给 A。

分布式私钥控制:基于密码学多方计算和门限密钥的共享技术,将私钥分为 N 份,同时分给 N 个参与者,只有收集了 K 个私钥的分配,才能够恢复出一个完整的私钥,才可对私钥中资产进行解锁。通过私钥生成与控制技术,把加密货币资产映射到基于区块链协议的内置资产模板的链上,根据跨链交易信息部署新的智能合约,创建出新的加密货币资产。

总体而言,跨链技术在过去几年间得到了迅速发展。现有的跨链相关项目中,基于侧链 / 中继模式的项目占比最高;基于哈希锁定的闪电网络自主网上线以来节点数量、通道数量和网络容量不断增长,技术可行性也得到了较好的验证。在 DeFi 爆火后,由以太坊引申的跨链项目更是层出不穷,但跨链技术目前还面临着许多复杂问题,鉴于大多数区块链系统在诞生之初就缺乏互操作特性,跨链技术在设计与实现时需要重点解决如何适配各类区块链,并确保跨链操作的高效率和高安全性。

主流侧链 / 跨链方案对比

在当前的主流侧链 / 跨链方案中,可大致分为比特币侧链和非比特币侧链,比较知名的比特币侧链有 BTC Relay、RSK 和 BlockStream 的 Elements,非比特币的侧链如 Polkadot、aelf、Dfinity 等。由于比特币侧链的项目适用范围较小,本文将主要针对非比特币侧链的几大主流项目根据跨链逻辑、性能、经济模型和开发者支持四大方面进行对比梳理。

跨链方案:中继链模式和去中心化跨链模式

当前诸如 Polkadot 等公链在技术都属于侧链 / 中继的范畴,Polkadot 通过中继和平行链的机制来实现跨链,并将容纳的不同区块链定义为平行链;但也有如 aelf 等部分项目创新引入了更加去中心化的方式完成跨链。aelf 的节点根据类型行划分,专业化记账节点(全节点)能够运行在服务器集群之上,提高整个区块链网络性能。aelf 还采用「主链+多侧链」结构,有效实现资源隔离、「一链一场景」。

Polkadot 主要由中继链、平行链和转接桥三种角色链构成。中继链主要为整个系统提供统一的共识和安全性保障;平行链负责具体的业务场景,平行链之间可以通过 ICMP 进行彼此通信,同时它们还会由分配给它的验证人进行区块验证;转接桥则负责连接不同体系的区块链。Polkadot 本身基于 Substrate 构建,Substrate 是 Polkadot 运行环境的实现。新的区块链如果基于 Substrate 框架构建,可直接连接到 Polkadot 网络,成为 Parachain。连接 Polkadot 的链需要符合 2 个标准:(1)能够证明其交易有效性,比如通过轻客户端证明出块状态的最终确认、包含比特币的 UTXO 或以太坊的日志信息;(2)必须有授权交易的方式,如门限签名方案或能针对多签名条件构造逻辑的智能合约。Parachain 接入 RelayChain 后,Parachain 可与 RelayChain 共享安全,由转接桥连接的链需要⾃⾏确保安全。

Polkadot 的平行链之间的跨链交换的安全性保障主要来自共享安全性这个特点,共享安全性使得跨链交易和普通交易同步发生也就不存在其他跨链场景中的双花等跨链数据不一致问题。其次 Polkadot 中的引入的特殊状态验证方法方便中继链进行跨链等消息的有效性验证。

老牌公链 aelf 采取的是偏向于去中心化的跨链模式。2020 年 12 月 10 日,aelf 主网正式上线,首条侧链也在 12 月 25 日在 aelf 主网上部署完成。在跨链过程中,aelf 使用「索引」的方式来实现链间通信,索引是指按照定义好的结构从某条链将数据传递给其他链,跨链索引是实现任何跨链功能的前提。aelf 通过两步索引来实现跨链:1、主链索引侧链,即主链先向需要索引的侧链请求数据,侧链向主链传输数据信息;2、侧链索引主链,主链将信息验证处理完成,侧链再从主链请求数据索引主链,主链将数据传输给侧链。并不是只有主链和侧链互相索引,侧链的多级子链之间也可以互相索引。

在数据验证上,aelf 采用了默克尔树的数据结构,利用默克尔树结构可以高效完成数据存在性证明,从而实现跨链验证。aelf 中父链与子链之间可以相互验证、同级子链(兄弟链)之间可以相互验证、其他关系的链之间不可以相互验证。

此外,aelf 还将其侧链分为内部侧链和外部侧链。内部侧链即基于 aelf 通过联合挖矿形式创建的侧链,外部侧链则是其他区块链系统能够以此形式加入 aelf,例如比特币、以太坊等公链。

性能

在主打跨链的主流公链中,Dfinity、 aelf 是公认的两大性能王者,Dfinity 使用阈值中继技术(threshold relay technology)、 aelf 则选择 AEDPOS 共识机制。

相比于以太坊,旨在提供无限扩展性 Dfinity 主要着力于性能及扩展性。性能方面,DIFINITY 使用阈值中继技术,可以做到快速生成区块,大幅提升交易的吞吐量。扩展性方面,Dfinity 通过将共识、验证和存储分为不同层次的架构「近乎无限」地扩展网络。共识层不设交易区块,而存储层会被分成多个链,验证层将所有的分片的哈希组合,使全局状态哈希在顶级链的区块中存储。

aelf 则采用「链的并行+链内交易并行」的处理。每条链有独立的计算资源,不同场景可适用于不同的侧链,并通过父链进行交互。此外,aelf 还将不冲突的交易放到一个组内,保证组之间的交易可以并行执行。aelf 的历史 TPS 数据最高曾达到每秒 14968 笔,是以太坊 EVM 的 149 倍。目前,aelf 的跨链解决方案运行效率可与中央服务器性能相媲美。通过其独特的并行处理、可扩展的集群节点和数据库分离技术,为企业级别的商业应用提供适合的性能支持。

aelf 主链采用 AEDPOS 共识,相较于 PoW 和 PoS 机制,该共识减少了哈希碰撞的环节,而多出了诸如选举、生产节点调度、换届等环节。选举也就是持币人需要能够对自己信赖的节点进行投票;生产节点调度即这些被选举出来的生产节点按如何的次序进行出块,以及这种次序是怎么决定的;由于被选举出来的区块生产节点的票数是不断变动的,一定有一个时间节点,当前的区块生产节点可能会被其他节点替换。基于独创的 AEDPos 共识机制及竞选机制,aelf 创世阶段价格设置 17 个生产节点(任期 7 天)通过竞选产生,社区用户参与投票。生产节点在承担区块生产责任的同时需参与网络参数设置调整、网络资源费用调整等事务。

经济模型

接下来,我们来看下各大公链代币分配方式以及经济模型。

根据波卡最初计划,DOT 初始总发行量为 1000 万枚,但其总供应量不是固定不变的,且没有上限,DOT 最大发行量为「1000 万初始发行量+通货膨胀」。根据波卡 Wiki 的 描述,DOT 采用通货膨胀模型对验证人和提名人发行新代币用于奖励。该模型设想 DOT 的供应量每年都会逐步增加,以合理引导代币质押数量,实现共识安全性和代币流动性。

具体来看,DOT 的提名权益证明(NPoS)共识算法是波卡基于 PoS 算法设计的共识算法,验证人运行节点参与生产和确认区块,提名人可质押代币获得提名权,并提名自己信任的验证人,获得奖励。而此部分奖励来源于 DOT 代币的增发,这就是 DOT 主要的通胀来源。第一年的通货膨胀率为 10%。验证者节点代币生成通胀率与所质押率有关,其余部分将流向财政部(Treasury)。Web 3 基金会最初的目标是将约 50%的 DOT 代币质押至提名权益证明 NPoS 共识系统。

财政部资金的使用最终由 DOT 持有者通过全民公投来控制。财政部筹集资金的方式是通过转移一些验证人奖励(来自通胀增发的部分),一小部分交易费用和 slash 惩罚(由恶意或不称职的验证人支付的罚款)。这些资金用于系统和更广泛的生态系统(市场营销、社区活动和合作)的顺利运行。

在 aelf 的设计中,Token 共分为 4 大类 。一是主网币 ELF,发行总量 10 亿枚。主要用于交易费、侧链索引费、申请生产节点的押金以及生产节点的出块奖励等。二是资源 Token,主要用于开发者支付链或 DApp 运行时对资源的消耗。包括 CPU 资源、RAM 资源、DISK 资源、NET 资源、READ 资源、WRITE 资源、STORAGE 资源、TRAFFIC 资源,发行总量各 5 亿枚。三是开发者创建的 Token,开发者可以在 aelf 平台上创建 Token,构建自己的 Token 模型及激励机制。四是节点竞选投票凭证,即用户通过为生产节点投票时会获得投票收益,投票后将给用户返还等额的投票凭证,投票凭证可用于赎回投票。

aelf 引入了多元销毁机制,根据链上行为的不同,执行不同的销毁策略。在用户进行链上交易时,链上交易⼿续费的 10% 执⾏销毁;购买资源 Token⼿续费的 50% 进⾏销毁;若⽣产节点在本届中累计有 72⼩时未⽣产区块,其抵押的 ELF 将被销毁;当所有的节点未发⽣连任时,10% 的连任分红池执⾏销毁。由于 ELF 发行后不再增发,aelf 的多元销毁机制保障了 ELF 能处于长期的通缩经济模型中。

ICP 是 Dfinity 的原生治理代币,目前尚未进行代币分发。据官方消息,Dfinity 预计在今年一季度向持有人释放 ICP 代币。一旦 「Genesis」的运行条件被触发,2021 年第一季度内,将有超过 5 万名 ICP 代币持有人开始参与到网络治理当中。此外,Dfinity 创始人兼首席科学家 Dominic Williams 和社区运营总监 Michael Hunte 在 2020 年 10 月曾表示,Dfinity 战略轮投资将有不少于 1 年锁仓期,而种子轮代币投资没有锁仓期,出于市场健康考虑,可能会在 ICP 上线后开始逐步解锁。

总结与展望

综上来看,主打跨链的主流公链中,Polkadot 可做跨链资产转移,专注于跨链基础设施,aelf 着力于性能和跨链验证;Dfinity 的主网 Alpha 阶段已正式发布,将通过「无限扩容」的形式更新现有网络,可以说,各家有各家的亮点和专攻方向。在未来的世界中,跨链技术将承担起互联互通打破「信息孤岛」的责任,但其也面临着诸如信息真实性、交易原子性、事务一致性等难点。

此外,同样专注于跨链的两条公链,在市值这个维度的对比中能看到较为悬殊的差距,目前 DOT 的市值已接近 150 亿美元,而 ELF 的市值则小于 1 亿美元,由此可见,ELF 的发展还处在远远被低估的阶段。

跨链技术面临的场景复杂,最终能否实现全球区块链的广泛互联,有待交给各大项目方持续探索和实践。但可以预见的是,随着跨链技术研究的深入和应用的普及,这几大主流的跨链公链发展非常值得我们期待。

来源:链闻ChainNews (ID:chainnewscom)

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