侧链跨链研究报告 引言 在不断推进区块链技术快速发展的同时, 我们面临的一个关键瓶颈, 是如何提高交易的吞吐量和交易的速度问题, 随后各种解决方案应运而生 本文介绍了侧链和跨链的定义以及发展历史, 同时分析了侧链的痛点以及区块链技术和痛点的相关性 根据目前已上市的币种 / 产品信息来对应用的技术方案以及侧链技术的投资逻辑进行分析, 最后对侧链 / 跨链的未来进行了展望 ( 本报告由鲸准研究院 X Node Capital 联合发布 ) 作者 : 鲸准研究院谭莹 王帆 陈泓伊 Node Capital 研究中心刘聪海, 马旭颖, 林婕茵, 郎瀚威 支持机构 : 巴比特, 火星财经, 金色财经, 金牛财经 目录 一 侧链... 2 1.1 侧链的概念... 2 1.2 侧链的历史... 2 1.3 双向挂钩技术... 3 二 跨链... 5 2.1 跨链的概念... 5 2.2 解构四种跨链技术... 5 2.3 跨链技术的应用... 7 三 跨链 / 侧链的优势与问题... 9 3.1 跨链与侧链的关系... 9 3.2 跨链与侧链的优势... 9 3.3 侧链 / 跨链目前的问题... 10 四 跨链 / 侧链项目具体分析... 11 4.1 跨链 / 侧链项目一览... 12 4.2 重点项目对比分析... 13 4.3 项目的投资明细... 14
五 跨链侧链的投资逻辑... 14 六 跨链侧链的未来展望... 15 一 侧链 1.1 侧链的概念 早在比特币诞生初期, 人们就意识到比特币在转账速度 容量以及智能合约等方面的不足, 如果说能建立比特币账本的一个副本, 就像以前许多法定货币由黄金担保一样, 在需要的时候资产可以在两个区块链之间相互转换, 就可以加速比特币或者其他数字资产的流动性 在继续基于公共区块链的比特币信用证明的同时, 侧链也能支持完成一些更为复杂的应用操作 比特币与比特币侧链都使用比特币作为系统货币 其实质是通过 双向锚定 机制实现主链货币价值向侧链体系的转移, 从而在侧链上使用这部分从主链转移过来的主链货币的价值, 至于以这部分主链货币价值背书而产生 发行的侧链货币的名称, 则可以按需自由命名 侧链协议可以帮助比特币在其他区块链上流通, 其应用范围和应用前景会更加广 泛 有创意的人们会研发出各种各样的应用以侧链协议与比特币主链对接, 使得比特 币这种基准自由货币的地位越牢固 1.2 侧链的历史 侧链协议产生的原动力其实来源于其他区块链的创新威胁 首先, 以太坊 (Ethereum) 比特股(Bitshares) 等更快 更智能的区块链对比特币产生相当大的威胁, 智能合约和各种去中心化应用在以上两个区块链上兴起, 受到人们欢迎 ; 而基于比特币的应用则因为开发难度大, 项目不多 其次, 基于比特币区块链也有合约币 (Counterparty) 万事达币(Mastercoin) 和彩色币 (ColoredCoin) 等附生链, 但是比特币核心开发组并不欢迎, 觉得它们降低了比特币区块链的安全性 他们
曾经一度把 OP_RETURN 的数据区减少到 40 字节, 逼迫合约币开发团队改用其他方式在比特币交易中附带数据 第三方面,2014 年 7 月份以太坊众筹时, 获得了价值 1.4 亿人民币的比特币, 还有 20% 的以太币, 开发团队获得了巨大的回报 但是比特币核心开发组并没有因为他们辛勤工作获得可观回报, 因而他们成立了 BlockStream, 拟实现商业化价值 基于以上三个原因, 研发团队提出侧链协议 把比特币转出比特币区块链 另行开发二代区块链, 这样的选择既能保证比特币区块链的安全, 又能应对二代币的冲击, 还能针对不同应用场景实现商业化, 因而成了 BlockStream 的必然选择 1.3 双向挂钩技术 双向挂钩 (2WP) 是侧链实现的核心原理 它允许将比特币从比特币区块链转移到辅助区块链, 反之亦然 转移 实际上是一种错觉 : 比特币其实并没有转移, 但在比特币区块链上被暂时锁定, 而同时在辅助区块链上有相同数量的等价令牌被解锁 当等量的令牌在辅助区块链上被再次锁定时, 原先的比特币就会被解锁 这实质上就是双向挂钩所要实现的功能 这一功能的问题是, 理论上只有当辅助区块链最终结算时才能被实现 因此, 任何双向挂钩系统必须作出妥协并且依靠于假设双向挂钩相关参与者是诚实的 最重要的假设是, 主要的区块链是无需审查的, 而且大多数比特币矿工都是诚实的 另一个需要的假设可能是, 大多数监管锁定比特币的第三方也是诚实的 如果这些假设不成立, 则比特币及等效辅助区块链的令牌可以被同时解锁, 那么恶意的双花就变得可行了 任何双向挂钩系统都必须选择一种措施, 使得被假设要诚实的各方都能在经济和法律方面受鼓励去依章办事 这包括分析这些关键方对区块链网络进行攻击的成本及后果 双向挂钩实施的安全性取决于激励机制, 以便参与双向挂钩系统的关键方能够真正执行双向挂钩所应实现功能 双向挂钩技术可通过以下四项技术实现 : 单一托管 联盟模式 SPV 模式 驱动 链模式和混合式设计
概念优点缺点 将数字资产发送到一个主链单一托管方 单一托管模式 ( 类似于交易所 ), 当单一托管方收到相关信息后, 就在侧链上激活相应数字资产 不需要对现有的比特币协议进行任何的改变 过于中心化 联盟模式 使用公证人联盟来取代单一的保管方, 利用公证人联盟的多重签名对侧链的数字资产流动进行确认 不需要对现有的比特币协议进行任何的改变要想盗窃主链上冻结的数字资产, 需要突破更多的机构 侧链安全仍然取决于公证人联盟的诚实度 用户在主链上将数字资产发送到主链的 一个特殊的地址, 以锁定主链的数字资 SPV 模式 产, 随后会创建一个 SPV 证明并发送到侧链上 此刻, 一个对应的带有 SPV 证明的交易会出现在侧链上, 同时验证主链上的数字资产已经被锁住, 就可以在侧链上打开具有相同价值的另一种数字资产 这种数字资产的使用和改变在稍后会被送回主链 当这种数字资产返回到主链上时, 该过程会进行重复 它们被发送到侧链上锁定的输出中, 在一定的等待时间后, 就可以创建一个 SPV 证明, 来将其发送回主区块链上, 以解锁主链上的数字资产 安全性增强, 小额的交易通过走侧链的方式, 可以更好的隐蔽拥有大量存储价值的主账户地址 ; 侧链可以分担主链上的交易负担, 增快交易速度 ; 智能合约可以更好的实现并保护交易过程, 保证交易的稳定性 ; 侧链的应用十分广泛, 可扩展应用的范围, 同时有效保护区块链的隐私保护 需要对主链进行软分叉 驱动链模式 矿工作为算法代理监护人, 监管被锁定 数字资产, 投票决定何时解锁数字资产 和将解锁的数字资产发送到何处 矿工在驱动链中的参与程度越 高, 系统安全性越大 需要对主链进行软分叉 混合模式 在主链和侧链使用不同的解锁方法 在主链和侧链上采用不用的模式 解决, 有效提高了处理效率 需要对主链进行软分叉
二 跨链 2.1 跨链的概念 区块链是分布式总账的一种 一条区块链就是一个独立的账本, 两条不同的链, 就是两个不同的独立的账本, 两个账本没有关联 本质上价值没有办法在账本间转移, 但是对于具体的某个用户, 用户在一条区块链上存储的价值, 能够变成另一条链上的价值, 这就是价值的流通 跨链, 顾名思义, 就是通过一个技术, 能让价值跨过链和链之间的障碍, 进行直接的流通 跨链本质上和货币兑换是一样的 跨链并没有改变每个区块链上的价值总额, 只是不同的持有人之间进行了一个兑换而已 跨链技术的核心要素之一是 : 帮助一条链上的用户 Alice 找到另一条链上的愿意进行兑换的用户 Bob 从业务角度看, 跨链技术就是一个交易所, 让用户能够到交易所里进行跨链交易 进行数字货币的交易所很早就出现了, 最早交易所进行的是法币 ( 国家发行的货币 ) 与比特币之间的兑换 后来随着数字货币的种类越来越多, 很多交易所也开始进行不同类型数字货币之间的兑换 交易所开展的不同类型数字货币之间的兑换, 就是一种跨链价值转移的实现 严格来说, 币币交易所就是一个跨链技术的实现 鉴于已经发生过的多起交易所盗币 跑路的问题, 单个人或者机构的信用都不足以支撑大额交易 因此, 出现了无中心交易所技术 用区块链技术解决跨链时的信用难题 当交易所由多个主体共同运行, 或者干脆是一个公有链, 任何人都能参与到这个交易所的运行中, 那么, 跑路的风险就大大降低了 2.2 解构四种跨链技术 四种主流的跨链技术 : 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 (Distributed private key control) 四种模式性能的对比 : 公证人模式 (Notary Schemes) 侧链 (Sidechains)/ 中继 (Relays) 哈希锁定 (Hashlocking) 分布式私钥控制 (Distributed private key control) 互操作性 所有 所有 ( 需要所有链上都有中继, 否则只支持单向 ) 只有交叉依赖 所有 信任模型 多数公证人诚实 链不会失败或者受到 51% 攻击 链不会失败或者受到 51% 攻击 链不会失败或者受到 51% 攻击 使用跨链交换支持支持支持支持 使用跨链资产转移适用跨链 Oracles 适用跨链资产抵押 支持 ( 需要共同的长期公证人信任 ) 支持 不支持 支持 支持 支持 不直接支持 支持 支持 支持 大多数支持但是有难度 支持 实现难度中等难容易中等 多种币智能合 约 困难困难不支持支持 四种模式的技术对比 :
N S () D- )/) R) L - P L d L lu o P kl a o kl k CAL C C L L L L C km K-L LN L L- P L km -L L NL - L - p BN L - L - U R U L l L W s L l W XX O dpw Rs el L Ls X l h L S ru L WH P L ILU e s L T r XL s p L S p a s g LdR W L s M2 ACL+ E C ; C M AAEL S L pw d l L Ln L R L -=; E= ; EFAC H )( ) -) U L P W wi t P LP i L g Ly L O U L = L)+ /L (, 2.3 跨链技术的应用 1. 可转移的资产 : 资产可以多链之间来回转移和使用 2. 原子交易 : 链间资产的同时交换 3. 跨链数据预言机 : 链 A 需要得知链 B 的数据的证明
4. 跨链执行合约 : 例如根据链 A 的股权证明在链 B 上分发股息 5. 跨链交易所 : 对于协议不直接支持跨链操作的区块链进行补充
三 跨链 / 侧链的优势与问题 3.1 跨链与侧链的关系 早期的开源侧链项目比如 blockstream 的元素链, 使用的比特币双向挂钩技术, 它是跨链的雏形 到后来的 BTC-Relay( 一种基于以太坊区块链的智能合约 ), 是通过跨链将比特币和以太坊连接起来的技术 早期的项目主要关注资产的转移, 而如今的跨链项目则更多关注链状态的转移, 这就形成了各个跨链的技术今天的格局 一般的侧链服务于主链, 而跨链志在链之间价值和功能的连通, 可以说, 侧链与跨链, 在技术内容上大体相似, 只在谈到他们所服务的对象时才需要做细致的区分 3.2 跨链与侧链的优势 为了解决公有链的低吞吐量带来的高手续费 网络拥塞等诸多问题, 很多团队都 很有预见性的提出了相应的优化方案 从现有技术实现的角度来说, 基本分为三种, 分别是侧链, 分片和 DAG 三种技术对比 : 侧链分片 DAG 技术定义 为了解决比特币拥堵的问题, 提出的一种跨区块链的解决方案, 可以让比特币安全地在比特币主链与其他区块链相互转移 是一种传统数据库的技术, 它将大型数据库分成更小 更快 更容易管理的部分 有向无环图, 是计算机领域一个常用的数据结构, 因为独特的拓扑结构所带来的一些特性, 经常被用到处理动态规划, 导航中寻求最短路径, 数据压缩等场景中 DAG 摒弃了区块的概念, 交易直接进 工作流程 侧链是以锚定比特币为基础的新型区块链, 侧链是以融合的方式实现加密货币金融生态的目标, 旨在使用户可以在具有不同规则设定的不同基于比特币的区块链上转移比特币 是将区块链网络划分成若干能够处理交易的较小组件式网络, 以实现每秒处理数千笔交易的支付系统, 应用到区块链当中会相当复杂 入全网中, 速度相比于需要出块的区块链快很多 ;DAG 把交易确认的环境直接下放给交易本身, 无需由矿工打包成区块后同意交易顺序 所以 DAG 网络中没有矿工的角色, 也因此不会出现类似比特币和以太坊因为矿工的激励机制带来的价格竞争, 只需极低的手续费, 适合小额高频交易 典型项目闪电网络,RootStock 以太坊,EOS(Region) IOTA,dagcoin,Byteball
1. 安全性增强 址 小额的交易通过走侧链的方式, 可以更好的隐蔽拥有大量存储价值的主账户地 2. 速度更快 现在比特币 / 以太坊转账速度已经达到瓶颈,17 年 12 月高峰时比特币主网曾经滞 留 20 万笔未确认交易, 突破了历史记录 大部分链上转账其实都是小额交易, 把这部 分交易走到侧链, 既可以加快他们的转账速度, 又可以减轻主网的压力 3. 智能合约 侧链还可以在锁定主网价值的同时, 开发智能合约的功能 如果比特币自身就拥 有智能合约, 那么现在以太坊等众多公链的存在价值将大大降低, 大多数的预言机相 关应用都可以回归比特币, 促进数字货币在比较统一的框架体系下的发展 4. 扩展应用范围 侧链是以融合的方式实现加密货币金融生态的目标, 而不是像其它加密货币一样排斥现有的系统 利用侧链, 我们可以轻松的建立各种智能化的金融合约, 股票 期货 衍生品等等 你可以有成千上万个锚定到比特币上的侧链 其特性和目的各不相同, 所有这些侧链依赖于一种主区块链保障的弹性和稀缺性 在这基础上, 侧链技术进一步扩展了区块链技术的应用范围和创新空间, 使传统区块链可以支持多种资产类型, 以及小微支付 智能合约 安全处理机制 财产注册等, 并可以增强区块链的隐私保护 3.3 侧链 / 跨链目前的问题 侧链攻击问题 在侧链方案中攻击者只需要破坏最薄弱的侧链, 就可以破坏整个网络 一旦他们 在某个侧链完成 51% 攻击, 他们就可以创建一个 ( 假的 ) 最长侧链, 用伪造的侧链币
在原比特币块链中换成比特币 问题的本质在于, 侧链们不共享同一个公共块历史 这意味着, 从一个侧链到另一个侧链转移币的过程中, 大部分侧链方案仅仅依赖所谓的 SPV 证明 ( 译者注 : 简化交易验证, 一种轻量钱包使用的验证机制 ), 它只检查所涉及的币是否来自已知的最长链 ( 而并不追溯币的历史来源至创世区块 这种 SPV 证明运行在轻钱包内部, 安全标准远低于比特币网络 而在侧链方案中, 一个 51% 攻击者不仅可以双花一笔交易, 甚至可以凭空制造侧链币 ) 合并挖矿带来中心化挖矿 解决侧链攻击问题的一个办法是合并挖矿, 以确保所有侧链同时以相同哈希率开采 合并挖矿的情形下, 所有侧链使用相同的哈希算法, 这样可以在同一时刻为两个侧链生成工作量证明 矿工只需要一次哈希运算就有相同概率完成两个工作量证明 这看上去好像巧妙地化解侧链的缺陷, 遗憾的是它没有那么简单 合并挖矿要求矿工运行所有侧链的完整节点, 这就会造成中心化挖矿的趋势, 这是我们不愿意看到的 此外, 如果任意侧链受到 51% 攻击, 风险依旧存在 侧链的中心化问题 从用户的角度来看, 转账速度 操作顺畅 高可用性是关注的重点 考虑到公有 链在区块大小 转账速度 手续费方面的局限性, 侧链可以在其上打开一个快速流动 的通道 但由此引发的关于中心化 / 去中心化的社区争论也长期难有定论 跨链的稳定性有待提高 跨链的意义在于能够不经过中心化的交易所就能直接转换不同公链之间的价值, 但其稳定性和转账速度仍然是用户现在使用的最大障碍 四 跨链 / 侧链项目具体分析
4.1 跨链 / 侧链项目一览 / G NO.6 N O G9 NO 4+1 NO 45. NO /C C C D NO D C D O 3DA D NO 25025 NO ( ( K K K( K S S S S S S S S A G dcdg G9E Pd as Pm GPG9E A G 8AD9 9 CEEP np lpa G P P ms.6cp c.6 P r m Pg.6 m.6 G9 P c w PG9E P PEE s8p P g cp N C C DPl CO PmS d9 l P w m SPv PbPj m P hm E d C 4DD 5 D9 S P o 4DD 5 D9 cm PPcl LM /C CC Dc89D Ck P c S kpm kr kp kkp b m k a D1 DmSP PwPw 3DA Dm i s t 3DA D P me DG DG C C e DG DG 6 C C P PPp TP
4.2 重点项目对比分析 sm sm sm D W Aa 0 W A A P n saw Wm ha O A J uv Ae L d ae D A n t A o Pn t b A s b AH a t b A v A v a c A ar 0n 0 s A F A 1 D A p A OA A A F Cm A C A D D a W A F o A F n A a Hv W A am n A AH S Kv 0n u upam 0 a H AT ro af A a F a O B u F A FA F A F A F A t p H MF O A A W Ro n i v AH a OA n h A a A a AT AA Sa k Aa A T a s F n 0 A A OA OA K O W A a A F a
4.3 项目的投资明细 五 跨链侧链的投资逻辑 1. 项目技术的创新性 跨链技术虽然被大众所熟知, 但目前还没有社区普遍承认和使用的项目, 因此不算是成熟的技术 在稳定性和安全性上还不能和传统的公链技术相媲美, 尤其是跨链侧链从技术上讲较难实现, 很多提出利用跨链侧链解决的项目和应用目前很少有落地, 因此现有的区块链跨链项目的团队技术经验还有许多不足之处 2. 与同类项目进行对比有明显的优势点 虽然已经落地的项目不多, 但我们可以看出, 采用跨链侧链技术的项目大体 都是相同的机制, 那么使项目脱颖而出的关键是在于其性能和项目进展程度, 能 在短时间内开发出实际高可用性的跨链, 将是以后跨链项目市场的主宰 3. 技术上实现的可能性 分析项目的关键主要是去看其技术实现的可行性 跨链技术的实现需要很多 机制和合约的制约和保障, 能够保证项目在跨链技术下稳定运行是成为一个值得 投资项目的关键
4. 经济激励模型的设计 仔细考察期经济激励模型, 是否足以支撑初期社区冷启动, 并在后期形成正 反馈生态 5. 社群运营能力 长期看来, 团队是否有社区运营能力, 并能否通过社区形成网络效应, 进而 提高项目性能 6. 服务质量是否能达到商业级别 存储的可靠性, 可用性, 最终都需要经过市场的检验 目前大部分跨链项目和应用离商业可用性还有很大距离, 怎样解决区块链之间在一个统一的标准下通过跨链相互联系的问题, 如何制定合理的智能合约 如果能在这些方面设计出比较好的解决方案, 即能成为这个行业里具有强竞争力的项目 六 跨链侧链的未来展望 1. 交易速度加快, 主链分担减轻 所有的交易记录都被锁定在主链上, 而各种区块链应用的代码和数据都可以 独立保存在侧链中, 这样就可以分担主链上的交易, 使交易在侧链上完成并发生 转移, 主链不容易产生交易拥堵, 从而提升了交易速度 2. 多条侧链并行处理, 实现完全去中心化交易 主链可以通过智能合约链接多条侧链, 可以实现数据去中心化并且并行处理, 这样一来, 不单单是速度提升的方面使项目性能提升, 交易数据可以完全实现去中心化, 也实现了区块链之间的搭建, 区块之间不再是独立的个体, 而是真正实现了数据在分块之后依然是可联系的 3. 安全性得到保障
万一侧链出现代码漏洞, 主链不会受到影响, 而因为去中心化的机制, 部分 数据的丢失对整体并无影响, 交易记录一旦发生就被锁定在链上, 用户不用担心 丢失或篡改等问题 4. 扩展空间, 增强隐私保护 跨链侧链技术的引入进一步扩展了区块链技术的应用范围和创新空间, 使传 统区块链可以支持多种资产类型, 以及小微支付 智能合约 安全处理机制 财 产注册等, 并可以增强区块链的隐私保护 总体而言, 在这场区块链大浪潮下, 侧链与跨链作为提高区块链性能的重要 手段, 一直受到核心开发者的重视 无论是作为技术研究还是投资的角度, 跨链 侧链的发展都是值得进一步的关注和研究