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【技术】万字长文(wén)论述(shù)区块链跨链技(jì)术与机制,跨(kuà)链的四大(dà)模式、万维链跨(kuà)链(liàn)的实(shí)现(xiàn)模式都在这里(lǐ)了(le)

2018-6-27 16:49

来源: 区块链新金融(róng)实(shí)验室 作者(zhě): 吕旭军、杨涛等

Wanchain是如何解决跨链的两个难点来说明我们的跨链(liàn)实现方案


下文中我们将通过描述(shù)Wanchain是(shì)如(rú)何解决跨(kuà)链的两(liǎng)个难点来说明我(wǒ)们的跨链实(shí)现方案。

解决两个难(nán)点(diǎn)的方(fāng)案:

难点Alpha

如何去信任的验证另一条链上的交(jiāo)易,Wanchain在白皮书中(zhōng)提(tí)出了(le)一(yī)个(gè)角色Voucher,Voucher不是单一的个体,而是一个共识组,通过共识去验证另(lìng)一条链(liàn)的交易合法性和终局(jú)性。

Voucher共识的模式目前(qián)正在理论(lùn)验证和工程验证的阶段(duàn),Voucher面临的主要(yào)障(zhàng)碍(ài)在于工程上和经济上。工程上(shàng)Voucher信息(xī)的提交和验证如(rú)果上链,需要耗费(fèi)较高的链上资源,会严重(chóng)限制交(jiāo)易的吞吐量;经济上,如何(hé)通过更合理的激(jī)励(lì)机制让(ràng)Voucher成(chéng)员积极参与并消极作恶。

在Voucher机制没有完(wán)美实现之前,基于(yú)可用性与迭代开发原则,我们在即将(jiāng)上线的2.0方案中引入了原子互换完成(chéng)跨(kuà)链的过程。

原子互换的基本原则是不需(xū)要第三(sān)方公证人,而是(shì)让交易的参(cān)与双方自(zì)行判定对方的交易(yì)是否(fǒu)完成(chéng),通过哈希(xī)时间锁(hash time lock)和密数(Secret)控制(zhì),实现交易(yì)双(shuāng)方“一手交钱一手交货”,也就是两种不同token的互(hù)换。这种(zhǒng)方式能够有效的规(guī)避第三方公证人不完美的问题。

在Wanchain的跨链过程中,两种互换(huàn)的token分别是指原链token与Wanchain上的映射token. 当原链(liàn)上的(de)某(mǒu)个用户需要(yào)发送一笔跨链交(jiāo)易使(shǐ)原链token能够转移到(dào)Wanchain上(shàng)时,用户的钱包会(huì)构造一笔(bǐ)原链交易,这笔(bǐ)原链交(jiāo)易被哈希(xī)时间锁锁定,Wanchain上负责处理跨(kuà)链交易的Storeman在检测到这笔跨链交易后,会在Wanchain上发起一笔跨链的合(hé)约交易,该笔交易负责产生映(yìng)射token并转移到用户指定的跨链接收账(zhàng)户,此时(shí)该(gāi)笔(bǐ)交易(yì)被跨链合约锁定(dìng)。

当用(yòng)户的钱(qián)包检测到(dào)被跨链合约锁定的交易后,主动释放密数(shù)到跨链合约(yuē)中,Storeman通过该密数获得锁定账户中对应的原链(liàn)token的控制权,用户获得(dé)Wanchain上映射token的控制权。如果这个过程中(zhōng),用(yòng)户在哈希时间锁的时间范围内没有释放密(mì)数(shù),则哈希(xī)时间(jiān)锁(suǒ)到期后,用户重新(xīn)获得(dé)原链token的控制权,跨链合约中(zhōng)的交(jiāo)易自动失效。

以上(shàng)跨链过(guò)程看似复杂,但多数功能都由钱包(bāo)和合(hé)约(yuē)完成(chéng),用(yòng)户只(zhī)需要在发起交易、释放密数、撤销交易的环节进(jìn)行操作。对于参与跨链的Storeman,Wanchain会提供专门的客户端,客(kè)户端根据(jù)协议进行无需(xū)值守的自动化运行。

难点Beta

对于原链锁定账(zhàng)号的去信(xìn)任管(guǎn)理机制,Wanchain采用(yòng)了首创的安全(quán)多(duō)方计算+门限秘钥的(de)方(fāng)式,锁定账号的管(guǎn)理(lǐ)者命(mìng)名为Storeman。相(xiàng)关内容详见Wanchain白(bái)皮(pí)书(shū)及黄皮书。简单描述,对于锁定(dìng)账号(hào)的生(shēng)成(chéng)到转账(zhàng)操作,我(wǒ)们通(tōng)过密码学安全多方计算和门限的方法实现了(le)一种小型的共(gòng)识(shí),参与方(fāng)必须共(gòng)同参(cān)与计算才能生成(chéng)锁(suǒ)定账号的公私钥,而锁定(dìng)账户的私钥严格(gé)来(lái)说只是(shì)理论存在,从没有实际(jì)出现在网络中(zhōng),而是以(yǐ)碎片的方式分散(sàn)在各Storeman手中,通过多(duō)方(fāng)计算的方式参与账户控制,当(dāng)需要进行交易时,参与(yǔ)方要再次合力(lì)才能共同构造(zào)签名,为(wéi)了(le)保证可用性,构造签名的参与方(fāng)并(bìng)不需(xū)要完全参与(yǔ),而只需要达到一个门限(xiàn)值即可(N个参与者中(zhōng)的M个,M<=N)。

理论上(shàng)N与M的(de)数量越大(dà),安全(quán)性越高,计算代(dài)价越大。经过我们理论和(hé)工程(chéng)上的验(yàn)证,我们在2.0版本(běn)中(zhōng)暂时选取N=21,M=16的参数运行(与(yǔ)EOS的21个超级节(jiē)点数量相(xiàng)同完全是巧合(hé))。经过测试,以如上参数进行交易签名的吞(tūn)吐(tǔ)量远(yuǎn)远(yuǎn)大于所需(xū)要连接的主流的区块链,也就是说(shuō)安全多方计算和(hé)门(mén)限秘钥方法不会是跨链的吞吐量瓶颈。

根(gēn)据如(rú)上(shàng)机(jī)制,16个以上的Storeman成员合谋会造成原链Token丢失。为了避免这(zhè)一问题,类(lèi)似(sì)POW或者POS的设计,任何参(cān)与者都需要付(fù)出参与的代价并获得参(cān)与的回报,如果发生合谋行为(wéi),不但整个(gè)网络受害,其(qí)自身的投(tóu)资和(hé)未来的收(shōu)益都将(jiāng)损失。在POW中这个代价是购买矿机,在POS中这个代价(jià)是锁定一定数(shù)量的Token。我(wǒ)们在Storeman机制中引入了类似机制,任何Storeman的参与者(Storeman menbers)都必须缴纳(nà)一定数(shù)量的WAN到管(guǎn)理(lǐ)Storeman的智能合(hé)约中(zhōng)锁定,Storeman能(néng)够(gòu)处理的跨(kuà)链token数量与缴纳(nà)的锁定金相关。同(tóng)时Storeman作为保(bǎo)证跨链机制运行的参(cān)与者,会同(tóng)时(shí)获(huò)得(dé)系统奖励和跨链手(shǒu)续费。

必须指出的是,当(dāng)Storeman缴纳的(de)锁定金WAN相对原链token的市(shì)场价(jià)值出现长期的巨大的贬值时,Storeman依然有合谋的(de)动机(jī)。最大限(xiàn)度的避免这一情况,我们引入了两个机制,一个机制是Storeman从申(shēn)请(qǐng)退出到(dào)完(wán)全退出,有一个较(jiào)长的时间周期。在这个(gè)周期内,Storeman无(wú)法准确预测市(shì)场的波动,也(yě)就(jiù)无法准确(què)判断是作恶还是按规则游戏获得的收益(或(huò)者遭受(shòu)的(de)损失)更大,短时的市场波动(dòng)就不会造(zào)成影响。另一(yī)个机(jī)制(zhì)是,通过(guò)Oracle输入调(diào)整锁定金的比(bǐ)例。这个(gè)Oracle输入在2.0版本中(zhōng)会(huì)通过基(jī)金会完成(chéng),之后的版本会通过节点投票的形式完成。

对于(yú)保证交易的(de)原子性,我们通(tōng)过智能合约控制Storeman的交易行为,Storeman在Wanchain上有一个跨链的额度(Credit),当从原链跨出时,相应额度(dù)被冻结,交(jiāo)易(yì)完成时,额度(dù)转换为等量的Wanchain上的映射token(以太(tài)坊的映射token用WETH表示),如果交易撤销,额度解锁。当映射token返回原链时,映射(shè)token销毁后解锁Storeman额度。在这(zhè)个过程中,严格(gé)遵循原链token与Storeman额度保(bǎo)持同方向记账(zhàng),Storeman额度(dù)与映(yìng)射(shè)token保持反方向记账的逻辑,以确(què)保整个交易过程中任何一个(gè)环节(jiē)的原子性。

在2.0中(zhōng)我们(men)会实现的功(gōng)能及应用场景

2.0是Wanchain跨(kuà)链功能的第一(yī)个版(bǎn)本,这个版(bǎn)本的意(yì)义在于从工程上验证我们理论设计的可行性以及瓶颈障碍,便于后(hòu)期的迭代(dài)。2.0跨链功能并非一个相对完美的跨(kuà)链版本(běn),但肯定是一(yī)个可用的跨链版本。为了保证安全性(xìng),我们会谨(jǐn)慎的推进,包括在初期限制Storeman的数量,限(xiàn)制跨链的金额等。

2.0实现与Ethereum的跨链,基于此我们会推(tuī)出:
1、Storeman客(kè)户端(Command Line模式)
2、同时支持Ethereum和(hé)Wanchain的双币种钱包,能够进行两条(tiáo)链的链内转账和跨链转账
Storeman调用的RPC接口
3、与(yǔ)Ethereum网络和Wanchain网络交互的节点API接口(供轻(qīng)钱包等发送(sòng)和查询交易)
4、能够查询Ethereum与(yǔ)Wanchain跨链交易的官方浏览器
5、针对(duì)开(kāi)发(fā)者的开发文档及针对普通用户的操作文档

2.0实现后可以(yǐ)使用的应用场景:
部署WAN,ETH与Wanchain上(shàng)其(qí)他token的分布式交易合约(yuē)
部署能够同时支持WAN与ETH 的(de)投资
部署WAN,ETH与Wanchain上其他token的借(jiè)贷合约

Wanchain跨(kuà)链的发展路径(jìng)
2018年
Wanchain将在(zài)即将发布的2.0版本中支持(chí)Ethereum到Wanchain的跨链。在(zài)之后(hòu)的2.x版本中,随(suí)着跨(kuà)链(liàn)功(gōng)能的稳定,我们将逐步开放Storeman的注册机制。最终形成分布式的、大规(guī)模的Storeman参(cān)与跨链生态(tài)。

在Storeman注册机(jī)制(zhì)开放(fàng)之后,我(wǒ)们将预留(liú)给节点奖励的WAN中预置10%作为Storeman的系统奖励。奖励每10,000个区块结算一次。经过更严(yán)格的测算和测(cè)试后,我们将公布奖励的具体规则(zé)。

Wanchain将在今年年(nián)底(dǐ)前支持btc的跨链,并争取完成一到两种(zhǒng)以太坊ERC20token的跨链。

Wanchain将在今年继续完善Storeman的共识机制,包(bāo)括完善对于Storeman的作(zuò)恶,不(bú)作(zuò)为(wéi)等恶(è)意(yì)行为(wéi)的惩罚机制。

2019年
在2.0版(bǎn)本稳定(dìng)之后,我们将鼓(gǔ)励更(gèng)多的开发者,利用Wanchain的跨链机制,开发更多的其他(tā)链上的Token的跨链(liàn),并对于开发者(zhě)给予奖(jiǎng)励,以加快Wanchain与更多(duō)的公链(liàn)实现跨链的进展。

明年的(de)重点(diǎn)研发方向(xiàng)将(jiāng)在Wanchain的POS机制及普通(tōng)交易性(xìng)能及跨链交易性能的提升上。

参考文献(xiàn)
[1] Satoshi Nakamoto,Bitcoin whitepaper: http://bitcoin.org/bitcoin.pdf,2008年11月1日
[2] Vitalik Buterin,Ethereum whitepaper: https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper,2013年
[3] Adam Back, Matt Corallo, Luke Dashjr,Sidechains:  https://www.blockstream.com/sidechains.pdf,2014年10月22日
[4] DR. GAVIN WOOD,POLKADOT whitepaper: https://github.com/w3f/polkadot-white-paper/blob/master/PolkaDotPaper.pdf, 2017年6月19日
[5] Jae Kwon,Cosmos whitepaper:https://github.com/irisnet/translation/blob/master/Cosmos/Whitepaper_Chinese.md?from=singlemessage&isappinstalled=0#the-zones , 2016年6月
[6] Jack Lu,Wanchain whitepaper: https://wanchain.org/files/Wanchain-Whitepaper-EN-version.pdf, 2017年8月(yuè)3日
[7] Jack Lu,Wanchain yellowpaper: https://wanchain.org/files/Wanchain-Yellowpaper-EN-version.pdf, 2017年8月10日
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