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【技术】万字长文论述区块链跨链技术与机制,跨链的四大模式、万维链跨链的实现模式都在这里了

2018-6-27 16:49

来源: 区块链新金融实验室 作者: 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实现方案


下文中我们将通过描述Wanchain是如何解决跨链的两个难点来说明我们的跨链实现方案。

解决两个难点的方案:

难点Alpha

如何去信任的验证另一条链上的交易,Wanchain在白皮书中提出了一个角色Voucher,Voucher不是单一的个体,而是一个共识组,通过共识去验证另一条链的交易合法性和终局性。

Voucher共识的模式目前正在理论验证和工程验证的阶段,Voucher面临的主要障碍在于工程上和经济上。工程上Voucher信息的提交和验证如果上链,需要耗费较高的链上资源,会严重限制交易的吞吐量;经济上,如何通过更合理的激励机制让Voucher成员积极参与并消极作恶。

在Voucher机制没有完美实现之前,基于可用性与迭代开发原则,我们在即将上线的2.0方案中引入了原子互换完成跨链的过程。

原子互换的基本原则是不需要第三方公证人,而是让交易的参与双方自行判定对方的交易是否完成,通过哈希时间锁(hash time lock)和密数(Secret)控制,实现交易双方“一手交钱一手交货”,也就是两种不同token的互换。这种方式能够有效的规避第三方公证人不完美的问题。

在Wanchain的跨链过程中,两种互换的token分别是指原链token与Wanchain上的映射token. 当原链上的某个用户需要发送一笔跨链交易使原链token能够转移到Wanchain上时,用户的钱包会构造一笔原链交易,这笔原链交易被哈希时间锁锁定,Wanchain上负责处理跨链交易的Storeman在检测到这笔跨链交易后,会在Wanchain上发起一笔跨链的合约交易,该笔交易负责产生映射token并转移到用户指定的跨链接收账户,此时该笔交易被跨链合约锁定。

当用户的钱包检测到被跨链合约锁定的交易后,主动释放密数到跨链合约中,Storeman通过该密数获得锁定账户中对应的原链token的控制权,用户获得Wanchain上映射token的控制权。如果这个过程中,用户在哈希时间锁的时间范围内没有释放密数,则哈希时间锁到期后,用户重新获得原链token的控制权,跨链合约中的交易自动失效。

以上跨链过程看似复杂,但多数功能都由钱包和合约完成,用户只需要在发起交易、释放密数、撤销交易的环节进行操作。对于参与跨链的Storeman,Wanchain会提供专门的客户端,客户端根据协议进行无需值守的自动化运行。

难点Beta

对于原链锁定账号的去信任管理机制,Wanchain采用了首创的安全多方计算+门限秘钥的方式,锁定账号的管理者命名为Storeman。相关内容详见Wanchain白皮书及黄皮书。简单描述,对于锁定账号的生成到转账操作,我们通过密码学安全多方计算和门限的方法实现了一种小型的共识,参与方必须共同参与计算才能生成锁定账号的公私钥,而锁定账户的私钥严格来说只是理论存在,从没有实际出现在网络中,而是以碎片的方式分散在各Storeman手中,通过多方计算的方式参与账户控制,当需要进行交易时,参与方要再次合力才能共同构造签名,为了保证可用性,构造签名的参与方并不需要完全参与,而只需要达到一个门限值即可(N个参与者中的M个,M<=N)。

理论上N与M的数量越大,安全性越高,计算代价越大。经过我们理论和工程上的验证,我们在2.0版本中暂时选取N=21,M=16的参数运行(与EOS的21个超级节点数量相同完全是巧合)。经过测试,以如上参数进行交易签名的吞吐量远远大于所需要连接的主流的区块链,也就是说安全多方计算和门限秘钥方法不会是跨链的吞吐量瓶颈。

根据如上机制,16个以上的Storeman成员合谋会造成原链Token丢失。为了避免这一问题,类似POW或者POS的设计,任何参与者都需要付出参与的代价并获得参与的回报,如果发生合谋行为,不但整个网络受害,其自身的投资和未来的收益都将损失。在POW中这个代价是购买矿机,在POS中这个代价是锁定一定数量的Token。我们在Storeman机制中引入了类似机制,任何Storeman的参与者(Storeman menbers)都必须缴纳一定数量的WAN到管理Storeman的智能合约中锁定,Storeman能够处理的跨链token数量与缴纳的锁定金相关。同时Storeman作为保证跨链机制运行的参与者,会同时获得系统奖励和跨链手续费。

必须指出的是,当Storeman缴纳的锁定金WAN相对原链token的市场价值出现长期的巨大的贬值时,Storeman依然有合谋的动机。最大限度的避免这一情况,我们引入了两个机制,一个机制是Storeman从申请退出到完全退出,有一个较长的时间周期。在这个周期内,Storeman无法准确预测市场的波动,也就无法准确判断是作恶还是按规则游戏获得的收益(或者遭受的损失)更大,短时的市场波动就不会造成影响。另一个机制是,通过Oracle输入调整锁定金的比例。这个Oracle输入在2.0版本中会通过基金会完成,之后的版本会通过节点投票的形式完成。

对于保证交易的原子性,我们通过智能合约控制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,相应额度被冻结,交易完成时,额度转换为等量的Wanchain上的映射token(以太坊的映射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token销毁后解锁Storeman额度。在这个过程中,严格遵循原链token与Storeman额度保持同方向记账,Storeman额度与映射token保持反方向记账的逻辑,以确保整个交易过程中任何一个环节的原子性。

在2.0中我们会实现的功能及应用场景

2.0是Wanchain跨链功能的第一个版本,这个版本的意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,便于后期的迭代。2.0跨链功能并非一个相对完美的跨链版本,但肯定是一个可用的跨链版本。为了保证安全性,我们会谨慎的推进,包括在初期限制Storeman的数量,限制跨链的金额等。

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

2.0实现后可以使用的应用场景:
部署WAN,ETH与Wanchain上其他token的分布式交易合约
部署能够同时支持WAN与ETH 的投资
部署WAN,ETH与Wanchain上其他token的借贷合约

Wanchain跨链的发展路径
2018年
Wanchain将在即将发布的2.0版本中支持Ethereum到Wanchain的跨链。在之后的2.x版本中,随着跨链功能的稳定,我们将逐步开放Storeman的注册机制。最终形成分布式的、大规模的Storeman参与跨链生态。

在Storeman注册机制开放之后,我们将预留给节点奖励的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。经过更严格的测算和测试后,我们将公布奖励的具体规则。

Wanchain将在今年年底前支持btc的跨链,并争取完成一到两种以太坊ERC20token的跨链。

Wanchain将在今年继续完善Storeman的共识机制,包括完善对于Storeman的作恶,不作为等恶意行为的惩罚机制。

2019年
在2.0版本稳定之后,我们将鼓励更多的开发者,利用Wanchain的跨链机制,开发更多的其他链上的Token的跨链,并对于开发者给予奖励,以加快Wanchain与更多的公链实现跨链的进展。

明年的重点研发方向将在Wanchain的POS机制及普通交易性能及跨链交易性能的提升上。

参考文献
[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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