區塊鏈:讓區塊鏈說普通話，一種面向異構的跨鏈數據認證及通訊協議_EEE

編者按：2019年9月5日，全球最大的專業技術組織、有著130余年歷史的IEEE設立IEEE計算機協會區塊鏈和分布式記賬委員會，旨在推動區塊鏈與分布式記賬技術的標準化及其應用實踐，主席由中國電子技術標準化研究院李鳴擔任。2020年3月，IEEEC/BDL聯合國內外的專家成立了相關的技術委員會、顧問委員會和執行委員會。組建委員會之后，IEEEC/BDL向IEEE申請了13項區塊鏈標準。為更好向外界展示委員會區塊鏈標準化研究成果，IEEEC/BDL聯合巴比特，邀請區塊鏈標準的牽頭單位撰寫系列文章。本文作者：螞蟻區塊鏈跨鏈平臺負責人邱鴻霖。

為什么要跨鏈

區塊鏈發展至今，各行業各領域都構建起不同的區塊鏈網絡，鏈上流轉著各產業的信息與價值。當前階段，無論是技術層面的可擴展性需求，還是業務層面的業務規模化或橫向業務打通的需求，跨鏈已然成為業務發展的需求瓶頸，也是區塊鏈技術急待突破的新技術難題。與區塊鏈技術發展的最早期階段規范區塊鏈模塊、尋求標準化區塊鏈架構類似，跨鏈技術當前處于關鍵技術成型，模式多樣化，整體標準化的進程中。

重慶：讓區塊鏈等數字技術與農業、工業、服務業深度融合:12月9日，重慶市政府印發《重慶市數字經濟“十四五”發展規劃（2021—2025年）》，《規劃》提出5個方面建設內容及方案，包括推動新型基礎設施建設，實現信息基礎設施全面升級，讓傳統基礎設施數字化、網絡化和智能化水平大幅提升；推動數字產業化能力大幅提升，讓“芯屏器核網”產業鏈條不斷延伸、產業集群效應顯著增強，新興數字產業加快布局；推動產業數字化取得重大進展，讓大數據、人工智能、區塊鏈等數字技術與農業、工業、服務業深度融合；推動數字化治理效能達到更高水平，讓數字政府、數字社會建設持續深化；推動數字經濟開放水平顯著提高，圍繞中新（重慶）國際互聯網數據專用通道建設，創新探索南向、北向、西向國際互聯網數據專用通道建設，重大開放平臺建設取得突破。（重慶日報）[2021/12/10 7:30:01]

業內對跨鏈的理解及實踐上，有著相同的方向，一個完整的區塊鏈跨鏈互操作鏈路上涵蓋多個層次多個環節的處理流程。上層直面業務的跨鏈業務層，涵蓋跨鏈操作接口、跨鏈事務編排等跨鏈業務邏輯表達；下層的基礎層次，涵蓋跨鏈治理、區塊鏈身份命名、可信數據認證、鏈間通訊、跨鏈尋址等基礎跨鏈能力。雖然更具體的層次、功能劃分未完全統一一致，但有著較大的求同空間。

開源礦池合伙人Andy Guo：Filecoin是第一個真正讓區塊鏈做基建的項目:由開源礦池和火幣主辦，金色算力云、鏈上ChainUP、Filecoin Beijing聯合主辦的“分布式存儲中國行暨開源礦池IPFS私享會”2020年12月6日在武漢舉行。開源礦池合伙人Andy Guo在會上表示，存儲是web3.0世界里非常重要的基礎設施，在去中心化的網絡里，是有可能會實現數據隱私性和數據的私有化，甚至資產化的過程。基于此，去中心化存儲在將來一定會有很重要的爆發。Filecoin是第一個真正讓區塊鏈做基建的項目，Filecoin網絡可以讓區塊鏈真正具備存儲能力。在物聯網等數據來源天然分散的場景里，Filecoin也比傳統存儲方案更具有潛力。Filecoin的終極愿景是使得IPFS成為HTTP協議的補充，構建web3.0底層基礎設施。[2020/12/6 14:21:29]

IEEE已經立項的標準《StandardforBlockchainInteroperability-DataAuthenticationandCommunicationProtocol》提出了面向異構跨鏈的數據認證協議及通訊協議，旨在解決異構跨鏈的底層基礎的數據互認問題，并搭建鏈間通訊通路。我們作為該標準工作組主席，撰寫本文針對該標準進行一些介紹和解讀，希望對大家有所幫助。

觀點：強化信息技術支撐 讓區塊鏈更好賦能數字社會建設:《科技日報》今天發表評論文章表示，區塊鏈是構建數字社會的基礎設施之一，也被視為新型基礎設施，可以通過構建新的信任機制，大幅拓展信息技術的基礎功能以及應用的深度和廣度。進入區塊鏈3.0時代，其去中心化和數據防偽功能開始在醫療、司法、物流、電子政務等眾多領域受到重視。文章進一步指出，區塊鏈加速與5G、云計算等前沿技術融合，必將進一步拓展其賦能領域，提升其賦能水平。除了拓展區塊鏈的賦能領域，新基建還將進一步提升區塊鏈的賦能水平。文章還指出，區塊鏈技術要突破瓶頸，首先，要重視技術協同、生態融合，推動技術群構建；其次，要破除數據壁壘，推動數據確權和流通；最后，要進一步強化安全保護，重視技術防護和立法規范。[2020/8/7]

跨鏈數據認證

跨鏈流程上，最終還是要實現各自區塊鏈數據的交換，需要完成數據的解析及認證兩大工作。

好比人社交時需要自我介紹，區塊鏈在交互時，也需要能夠“自我介紹”：我是哪種類型的區塊鏈，這是什么數據結構，什么數據格式，該數據的鏈上證明是什么。有了這些信息后，其他區塊鏈才有基礎信息完成對數據的解析及認證。

聲音 | 商丘網：引導區塊鏈行業脫虛向實 不能讓區塊鏈成為招搖撞騙的幌子:商丘網今日發文《不能讓區塊鏈成為招搖撞騙的幌子》。文章表示，風口從來就是機遇與挑戰并存。面對不斷翻新的花式“區塊鏈騙術”，如何引導區塊鏈技術健康發展，引導區塊鏈行業脫虛向實，讓渾水摸魚的騙子不再利用區塊鏈興風作浪，讓廣大群眾不再成為待宰的“羔羊”，是擺在各級政府部門的現實問題。[2019/11/25]

數據協議便是助力完成以上基本互認需求的協議。這是一種自描述的跨鏈數據協議，涵蓋鏈的標識、鏈的類型、數據模型、數據內容、鏈上證明、驗證根等跨鏈數據信息。該協議的作用是協調各鏈數據的互認問題，也支持建立一種統一的面向協議擴展的區塊鏈數據解析客戶端。最簡單的理解為，如區塊鏈的種類，需要全局登記，以便于大家認識你。

有了該數據協議的協調，便有了數據互認的基礎，但要完成數據解析及認證，還有更多的挑戰。

現有不同類型的區塊鏈使用不同的數據格式，比如以太坊使用遞歸長度前綴編碼數據編碼，fabric使用protobuf定賬本數據編碼。基于不同的數據格式，其對應的賬本驗證方法也不同，fabric使用多個背書節點簽名，而以太坊采用支持SPV協議的輕客戶端驗證。這種區塊鏈間的數據結構、證明方法的差異，導致了驗證復雜度高，信任根不統一，跨鏈方需要集成多類客戶端。

上海逐步邁向“智慧政府”，將讓區塊鏈等高新技術組成城市“神經網絡”:據新華社今日報道，上海正朝著“智慧政府”方向逐步邁進，善用技術賦能，讓物聯網、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等高新技術組成城市的“神經網絡”，體現即時感知、高效運行、科學決策、主動服務、智能監督、開放協同和韌性兼容等特色。[2018/3/30]

以上過程相當于大家都用各自的方言來交流，需要跨鏈的雙方互相學習對方的“方言”，這是很困難的一件事，有沒有辦法基于“標準普通話”來交流？

證明轉換協議便是為跨鏈的多方提供統一的跨鏈數據格式及跨鏈證明選擇，使得大家在交流時，可以選擇使用“標準普通話”。

如方言到普通話需要有個“準確翻譯”過程，原始的區塊鏈數據及鏈上證明，到統一的跨鏈數據及跨鏈證明，需要有個“可信轉化”的過程，提高跨鏈技術時大家所熟知的側鏈機制、公證人技術、中繼鏈、甚至預言機等技術組件，均是完成這個“可信轉化”的過程。可信轉化可以通過共識的方式、多重驗證、甚至權威中心的方式，這些方式都是可選的。

具體的，證明轉換協議允許區塊鏈選擇支持的證明轉化組件，將當前鏈上的原數據賬本，在不改變原有數據語義的前提下，進行數據格式轉化、數據證明的轉化、信任根的轉化，即“原始賬本數據+原始賬本證明”轉化為“格式化賬本數據+第三方賬本證明”。經過轉化后的數據結構和驗證方法更加輕量簡化，便于客戶端合約更容易地實現數據格式的解析、認證。

跨鏈通信協議

有了規范化的跨鏈互認數據，還需要建立一個通道實現數據的可信安全傳輸，包含身份協議和通信協議。

身份協議。身份協議是建立身份體系的具體落實方法。身份體系是通訊的基礎，目前很多跨鏈解決方案中并未重視區塊鏈身份體系的搭建，區塊鏈跨鏈標識往往只能在局部跨鏈使用，跨鏈作為面向萬鏈互聯的基礎設施，區塊鏈身份體系將會是重要基礎。

在開放的互聯網的安全通訊里，已有一份健全且久經考驗的體系：PKI基礎設施。開放的跨鏈互聯網絡有著與現有互聯網一致的需求：開放、安全通訊、分布式自治，而不一樣的點是該區塊鏈證書的對象是一條鏈及鏈上對象，對于鏈的身份，這里涉及到如何開放地定義鏈的“唯一標識”，對于鏈上的對象，包括賬號以及合約等，如何在出鏈時對外可驗證。

這里引入了職能與PKI體系類似，而更輕量級且更具分布式自治及擴展性的“分布式身份”體系。通過設計區塊鏈證書，描述區塊鏈的唯一認證根以及其安全更新與公開吊銷，讓業務在由區塊鏈組成的價值互聯網里進行安全跨鏈，做到“有根可尋”且“安全可控”。

通訊協議。有了數據互認、身份互認這些跨鏈的基礎協議，再輔助以數據傳輸的打通，這樣，在跨鏈的功能上就可以為可編程的智能合約之間提供跨鏈通訊接口。進而，通過可編程方式完成豐富的鏈上合約跨鏈業務，這也是跨鏈系統普遍的設計。

通訊協議旨在面向對發布在不同鏈上的智能合約建立一層信息通訊協議，使得區塊鏈之上的智能合約可以可靠地互相發送跨鏈報文以進行信息通信。

具體的，通過智能合約寫入相對應的數據以完成一個代表該合約意愿的跨鏈報文發布。基于數據認證、身份認證、數據傳輸等基礎協議，另外一條區塊鏈有條件解析該報文，得到該合約傳達過來的信息。通訊協議會提供類似TCP/UDP的可靠有序/無序的通訊協議。

全局跨鏈流程

以上分別介紹了跨鏈的兩大子協議，文章的最后，再用全局的一個跨鏈概要流程來串一下多層次多環節的跨鏈協議。

跨鏈系統中，各區塊鏈首先基于身份協議獲得唯一的鏈身份標識，用于表示跨鏈信息的發送方或接收方。賬本發送鏈將待發送的數據經過中繼組件和證明轉化組件之后生成規范化、輕量級的自描述數據包，根據通訊協議定義的報文格式和消息流程將賬本數據發送給相應的接收鏈。接收鏈中的中繼組件將賬本和證明提取出來傳遞給鏈上系統，鏈上客戶端執行賬本驗證和相關的業務執行操作。

關于螞蟻區塊鏈

螞蟻區塊鏈致力于打造自主研發的高性能、高安全、強隱私保護的聯盟區塊鏈技術和金融級區塊鏈平臺。在知識產權方面，截至目前已公開的累計區塊鏈專利申請數達2003件，從2017年至2020年連續四年蟬聯全球區塊鏈企業專利申請數排行榜排名第一。此外，螞蟻區塊鏈已經落地超過50個應用場景，與多個行業融合。未來，螞蟻區塊鏈將運用區塊鏈技術構建新一代的信任機制，提高價值流轉和多方協同的效率、降低不信任所造成的成本，在賦能實體經濟同時、成為推動數字經濟發展的一大動力。ODATS是由螞蟻區塊鏈自主研發的跨鏈服務，為用戶提供低成本、安全、跨平臺的交互操作。用戶通過跨鏈服務在底層區塊鏈中的協議棧和跨鏈合約，實現同構或異構區塊鏈之間可信交互，從而構成區塊鏈價值網絡，實現鏈上價值更廣泛的可信流轉，完成豐富的鏈間互操作。ODATS從實際業務場景出發打磨的商用跨鏈平臺，從底層協議到高可用組件實現與業務編程界面有著諸多豐富設計。該套協議在螞蟻區塊鏈多代產品以及HyperledgerFabric產品已得到適用性驗證。

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