鯨准研究院丨側鏈跨鏈研究報告

在不斷推進區塊鏈技術快速發展的同時，我們面臨的一個關鍵瓶頸，是如何提高交易的吞吐量和交易的速度問題，隨後各種解決方案應運而生。

本文介紹了側鏈和跨鏈的定義以及發展歷史，同時分析了側鏈的痛點以及區塊鏈技術和痛點的相關性。根據目前已上市的幣種/產品信息來對應用的技術方案以及側鏈技術的投資邏輯進行分析，最後對側鏈/跨鏈的未來進行了展望。

（本報告由鯨准研究院 X Node Capital 聯合發布）

（支持機構： 巴比特，火星財經，金色財經，金牛財經）

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作者：

鯨准研究院：譚瑩、王帆、陳泓伊

Node Capital研究中心：劉聰海、馬旭穎、林婕茵、郎瀚威

. 01 .側鏈

1.1側鏈的概念

早在比特幣誕生初期，人們就意識到比特幣在轉賬速度、容量以及智能合約等方面的不足，如果說能建立比特幣賬本的一個副本，就像以前許多法定貨幣由黃金擔保一樣，在需要的時候資產可以在兩個區塊鏈之間相互轉換，就可以加速比特幣或者其他數字資產的流動性。在繼續基於公共區塊鏈的比特幣信用證明的同時，側鏈也能支持完成一些更為複雜的應用操作。

比特幣與比特幣側鏈都使用比特幣作為系統貨幣。其實質是通過「雙向錨定」機制實現主鏈貨幣價值向側鏈體系的轉移，從而在側鏈上使用這部分從主鏈轉移過來的主鏈貨幣的價值，至於以這部分主鏈貨幣價值背書而產生、發行的側鏈貨幣的名稱，則可以按需自由命名。

側鏈協議可以幫助比特幣在其他區塊鏈上流通，其應用範圍和應用前景會更加廣泛。有創意的人們會研發出各種各樣的應用以側鏈協議與比特幣主鏈對接，使得比特幣這種基準自由貨幣的地位越牢固。

1.2側鏈的歷史

側鏈協議產生的原動力其實來源於其他區塊鏈的創新威脅。

首先，以太坊（Ethereum）、比特股（Bitshares）等更快、更智能的區塊鏈對比特幣產生相當大的威脅，智能合約和各種去中心化應用在以上兩個區塊鏈上興起，受到人們歡迎；而基於比特幣的應用則因為開發難度大，項目不多。

其次，基於比特幣區塊鏈也有合約幣（Counterparty）、萬事達幣（Mastercoin）和彩色幣（ColoredCoin）等附生鏈，但是比特幣核心開發組並不歡迎，覺得它們降低了比特幣區塊鏈的安全性。他們曾經一度把OP_RETURN的數據區減少到40位元組，逼迫合約幣開發團隊改用其他方式在比特幣交易中附帶數據。

最後，2014年7月份以太坊眾籌時，獲得了價值1.4億人民幣的比特幣，還有20%的以太幣，開發團隊獲得了巨大的回報。但是比特幣核心開發組並沒有因為他們辛勤工作獲得可觀回報，因而他們成立了 BlockStream，擬實現商業化價值。

基於以上三個原因，研發團隊提出側鏈協議、把比特幣轉出比特幣區塊鏈、另行開發二代區塊鏈，這樣的選擇既能保證比特幣區塊鏈的安全，又能應對二代幣的衝擊，還能針對不同應用場景實現商業化，因而成了BlockStream的必然選擇。

1.3雙向掛鉤技術

雙向掛鉤（2WP）是側鏈實現的核心原理。

它允許將比特幣從比特幣區塊鏈轉移到輔助區塊鏈，反之亦然。

「轉移」實際上是一種錯覺：比特幣其實並沒有轉移，但在比特幣區塊鏈上被暫時鎖定，而同時在輔助區塊鏈上有相同數量的等價令牌被解鎖。當等量的令牌在輔助區塊鏈上被再次鎖定時，原先的比特幣就會被解鎖。這實質上就是雙向掛鉤所要實現的功能。

這一功能的問題是，理論上只有當輔助區塊鏈最終結算時才能被實現。因此，任何雙向掛鉤系統必須作出妥協並且依靠於假設雙向掛鉤相關參與者是誠實的。最重要的假設是，主要的區塊鏈是無需審查的，而且大多數比特幣礦工都是誠實的。另一個需要的假設可能是，大多數監管鎖定比特幣的第三方也是誠實的。

如果這些假設不成立，則比特幣及等效輔助區塊鏈的令牌可以被同時解鎖，那麼惡意的雙花就變得可行了。

任何雙向掛鉤系統都必須選擇一種措施，使得被假設要誠實的各方都能在經濟和法律方面受鼓勵去依章辦事。這包括分析這些關鍵方對區塊鏈網路進行攻擊的成本及後果。雙向掛鉤實施的安全性取決於激勵機制，以便參與雙向掛鉤系統的關鍵方能夠真正執行雙向掛鉤所應實現功能。

雙向掛鉤技術可通過以下四項技術實現：單一託管、聯盟模式、SPV模式、驅動鏈模式和混合式設計。

. 02 .跨鏈

2.1跨鏈的概念

區塊鏈是分散式總賬的一種。一條區塊鏈就是一個獨立的賬本，兩條不同的鏈，就是兩個不同的獨立的賬本，兩個賬本沒有關聯。本質上價值沒有辦法在賬本間轉移，但是對於具體的某個用戶，用戶在一條區塊鏈上存儲的價值，能夠變成另一條鏈上的價值，這就是價值的流通。

跨鏈，顧名思義，就是通過一個技術，能讓價值跨過鏈和鏈之間的障礙，進行直接的流通。跨鏈本質上和貨幣兌換是一樣的。

跨鏈並沒有改變每個區塊鏈上的價值總額，只是不同的持有人之間進行了一個兌換而已。

跨鏈技術的核心要素之一是：幫助一條鏈上的用戶Alice找到另一條鏈上的願意進行兌換的用戶Bob。從業務角度看，跨鏈技術就是一個交易所，讓用戶能夠到交易所里進行跨鏈交易。

進行數字貨幣的交易所很早就出現了，最早交易所進行的是法幣（國家發行的貨幣）與比特幣之間的兌換。後來隨著數字貨幣的種類越來越多，很多交易所也開始進行不同類型數字貨幣之間的兌換。交易所開展的不同類型數字貨幣之間的兌換，就是一種跨鏈價值轉移的實現。嚴格來說，幣幣交易所就是一個跨鏈技術的實現。

鑒於已經發生過的多起交易所盜幣、跑路的問題，單個人或者機構的信用都不足以支撐大額交易。因此，出現了無中心交易所技術——用區塊鏈技術解決跨鏈時的信用難題。當交易所由多個主體共同運行，或者乾脆是一個公有鏈，任何人都能參與到這個交易所的運行中，那麼，跑路的風險就大大降低了。

2.2解構四種跨鏈技術

四種主流的跨鏈技術：

1、公證人機制（Notary schemes）

2、側鏈/中繼（Sidechains/relays）

3、哈希鎖定（Hash-locking）

4、分散式私鑰控制（Distributed private key control）

四種模式性能的對比：

四種模式的技術對比：

2.3跨鏈技術的應用

1. 可轉移的資產：資產可以多鏈之間來迴轉移和使用。

2. 原子交易：鏈間資產的同時交換。

3. 跨鏈數據預言機：鏈A需要得知鏈B的數據的證明。

4. 跨鏈執行合約：例如根據鏈A的股權證明在鏈B上分發股息。

5. 跨鏈交易所：對於協議不直接支持跨鏈操作的區塊鏈進行補充

. 03 .跨鏈/側鏈的優勢與問題

3.1跨鏈與側鏈的關係

早期的開源側鏈項目比如blockstream的元素鏈，使用的比特幣雙向掛鉤技術，它是跨鏈的雛形。到後來的BTC-Relay（一種基於以太坊區塊鏈的智能合約），是通過跨鏈將比特幣和以太坊連接起來的技術。

早期的項目主要關注資產的轉移，而如今的跨鏈項目則更多關注鏈狀態的轉移，這就形成了各個跨鏈的技術今天的格局。一般的側鏈服務於主鏈，而跨鏈志在鏈之間價值和功能的連通，可以說，側鏈與跨鏈，在技術內容上大體相似，只在談到他們所服務的對象時才需要做細緻的區分。

3.2跨鏈與側鏈的優勢

為了解決公有鏈的低吞吐量帶來的高手續費、網路擁塞等諸多問題，很多團隊都很有預見性的提出了相應的優化方案。從現有技術實現的角度來說，基本分為三種，分別是側鏈，分片和DAG。

三種技術對比：

1.安全性增強

小額的交易通過走側鏈的方式，可以更好的隱蔽擁有大量存儲價值的主賬戶地址。

2.速度更快

現在比特幣/以太坊轉賬速度已經達到瓶頸，17年12月高峰時比特幣主網曾經滯留20萬筆未確認交易，突破了歷史記錄。大部分鏈上轉賬其實都是小額交易，把這部分交易走到側鏈，既可以加快他們的轉賬速度，又可以減輕主網的壓力。

3.智能合約

側鏈還可以在鎖定主網價值的同時，開發智能合約的功能。如果比特幣自身就擁有智能合約，那麼現在以太坊等眾多公鏈的存在價值將大大降低，大多數的預言機相關應用都可以回歸比特幣，促進數字貨幣在比較統一的框架體系下的發展。

4.擴展應用範圍

側鏈是以融合的方式實現加密貨幣金融生態的目標，而不是像其它加密貨幣一樣排斥現有的系統。利用側鏈，我們可以輕鬆的建立各種智能化的金融合約，股票、期貨、衍生品等等。你可以有成千上萬個錨定到比特幣上的側鏈。其特性和目的各不相同，所有這些側鏈依賴於一種主區塊鏈保障的彈性和稀缺性。

在這基礎上，側鏈技術進一步擴展了區塊鏈技術的應用範圍和創新空間，使傳統區塊鏈可以支持多種資產類型，以及小微支付、智能合約、安全處理機制、財產註冊等，並可以增強區塊鏈的隱私保護。

3.3側鏈/跨鏈目前的問題

側鏈攻擊問題

在側鏈方案中攻擊者只需要破壞最薄弱的側鏈，就可以破壞整個網路。一旦他們在某個側鏈完成51%攻擊，他們就可以創建一個（假的）最長側鏈，用偽造的側鏈幣在原比特幣塊鏈中換成比特幣。

問題的本質在於，側鏈們不共享同一個公共塊歷史。

這意味著，從一個側鏈到另一個側鏈轉移幣的過程中，大部分側鏈方案僅僅依賴所謂的「SPV證明」（譯者註：簡化交易驗證，一種輕量錢包使用的驗證機制），它只檢查所涉及的幣是否來自已知的最長鏈（而並不追溯幣的歷史來源至創世區塊。這種SPV證明運行在輕錢包內部，安全標準遠低於比特幣網路。而在側鏈方案中，一個51%攻擊者不僅可以雙花一筆交易，甚至可以憑空製造側鏈幣。）

合併挖礦帶來中心化挖礦

解決側鏈攻擊問題的一個辦法是合併挖礦，以確保所有側鏈同時以相同哈希率開採。合併挖礦的情形下，所有側鏈使用相同的哈希演算法，這樣可以在同一時刻為兩個側鏈生成工作量證明。礦工只需要一次哈希運算就有相同概率完成兩個工作量證明。這看上去好像巧妙地化解側鏈的缺陷，遺憾的是它沒有那麼簡單。合併挖礦要求礦工運行所有側鏈的完整節點，這就會造成中心化挖礦的趨勢，這是我們不願意看到的。此外，如果任意側鏈受到51%攻擊，風險依舊存在。

側鏈的中心化問題

從用戶的角度來看，轉賬速度、操作順暢、高可用性是關注的重點。考慮到公有鏈在區塊大小、轉賬速度、手續費方面的局限性，側鏈可以在其上打開一個快速流動的通道。但由此引發的關於中心化/去中心化的社區爭論也長期難有定論。

跨鏈的穩定性有待提高

跨鏈的意義在於能夠不經過中心化的交易所就能直接轉換不同公鏈之間的價值，但其穩定性和轉賬速度仍然是用戶現在使用的最大障礙。

. 04 .跨鏈/側鏈項目具體分析

4.1跨鏈/側鏈項目一覽

4.2 重點項目對比分析

4.3 項目的投資明細

. 05 .跨鏈側鏈的投資邏輯

1．項目技術的創新性

跨鏈技術雖然被大眾所熟知，但目前還沒有社區普遍承認和使用的項目，因此不算是成熟的技術。

在穩定性和安全性上還不能和傳統的公鏈技術相媲美，尤其是跨鏈側鏈從技術上講較難實現，很多提出利用跨鏈側鏈解決的項目和應用目前很少有落地，因此現有的區塊鏈跨鏈項目的團隊技術經驗還有許多不足之處。

２．與同類項目進行對比有明顯的優勢點

雖然已經落地的項目不多，但我們可以看出，採用跨鏈側鏈技術的項目大體都是相同的機制，那麼使項目脫穎而出的關鍵是在於其性能和項目進展程度，能在短時間內開發出實際高可用性的跨鏈，將是以後跨鏈項目市場的主宰。

3．技術上實現的可能性

分析項目的關鍵主要是去看其技術實現的可行性。跨鏈技術的實現需要很多機制和合約的制約和保障，能夠保證項目在跨鏈技術下穩定運行是成為一個值得投資項目的關鍵。

4．經濟激勵模型的設計

仔細考察期經濟激勵模型，是否足以支撐初期社區冷啟動，並在後期形成正反饋生態。

5．社群運營能力

長期看來，團隊是否有社區運營能力，並能否通過社區形成網路效應，進而提高項目性能。

6．服務質量是否能達到商業級別

存儲的可靠性，可用性，最終都需要經過市場的檢驗。目前大部分跨鏈項目和應用離商業可用性還有很大距離，怎樣解決區塊鏈之間在一個統一的標準下通過跨鏈相互聯繫的問題，如何制定合理的智能合約。如果能在這些方面設計出比較好的解決方案，即能成為這個行業里具有強競爭力的項目。

. 06 .跨鏈側鏈的未來展望

1. 交易速度加快，主鏈分擔減輕

所有的交易記錄都被鎖定在主鏈上，而各種區塊鏈應用的代碼和數據都可以獨立保存在側鏈中，這樣就可以分擔主鏈上的交易，使交易在側鏈上完成並發生轉移，主鏈不容易產生交易擁堵，從而提升了交易速度。

2. 多條側鏈並行處理，實現完全去中心化交易

主鏈可以通過智能合約鏈接多條側鏈，可以實現數據去中心化並且並行處理，這樣一來，不單單是速度提升的方面使項目性能提升，交易數據可以完全實現去中心化，也實現了區塊鏈之間的搭建，區塊之間不再是獨立的個體，而是真正實現了數據在分塊之後依然是可聯繫的。

3. 安全性得到保障

萬一側鏈出現代碼漏洞，主鏈不會受到影響，而因為去中心化的機制，部分數據的丟失對整體並無影響，交易記錄一旦發生就被鎖定在鏈上，用戶不用擔心丟失或篡改等問題。

4. 擴展空間，增強隱私保護

跨鏈側鏈技術的引入進一步擴展了區塊鏈技術的應用範圍和創新空間，使傳統區塊鏈可以支持多種資產類型，以及小微支付、智能合約、安全處理機制、財產註冊等，並可以增強區塊鏈的隱私保護。

總體而言，在這場區塊鏈大浪潮下，側鏈與跨鏈作為提高區塊鏈性能的重要手段，一直受到核心開發者的重視。無論是作為技術研究還是投資的角度，跨鏈側鏈的發展都是值得進一步的關注和研究。

編輯 ?? : 陳文洋

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