Wanchain创始人吕旭军：跨链究竟是什么？

区块链技术发展至今，诞生了无数条不同的链，众多链的信息隔离不可避免的形成了区块链的价值孤岛效应。跨链从字面上的理解就是把不同的区块链连接起来，就像两岛之间建桥相连一样。建桥的方案是一方面，但至少要搞清楚这座桥要通行的是什么，行人、行车、行火车？众多区块链项目都提到了跨链，跨链的本质到底是什么，跨链需要解决的是什么问题却鲜有探讨。

作为一个严谨的跨链技术项目，我们准备通过本文阐述我们的观点，并希望引起整个区块链行业对这一问题的深入探讨和思考。同时我们也将在本文中公布 Wanchain 的跨链机制。

1. 什么在跨链

区块链发展至今，创造了无数的 token，不同的 token 本质上是一种记账符号，某种价值的符号表现。这一符号可以是作为价值尺度的「货币」符号（如比特币），或者是某种「内在价值」的虚拟化符号。暂且抛开货币型的 token 不谈，基于区块链 token 的「内在价值」类似于传统金融意义上的资产「内在价值」：现代金融的重要特征是实际资产的价值化，实际资产被以货币为度量的金融虚拟资产（如股票、金融衍生品等）所表征，社会实际资产的积累也表现为虚拟资产的积累。区块链为某种「内在价值」提供了更加便捷、透明和公平的记账方式，区块链上的 token 可以让更大范围的「内在价值」被体现。

简单来看跨链就是解决如何让一条链上的 token 转移到另一条链上，从技术层面来看 token 是一段数字信息，很多人会将 token 理解为信息的传递，如果 token 的传递只是简单信息传递的过程，那在分布式的系统中，中本聪也没有必要设计精巧的 POW 机制来解决双重支付问题。正如上文中所述，token 代表的是某种价值，价值就需要有精确的记账作为保证，否则价值将烟消云散。在传统世界中，中心化的记账体系下，无论是出于责任、义务还是商业利益，央行、商业银行、支付机构、证券交易所、证券登记机构、房产登记机构在确保各类价值记账的精确性。而在区块链世界中，记账的精确性就由一个个分布式的区块链账本保障，所以说跨链的不只是信息流，更是信息流背后的需要被精确记账的价值。

2. 跨链不只是信息的传输

区块链记录的是价值，跨链的也是价值，如果从记账的角度，单一区块链解决的是分布式情况下如何精确记账的问题，跨链解决的是两个分布式账本针对同一用户或不同用户控制的账户发生 token 转移时，如何在两个账本中精确记账的问题。很多白皮书或者技术文章中把跨链称为协议，但这个协议不完全等同于互联网的 TCP/IP 那样的信息传输协议，因为信息传输协议只需要确保接收方收到完整信息，发送方得到相应的反馈，在这个过程中如果出现传输障碍是可以多次反复的发送，而不用考虑信息重复发送的问题。但是在账本之间同步数据，就需要确保两个账本的变动是一致的，否则就会出现双重支付或者价值丢失的问题。在这过程中信息传递只是两个账本同步数据的过程，而不是最终的目的和结果。跨链本质是在价值守恒定律前提下，价值在不同区块链之间流动的过程。

3. 跨链的属性

由于区块链技术快速发展，每一条链的记账机制、共识机制都有区别，建立通用的跨链协议就变的更加复杂。这完全不同于互联网中所说的「协议」（protocol），而更像是「协定」（agreement）。如果用现实世界举例，「协议」（protocol）类似于传真机和集装箱，这类协议相对容易达成，而且一旦达成，将被更大范围内使用，规模效应明显。而跨链「协定」（agreement）更像是双边和多边的贸易协定，在达成和实现过程中个性化更加明显，大范围的统一更加困难。如果把每一个区块链生态看成一个经济体，‘’协定‘’就更加贴切了。

现实世界中的「协定」（agreement）不只是一个技术问题，协定的达成是需要参与方协商一致的，但是在区块链的世界中，「协定」（agreement）的对象不是一个主体，而是一个分布式的网络，希望通过传统的主体谈判模式达成「协定」基本不可能 —— 因为没有主体，比特币生态内部调整内部协议（如扩容）都无法达成共识，与其他区块链网络达成跨链协定更加不可行。区块链世界的跨链「协定」（agreement）变成了一个技术问题，需要通过技术的方法实现两个账本的跨账本精确记账问题。

分析到此，跨链称为协定（agreement）和协议 (protocol) 都是不准确的，而是一种机制（mechanism）。

4. 跨链的意义

跨链本质上是一套链和链之间的清算机制，而清算的本质就是精确记账。中本聪把比特币描述为一套点对点的现金系统，实际上是一套点对点的账本或者说是一套点对点的清算机制。如果全球只有一套比特币账本，中本聪的目标就实现了。而区块链的发展趋势看，无论是技术实现的角度还是商业应用的角度，一套账本是不可能实现的。相反无数的区块链出现，区块链世界正在向哈耶克描述的自由市场方向发展。清算能力是任何价值交换市场存在的基础，没有便捷的清算，市场就会缺乏流动性，更繁荣的市场就无法出现。

数字货币发展至今，交易所功不可没，交易所除了提供价格发现的能力外，更重要的能力在于增强流动性。但成也萧何败也萧何，交易所中心化的弊端一直伴随着数字货币的发展，黑客攻击、交易所跑路、后台不透明等问题成为数字经济的阿克琉斯之踵。跨链的意义之一就在于通过分布式的方式提供链和链之间转账的清算机制。

很多时候，大家会把交易所的能力与跨链提供的能力混为一谈。实际上是有区别的，首先交易所本身为 token 提供价格撮合机制，其次交易所是一个集合了各种 token 账本的清算中心，只不过这个清算中心是中心化的。应该说后者是前者的基础，没有后者撮合交易是不可行的。而跨链机制是通过分布式的方式提供更基础的清算能力。分布式跨链清算能力的建立也是分布式交易所产生的前提。

记账和清算是一切金融活动的基础，现代金融业的所有金融活动都是基于银行系统提供的基础清算能力而展开的。无论是简单的转账业务、存贷，还是跨国支付，第三方支付，基金，保险、金融衍生品都是基于银行系统提供的基础清算能力。类比到区块链世界是同样的道理，数字世界的泛金融应用创新与跨链清算能力密切相关。

5. 跨链的应用场景

分布式交易

当前的区块链世界的清算体系是由一个个分布式的区块链网络与一个个中心化的交易所共同构成的。在很多时候，中心化交易所的作用甚至超过了区块链网络本身，例如很多拥有 Token 的用户从始至终都没有使用过区块链钱包，而是把交易所的机制当成了区块链的全部，甚至根本不关心区块链的意义所在。中心化交易所在放大区块链意义的同时也在扭曲它。

让我们回顾区块链经济简短的交易发展史，在最初只有比特币的时代，法币与比特币的交易机制让比特币这个极客圈子的「玩具」有机会与现实世界接轨，让更多人有机会持有比特币。随着更多 Token 的诞生，法币交易通道的减少，币币交易让区块链世界快速发展成为了一个相对独立的经济体系，比特币成为了区块链世界中的硬通货和价值度量尺度。在整个过程中，中心化交易所居功至伟，他们不但是现实世界与区块链世界的出入口，还是不同区块链网络的连接器。但是问题也随之而来，交易所成为了流量的入口，掌握了区块链世界最大的话语权，任何一个独立的区块链网络无论大小，都要看交易所的眼色行事，否则无法获得进入区块链世界的入口，更不可能与传统世界连接。简单来说，交易所决定了一个新的 token 是否有资格接入其他 token 以及法币共同构成的清算网络。很多区块链项目的发展在被扭曲为满足交易所需求的方向上越走越远。

区块链经济网络急需分布式的清算机制加入，他的意义不在于要迅速替代中心化的交易所，而是带来一种新的选择与制衡，让被扭曲的部分有被矫正的可能，让区块链的真正价值被再次发掘，让用分布式的方式解决分布式的问题成为可能。

所以我们认为跨链能力实现后的最重要的应用场景是分布式交易，这里包括分布式交易所、分布式场外交易、中心化竞价撮合与分布式清结算混合模式的交易所等多种实现模式。

数字金融创新

在以太坊的白皮书中，Vitalik 提到的最重要的应用场景之一就是金融衍生品或者类金融合约应用，这也是智能合约似乎可以发挥最大价值的应用场景之一。我们依然相信 Vitalik 的判断和理想，只是现实发展情况出现了一些变化。大量的竞争链（无论是公链还是联盟链）的出现，让无论是数字资产，传统上链金融资产存在于很多条不同的链上，也就是记账的基础账本不同。在此情况下，要实现数字金融创新的前提条件除了智能合约之外，还需加上分布式的清算能力（跨链能力）。否则基于智能合约的应用场景将十分有限。举个例子，如果一个传统的金融资产在某个银行联盟链中，一个数字资产在以太坊网络，一个稳定货币在 Wanchain 网络，要基于这两个基础资产创设一个以稳定货币作为对价的金融合约（以智能合约的方式而非中心化的方式），在没有跨链能力的时候是完全不可行的。因为要创建这样一个智能合约，需要首先将上述三个资产转移到一个区块链网络中，然后在该网络中部署智能合约，才能实现通过合约控制三个资产的相互关系。简单解释就是先把三个资产放到一个账本中，再通过智能合约统一控制这个账本。

具体的应用场景会十分丰富，单纯从技术上来看传统金融可以实现的，数字金融可以实现的更多。描述类似场景的文章很多，在此不再一一展开。

打通两个平行世界

Wanchain 在白皮书中就提到过，区块链技术在传统资产上链和数字资产两个领域的发展如同两个平行的世界。从长远来看，区块链带来的社会经济变革总会让这两条平行线交汇在一起。从技术上来看，无论是已经出现的以传统资产上链为代表的商业联盟链，还是以稳定币、虚拟资产上链为代表的公链项目，甚至是国家数字货币为代表的主权公链，最终要发挥更大的商业价值和产生更多的创新应用，都需要跨链能力作为支撑。跨链能力是推动基于区块链的数字经济全面发展和融合的技术驱动力。我们无法预知未来基于区块链的金融是怎样的一番景象，但是回看历史，互联网技术催生的第三方支付、科技金融创新正在以巨大的力量重新雕刻着传统金融的轮廓，深刻的影响着人类金融的进程。

6. 跨链的难点

跨链从 Blockstream 提出侧链概念以来，一直是区块链技术的重点攻关方向。目前并没有被普遍认可的跨链机制，原因除了在此之前需求的强烈程度没有那么高之外，技术上的难点也是一大障碍。

跨链需要解决的两个难点问题，一个是如何通过分布式的方式验证原链上的交易状态。原链上的交易信息对于另一条链来说是一个外部信息（Oracle），如何保证这个外部信息进入另一条链时是正确的就是整个跨链机制的重要环节。如果要考虑到使用 POW 机制的区块链上没有终局状态（始终存在分叉的情况，只是随着确认块的增加，概率逐渐变小），这个问题的复杂度会更高。为了后文描述的便利性，本文把这个难点定义为难点 Alpha。

可能对区块链分布式机制不熟悉的读者会难以理解这个难点，因为在中心化机制下，这个难题简单很多。举个例子，如果 Alice 用 A 银行的信用卡在 B 银行的 POS 机上进行消费，POS 机上的指令会通过 Visa 这样的组织将刷卡信息传递到 A 银行确认，当 Visa 收到 A 银行确认信息后，跨行支付就完成了。A 银行确认的就是 Alice 的交易合法，这时候 B 银行或者 Visa 不用考虑这笔交易是否真的合法，因为这时候 A 银行已经承担了付款的责任，无论 Alice 是否真有足够的余额还是 A 银行的系统错误，都是 A 银行与 Alice 的事情了。而在区块链分布式记账的情况下，没有一个中心化 A 银行来确认并承诺付款。如果将 A、B 银行替换为 A、B 链，确认 A 链上 Alice 的与跨链有关的付款交易是否完成就变成了一个难题。

如果验证跨链交易的是分布式的节点，这个难题会衍生为如何确保处理跨链的节点不作恶。节点作恶就会导致链之间信息验证的错误，进而产生双重支付而给跨链用户造成损失，这与在单一账本中记账的节点作恶面临的情况类似，但是当这个问题放在两条互不识别的链上时，问题的复杂性就变高了。

另一个难点是跨链交易要确保原链上的 token 总量不会因为跨链而减少或增多（即价值守恒定律定义为难点 Beta）。原链上 Token 总量减少的后果是当 token 需要跨回原链时，原链无法产生新的 token，也就是只能单向跨链。原链 token 增多是名义上的增多，实际上是本来已经跨到另一个账本的 token 在原链上被双重支付了，这种情况违背了精确记账的原则，是在任何时候都无法接受的。因此当 token 跨出原链时，原链上的 token 必然需要进入「锁定」的状态，当 token 跨回原链时，这些 token 需要被解锁。如何通过去信任的管理机制完成「锁定」「解锁」的过程就成为了跨链的关键。

确保难点 Beta 实现的的另一个关键是保证交易的原子性。交易的原子性，简单来说是指交易处理的某个环节停止，整个交易能够撤销，而不会存在部分成功，部分失败的情况。无法保证原子性会造成双重支付。

以上问题将在后文描述 Wanchain 跨链的实现模式时进一步论述。

7. 跨链的不同模式

繁杂的跨链技术分析文章都试图对跨链技术进行分类，经常被提到的如中继模式（Relay），侧链模式 (Sidechain) 等，这些分类文章往往没有弄清楚不同模式解决的是跨链中的什么难题，不同的模式往往只是解决了跨链中的某一难题而存在的，放在一起分类不够严谨和科学。下文中我们将详细介绍和分析目前跨链中常用的模式，而不是简单、粗暴的去做分类。

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。

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编译者/作者：领众资本

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