跨链综述：机制、协议、应用与挑战

随着区块链技术及应用的不断发展，人们对区块链之间的交互需求日益增加。然而，区块链技术的孤立性和封闭性以及不同区块链之间的异构性造成了区块链的“价值孤岛”效应，这严重阻碍了区块链技术集成应用的广泛落地和良性发展。区块链跨链技术解决了不同区块链之间的数据流通、价值转移和业务协同等问题，也是提升区块链可扩展性和互操作性的重要技术手段。根据跨链技术的实现复杂性和功能丰富性程度，从三个方面分类总结了区块链跨链技术：一是基础的跨链机制，二是基于这些机制构建的跨链协议，三是提供了系统架构的跨链应用。最后，总结了跨链互操作中存在的问题，从而为区块链跨链技术的进一步研究提供了系统性理论参考。     

一种可监管的区块链跨链平台设计

随着区块链技术在各行各业的大力发展,不同的区块链之间的价值传递和数据共享成为一个新的需求.通过对常用跨链技术和现有的跨链平台进行分析,并对众多企业的区块链云服务平台功能特色作了调查,基于上述调查和研究,设计了一种基于中继链的跨链平台,主要包括面向智能合约的跨链服务和跨链通信协议,基于跨链网关的跨链交易流程以及跨链事务管理,以及基于监管链的双链并行模式实现监管功能.     

基于星火区块链的跨链机制

针对当前区块链技术飞速发展的过程中,不同区块链之间相对孤立,数据不能交互共享的问题,提出一种基于星火区块链的跨链机制.首先,对常见跨链技术和当前主流跨链项目作了分析,研究了不同技术和项目的实现原理,并总结了它们的区别和优缺点;然后,利用主子链模式的区块链架构,设计了智能合约组件、交易校验组件、交易超时组件等关键核心组件...     

区块链跨链技术发展及应用

随着区块链技术的不断发展与创新,大量基于区块链的应用不断诞生,如今的区块链系统大多是异构且不互联的,链与链之间无法进行直接的价值流通,这在很大程度上限制了区块链的功能拓展与发展空间.跨链技术指在不同区块链系统实例之间交换信息,并对交换的信息加以利用,实现区块链之间的互联互通和价值转移.文中首先介绍了区块链跨链技术的发展...     

区块链跨链技术进展研究

随着区块链技术的发展,各种具有不同特点、适用于不同应用场景的区块链如比特币、以太坊等公有链以及私有链、联盟链大量共存.由于区块链的相互独立性,现存各区块链之间的数据通信、价值转移仍面临挑战,价值孤岛现象逐渐显现.区块链的跨链技术是区块链实现互联互通、提升可扩展性的重要技术手段.对跨链技术领域的成果进行了系统总结：首先,分析了跨链技术的需求及面临的技术难点;其次,总结了正在发展的跨链技术,并介绍了24种主流跨链技术的原理与实现思路;然后,综合分析了跨链技术存在的安全性风险,并列举了12项主要问题;最后,总结探讨了跨链技术的未来发展趋势.     

面向医疗大数据的区块链身份隐私方案研究

近年来,区块链技术在医疗领域应用广泛,针对不同医疗机构或地区的平台较为独立、难以有高效可靠的协同的问题,通常采用区块链跨链技术来联通各个价值孤岛。但当前跨链技术的研究和应用多注重安全性而缺乏隐私性,各方面机制还不完善。本文针对医疗大数据的跨链场景,对其中的身份隐私方案进行研究,提出了基于群签名算法的隐私保护方案,设计了相应算法和流程,保护了个体身份隐私,并保留了可追溯性。之后在HyperledgerFabric平台上测试验证了上述设计,具有可行性,为区块链技术在医疗大数据领域的进一步应用提供了支撑。     

基于联盟自治的区块链跨链机制

针对目前区块链系统跨链互操作难问题而导致的“信息与价值孤岛”现象,提出一种基于联盟自治的区块链跨链机制。该机制的核心思想是以链治链,通过构建一条由多方共治的中继联盟链来管理跨链网络,用于解决不同区块链系统之间的数据共享、价值流通与业务协同问题。首先,提出了一个基于中继模式的跨链系统为同异构区块链系统提供交互服务;其次,详细设计了中继联盟链,设定了应用链及其用户参与跨链系统的规则;然后,总结了跨链交互的基本类型并制定了基于智能合约的跨链交互实现流程;最后,通过多组实验验证了跨链方案的可行性,评估了跨链系统的性能指标,并且分析了整个跨链网络的安全性。仿真结果与安全性分析证明,所提机制中的通道分配策略与出块权分配方案具有实际可行性,当涉及资产交易时,该机制的吞吐量最高可达到758 TPS,而不涉及资产交易时的吞吐量最高可达到960 TPS,且拥有高级别的安全性与粗细粒度兼具的隐私保护机制。基于联盟自治的区块链跨链机制可提供安全高效的跨链服务,适用于目前大多数跨链场景。     

基于中继的联盟链跨链通信系统

通过研究区块链之间跨链通信困难的问题，本文在基于中继的跨链通信机制基础上进行功能开发与完善，设计一个基于中继的联盟链跨链通信系统。本文跨链系统实现了异构链互联、跨链需求的寻址转发、跨链资源调用、跨链合约发起等跨链需求，使用面向跨链通信下的二阶段执行协议，保证跨链交互的原子性。针对跨链交易验证设计了区块头同步合约，简化跨链交易验证流程，降低跨链通信的复杂性。通过实验仿真系统功能测试，本文所设计的跨链系统能够安全高效实现区块链间的跨链通信操作。     

从能源互联网到能源区块链: 基本概念与研究框架

在“双碳”目标推动下,能源产业数字化转型势在必行. 随着区块链在能源行业数字化转型应用和发展,能源区块链概念逐渐形成共识,它是区块链与能源互联网深度融合的产业新形态,可助力能源主体之间的高效协作,为绿色低碳等创新业务模式提供技术支撑与服务. 能源区块链的规模化发展离不开多层次跨链技术的突破,但能源区块链的跨链服务还面临着许多问题. 将目前能源区块链领域的研究现状分为5类,即能源区块链架构、智能合约应用、跨链技术、区块链节点管理和区块链隐私保护,针对这5个方向分别总结相关研究工作,详细梳理出各研究方案的原理、优势与不足;然后,为促进能源区块链的跨链服务安全技术的发展,根据能源区块链的现实需求,结合监管机制与共识机制提出多层次跨链协同监管的能源区块链架构;最后,总结出能源区块链跨链服务安全技术中亟待解决的问题,并提出区块链在能源领域的研究展望.

     

区块链互操作技术综述

区块链技术被认为是构建价值互联网的基石,然而彼此独立的区块链系统形成了数据、价值孤岛.区块链互操作(也被称为跨链操作)是打破链间壁垒、构建区块链网络的关键技术.在区分狭义与广义区块链互操作的基础上,重新定义狭义区块链互操作,并抽象出跨链读与跨链写两类基本操作;分析总结实现狭义区块链互操作需要解决的3个关键技术问题:跨链信息传输、跨链信任传递、跨链操作原子性保障;系统梳理这3个问题的研究现状,并分别从多角度进行比较;在此基础上,从关键技术问题的角度分析具有代表性的整体解决方案;最后指出几个值得进一步探索的研究方向.     

基于主子链架构的新型许可公有链

针对现有区块链之间相互独立、互通困难的问题,提出一种“主链+子链”的新型许可公有链架构。首先,在现有的委托权益证明（DPOS）、可验证随机函数（VRF）、实用拜占庭容错（PBFT）等算法的基础上设计了创新双层共识算法,同时加入可信许可机制,使区块链兼具许可和公有的特性;然后,详细描述了主子链的设计过程,主链负责链群管理并提供公共服务,而子链针对不同业务场景独立设计,并且通过连接主链中继实现跨链数据通信,从而实现数据安全隔离;最后,构建实验环境进行测试,以验证许可公有链设计的可行性。实验结果表明,相较于现有的超级账本Fabric等一些区块链,所提出的许可公有链具有显著优势,吞吐量最高可达到每秒25 000次,平均延迟时间可达8 s。为进一步研究不同类型区块链跨链数据互联互通提供了技术支撑。     

PieBridge：一种按需可扩展的跨链架构

区块链由于其去中心、可溯源等特性,已被广泛应用于数字货币、供应链金融、智慧医疗等不同领域. 随着应用需求的不断拓宽,各独立区块链协作以构建更广泛价值互联网的需求日益增强,因而迫切需要研究跨链技术. 然而当前区块链生态规模不断扩大、丰富,异构/同构区块链间的互联互通需求也随之快速增长. 而现有跨链研究无法应对架构可扩展性与跨链需求多样性方面的挑战. 针对上述问题,基于“按需建域”的理念,提出一种按需可扩展的跨链架构PieBridge,并提出了一套4层跨链交互协议栈,解耦跨链传输、验证、事务与应用,满足不同跨链应用在隐私、安全、性能等方面的差异化需求. 同时实现了PieBridge原型系统,并通过建模分析与实验证明了PieBridge的可扩展性以及其对差异化跨链交互需求的灵活支持.

     

基于区块链技术的高效跨域认证方案

为解决现有公钥基础设施（PKI）跨域认证方案的效率问题,利用具有分布式多中心、集体维护和不易篡改优点的区块链技术,提出基于区块链技术的高效跨域认证方案,设计了区块链证书授权中心（BCCA）的信任模型和系统架构,给出了区块链证书格式,描述了用户跨域认证协议,并进行了安全性和效率分析。结果表明,在安全性方面,该方案具有双向实体认证等安全属性;在效率方面,与已有跨域认证方案相比,利用区块链不可篡改机制,使用哈希算法验证证书,能减少公钥算法签名与验证的次数、提升跨域认证效率。     

区块链可扩展性研究：问题与方法

区块链技术作为分布式账本的关键技术之一,其在不依赖于任何第三方可信机构的前提下,解决开放网络中的信任问题,去中心化的特点使其有着广泛的应用前景,但面临着可扩展性不足的瓶颈.目前,区块链可扩展性的瓶颈主要体现在2个方面：性能效率低下、功能难以扩展.以比特币为例,从性能上讲,当前仅支持7笔/秒的交易吞吐量,显然无法满足现今数字支付的场景,也无法承载在数字支付领域外的其他应用.从功能上讲,当前不同区块链系统之间的资产或数据难以交互.在现实情况中,不同的区块链系统承载着不同的业务和需求.为此,需要实现链与链之间的交互,才能打通不同区块链之间的信息或价值通道,避免每一区块链成为信息或价值孤岛,并在此基础上实现价值互联网.区块链可扩展性的研究已经引起了学术界及产业界越来越多的关注,将从区块链性能提升及功能扩展2个角度出发,分别介绍区块链可扩展性领域的相关技术和研究进展,其中包括3类当前主流的、提升区块链交易吞吐量的方案：链下支付网络、Bitcoin-NG和分片机制;以及4类代表性的、实现区块链功能扩展的跨链互通技术.分析对比不同方案的特性、适合场景及可能存在的不足之处,并在此基础上给出进一步研究方向.     

一种改进的区块链跨链技术

伴随着区块链技术的飞速发展,各类区块链项目呈井喷式增长。在区块链项目数量呈现加速上升态势的同时,后续没有相应的配套措施,导致目前大部分的区块链项目无法互联互通。为了解决每个链都是独立的、垂直的封闭体系,让链与链之间的互操作性成为可能,文章基于哈希锁定技术,设计了一种改进的跨链技术,通过将主链资产双向锚定到侧链,利用哈希时间契约锁协议HTDLC,哈希锁防止信息篡改,时间锁限制交易时间,违约锁放置违约强制保障协议,实现资产跨链交易。     

区块链互操作性技术研究进展

区块链技术因其去中心化、高透明度等优良特性引领了新一代数据存储技术的发展，近年来广泛应用于社会治理、金融保险、数字版权等领域。然而，作为一个基于规范和协议的自封闭系统，区块链不同链间无法直接实现数据通信，难以满足跨领域应用的数据共享需求，区块链互操作性技术应运而生。目前，该技术的项目实例分析较少。基于区块链互操作性最新研究成果，系统性总结了近年来互操作技术的代表性方案，并归纳展望了发展前景。首先，按照通信各链的结构差异，将区块链互操作方法划分成同构扩容和异构互操作两种类型；其次，按照技术发展脉络和区块链分层架构，分别介绍两种类型的代表性方法，分析比较了各方法的实现原理和技术细节，归纳总结它们的优缺点；再次，介绍了目前已经实施的区块链互操作性项目研发进展，重点介绍其实现思路、运营模式和现状，并在吞吐量、安全性等多个指标上对比分析其性能；最后，展望了区块链互操作性技术各方向的发展趋势。     

复杂物联网联盟链系统通信机制研究EI北大核心CSCD

联盟链具有公有链固有的安全性,其许可准入机制允许对网络结点及规模进行控制,恰好迎合了物联网(Internet of things,IoT)向规模化、智能化发展的需要,成为物联网学术界研究的热点.然而,联盟链在一定程度上违背了区块链去中心化价值和信任体系,产生了多中心化的复杂区块链生态体系,为使物联网数字资产在不同联盟链间安全、自主、动态流转,迫切需要对涉及多个联盟链的复杂系统通信机制进行研究.基于存在多个特权子群的门限数字签名机制建立多联盟链链间合作共识,利用授权码构造身份证明,实现链间实体自主授权过程;构建跨联盟链交易原子提交协议,确保异步授权状态同步;提出多级混合可选信任—验证交易共识机制.实验表明,上述机制能够在优化系统性能的同时确保系统的安全性.     

基于区块链的智能服务交易跨链服务框架与通信机制

由于不同区块链上的区块链服务间缺乏有效通信机制,链与链之间难以形成有效互联互通.在智能服务交易过程中,交易主客体之间不仅仅是数据资产的单项转移,而且其服务范围扩展涵盖到更为广阔的数字资产转移场景.设计一种智能服务交易的跨链通信服务框架,并采用基于组件式、模块化设计,使智能服务交易主客体较为容易地接入服务框架,实现跨链可...     

跨链接入的区块链安全强度评估方法北大核心CSCD

目前针对跨链安全评估的研究较为薄弱,文章针对目前出现的各类区块链跨链系统安全问题,提出一整套跨链区块链安全强度评估方法,将安全问题分为跨链信任问题、跨链共识问题、跨链安全问题和跨链网络问题4种类型,同时根据其评价特性结合层次分析法和模糊综合评价法,构建评估矩阵提炼权重系数,对系统进行定量及定性评估并计算隶属度,可根据结果分析系统安全性,对跨链平台、系统评估及提升自身安全性具有一定意义。为研究评估方法的有效性,在样例跨链系统上进行安全强度评估。评估结果表明,该系统总体评价为良,得分为78.27,还具有一定提升空间。此评估方法对跨链接入的区块链系统的安全评估具有一定的借鉴意义。     

物联网产业视点

12月1日“区块链+城市大脑”下城平台试点在杭州启动区块链服务网络助力社会治理和城市大脑下城平台试点在杭州正式启动。该试点将结合区块链服务网络和城市大脑技术优势,探索更高效、透明、可信的政府服务。区块链服务网络是一个跨公网、跨地域、跨机构的全国性区块链服务基础设施平台。