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.     

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。     

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...     

跨链技术发展与应用研究进展

随着区块链技术的不断发展与创新,诞生了许多结构各异的底层技术平台。这些平台之间由于区块链的相互独立性形成了各自的价值体系,妨碍了资产流通和价值转移“,价值孤岛”现象逐渐显现。跨链技术的引入打破单一区块链的孤立性,建立区块链之间的协作共享价值网络,成为区块链整体向外拓展的桥梁纽带,为提升区块链的互操作性和可扩展性提供技术解决方案。在综述已有研究成果的基础上,阐述了跨链技术的背景、意义及研究现状;根据实现原理的不同,将跨链机制概括为外部验证、原生验证、本地验证三类并具体分析;结合国内外发展趋势选取采用不同跨链机制的跨链桥应用项目进行介绍,并对现有跨链技术和跨链桥项目进行分析与比较。总结当前跨链技术所面临的挑战,并对未来跨链技术的发展进行展望。     

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。     

区块链即服务平台关键技术及发展综述

区块链即服务是将区块链框架嵌入到云计算平台的一种新型应用方式,能够有效利用云平台提高区块链系统部署和运营的便捷性和高效性.文中主要对区块链即服务(BaaS)的关键技术和现有平台系统进行了全面的分析总结.首先介绍了BaaS的概念和平台功能,分析了 BaaS平台在提高安全性能、实现个性定制和降低开发成本等方面具有的优势;然后基于现有商业化BaaS平台详细介绍了 BaaS平台的系统架构和关键技术架构,并介绍了当前主流的BaaS平台的特性技术和功能,以及相关应用场景;最后,在整理当前BaaS平台遇到的挑战问题的同时对BaaS的未来研究方向进行了展望.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

区块链网络综述

区块链是典型的分布式系统,底层网络的性能和安全性至关重要.区块链网络的本质是P2P网络,然而在安全模型、传输协议和性能指标等方面与传统P2P网络存在明显差异.首先,针对区块链网络的传输流程进行全面、深入地分析,阐明区块链网络所面临的瓶颈挑战.其次,针对区块链网络拓扑结构和传输协议的最新研究工作,从节点异构性、编码方案、广播算法和中继网络等方面系统性地分类梳理,并归纳总结跨链网络实现和网络仿真工具.最后,探讨区块链网络的未来研究趋势.     

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.

     

基于条件代理重加密的跨链数据共享方案

目前区块链大多属于异构链,信息孤岛问题严重,所以如何打破区块链垂直发展的封闭状态和实现链间互联互通一直是区块链的研究热点。针对联盟链之间数据共享难、互操作性差和存储压力大等问题,提出一种基于条件代理重加密的跨链数据共享方案。从各联盟链中选出高信用节点充当公证人并组成公证链,作为跨链共享的媒介;引入星际文件系统实现混合存储,减小存储压力;随机确定一位公证人作为代理者,执行条件代理重加密操作实现链间共享密文的状态转变;通过信用约束和激励策略,规范公证人的行为和提高各链节点参与数据共享的积极性。理论分析和实验结果表明,提出方案在跨链数据共享方面更安全可靠,具有较高的跨链交互效率和较低的存储开销。     

从扩展性角度看区块链

区块链集成密码学、分布式共识、P2P网络和时间戳等技术,可实现数据一致存储、难以窜改和防止抵赖等功能,解决了开放网络中不依赖任何可信第三方的信任问题。去中心化的特性使得区块链具有广阔的应用前景,但随着应用的深入与拓展,扩展性问题已成为挖掘区块链技术潜力的一个关键挑战。区块链本质上仍是分布式系统,基于此,从分布式系统的扩展性角度对区块链的研究工作进行综述,基于链上扩展、链下扩展和跨链扩展三个方面论述了区块链可扩展的思路和方法,总结了近年来的研究成果;通过对现有解决方案的总结分析,探讨了提高区块链可扩展性所面临的问题和未来的研究趋势。     

Attacks Against Cross-Chain Systems and Defense Approaches: A Contemporary Survey

The blockchain cross-chain is a significant technology for inter-chain interconnection and value transfer among different blockchain networks. Cross-chain overcomes the “information island” problem of the closed blockchain network and is increasingly applied to multiple critical areas such as finance and the internet of things (IoT). Blockchain can be divided into three main categories of blockchain networks: public blockchains, private blockchains, and consortium blockchains. However, there are differences in block structures, consensus mechanisms, and complex working mechanisms among heterogeneous blockchains. The fragility of the cross-chain system itself makes the cross-chain system face some potential security and privacy threats. This paper discusses security defects on the cross-chain implementation mechanism, and discusses the impact of the structural features of blockchain networks on cross-chain security. In terms of cross-chain intercommunication, a cross-chain attack can be divided into a multi-chain combination attack, native chain attack, and inter-chain attack diffusion. Then various security threats and attack paths faced by the cross-chain system are analyzed. At last, the corresponding security defense methods of cross-chain security threats and future research directions for cross-chain applications are put forward.

     

基于区块链的可信分布式能源共享网络研究

分布式能源共享是能源互联网发展的重要方向,而现有分布式能源供需共享网络普遍存在能源主体间难以达成信任及能源消耗高等问题.在能源共享网络中建立互信机制,基于区块链技术设计可信分布式能源共享网络,利用基于侧链技术的三层网络协同工作链码体系实现网络性能提升和主体隐私保护,通过分布式能源动态调度机制降低能源损耗并提高整体能源利...     

基于改进PageRank算法的跨链公证人机制评价模型

跨链技术是区块链领域研究和关注的热点,公证人机制是一种典型的跨链技术手段.针对公证人机制中存在节点信用监督不足的问题,构建基于改进PageRank算法的公证人节点信用评价模型.收集多种公证人节点相关信息,利用改进的PageRank算法对公证人节点进行信用计算,得到高可信的公证人节点,从而保证区块链系统安全稳定.将用户评...