比特币系统的成功稳定运行使得其底层区块链技术得到了广泛的研究与拓展。区块链也成为继物联网、大数据、人工智能、云计算等之后的又一前沿创新科技。经过十几年的发展，已经形成了具有不同特性，适应不同场景的区块链网络。但由于区块链的孤立性以及链与链之间的异构化，使得区块链之间的数据流转和价值转移成为阻碍其广泛落地的技术瓶颈。而跨链技术则是实现区块链互联互通，提升区块链互操作性和可扩展性的重要技术手段。通过了解跨链的基础原理、现有的跨链核心技术和跨链技术面临的技术难点可以有效的帮助我们认识跨链的发展。

跨链的产生

跨链，顾名思义，就是通过某些特定的技术手段，能让价值跨过链与链之间的障碍进行直接交互，从而实现不同区块链之间的资产流通和价值转移。

从商业应用的角度度来看，跨链技术就相当于一个可信第三方交易所，不同的用户均可通过该交易所进行跨链交易，并且在跨链过程中并不会改变任意区块链上的价值总额，只是完成了不同区块链用户之间的价值兑换。跨链技术相对于传统的 TCP/IP 传输协议而言，有效地解决了账本之间在同步数据的过程中容易造成价值丢失和双重支付的问题。

跨链技术是链接区块链的桥梁和枢纽，是实现价值互联的关键，是区块链向外拓展并打破区块链形成价值孤岛的有利手段。

区块链技术在交易处理能力和可扩展性方面始终限制着区块链大范围的落地应用。如何突破底层公链性能和功能瓶颈，实现高吞吐量和跨链互操作为一体的区块链系统成为了当前区块链领域研究的重点。

2016年9月，以太坊创始人Vitalik Buterin为银行联盟链R3写了关于跨链互操作的报告。报告中提到了三种跨链方式，基本上覆盖了当前主流的跨链技术：公证人机制、侧链中继和哈希锁定。

跨链的发展

目前，跨链技术从产生、发展到实际应用的过程中，在解决区块链互操作性、交易性和可扩展性方面都取得了一定的突破。随着大家对三种技术认识的不断深入，目前很多跨链项目已经开始采用混合模式，相互取长补短并延伸出改进思路，如分布式密钥控制技术等。

一般来说，通过跨链技术，不同链之间可以实现四种场景：A链和B链的资产交互、A链资产支付和B链智能合约调用、A链智能合约调用和B链资产支付、A链智能合约和B链智能合约的相互调用。

跨链交互根据所跨越的区块链底层技术平台的不同可以分为同构链跨链和异构链跨链。同构

链之间的网络拓扑、安全机制、共识算法、区块生成验证逻辑都是一致的，因此同构链之间的跨链交互相对简单。然而，在实际应用场景中，更多的研究是异构链之间跨链交互。异构链之间的共识机制、网络拓扑存在较大差异，使得异构链的跨链交互相对复杂。

要实现真正的价值区块链网络，就必须将同构或异构的区块链网络连接起来。针对区块链之间的数据传输、交易访问等技术难点，目前已有公证人机制（notray scheme）、侧链/中继 (side chain/relay)、哈希锁定 (Hash-locking)、分布式私钥控制 (distributed private key control)、公证人+侧链混合机制(notary  scheme+sidechainsmixing technology) 等核心技术在不同程度上解决了区块链跨链交互问题，实现了不同链之间资产自由流通。

主流跨链技术实现原理

公证人机制

公证人机制是一种相对容易实现的跨链机制。和传统的交易所工作模式类似，公证人机制是

通过引入可信的第三方进行跨链消息的验证和转发。当在不同的区块链系统中进行资产兑换和转移时，选举一个或者多个组织作为公证人来自动或者请求式监听不同链上的事件，并通过特定共识算法对事件是否发生达成共识，最后及时做出响应。

公证人机制是跨链技术中比较简单的一种，主要是充当中介方的角色，类似支付宝，解决的是“先付款还是先发货的”安全问题，解决的思路就是由淘宝担任第三方担保和仲裁的角色，由其先保管货款，待当买家收到货并确认无误后再转帐给卖家。

侧链/中继

侧链/中继（sidechains/relays）是一种能够自行检验交易数据且具有可扩展性的跨链技术。侧链和中继并没有严格的区分，从形式上看，侧链着重于表达链间的主从关系，中继是实现跨链的技术或方案。侧链是相对于主链而言的，主链不知道侧链的存在，但侧链知道主链的存在，当主链上需要处理较多的事务或者出现性能瓶颈时，可以将主链上的资产转移到侧链上处理，进而减轻主链上的压力，达到扩展主链功能和性能的目的。

哈希锁定

哈希锁定全称为哈希时间锁定合约（Hashtimelock contract），是在无需可信公证人的情况下，通过哈希锁和时间锁共同完成链间资产兑换的一种跨链技术方案。哈希锁定起源于比特币闪电网络，闪电网络本身是一种小额的快速支付手段，后来它的关键技术哈希时间锁合约被应用到跨链技术上。虽然哈希锁定实现了跨链资产的交换，但是没有实现跨链资产的转移，更不能实现这种跨链合约，所以它的应用场景是相对有限的。

分布式私钥控制

分布式私钥控制（distributed private key control），顾名思义，就是采用分布式节点来控制区块链系统中各种资产的私钥，将数字资产的使用权和所有权进行分离，使得对链上资产的控制权能安全地转移到非中心化系统中，同时将原链上的资产映射到跨链中，实现不同区块链系统间的资产流通和价值转移。

公证人+侧链混合机制

公证人+侧链混合技术充分发挥了 2 种机制的优势，通过侧链技术提高区块链系统间高效通信的效率，利用公证人机制实现资产跨链，进而支持跨链资产交互、跨链合约以及资产抵押，实现了由分布式节点做公众，避免了中心化的控制，是链与链之间互操作最简单的方法。

主要跨链项目发展

跨链技术可以关注的项目有Polkadot、Cosmos、RSK、BTC Relay等。

Polkadot

Polkadot是以太坊黄皮书撰写人Gavin Wood博士主导开发，由Web3基金会支持的跨链协议开源项目。Polkadot英文释义为胶水，其主要的目也是将现在各自独立的区块链连接起来，通过使用Polkadot协议，不同区块链之间可以进行高效安全的数据通讯和传递。

Polkadot强调解决当前区块链技术的三大问题，即拓展性、交互性和共享安全性，在保证区块链本身全部功能的同时，允许不同属性的区块链能在一个安全的条件下相互交互。为了达到该目的，Polkadot提供多条平行中继链（relay-chain）来串联各类区块链孤岛，该中继链可以进行不同链的签名验证和数据同步。不同区块链也可以按照各自需求调整，使用极为简单的编程语言就能适应中继链的验证和同步算法，各类底层链均可以通过Polkadot与以太坊公有链连接，最终达到跨链间的高效交互拓展。

Cosmos

Cosmos（ATOM）是一条独立的区块链，一个去中心化生态系统，其创建者All In Bits Inc（dba Tendermint Inc）希望它是下一代互联网技术的基础。Cosmos力图将各个加密货币主链融合在一起，从而实现了互操作性，加密货币相互兑换和区块链互联网（IoB）。Cosmos（ATOM）是该区块链网络使用的专有平台代币。该团队实质上构建了两个组件来实现这一目标：Tendermint Core和区块链间通信（IBC）协议，它们共同构成了Cosmos网络。

Cosmos 一个最深入人心的描述是“区块链的互联网”，他想让区块链具有互操作性的网络框架，能作为一个桥梁来连接一个个独立的加密货币区块链，解决区块链之间的“孤岛效应”。简单地说：这是能连接各种币的桥。

RSK

RSK 是第一个和比特币双向锚定的开源的智能合同平台，矿工通过联合挖矿获得奖励，让他们积极参与到智能合约大革命中。RSK的目标是实现智能合约、即时支付以及更高的可扩展性，为比特币生态系统增加价值和实用性。

BTC Relay

BTC Relay是在以太坊基金会支持之下，由ConsenSys团队推出并成长起来的项目。它被认为是区块链上的第一个侧链。其实质是以太坊的一个智能合约。

BTC Relay把以太坊网络与比特币网络通过使用以太坊的智能合约连接起来，可以使用户在以太坊上验证比特币交易。侧链机制不仅允许用户将交易发送到其他的地址或账户，还可以发送到其他的区块链。简而言之，BTC-Relay的功能包括 验证比特币的交易，传递比特币交易到以太坊智能合约 ，存储比特币区块头部，检查智能合约内部最新的比特币信息。