【区块链探索笔记十五】：侧链技术

什么是侧链

所谓“侧链”，顾名思义，是相对于主链而言的，它通过主链货币与侧链货币之间的价值“双向锚定”(“two-way pegging”)，实现在侧链上使用主链货币价值，而侧链与主链在业务逻辑与区块链特性上则都可以有所不同。侧链可以作为主链新功能或新业务逻辑的“试验田”，一方面帮助主链试行扩展功能，另一方面可更进一步随着各种各样主链本身无法具备的业务逻辑在侧链上的实现，逐渐围绕主链搭建起一个覆盖各种业务需求的产业生态圈。 “双向锚定”是侧链的基础与核心机制。以比特币侧链为例，基本原理如下：

主链——〉侧链
在比特币网络中，向“特定脚本地址”发送一笔比特币，该地址上的比特币将被系统冻结，该交易成功确认后，侧链网络将会识别这一信息，并在侧链网络中的特定地址产生与这笔比特币数量相对应的侧链货币。

侧链——〉主链
在侧链网络中，通过特定方式“销毁”一定数量的侧链货币，例如将其发送至永远无法使用的特定地址，比特币网络识别该信息后，从之前被“冻结”的比特币中“解冻”与侧链币“销毁”数量相对应的比特币，并将其发送至比特币网络中的特定地址。
通过以上方式，可以实现比特币网络中的货币价值在主链与侧链间的转移。例如，某比特币侧链发行的全网货币基于主链冻结了1万比特币，则这1万比特币此时在主链上是无法使用的，等同于移出了比特币主链网络。

实现方式

侧链实现的技术基础是双向锚定（Two-way Peg），通过双向锚定技术，可以实现暂时的将数字资产在主链中锁定，同时将等价的数字资产在侧链中释放，同样当等价的数字资产在侧链中被锁定的时候，主链的数字资产也可以被释放。双向锚定实现的最大难点是协议改造需兼容现有主链，也就是不能对现有主链的工作造成影响，其具体实现方式可以分为以下几类：

（一）单一托管模式

最简单的实现主链与侧链双向锚定的方法就是通过将数字资产发送到一个主链单一托管方（类似于交易所），当单一托管方收到相关信息后，就在侧链上激活相应数字资产。这个解决方案的最大问题是过于中心化。

（二）联盟模式

联盟模式是使用公证人联盟来取代单一的保管方，利用公证人联盟的多重签名对侧链的数字资产流动进行确认。在这种模式中，如果要想盗窃主链上冻结的数字资产就需要突破更多的机构，但是侧链安全仍然取决于公证人联盟的诚实度。
单一托管模式与联盟模式的最大优点是它们不需要对现有的比特币协议进行任何的改变。

（三）SPV模式

SPV（Simplified Payment Verification）模式是最初的侧链白皮书《Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains》中的去中心化双向锚定技术最初设想。SPV是一种用于证明交易存在的方法，通过少量数据就可以验证某个特定区块中交易是否存在。在SPV模式中，用户在主链上将数字资产发送到主链的一个特殊的地址，这样做会锁定主链的数字资产，该输出仍然会被锁定在可能的竞争期间内，以确认相应的交易已经完成，随后会创建一个SPV证明并发送到侧链上。此刻，一个对应的带有SPV证明的交易会出现在侧链上，同时验证主链上的数字资产已经被锁住，然后就可以在侧链上打开具有相同价值的另一种数字资产。这种数字资产的使用和改变在稍后会被送回主链。当这种数字资产返回到主链上时，该过程会进行重复。它们被发送到侧链上锁定的输出中，在一定的等待时间后，就可以创建一个SPV证明，来将其发送回主区块链上，以解锁主链上的数字资产。SPV模式存在的问题是需要对主链进行软分叉。

（四）驱动链模式

驱动链概念是由Bitcoin Hivemind创始人Paul Sztorc提出的。在驱动链中，矿工作为‘算法代理监护人’，对侧链当前的状态进行检测。换句话说，矿工本质上就是资金托管方，驱动链将被锁定数字资产的监管权发放到数字资产矿工手上，并且允许矿工们投票何时解锁数字资产和将解锁的数字资产发送到何处。矿工观察侧链的状态，当他们收到来自侧链的要求时，他们会执行协调协议以确保他们对要求的真实性达成一致。诚实矿工在驱动链中的参与程度越高，整体系统安全性也就越大。如同SPV侧链一样，驱动链也需要对主链进行软分叉。

（五）混合模式

上述所有的模式都是对称的，而混合模式则是将上述获得双向锚定的方法进行有效的结合的模式。由于主链与侧链在实现机制存在本质的不同,所以对称的双向锚定模型可能是不够完善的。混合模式是在主链和侧链使用不同的解锁方法，例如在侧链上使用SPV模式，而在主链网络上则使用驱动链模式。同样，混合模式也需要对主链进行软分叉。

总 结

侧链是以融合的方式实现加密货币金融生态的目标，而不是像其它数字资产一样排斥现有的系统。侧链技术进一步扩展了区块链技术的应用范围和创新空间，使传统区块链可以支持多种资产类型，以及小微支付、智能合约、安全处理机制、财产注册等，并可以增强区块链的隐私保护。利用侧链，我们可以轻松的建立各种智能化的应用如金融合约，股票、期货、衍生品等。
明天我们继续。