全面了解区块链侧链技术 | 极客维基

近期，区块链技术备受关注。 虽然目前区块链技术发展迅速，但传统区块链技术要想应用于商业应用，尤其是金融应用，还有很多问题需要解决，比如交易性能、隐私保护等。 解决这些问题的一种方式是重新开发一条新的区块链，但这种方式会造成大量的重复性工作，需要不断发行新的数字资产。 那么，有没有一种方案可以在原有区块链的基础上进行技术升级，同时不影响原有区块链的工作呢？ 侧链就是在这种需求背景下提出来的。 本文首先介绍了侧链的基本概念，然后分析了侧链产生的背景和工作原理，最后介绍了现有的主要侧链。

基本概念

侧链协议本质上是一种跨区块链的解决方案。 通过该方案，数字资产可以从第一条区块链转移到第二条区块链，并可以在后一个时间点链上从第二条区块链安全地返回到第一条区块链。 第一条区块链通常称为主链或主链，第二条区块链称为侧链。 原来主链通常指的是比特币区块链，现在主链可以是任何区块链。 侧链协议被认为是一种允许数字资产在主链和侧链之间转移的方式，这项技术为开发新应用程序和试验区块链技术打开了大门。

来自【知乎用户：张小楼】的理解：

技术细节更难理解。 我的理解是，现在的交易所、在线钱包等其实都属于所谓的侧链应用，只不过是中心化的、封闭的、独立的网络。 想象一下，你把你本地钱包里的比特币转到交易所地址，那么交易所的封闭网络会拿到这些币，所以交易所会以自己的信用作为担保，给你平台上1:1等值的交易所 Add这些号码记入账户。 然后就可以使用交易所发行的“比特币”在交易平台上实时与人交易、抵押贷款等。 交易所是比特币生态系统的一个重要应用，但它们存在这样或那样的问题（跑路、被黑、亏空等），而且它们是中心化的、封闭的、独立的网络。 你的币充值到交易所后，你实际上无法控制这些币，虽然它们名义上还是属于你的。 目前的侧链概念本质上是一个类似于比特币的独立、开放、分布式的网络，而不是像交易所那样的中心化、封闭的网络。

背景

2012 年，在比特币聊天室中，首先讨论了侧链的概念。 当时比特币的核心开发团队正在考虑如何安全地升级比特币协议来增加新的功能，但是直接在比特币区块链上增加功能是比较危险的，因为如果新功能在实践中出现软件故障，将对现有的比特币网络产生严重影响。 另外，由于比特币网络结构的特点，如果进行大规模的改动，需要得到广大比特币矿工的支持。

这时，比特币核心开发者提出了侧链方案。

这种技术允许开发人员将新功能附加到其他区块链，但这些区块链仍然附加到现有的比特币区块链。 区块链中的这些新功能可以充分利用现有的比特币网络特性，而不会对现有的比特币网络造成危害。

2014年，此时出现了很多具有新功能的区块链，产生了各种山寨币，比如莱特币、狗狗币等。此时，比特币的核心开发团队担心这些山寨币的诞生会稀释比特币的价值比特币。 他们争辩说，比特币应该被用作储备货币，并且新的功能应该被添加到侧链中。 这样，如果用户想使用其他新的区块链功能，就不需要购买其他代币。

“侧链的最大优势在于它们可以让用户访问大量新服务。 例如，您可以将比特币转移到另一个区块链，以利用相应区块链的隐私功能、更快的交易和智能合约。 ”

为了将侧链从概念变为现实，Adam Back 和 Matt Corallo 等比特币核心开发者共同发起成立 Blockstream，并于同年 10 月发布白皮书《Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains》，明确首次提出侧链的概念及其协议实现。

通过侧链，可以在主链的基础上增加交易隐私保护技术、智能合约等新功能，让用户可以在不影响现有主链工作的情况下，接入大量新的服务。 此外，侧链还提供了更安全的协议升级方式。 当侧链出现灾难性问题时，主链依然安然无恙。

侧链机制，简单来说就是一种允许货币在两条区块链之间流动的机制。

小明：我有一个比特币地址和一个莱特币地址，我可以向莱特币地址发送比特币吗？ 小亮：不开玩笑，比特币和莱特币是两条独立的区块链，这怎么可能？ 师：小亮说的对。 比特币和莱特币是两个独立的区块链。 现在比特币不能发送到莱特币地址。 小明的想法很有创意。 如果莱特币区块链成为侧链之后，比特币就可以发送到莱特币地址。 同样，如果比特币成为莱特币的侧链，莱特币也可以发送到比特币地址。 （作者：黄红庆）

实施计划

侧链实现的技术基础是双向挂钩（Two-way Peg）。 通过双向挂钩技术，可以在主链暂时锁定数字资产，同时在侧链释放等值数字资产。 在侧链锁定等值数字资产的同时，也可以释放主链的数字资产。 双向锚定实现的最大难点在于协议改造需要兼容现有主链，即不能影响现有主链的工作。 具体实现方法可以分为以下几类：

(1) 单一托管模式

实现主链和侧链双向锚定最简单的方式是将数字资产发送给主链的单一托管人（类似于交易所），当单一托管人收到相关信息后，在主链上激活侧链对应的数字资产。 这种解决方案最大的问题是过于中心化。 图1为以比特币为主链的单一托管模型工作原理示意图：

(2) 联盟模式

联盟模式是用公证人联盟代替单一托管人，利用公证人联盟的多重签名来确认数字资产在侧链的流动。 在这种模式下，如果想要盗取主链上被冻结的数字资产，需要突破更多的机构，但侧链的安全性仍然取决于公证人联盟的诚信度。 图2为以比特币为主链的联盟模型工作图：

单一托管模型和联邦模型的最大优点是它们不需要对现有的比特币协议进行任何更改。

(3)SPV模式

SPV（Simplified Payment Verification）模型是原侧链白皮书《Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains》中的去中心化双向挂钩技术的初衷。 SPV是一种证明交易存在的方法，可以用少量数据验证特定区块中交易的存在。

在SPV模式下，用户将数字资产发送到主链上的一个特殊地址，该地址将锁定主链数字资产，在可能的竞争期间输出仍将被锁定，以确认相应的。交易已完成，SPV 证明已创建并发送到侧链。 此时侧链上会出现对应的带有SPV证明的交易，同时验证主链上的数字资产已经被锁定，然后在侧链上可以开通另一个等值的数字资产链。

这个数字资产的使用和变化会在稍后的时间传回主链。 当这个数字资产返回到主链时，这个过程会重复。 它们被发送到侧链上的锁定输出，经过一定的等待时间后，可以创建一个 SPV 证明将其发送回主区块链以解锁主链上的数字资产。 SPV 模型的问题在于它需要主链的软分叉。 图3给出了基于比特币主链的SPV模型的工作流程示意图：

(4) 传动链模式

驱动链的概念是由 Bitcoin Hivemind 的创始人 Paul Sztorc 提出的。 在驱动链中，矿工作为“算法代理守护者”来检测侧链的当前状态。 也就是说，矿工本质上是资金保管人，驱动链将锁定数字资产的监管权下发给数字资产矿工，让矿工投票决定何时解锁数字资产，将解锁的数字资产发送到哪里。 矿工观察侧链的状态，当他们收到来自侧链的请求时，他们执行协调协议以确保他们就请求的真实性达成一致。 诚实矿工在驱动链中的参与度越高比特币转账无效地址，整个系统的安全性就越高。 和SPV侧链一样，驱动链也需要主链软分叉。 图4为以比特币为主链的驱动链模型工作流程示意图：

(5) 混合模式

上述所有模式都是对称的，混合模式是将上述获得双向锚定的方法有效结合的一种模式。 由于主链和侧链实现机制的根本差异，对称双向锚定模型可能并不完美。 混合模式是在主链和侧链上使用不同的解锁方式，比如在侧链上使用SPV模式，在主链网络上使用驱动链模式。 同样，混合模型也需要主链的软分叉。

典型例子

目前比较著名的侧链有基于比特币网络BTC Relay的侧链，Rootstock的Liquid，以及Lisk、国内的Asch等非比特币侧链。

BTC Relay是ConsenSys推出的基于以太坊区块链的智能合约侧链解决方案。 BTC Relay 以安全和去中心化的方式将以太坊网络与比特币网络连接起来。 BTC Relay 允许用户通过使用以太坊的智能合约功能来验证以太坊区块链上的比特币交易。 以太坊 DApp 开发人员可以从智能合约对 BTC Relay 进行 API 调用，以验证比特币网络活动。

Liquid 是 Blockstream 的一个开源侧链项目，它使用了比特币的双向挂钩技术。 Liquid 的目的是使比特币能够在主链和侧链之间转移，旨在提高隐私性、降低成本、加速交易所和经纪。 商户之间的价值转移和结算过程。

Lisk 是一个区块链平台，致力于为 JavaScript 开发人员提供分布式应用程序的创建。 它由德国的 Max Kordek 和 Oliver Beddows 于 2016 年初创立。 它在自己独特的区块链（即侧链）上运行每个分布式应用程序。 这种封装使得主要的 Lisk 主网高效、快速和精简。 Asch是国内推出的基于侧链技术的去中心化应用平台，由单庆峰于2016年初创立。Asch平台提供的服务包括一条主链和一套应用软件开发包。 Asch的主链主要负责基础设施建设、应用间数据共享、资产路由等。 应用软件开发工具包内置侧链协议，主要负责构建具体应用。 可以通过侧链协议与主链进行资产交换。

总结

侧链是以整合的方式实现加密货币金融生态的目标，而不是像其他数字资产一样排斥现有体系。 侧链技术进一步拓展了区块链技术的应用范围和创新空间，使传统区块链能够支持多种资产类型，以及小微支付、智能合约、安全处理机制、产权登记等，可以增强区块链链隐私保护。 使用侧链，我们可以轻松构建金融合约、股票、期货、衍生品等各种智能应用。

补充阅读

一些注意事项

1、比特币在侧链流通时，它仍然是比特币。 侧链上的比特币和主链上的比特币通常是 1:1 的兑换率，也可能有预先确定的兑换率。 2. 侧链挖矿不能产出比特币。 侧链可能有也可能没有自己的货币，只是为了比特币的流通。 3. 侧链可以是点对点的和非点对点的。 点对点侧链独立存在，也可以成为主链。 主链是相互的，如果有足够的需求，比特币也可以成为莱特币的侧链。 非对等侧链依赖主链存在。 4.权力下放没有改变。 每个人或公司都可以创建自己的比特币侧链，用户和矿工认同的将成为主流。 5.当然，侧链必须有足够的算力才能保证侧链的可靠性和安全性。 6. 侧链白皮书提出了清晰的侧链框架，具体的侧链如何实现让设计者可以自由发挥。

可能的侧链的一些创意

1.滞留费是指长时间没有动过的币会随着时间的推移而贬值，减去的金额会返还给矿工。 例如，超过一年未移动的货币将每年贬值 10%。 在目前的比特币网络中，大用户经常丢失密钥，相应的币也随之丢失。 这将降低比特币经济的货币充足性和流动性，这被认为是比特币的潜在风险。 通过滞留费，鼓励货币流动，激励矿工，也可以找回一些因丢失钥匙而丢失的币。 2、新挖矿收益同意，如果矿工的算力威胁到网络安全，将扣留挖矿收益。 比如算力超过50%的矿工不奖励，可以约束矿工控制算力，防止51%攻击。 3、矿业收益延期支付协议。 现在，矿工在挖矿后立即获得奖励和交易费。 该协议延迟了挖矿收入的支付。 例如：挖矿100个区块后支付挖矿收益。 这有助于激励矿工维持网络的正常运行。 4. 经常可用的地址。 添加了一种新型的时间相关地址。 该地址的货币只能在特定时间使用。 例如比特币转账无效地址，人们可以向此类地址发送 10 个硬币，并设置为 10 年后使用。 时间未到，包括主人在内的任何人都不能动里面的硬币。

这些只是一些创意。 你可能有自己的想法。 比特币社区有无穷无尽的创意。 每个想法都有其优点和缺点。 侧链为我们提供了无障碍测试和升级的机制。