技術指南 | 一文讀懂跨鏈網關的設計理念_IBT

跨鏈網關在跨鏈體系中，是一個對接具體類型區塊鏈以及轉發跨鏈消息的重要組成部分。它主要提供了應用鏈適配、跨鏈交易監聽、跨鏈交易執行、跨鏈交易路由等核心功能。本文主要從跨鏈網關的架構、跨鏈交易流程以及應用鏈和跨鏈網關解耦方式等方面介紹跨鏈網關的設計理念。

一、整體架構

跨鏈網關的整體架構如下圖所示：

考慮到不同場景下的跨鏈需求，跨鏈網關可以靈活支持兩種跨鏈模式。一種是中繼模式，也就是通過中繼鏈來進行跨鏈操作，比較適合較多區塊鏈進行跨鏈互操作的場景。另一種是直連模式，能夠直接連接到其他跨鏈網關，進行跨鏈交易的傳遞，比較適合鏈對鏈的小型跨鏈系統。為了支持不同跨鏈模式之間的切換，跨鏈網關采用了如下分層的設計。

聲音 | 彭博社：比特幣勢將錄得年內最差單月表現 技術指標陷入超賣:比特幣勢將錄得今年最糟糕的單月表現，不過技術信號表明其最近的下滑可能即將結束。上周末，比特幣重新測試了其五月份錄得的跳空高開缺口，隨后出現反彈，這可能表明其價格的回撤正在失去動力。隨著缺口被填補，比特幣來到了5月反彈之前的相同價格水平。這意味著比特幣可能會在6500美元左右找到支撐，比目前價格低約8%。此外，根據14天RSI指標（目前位于25），比特幣目前已嚴重超賣。一旦該指標跌至30或更低，就會被視為超賣。（彭博社）[2019/11/28]

第一層是應用鏈層：該層負責和應用鏈及其智能合約進行交互邏輯，為上層的交互提供統一的交互接口。由于區塊鏈的架構因鏈而異，為了讓應用鏈適配和跨鏈網關能夠解耦，達到便捷接入的效果，我們采用了插件機制。

第二層是交互層：這一層包含了如何提交IBTP包以及如何監聽應用鏈上的跨鏈交易等具體邏輯。交互層處于跨鏈網關中的底層，包括執行模塊和監聽模塊。交互層向上層模塊屏蔽了跨鏈交易從應用鏈獲取和提交的細節，提供了更精簡的交互接口。

動態 | Hyperledger技術指導委員會提交5項提案 以提高投票率:據CoinDesk消息，區塊鏈聯盟Hyperledger的技術指導委員會（TSC）正在討論選舉中可能出現的變化，以期提高投票率。IBM區塊鏈部門員工、2019-2020年TSC主席Arnaud Le Hors將五項提案提上了委員會議程，這些提案旨在提高人們的意識，鼓勵人們參與年度選舉。提案包含2019-2020年任期內增加4個TSC席位、增加一名副主席等內容。[2019/10/7]

第三層是中繼層：該層作為跨鏈網關中消息流轉的中轉調度層，從應用鏈上來的跨鏈消息和從其他區塊鏈接收的跨鏈消息都統一通過該層進行相應的處理和路由。中繼層主要能夠屏蔽不同跨鏈模式下的復雜性，統一調用底層的模塊。

二、跨鏈交易處理流程

在一個典型的跨鏈交易流程中，在應用鏈A上的用戶發起了一筆發送到應用鏈B的跨鏈交易，應用鏈B上執行完成后返回回執到應用鏈A。以下按照整個流程的順序詳細介紹跨鏈網關在整個流程中的處理細節。

聲音 | 分析師：有技術指標顯示比特幣或將漲至6萬美元:加密貨幣分析師Moon Overlord 6月16日發推稱，比特幣剛剛突破至非線性回歸曲線中值線上方。在我看來，這樣強勁的突破和收于此之上將引發牛市的全面爆發。比特幣上一次打破這一紀錄時，其價格從2500美元左右升至2萬美元。如果這次走勢類似，比特幣將達到6萬美元左右。[2019/6/17]

監聽交易

跨鏈交易由用戶發起，調用部署在應用鏈A上的跨鏈合約。跨鏈合約在收到跨鏈交易的請求后，拋出一個特定格式的跨鏈事件。由相應的應用鏈插件輪詢或者訂閱該跨鏈事件，并收集應用鏈A上對于該跨鏈事件的Proof信息，隨IBTP包一起發送到跨鏈網關的監聽模塊上。

監聽模塊對于跨鏈交易做基本的檢查操作，檢查通過的跨鏈交易才能提交到分發模塊。如果跨鏈交易有問題，執行相應的的回滾操作。

分析 | Coindesk：BTC8個月來首次出現技術指標看漲信號:據coindesk分析，BTC突破了看跌通道、周線MACD出現0軸金叉，表明BTC可能在未來幾周有可能沖擊7月高點8500美元。在接下來的24小時內，投資者需要密切關注4小時圖中的三角旗形態，如未能突破至7500美元或將使多頭獲利了結，導致BTC轉而跌至7000美元。[2018/9/4]

分發交易

收到監聽模塊提交的跨鏈交易后，由于跨鏈網關支持不同的跨鏈模式，所以分發模塊需要統籌負責跨鏈交易具體的傳遞對象。

在中繼模式下，分發模塊將跨鏈交易通過直接和中繼鏈的代理模塊發送跨鏈交易。在直連模式下，可以通過P2P網絡連接到其他應用鏈的跨鏈網關并發送相應的跨鏈交易。

同步交易

不同跨鏈模式下，同步交易的方式也不同。

美國聯邦政府和民間部門聯合發布區塊鏈技術指引: 美國聯邦政府和民間部門的官員們聯合發布指引，以指導政府和承包商如何采用區塊鏈技術來改善運營。[2018/4/4]

在中繼鏈模式下，跨鏈交易參與共識，并且打包進區塊中。所以同步交易時候，需要中繼鏈輕節點模塊不斷同步更新區塊頭信息。同步模塊則是同步中繼鏈區塊中和自身跨鏈網關相關的所有跨鏈交易。對于中繼鏈同步的交易，還需要配合輕節點對跨鏈交易進行SPV驗證，確保跨鏈交易的有效性。

在直連模式下，跨鏈網關通過P2P網絡接收跨鏈交易。

檢查交易

對于同步自其它鏈的跨鏈交易，都需要通過檢查模塊的檢查才能交給分發模塊進行下一步的處理。檢查的邏輯和跨鏈的模式相關。

在中繼模式下，跨鏈交易已經通過了中繼鏈的驗證引擎，并且參與過中繼鏈的共識，所以檢查模塊只需要驗證跨鏈交易確實來自于中繼鏈即可。而在中繼鏈上，對于通過共識的跨鏈交易，中繼鏈節點會對其進行簽名。檢查模塊對于附帶的簽名進行驗證即可驗證跨鏈交易的有效性。

在直連模式下，跨鏈交易是通過P2P網絡獲取的跨鏈交易，所以相比中繼模式，檢查模塊需要承擔更多的驗證工作。主要需要檢查的有應用鏈的注冊檢查，驗證引擎的驗證檢查等。如果應用鏈需要定制化跨鏈交易的驗證規則，后續可以通過更新驗證規則的方式更加動態的進行。

執行交易

來自中繼鏈或者其他跨鏈網關的跨鏈交易，通過檢查模塊的檢查后，就可以提交到執行模塊。執行模塊直接和應用鏈插件對接，在調用跨鏈合約之前，需要檢查序號以防止重放攻擊。

提交交易之后，執行模塊需要等待應用鏈上執行的結果，并將結果通過跨鏈回執的方式返回給分發模塊，跨鏈回執的傳遞流程和跨鏈交易類似。執行模塊要保證跨鏈交易提交到了應用鏈上，并且需要返回相應的回執信息。

三、插件機制

對于跨鏈場景來說，一個比較棘手的問題是不同架構的區塊鏈的接入適配。為了簡化不同區塊鏈的適配問題，我們在跨鏈網關中采用了插件機制。跨鏈網關主要負責與中繼鏈或者其他跨鏈網關的交互和通信。而所有具體在應用鏈上進行操作的部分全部封裝到應用鏈插件中，并按照跨鏈網關和應用鏈交互的需求確定了一套適合跨鏈交互的插件接口。

這樣對于跨鏈網關來說，對接任何新的類型的應用鏈的時候，都不需要修改自身，而是根據確定的接口開發一個新的應用鏈插件即可。

插件需要提供的接口主要分為以下四個主要部分：

1.提交交易接口

跨鏈網關提交IBTP包的接口。跨鏈網關和應用鏈插件交互的基礎是IBTP：跨鏈網關向插件提交的IBTP包，得到的回執信息也是IBTP包。這樣插件向跨鏈網關屏蔽了不同區塊鏈交易結構不一致的復雜性，簡化了跨鏈網關的設計。

應用鏈插件負責解析IBTP包，并轉換為適配應用鏈提交交易的結構。同時也要對于得到的執行結果進行封裝，同時從應用鏈獲取對于改跨鏈交易的Proof信息。

2.查詢跨鏈交易元信息接口

IBTP協議層面，協議能夠感知的最小粒度是應用鏈。協議只能讓跨鏈交易轉發到IBTP包中目的鏈ID所對應的跨鏈網關。對于更細粒度的鏈上合約和用戶賬號地址等，在應用層中對IBTP的payload字段中自行解析和定義業務結構。

所以跨鏈合約需要記錄的是自身應用鏈與其他鏈的最新交易序號信息，并且在執行跨鏈交易時更新這些元信息。因為這些元信息對于跨鏈網關重啟恢復來說至關重要，所以插件需要提供一個能夠查詢這些元信息的接口。

3.查詢歷史交易信息

對于應用鏈拋出的跨鏈事件，可能會因為網絡抖動或者跨鏈網關宕機等不可控原因，導致部分跨鏈事件沒有及時收到。這種情況下，插件需要提供查詢遺漏的跨鏈事件的接口，用于跨鏈網關恢復跨鏈網關處理跨鏈事件的順序。

4.查詢應用鏈基礎信息

跨鏈網關對于使用應用鏈插件是無感知的，所以如果如果跨鏈網關需要獲取應用鏈的基礎信息時，需要向應用鏈插件查詢。

滿足上面四個要求的插件能夠滿足跨鏈網關收集轉發跨鏈交易的需要，同時能夠充分解耦跨鏈網關對于底層應用鏈的依賴，讓適配新類型的區塊鏈變得更加便捷和簡單。

本文作者：徐才巢，趣鏈科技跨鏈項目負責人

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