題記：區(qū)塊鏈作為一種分布式賬本技術(shù)，可以被應(yīng)用在金融、健康醫(yī)療、供應(yīng)鏈、資產(chǎn)管理等諸多領(lǐng)域，但是受吞吐量、網(wǎng)絡(luò)孤立性、伸縮性等因素的制約，目前的區(qū)塊鏈項(xiàng)目并不能很好的服務(wù)于商業(yè)應(yīng)用。在區(qū)塊鏈所面臨的諸多問(wèn)題中，網(wǎng)絡(luò)孤立性阻礙了不同區(qū)塊鏈之間的協(xié)同操作，極大程度的限制了區(qū)塊鏈的發(fā)揮空間。

一、引言

在前面的技術(shù)視點(diǎn)文章中，我們?cè)敿?xì)介紹了本體跨鏈的六大模塊的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，相信大家對(duì)本體跨鏈技術(shù)有了一個(gè)基本的了解。

這次我們主要介紹目前所有的跨鏈方案所面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，以及本體為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題和挑戰(zhàn)給出的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化方案。

二、側(cè)鏈作惡

跨鏈交互中涉及到的一個(gè)重要安全問(wèn)題就是如何防止側(cè)鏈驗(yàn)證人集體作惡，即側(cè)鏈作惡。

在 Cosmos 中側(cè)鏈?zhǔn)亲灾蔚南到y(tǒng)，側(cè)鏈驗(yàn)證人的選舉由側(cè)鏈自己決定；而在 Polkadot 中，側(cè)鏈驗(yàn)證人的管理由 Polkadot 主鏈決定。無(wú)論是自治的驗(yàn)證人選舉還是統(tǒng)一的驗(yàn)證人選舉，都會(huì)面臨一個(gè)根本性的問(wèn)題——這些側(cè)鏈驗(yàn)證人都不一定可靠。若跨鏈交互的中任意一種或多種資產(chǎn)實(shí)際價(jià)值大于驗(yàn)證人抵押的實(shí)際價(jià)值，驗(yàn)證人會(huì)有足夠的動(dòng)力去作惡。

例如： 某個(gè) dApp 的開(kāi)發(fā)者同時(shí)在主鏈和側(cè)鏈上部署了智能合約，希望進(jìn)行跨鏈的資產(chǎn)交互。當(dāng)該 dApp 的用戶(hù)將一部分資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到側(cè)鏈后，如果這部分資產(chǎn)的實(shí)際價(jià)值大于側(cè)鏈（驗(yàn)證人集體）在主鏈上抵押資產(chǎn)的實(shí)際價(jià)值，那么惡意的側(cè)鏈（驗(yàn)證人集體）可以直接將這部分的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到自己的名下，最終轉(zhuǎn)移到主鏈上并在交易所賣(mài)掉了這部分的資產(chǎn)。

當(dāng)然，側(cè)鏈驗(yàn)證人在主鏈抵押的保證金會(huì)賠付用戶(hù)的部分損失。但是如果側(cè)鏈驗(yàn)證人在主鏈上抵押資產(chǎn)的實(shí)際價(jià)值小于這部分用戶(hù)資產(chǎn)的實(shí)際價(jià)值，惡意的側(cè)鏈驗(yàn)證人會(huì)有動(dòng)力采取集體作惡的方式來(lái)獲益。

作惡方式

現(xiàn)有的跨鏈方案中大都采用 Merkle Tree 證明的方式，即側(cè)鏈會(huì)在每一個(gè)區(qū)塊中生成當(dāng)前區(qū)塊中所有交易產(chǎn)生狀態(tài)的 State Root，側(cè)鏈驗(yàn)證人會(huì)對(duì)該 State Root 進(jìn)行簽名。當(dāng)有跨鏈交易發(fā)生時(shí)，通過(guò)驗(yàn)證該 State Root 即可驗(yàn)證跨鏈狀態(tài)的合法性。

若側(cè)鏈驗(yàn)證人發(fā)現(xiàn)用戶(hù)跨鏈交互的資產(chǎn)實(shí)際價(jià)值大于這些驗(yàn)證人抵押資產(chǎn)的實(shí)際價(jià)值，那么側(cè)鏈驗(yàn)證人可以基于當(dāng)前區(qū)塊偽造一個(gè) State Root，即無(wú)視當(dāng)前區(qū)塊的執(zhí)行結(jié)果，強(qiáng)行構(gòu)造一個(gè)對(duì)自己有利的 State Root，從而竊取用戶(hù)鎖定在主鏈上的資產(chǎn)。

三、如何解決側(cè)鏈作惡

我們可以設(shè)置一個(gè)挑戰(zhàn)期，在挑戰(zhàn)期內(nèi)可以分為如下幾個(gè)步驟進(jìn)行作惡舉證：

（1） 是否能提交作惡的區(qū)塊；

（2） 是否能提供作惡的交易的前一個(gè)狀態(tài)；

（3） 是否能提供作惡的智能合約；

（4） 是否在對(duì)應(yīng)虛擬機(jī)中運(yùn)行生成的 States Root 是否與當(dāng)前區(qū)塊的 State Root 一致。

驗(yàn)證人作惡是通過(guò)集體在當(dāng)前區(qū)塊構(gòu)造虛假的 State Root，但區(qū)塊中的交易因?yàn)闊o(wú)法偽造用戶(hù)簽名并不能被改變。因此，針對(duì)驗(yàn)證人作惡的情況，我們提出一個(gè)解決該問(wèn)題的設(shè)想。

在挑戰(zhàn)期內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)某一筆交易作惡，可以通過(guò)作惡區(qū)塊、作惡區(qū)塊中的交易、作惡區(qū)塊中交易的前一個(gè)狀態(tài)、作惡智能合約去對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)中運(yùn)行結(jié)果，并比較運(yùn)行產(chǎn)生的 State Root 與提交作惡區(qū)塊中的 State Root 是否一致，從而驗(yàn)證該 State Root 是否合法。

同時(shí)，不管是否有跨鏈交易的發(fā)生，Relayer 都會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)側(cè)鏈的情況，若監(jiān)聽(tīng)到當(dāng)前區(qū)塊頭的 State Root 與實(shí)際運(yùn)行 State Root 的不符，可立即提交該證明到主鏈中，舉證側(cè)鏈的惡意行為，并獲得側(cè)鏈驗(yàn)證人抵押在主鏈中相應(yīng)的激勵(lì)。

可以看到，目前該方案也存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間。其驗(yàn)證過(guò)程稍顯復(fù)雜，特別是對(duì)于異構(gòu)鏈而言；另外，挑戰(zhàn)期的存在對(duì)用戶(hù)也不是足夠的友好。因此，本體會(huì)在該方案的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究其它更可行、更高效的解決方案。

四、后記

在這一系列關(guān)于跨鏈的技術(shù)視點(diǎn)文章中，我們給大家?guī)?lái)了關(guān)于本體跨鏈設(shè)計(jì)的相關(guān)具體細(xì)節(jié)。目前，本體跨鏈測(cè)試網(wǎng)已經(jīng)上線(xiàn)，也提供了詳細(xì)的跨鏈?zhǔn)褂媒坛毯投噫滈_(kāi)發(fā)手冊(cè)，希望廣大技術(shù)愛(ài)好者來(lái)體驗(yàn)本體跨鏈測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。

來(lái)源： 本體研究院