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区块链WcCross跨链技术白皮书
研究报告
2020年8月
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目录
第一章 WeCross 设计背景与理念 -----------------------------------------------1 1.1 设计背景：行业现状与挑战 -------------------------------------------------- 1 1.2 设计理念：4S 原则 -------------------------------------------------------3 第二章 WeCross 整体架构设计 -------------------------------------------------5 2.1 区块链体系抽象 ------------------------------------------------------------ 5 2.2 跨链系统架构 -------------------------------------------------------------- 7 2.3 可信交互流程 -------------------------------------------------------------- 8 第三章 WeCross 核心技术与优势 --------------------------------------------- 10 3.1 通用区块链接口 ----------------------------------------------------------- 11
3.1.1 统一资源范式 ------------------------------------------------------------------- 12 3.1.2 抽象区块链结构 ----------------------------------------------------------------- 16
3.2 异构链互联模型 ----------------------------------------------------------- 17
3.2.1 通用接入范式 ------------------------------------------------------------------- 17 3.2.2 跨链交互模型 ------------------------------------------------------------------- 19
3.3 可信事务机制 ------------------------------------------------------------- 22
3.3.1 数据互信机制 ------------------------------------------------------------------- 22 3.3.2 跨链事务机制 ------------------------------------------------------------------- 24
3.4 多边跨域治理 ------------------------------------------------------------- 29
3.4.1 权限事务管理 ------------------------------------------------------------------- 30 3.4.2 监管准入管理 ------------------------------------------------------------------- 31
3.5 平台优势 ----------------------------------------------------------------- 32
3.5.1 开源开放 ----------------------------------------------------------------------- 32 3.5.2 开发友好 ----------------------------------------------------------------------- 33 3.5.3 安全可信 ----------------------------------------------------------------------- 34
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第四章 WeCross 应用前景 --------------------------------------------------- 35 4.1 司法跨域仲裁 ------------------------------------------------------------- 35 4.2 物联网跨平台联动 --------------------------------------------------------- 36 4.3 数字资产交换 ------------------------------------------------------------- 37 4.4 个体数据跨域授权 --------------------------------------------------------- 38 第五章 展望 ------------------------------------------------------------------ 39 技术路线 --------------------------------------------------------------------- 40
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第一章 WeCross 设计背景与理念
1.1 设计背景：行业现状与挑战
近年来，区块链行业经历了高速发展，诞生许多形态各异的底层技术平台， 基于这些平台建设的区块链应用百花齐放。随着应用生态本身的发展壮大，越来越多应用在既有用户和价值积累基础上，为追求更大的网络效应，产生了与其他应用实现交互、建立关联的外延需求，于是整个区块链生态需要一个更加开放、易于协作、多方共赢的交互环境。由于目前区块链平台技术实现上存在多维异构性，在应用和数据上存在“孤岛效应”，无论是基于不同平台或者同一个平台构建的不同应用，都难以便捷地跨平台联通协作，区块链生态要向下一阶段演化需要“超越平台、链接应用”的创新性解决方案。
为了应对这一挑战，旨在搭建链与链之间可信交互渠道的跨链技术逐渐成为业界关注的焦点，业界普遍认同高效通用的跨链技术是实现万链互联的关键。跨链技术能够连通分散的区块链生态孤岛，成为区块链整体向外拓展的桥梁纽带。当前，业界在跨链领域已有初步的探索和积累，讨论较多的跨链方案有公证人机制、中继、侧链、哈希锁定和分布式密钥控制等。较早出现的 BTC-Relay 使用侧链技术来实现区块链数字资产之间的单向跨链。Ripple提出的跨链价值传输协议 ILP 采用哈希锁定的方案来解决跨账本之间的支付问题。Cosmos和 Polkadot，则关注如何建立通用跨链开发框架，分别提出了 Tendermint 和 Substrate 的开发框架，它们的跨链核心设计是基于中继链的思想。
上述跨链方案，仅适用于面向数字资产的跨链转移场景，难以扩展涵盖到更为广阔的应用场景。微众银行在 2018 年提出“公众联盟链”的概念，将联盟链进一步升华为面向公众提供服务的联盟链，公众作为“链”的服务对象，可通过公开网络访问联盟链提供的服务， 联盟是“链”的属主和运营方，通过“链”实现信息与价值交换。公众联盟链并非单一区块链生态，而是一种全新的区块链商业应用跨域融合形态。要支撑这样的融合形态，需要能够支持多链并行、跨链通信以及处理来自互联网海量交易的能力。在公众联盟链的大生态中， 必然需要应对底层平台异构化、应用场景多样化等特点，构建公众联盟链的可信跨链交互面临着更大的挑战。
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底层架构不同，互通难：业内已有多种区块链平台，这些平台在整体架构设计上存在很大的不同，包括计算、存储、网络等各个方面。例如，Hyperledger Fabric 采用 Endorser- Orderer-Comitter 三层架构，交易先经过 Endorser 节点进行预执行背书，得到状态读写集RW-Set 返回客户端，客户端再次打包交易发送至 Orderer，Orderer 打包排序后交给
Commiter 节点进行落盘存储。同为金融级、企业级的区块链平台 FISCO BCOS，交易在客户端完成签名之后被发送到区块链节点，节点将交易打包成区块，并且交给 EVM 执行，状态数据以 MPT 树状组织存储。不难看出，这两个底层平台在架构上存在巨大差别，不仅交易处理时序不同，计算与存储结构也不同，想让交易直接在两个平台互通，存在较大挑战。
数据结构不同， 互认难：不同区块链平台的数据结构设计往往各不相同。例如， FISCO BCOS 的区块结构中，区块头包含三个默克尔根字段：世界状态根 state-root、交易根 tx-root、交易回执根receipt-root，这些字段可用于交易和执行结果的存在性证明。而Hyperledger Fabric，以其最新发布的稳定版本（v1.4）为例，使用一个 DataHash 字段来标记该块的数据变化，其区块头设计中并没有默克尔根的相关字段，不容易实现类似交易存在性证明机制。基于默克尔树的存在性验证是常用的跨链认证手段，但由于不同区块链平台数据结构和预期的应用场景不同，并非所有平台都支持，所以想要实现数据互认依旧存在着一定挑战。
接口协议不同，互联难：常见的网络传输编码协议有 Protobuf、JSON 和二进制等协议。这些编码协议各有其优势与适用场景。例如，Protobuf 协议具备支持语言多、格式紧凑、易于扩展的优势，被 Hyperledger Fabric 选用为 P2P 网络传输消息包的编码协议。而二进制编码协议有编码速度快、格式紧凑和可自由定制的优势，被 FISCO BCOS 选用为P2P 网络传输消息包的编码协议。除此之外，因为架构与数据结构的不同，不同平台暴露的 访问接口在功能和格式字段方面也大不相同。综上所述，由于接口与协议的不兼容，这些平台间难以互联通信。
安全机制不同，互信难：区块链安全涉及面很广，包括共识记账模式的安全、数据传输安全、数据存储安全、准入机制安全以及接口访问权限安全控制等多方面。由于区块链设计的安全边界往往是以平台范围为界，以确保用这个平台建设的一个区块链实例内部是安全的。当涉及到链和链之间、平台和平台之间进行衔接时，会因为多种安全机制参差不齐，且敏感 数据跨越安全边界，如共识者列表不同、准入机制严格程度有高低、权限配置差异等因素， 导致平台之间的互信条件不成立。
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2020-2025年区块链WcCross跨链技术白皮书研究报告
