在基础设施层面，当今的热门研究课题主要集中在:在不损害拜占庭容错的前提下实现快速共识、在不损害安全性的前提下实现分片、以及在不牺牲效率的前提下实现跨链通信。近来，由于 Cosmos 和 Polkadot（即将上线！）的推出，跨链通信受到了最多的关注。

跨链通信——如此简单的原理

许多权威人士认为，未来公链将只会整合为为数不多的几条；然而，仍有许多场景需要一条新的公链。

• 场景 A：现有可供构建的区块链可能无法提供应用所需的特性（例如，隐私保护计算）和可定制性（例如，数据的处理与存储）；
• 场景 B：需要一种现有区块链不支持的不同治理模式——在智能合约平台上构建应用，会迫使该应用采用底层协议的治理规则。

这就是为什么未来的世界将由数百（甚至数千）条不同的公链组成。弄清楚这些区块链如何相互通信，是我们面临的下一个重大挑战。

所有关于跨链通信的想法都始于 Adam Back 的论文 《通过锚定侧链实现区块链创新》，该论文揭示了一个关于如何将资产 X 从区块链 A 转移到区块链 B 的简单却令人惊讶的事实。事实证明，这种“转移”实际上是一种幻觉。资产 X 并没有被“转移”，而是暂时被锁定在区块链 A 上，同时在区块链 B 上铸造出等量的等价资产 X。这被称为锚定（pegging），双向进行此操作则称为双向锚定（2WP）。

所有双向锚定系统都是基于投票的，即由一组“见证人”投票决定何时解锁资产 X 以及将其发送到何处。这就引出了一个问题——我们应该对这组见证人赋予多大程度的信任？最简单的方法是由单一且受信任的见证人来完成这项工作（例如加密货币交易所）。然而，更好的方法是实现一种双向锚定机制，需要一组见证人共同批准才能解锁/转移资产。

在侧链的情况下，这组见证人代表了来自区块链 A 和区块链 B 双方的利益相关者（例如矿工、代表、出块节点），这种方式虽然可行，但引入了技术上的复杂性。对区块链 A 而言，在协议层面实现与区块链 B（其可能会随着时间推移而升级）通信的逻辑，是一种负担。当引入区块链 C、D、E 等更多链时，问题会变得更加复杂。

另一种不同的方法是拥有一个共同的见证人群体，来促进整个区块链网络之间的通信，这正是 Cosmos Hub、Polkadot 中继链以及 IoTeX 根链背后的思路。每个项目都采用了不同的方法和加密经济学 模型，使其共同的见证人群体既值得信赖，又能适应众多异构区块链。Cosmos 假设每条区块链都拥有各自的验证者集、安全性和共识机制，而 IoTeX 和 Polkadot 则利用共享的共识池以及“默认安全”机制，让区块链的接入过程更加简便。与致力于连接全世界所有区块链的 Polkadot 相比，IoTeX 跨链通信的目标有所不同，也更加具体：为运行在 IoTeX 网络中的所有二层链提供互操作性。所有这些二层链将用于物联网应用的不同方面，例如存储、身份、可信计算、物联网数据市场等。总而言之，跨链通信是人类为实现“巴别塔”愿景所做出的又一次努力。

为什么跨链通信如此重要

区块链的核心在于去中心化与安全性，而跨链通信可以进一步增强这两点。更具体地说，跨链通信允许资产在不同区块链之间流动，以寻求：

• 不同级别的安全性（例如，更快的交易速度 vs. 更强的抗审查能力）
• 不同的特性（例如，明文交易 vs. 保密交易）
• 多样化的应用（例如，DeFi vs. 游戏）

跨链通信还使加密资产与其所依托的底层区块链得以解耦。虽然这看似微不足道，但这种解耦以多种有意义的方式增强了现有区块链。

首先，它使得不同团队/项目/链能够专注于区块链技术的不同方面，同时使它们共同发挥作用并产生影响。例如，设想有两条区块链：“区块链1”专注于用户体验（例如，一流的钱包和应用界面），而“区块链2”专注于抗审查性，这使得普通用户操作起来较慢且困难。自然而然会发生的情况是，用户会将资产从区块链2转移到区块链1以方便使用，并在长期储蓄时转回。

其次，它促成了区块链协议的快速演进。相对成熟的协议面临着更好的安全性与更快演进之间的两难困境——快速进展通常意味着打破现状，而高度的安全性则意味着某种程度的停滞。有了跨链通信，转移资产的成本几乎为零。因此，理论上可以创建一个以太坊的副本作为试验场，在其上快速迭代，最终将所有资产从以太坊转移到这个新的试验场。如果新的试验场并不理想，所有资产都可以转回，这是分叉无法提供的绝佳特性。从长远来看，吸引最多资产的链将是最繁荣的一条。那些无法吸引资产的链将陷入衰退，最终消亡。

最后但同样重要的是，它使得“证券的借用”成为可能，这可能对区块链领域的治理结构产生深远影响。证券借用的一种表现形式就是一种称为跨链治理的新颖概念，我们将在下一节中对此进行解释。

一种新范式——跨链治理

当我们在2019年4月首次启动IoTeX主链（IoTeX Root Chain）时，我们面临一个棘手的问题：如何安全地引导一条新区块链，这归结为我们所称的“利己代表”（Egoistic Delegates）问题。由于在最初阶段投票者数量有限，早期利益相关者可以轻易控制多个代表席位，并否决那些不符合他们利益的治理交易。例如，从区块生产中剔除投票交易将阻止新代表的加入。

为了安全地引导IoTeX主网，我们发明了跨链治理。这意味着治理活动发生在一条更成熟的区块链上，而治理结果则应用到一条较不成熟的区块链上。IoTeX网络目前在两条公链上拥有资产——以太坊（IOTX-E用于治理）和IoTeX主链（IOTX用于实用）。IOTX和IOTX-E共同构成了100亿代币的总供应量，并可通过IoTube（一个连接以太坊与IoTeX的去中心化桥）进行兑换。

尽管IOTX-E和IOTX可以互相兑换，但它们具有不同的特性，因此用于不同的目的。IOTX-E被设计为具有低流动性（理想情况下交易量低，转移速度慢）以及更高的安全性，用于治理IoTeX网络（参见http://member.iotex.io）。IOTX被设计为具有高流动性（理想情况下交易量大，转移速度快），用于IoTeX网络内的运营和应用。也就是说，IOTX和IOTX-E在价值上是等同的。这类似于谷歌股票的A类与C类股份——C类股份没有投票权，而A类股份每股有一票投票权。通过这种结构，“利己代表”不可能否决不符合其自身利益的治理交易，这使得代表的重新选举和惩罚机制变得有效。

我们还发现这种跨链治理能有效缓解长程攻击（Long Range attack），这是所有权益证明（PoS）区块链普遍面临的问题。简而言之，长程攻击是指一个持有大量代币的早期利益相关者花费其代币，从区块链非常早期的区块开始创建一个分支，并试图取代主链。由于质押/投票历史记录保存在以太坊上，这为对抗弱主观性（weak subjectivity）提供了足够的抵抗力（因为以太坊是一条工作量证明PoW链，发动51%攻击的成本极其高昂）。

一些更疯狂的想法

这仅仅是跨链通信和治理能为我们带来的一个开端。IoTeX 正在研究和探索许多疯狂的想法。以下是几个例子!

一条年轻的区块链如何在总代币价值为 Y 的链上承载和运营价值为 X 的资产,其中 X > Y?

预算充足的攻击者可以通过购买的方式控制约三分之二(甚至全部)的区块生产者席位,意图窃取资产。目前针对此问题的解决方案是“等待并成长”该链,这可能非常耗时。我们内部正在进行的一个实验称为多资产跨链治理——除了质押 IOTX-E 之外,委托人还可以质押其他资产,如 NUSD、WETH、WBTC,以构建加密货币篮子。该篮子的价值可以通过 Chainlink 预言机轻松计算,并用于对候选人进行排名及分配奖励(即 IOTX)。多资产质押可能会增加质押资产的总量,从而提高链的安全性。这只有结合跨链治理才能实现,因为许多其他资产很可能存在于成熟的区块链上。

如何在不给协议层引入过多复杂性的情况下,遏制“无利害关系”(nothing at stake)攻击?

“无利害关系”攻击是所有 PoS 区块链普遍面临的问题。这意味着,一旦发生分叉,每个委托人都会在每条分叉链上继续构建区块,因为生产区块几乎没有成本(不像 PoW 链那样),从而最大化自身的经济利益。为了模拟 PoW 链上的情况,每个委托人需花费 X 个代币来生产一个区块,如果提议成功则获得 Y 个代币奖励,其中 X < Y。这在某种程度上等同于通过没收部分或全部质押/押金来惩罚(slash)出现双重签名(equivocating)的委托人。在同一条链上,在“利己委托人”(Egoistic Delegates)假设下,这种惩罚并非易事,因为该委托人及其同谋委托人可以有选择地丢弃惩罚交易。跨链治理允许受害者将证据发送到以太坊,从而确保对双重签名的委托人进行惩罚。

结论

总而言之,跨链通信为许多有趣的设计和应用打开了大门。这是区块链行业首次允许链与链之间“借用”资产、安全性和其他特性。我们认为这将成为区块链系统设计的一种新范式。