区块链互操作性的完整指南

了解什么是区块链互操作性及其重要性。发现领先协议如何结合其核心组件，为各个行业提供价值。

引言

截至2024年，存在超过 13,217 种加密货币，并且在超过 1,000 个独立区块链 之中。如果这些仅在孤立状态下存在，资产和信息将被困于每个网络中，从而限制了其实用性和采纳率。

区块链中的互操作性旨在解决这个问题。它通过连接孤立网络，实现通信和数据传输。如果做到得当，它可以推动创新、实用性和大众采纳。

什么是区块链互操作性？

区块链之间的互操作性使它们能够通过支持以下内容进行相互通信：

• 无缝的资产转移： 一个很好的例子是将比特币（BTC）转换为以太坊上的“包装”版本（WBTC）。比特币持有者可以将其持有的资产发送到目标链（以太坊），而不需要出售他们的 BTC，从而参与其去中心化金融 (DeFi) 生态系统。

• 经验证信息的数据共享。这对于供应链、金融和医疗等各个领域的现实世界应用至关重要。它使组织可以共享数据，即使他们使用多个区块链。

• 智能合约可以跨网络触发操作，实现跨链借贷等复杂应用。

• 跨链通信。它还允许公共网络（如以太坊）与私有/联盟网络（如 Hyperledger Fabric）之间的安全交互。这对于企业采纳至关重要，因为它允许企业在连接公共网络的同时保持私密操作。

因此，区块链互操作性协议允许不同网络有效协同工作。但为什么这对区块链的未来至关重要？

区块链互操作性的重要性

互操作性解决了实现区块链全部潜力和达到大众采纳所需的三个关键领域。

碎片化

目前，各个网络主要是孤立存在，资产和数据被锁定在各自的区块链中，这：

• 限制了区块链资产的实用性，因为它们被局限于其原生网络。

• 阻碍了网络之间的高效数据共享，因为每个区块链都有自己的规则和数据格式。

• 降低了协作应用的潜力，因为每个区块链都有自己独特的协议、共识机制，有时甚至是不同的 智能合约语言（例如：以太坊的 Solidity 和 Solana 的 Rust）。

• 阻碍了大众采纳，通过创造复杂的体验，迫使用户管理多个钱包并理解各种平台。

可扩展性

一些最大的区块链网络的 处理能力有限。平均而言，比特币每秒处理约 7 笔交易 (TPS)，而以太坊的Layer1处理 20 到 30 笔交易。作为对比，Visa 的处理能力超过 24,000 TPS。互操作性通过以下方式解决这些可扩展性挑战：

• 在多个链之间分散交易处理
• 减少单个网络的拥塞
• 降低交易成本

为了说明互操作性如何实现可扩展性，Polygon，一个以太坊的第二层扩展解决方案，使用基于 STARK 的 zk-rollup Miden 支持 1,000 到 2,000 TPS，并有可能达到 20,000 TPS。这允许开发者将计算和交易外包给更可扩展和经济的区块链，优化性能并降低成本。

用户体验

糟糕的用户体验是大众采纳的一个重大障碍，迫使用户：

• 管理多个钱包以适应各个区块链生态系统，处理多种应用和备份短语。

• 在网络间维护不同账户，这使得高效管理其数字资产变得困难。

• 学习各种区块链界面和术语，这让新人的学习变得复杂，限制了使用和更广泛的采纳。

最终，组织和用户需要高效、可扩展和用户友好的解决方案——这些要求只能通过区块链互操作性来满足。

因此，这里是实现这一目标的关键组件。

区块链互操作性的核心组件

跨链协议

跨链协议是区块链互操作性的基础，建立了不同网络之间通信的标准化规则。流行的跨链协议包括：

• Chainlink的 CCIP（跨链互操作性协议），它利用 Chainlink 的去中心化预言机网络 (DON) 支持多个区块链网络之间的安全消息传递和代币转账，从而减少信任风险。澳新银行（ANZ） 使用 CCIP 实现几十澳元稳定币的跨链转移，使客户能够在多条网络上购买代币化资产。

CCIP 高级架构（来源：Chainlink DevHub）

• Wormhole 实现了 30 多个区块链网络（包括以太坊和 Solana）之间无缝通信和资产转移。例如，领先的流动性质押提供商 Lido 使用 Wormhole NTT 代币基础设施，利用 Wormhole 和 Axelar 互换器构建桥接，以将代币发往 BNB 链。

Wormhole 架构（来源：Wormhole Docs）

• Cosmos 的 IBC（跨链通信）标准化了独立区块链之间的通信方式。它支持代币转账和一般数据交换，并允许链在连接到更广泛的 Cosmos 生态系统的同时保持独立性。例如，Osmosis 去中心化交易所 (DEX) 使用 IBC 促进区块链之间的交易，而 Picasso 将其扩展至以太坊、Solana 和 Polkadot。

IBC 的高层工作原理（来源：Cosmos）

• Axelar 的 通用消息传递 (GMP) 协议允许区块链开发者在任何连接的链上调用任何功能，增强整个区块链生态系统的互操作性和可组合性。跨链流动性路由器 Squid 使用 GMP 执行最佳的跨链交换。

Axelar GMP 图示（来源：Axelar’s blog）

侧链

侧链 提供了一种可扩展的区块链互操作性方法，通过与主区块链并行运作。它们可以：

• 独立处理交易，使用不同的共识机制和自定义验证规则，使其适用于专门用例。（例：Polygon Portal）

• 减少主链拥堵，通过将计算密集型过程移动到辅助网络来进行并行交易处理。（例：Arbitrum）

• 使用双向锚定系统实现区块链之间的高效资产转移，其中资产在主链上被锁定，并在侧链上进行等价代表。（例：RSK）

• 通过继承安全属性和使用共享验证方法来维护父链连接。（例：Optimism）

区块链桥

区块链 桥 连接不同的网络，实现资产从源区块链转移到接收区块链。不同类型的桥分别满足不同需求：

• 可信桥由中心化中介管理，更高效、更快，且更容易实施。但是，它们成本较高，并通过拥有单点故障牺牲了去中心化和安全性。（例：Binance Bridge）

• 无信任桥去中心化并使用智能合约和加密证明来保证安全性，允许任何人操作桥，但通常比可信桥要慢和昂贵。（例：Portal）

原子交换

原子交换使两方能够在跨区块链间直接交换加密货币，而无需中介。原子交换使用各种加密保证来确保公平性：

• 智能合约强制执行使用哈希时间锁定合约 (HTLC) 的交易条件，该合约锁定资金，直到特定时间或助记词泄露，确保交易要么完全完成，要么取消。

• 时间锁安全性设置时间限制，如果交易未完成，自动归还资产，防止资产无限期被锁定。

原子交换使用加密证明来验证跨链交易，并确保双方完成交易的各自部分，从而消除欺骗的可能性。

例如，Komodo 的 AtomicDEX 是一个非托管钱包，通过原子交换支持数字资产的点对点交易，无需中介。

接下来，我们将探讨具体的区块链解决方案，看看各种项目如何结合和实施这些组件，以创建全面的互操作性平台。

流行的区块链互操作性解决方案

虽然许多项目旨在解决区块链互操作性挑战，但四个主要平台已在该领域崭露头角：

Chainlink

Chainlink 通过 预言机 将区块链与外部系统连接。这些服务使智能合约能够访问现实世界数据及其他区块链。以下是 Chainlink 如何支持互操作性的：

• 去中心化预言机网络 (DON) 通过使用多个独立节点和来源提供可靠且无法篡改的数据，以消除单点故障风险。这确保了区块链应用程序的安全性和准确性。

• 支持跨链消息传递：CCIP 协议为安全的跨链消息传递提供标准化的数据格式，实现网络之间的代币转账和信息交流。

• 混合智能合约解决方案：Chainlink 增强了去中心化应用（dApps）的功能。它通过其去中心化预言机网络 (DONs) 结合链上和链下计算（通过 Functions）和数据（通过 Data Feeds）。这使智能合约能够访问外部数据并执行链上无法高效完成的复杂计算。

Wormhole

Wormhole 提供了可扩展和安全的跨链应用和桥接的基础设施，通过：

• 跨链消息传递：Wormhole 能够在支持的区块链之间转换数据和资产，包括以太坊、Solana 和 Binance 智能链，允许开发者构建多链应用。

• 守护网络：一个由独立节点运营商或守护者组成的网络，验证并转发链之间的消息，确保安全高效的互操作性。

• 原生代币转账 (NTT)：Wormhole 的框架通过在源链上安全锁定代币并在目标链上铸造等值代币，方便实现无缝的跨链代币转账。这种方法保留代币的固有特性，并支持与智能合约的自定义交互。

Cosmos

Cosmos 被称为“区块链互联网”，其主要关注区块链主权（独立性）和通过标准化实现互操作性。以下是其支持互操作性的特性：

• 跨链通信协议 (IBC)：IBC 促进不同区块链之间安全和无信任的数据交换。这实现了无缝的跨链交易和通信。

• 中心辐射架构：Cosmos Hub作为各种独立区块链（称为 Zone）之间的中心连接器，使它们能够高效互操作。

• Cosmos SDK：这个标准化的开发框架通过设计优化了与 IBC 兼容的自定义区块链的创建。这从项目开始就促进了互操作性。

Axelar

Axelar 为 Web3 应用提供安全的跨链通信。其主要特性包括：

• 通用消息传递 (GMP): Axelar 的 GMP 不仅仅是桥接资产，还能实现区块链之间的通信和交互。这解锁了跨链交换、NFT 抵押、普遍流动性和跨链资产创建等高级功能。

• 跨链代币服务 (ITS)：Axelar 的 ITS 自动化了在多个区块链上部署和管理代币，使得扩展代币和接触更广泛受众变得容易。

• 安全性：Axelar 使用 权益证明 (PoS) 共识机制以及优越的拓扑和应用层政策确保跨链交易的安全和高效验证。

然而，尽管这些项目开展了开创性工作，但仍然存在未解决的问题。

区块链互操作性挑战

区块链互操作性将仍然是一个理念乌托邦，除非我们解决以下挑战：

• 安全性: 截至撰写本文，2016年以来，通过桥的攻击的总价值高达 $2.87 亿，几乎占到所有区块链攻击的三分之一。

• 技术复杂性：不同的编程语言、各种共识机制和多样化的区块链架构在很大程度上限制了互操作性。

解决这些挑战对于实现广泛的吸引力和实际效用至关重要。

区块链互操作性在实践中的应用

区块链互操作性的真正价值在于在各个行业的实际应用。

金融服务

• 跨链借贷：跨区块链的多抵押借贷，例如 Aave 的跨链市场，让用户可以通过将比特币等资产用于以太坊基础的稳定币贷款。

• 多链交易系统：THORChain 的 DEX 支持跨链的本地资产交换，而跨链订单簿和 自动化做市商 (AMMs) 则增强了流动性管理和交易执行。

• 统一的流动性池：Curve 的跨链池优化了网络之间的资本效率，同时跨链收益农业和流动性聚合提高了资本的利用和定价。

• 去中心化交易所 (DEX)：像 1inch 这样的平台聚合流动性，提供最佳价格、跨链限价单以及跨生态系统的深度市场以实现有效的价格发现。

企业解决方案

• 供应链管理：跨网络跟踪，如沃尔玛使用 Hyperledger，提高了透明度和实时可见性，为全球贸易的转型奠定基础。

• 跨组织协作：IBM 的区块链平台允许安全的共享数据空间，实现多链治理和控制信息共享。

• 资产跟踪：VeChain的多链追踪与物联网结合，确保复杂供应链的资产实时验证、透明和合规。

数字资产管理

• NFT转移：跨链 NFT 桥和像 NFT.com 这样的平台促进 NFT 在网络之间的移动和访问，突显了通用标准的必要性。

• 代币交换：Chainlink 的 CCIP 和跨链代币包装简化了跨链资产管理，保持多网络之间的实用性。

• 资产可携性和身份：跨链抵押和身份解决方案如 Privado.iD，可以实现高效的资产利用和无缝的身份验证。

潜力巨大，所以问题是：你如何开始构建？

开始区块链互操作性的建设

寻求构建跨链应用的 Web3 开发者可以利用 Cyfrin Updraft 进行结构化学习和实施。

• 学习基础知识：通过 学习 Solidity、了解 共识机制（PoW、PoS、BFT）和区块链互操作性协议，建立坚实基础。研究跨链桥、消息传播和状态验证等内容。

• 选择合适的工具：学习和使用可靠的工具包，如用于以太坊开发的 Foundry。选择具有强大安全性、可扩展性和明确文档的协议，以确保强健的跨链应用。

• 构建安全的解决方案：实施多签名方案、时间锁定以及桥接的最佳安全实践。发展对 智能合约审计、单元和集成测试、模糊测试、静态分析 的技能，并设置实时监测以发现安全事件。

• 记录和保持更新：保持详尽的文档，包括技术规范和用户指南。关注区块链互操作性标准和安全实践的演变，保持 了解最新动态。

结论

互操作性是推进区块链技术、改善可扩展性和提升用户体验的关键。随着标准的发展，更复杂的跨链应用将推动各个领域的创新。未来令人激动，你可以通过你的技能和知识来塑造它。

开始今天的学习!

• 原文链接： cyfrin.io/blog/blockchai...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～