区块链DLT互操作性问题的探讨

在过去的十年中，我们见证了分布式账本技术的重大创新。同样令人印象深刻的是，在将这些技术应用于各种各样的问题方面也出现了一系列创新，从为健全的货币和自我主权认同奠定基础，到简化跨公司业务流程和使世界资产具有象征意义都有体现。然而，该技术促使了协议的异构性和网络的专门化。这正在推动新数据和价值竖井的出现，并阻碍了对分散化互联网的未来愿景。

解决这个问题需要不同网络之间的无缝互操作，这在分布式账本的背景下提出了新的和有趣的挑战。这主要是由于需要保持分散在单一网络边界之外的特性。虽然人们对互操作性的主题非常感兴趣，但是在正在处理的问题上取得了广泛的进展，并形成了一个令人信服的框架，通过这个框架可以描述和推理。这篇文章试图在一定程度上解决这一差距，这是一系列旨在：

· 定义和描述DLT互操作性问题，以便更好地对主题进行推理

· 讨论支持此类网络的信任和依赖的基本概念及其对互操作性的影响

· 批判性地评估互操作性的各种模式和机制

· 讨论了一种新的互操作性协议的设计，包括安全保证

本文首先探讨了在DLT网络中互操作性的含义，并概述了为了实现跨网络的无缝互操作需要解决的各种挑战。

互操作性是什么？

术语“互操作性”在许多文章中使用得相当松散，而且常常没有给出一个相同的定义。一些人称之为“互操作性”，另一些人称之为“集成”、“互连”或“兼容性”。

互操作性的主要目标是选择的自由。互操作性使用户能够选择他们认为适合于给定问题的系统的实现，而不受系统与其他实现（可能是跨不同版本的）通信能力的限制。互操作性一词隐含的含义是开放标准，它区别于“互连”或“集成”。开放标准可以是由正式的标准组织（如ANSI、IETF、ITU或ISO）批准的法律标准，也可以是由社区、行业和市场提出和采用的事实上的标准。开放标准支持并鼓励实现者构建能够协同工作的系统。

互操作性的第二个目标是可伸缩性。为标准设计的系统使用户能够轻松地组合更大、更复杂的系统，以及构建与其他方拥有和管理的系统相协调的系统。基于标准的可组合性会导致网络效应。互操作性的另一个重要好处是改善了市场竞争。尽管专有系统会导致厂商锁定并在少数厂商中占据市场主导地位，但开放标准使基于可用性、性能、价格等不同功能和特性的更广泛竞争成为可能。

有许多互操作性协议的例子，它们在技术的采用和规模方面发挥了关键作用。也许最主要的例子是TCP/IP，它使得互联网能够扩展到全球数十亿个设备。另一个例子是CORBA（公共对象请求代理体系结构），它支持分布式企业系统的对象，使用不同的语言和运行时开发，使用通用orb间协议（GIOP）通信和编排复杂的业务流程。

什么是DLT互操作性？

不出所料，互操作性在DLT上下文中有不同的解释。越来越普遍的用法是指不同DLT网络之间的数据或值的交互和交换。

已建立的信息系统互操作性模型将互操作性关注点划分为多个层次，包括技术、语法和语义，如图1所示。前两个主要处理系统之间通信的物流，而语义级别封装了特定于系统互操作属性的关注点。语义层之上的层涉及领域或用例特定的关注点。在这个层次上，互操作处理行业标准数据模型（如SWIFT 20022）、业务流程和策略。后者与DLT互操作的技术关注点是正交的。

DLT互操作要求交互网络跨技术、语法和语义层互操作。然而，技术和语法层次上的需求本质上与传统系统中相同。分布式账本协议（如共识视图、终结模型、资产与数据）的独特特性给语义层的DLT互操作性带来了挑战。因此，语义级别的DLT互操作性是本文的主要关注点。具体来说，在语义层面，一个DLT互操作性协议将为确保声音相互依存的分类帐提供力学网络提供的构建块：（i）密码证明的有效性在一个网络向另一个状态，（2）保存数据和价值网络的性质（3） 保持跨网络依赖关系的完整性。

图1：协议栈的图示，该协议栈使基于不同DLT协议的账本能够使用一种公共语言进行互操作。

因此，我们将DLT互操作性定义为：

在保证有效性和可验证性的情况下，为了传输或交换数据或价值，不同的逻辑分类账之间的语义依赖。

不同的逻辑帐

下图通过支持交互系统的异构性的概念视图说明了DLT互操作性的范围。它跨越网络和协议边界的智能合约的交互，甚至到非DLT系统，导致状态之间的依赖关系，从而导致分类账。

图2 DLT互操作范围的概念视图

一般来说，分类账是相关交易的逻辑分组，可以表示单个网络（如比特币）、网络中的名称空间（如Ethereum、Corda、Hyperledger Fabric）或企业中的数据库的完整状态。不同的账本技术具有不同的性质，对账本的互操作有着重要的影响。处理这些分类账之间的互操作性将需要处理构成这些分类账基础的技术差异，策略、治理和标识等非技术方面。例如，基于不同DLT协议的两个分类账可能具有不同的状态模型（UTXO、帐户模型、DAG）和终结模型（即时和概率终结）。同样，运行相同协议的不同网络可能具有不同的信任保证、身份集和治理模型。

图3：来自DLT网络之间的异构性的互操作性考虑

确保了有效性和可验证性

集中式vs分散式：集中式分类账体系结构与分散式分类账体系结构之间的一个关键区别是，在前者中，单个实体是对状态信息的权威，因此是信任的中心。然而，在分布式账本网络的情况下，对国家的权力在于一个集体和他们用来确保其完整性的协议。因此，与集中式系统的互操作不同，在DLT互操作中，当一个网络从另一个网络消耗状态时，它需要根据网络中各方的共享共识视图来建立状态的准确性，如图4所示。

图4：集中式与分散式系统的信任轨迹

证明与验证：

在分散式网络中建立状态的准确性并非易事。在大多数情况下，状态使用者可能无法观察到网络本身的完整分类账。这可能是因为它处理的是一个封闭的许可网络，也可能是因为让消费者拥有与之交互的每个网络的完整分类账副本并不实际。在缺乏建立地面真实能力的情况下，消费者需要根据源网络获得一个独立的可验证的关于状态有效性的加密证明。

这种证明的构建依赖于这样一种理解，即所有分布式账本都基于共同的基本原则。分类账包含一系列状态变化，这些变化以密码方式与起源状态相关联，序列中的每个状态都通过一个一致模型得到了进一步的增强。证据的构成因一致模型而异。例如，被许可的网络的运行假设网络中已知各方的子集是国家过渡当局的，因此证明可以依赖于这些各方的一组证明。然而，在大多数公共网络中，国家过渡当局是匿名的，协议建立了一定的真相（例如中本共识）。这些证明结构将理想地表现出健全、完整、隐私保护和简洁等特性。证明是DLT互操作的关键部分，因此将成为后续博客的主题。

一个标准的互操作性协议将提供一种机制，以消息的形式来通信这种证明。这些消息向底层DLT协议引入了一定程度的间接性，可以使用继电器或传统消息传递中间件进行传输。接收网络上的合约可以使用消息并验证其完整性，而无需直接访问源分类账。实际上，消费网络还需要考虑其他因素，如国家货币和对源网络的信任。

总结

有许多因素将继续推动DLT网络的扩散，例如：技术要求的差异、隐私和保密需求（基于隐私的货币、企业DLT网络）、治理上的分歧（以太经典、比特币现金）和不一致的法规。因此，可以有把握地假设，收敛到一个满足所有用例的单一协议是不可能的。在不同网络之间缺乏无缝的互操作的情况下，我们将继续看到越来越多的价值和数据筒仓，这些筒仓阻碍了向分散化互联网迈进。虽然我们开始看到协议关注于解决这个问题，但是目前正在探索的方法中存在权衡和限制，在为DLT互操作定义开放标准方法方面还有很多工作要做。在下一篇博客中，我们将详细分析不同社区目前提出的各种协议和平台，包括Polkadot、Cosmos、Sidechains、Cardano和以太坊的Plasma。