基于区块链平行世界的可信跨链平台衔梯网络介绍

从互联网发展历程来看，互联网技术经历了Web1.0、Web2.0，现在正在快速迈进以区块链、云计算、人工智能、大数据为核心的Web3.0 时代，驱动新时期的商业社会形态、组织形态和治理关系变革。随着5G技术和万物万联时代的提前来临，金融、供应链、游戏、存储、溯源、内容等各行各业加速行业“链改”，新一轮科技革命和产业变革席卷全球。

但是，Web3.0演进进程和区块网进化中，也存在诸多问题亟待解决：

• 存在着中心化、共享不充分、交易拥堵、交易费用昂贵等问题。

• 链与链之间缺乏互操作性，存在互通不畅问题。项目与项目之间无法进行价值沟通，孤岛问题仍然存在。

• 已有跨链技术关注资产转移而缺乏完善跨链基础设施，不利于异构架构整合。

• 链改开发难度高，部署极其复杂，现有区块链架构无法满足未来 5G 环境下多样复杂的应用场景需求。

为解决这些问题，衔梯网络 Ladder Network 应运而生。衔梯网络 Ladder Network 是致力于成为“Web3.0 时代”的跨链领域基石网络，旨在建成区块链世界万链互通的领航者。衔梯网络 Ladder Network 通过引入门限签名的见证人机制确保交易验证的有效性，首创跨链投资模式，促进了跨链资产的畅通流动，引入预言机打通了链与现实世界的壁垒。

衔梯网络 Ladder Network 构建了分布式、去中心化、最安全及最大规模 POS 跨链网络，验证节点可达上千个，候选验证节点可达万级。利用跨链优势和万级以上的节点优势，衔梯网络 Ladder Network重点部署的领域有：数据共享、安全及隐私保护、去中心化交易所和Web3.0 电商等。通过与 ABMatrix 的战略合作，预计未来三年直接带来千万级的物联网用户流量。

衔梯网络 Ladder Network 可作为区块链第一层协议，可对接成千上万的第二层区块链协议，通过跨链技术构建覆盖更多范围内的企业多方协作的价值网络。衔梯网络 Ladder Network 瞄准千亿级规模的“万企上链”和“万链互通”市场，BAAS 区块链服务平台建成后，将全面支持金融、供应链、游戏、去中心存储等领域的敏捷发币，实现企业链改，满足 5G 时代高吞吐、低延迟、高并发、低功耗复杂应用场景需求，重塑行业的信用基石和商业形态。

项目愿景

衔梯网络 Ladder Network 致力于打造全球最分布式、最安全和最大规模 POS 跨链网络，构建区块链平行世界的可信跨链平台，搭建链与链之间的信任桥梁，打破一链一孤岛的局面，实现链与链之间的自由流通、资产互操作、价值互通。

衔梯网络 Ladder Network 通过可操作性、可配置化的模块设计，提供敏捷发币功能，助力企业完成业务链改，实现业务价值增值，最终为“万企上链”和“万链互通”提供最安全、最可靠、可插拔的区块链基础服务，为全球区块链世界革命贡献力量。

设计目标

为了实现上述愿景，衔梯网络 Ladder Network 技术需求主要来自于跨链技术和区块链支撑服务两个方面。其设计目标：

· 实现互操作性（Realize interopera）

互操作性是跨链的最基础需求。造成互操作性不好的原因，主要是各个项目的底层协议不统一，异构性导致链与链之间成为孤岛。衔梯网络 Ladder Network 将提供标准的通信机制、网络协议、资产通讯、服务语义，促成不同平行链互操作性的达成。

· 屏蔽异构性（Hiding heterogeneity of system）

参照 TCP/IP 协议分层思想，在衔梯网络 Ladder Network 架构设计上建立逻辑分层，将处理功能相同的模块建立层级，层与层之间通过服务语言通讯，跨层级不能直接通讯，从而屏蔽异构性，屏蔽共识算法、治理架构、区块结构等差异。

·可信隔离（Trusted isolation）

清晰制定链内最小安全设施可信计算模块，建立安全边界（security perimeter），划分可信与不可信的边界。明确统一安全接口，使用引用监控器（reference monitor），保证安全最大化，访问路径可确认、可验证，达到安全、可信。

·共性凝练和复用（Common Condensation and Reuse）

相同领域的区块链服务之间许多基础功能和结构是有相似性的，每次开发系统都从零开始绝对不是一种好的方法，也是对质量和效率的很大的伤害。因此，衔梯网络 Ladder Network 应按照不同的应用场景领域划分不同的模块处理，建成复用性高的区块链服务平台，达到区块链服务面向用户，服务参数化管理，功能支持可配置的目标。

生态协同

衔梯网络 Ladder Network 是基于 Substrate 开发框架协议开发。目前 Polkadot 项目也使用 Substrate 框架。Substrate 是类似于Express 或其他 Web 应用程序的框架，主要用于构建分布式或去中心化系统的框架，例如加密货币项目或消息总线系统。衔梯网络 LadderNetwork 使用 Substrate 的目的，一是能使项目继承 Substrate 的功能、安全性和可扩展性优势。二是能将团队的主要精力集中在跨链平台和区块链商业服务的研发上。正如大多数 WEB 应用程序不需要重新实现自己的 HTTP 协议一样，使用了 Substrate 后，每一个团队创建新链时，不需要从头开始一步步实现网络和共识等代码。

衔梯网络 Ladder Network 使用 Substrate，结合了三种技术：La_WebAssembly、La_Libp2p 和 La_GRANDPA 共识协议，通过快速构建新的区块链的库，应用区块链客户端的关键框架，能够同步到任何基于 Substrate 技术开发的链。通过使用 Substrate，衔梯网络Ladder Network 将直接继承以下优势：

· 实现区块链共识算法、最终确定性和区块投票逻辑。

· 具有能够进行节点发现、数据同步和复制等功能的 P2P 网络库。

· 通过高效、确定、沙箱化的 WebAssembly 运行机制，可以用来运行智能契约，甚至运行其他基于 Substrate 开发的项目。

· 能够在浏览器中无缝运行一个节点，该节点可以与任何桌面或云节点通信。

· 跨平台的数据库/文件存储抽象。

· 无缝的客户端更新。快速安全的部署本地版本的代码，无需担心出现硬分叉和其他共识问题。

技术架构

衔梯网络 Ladder Network 提供了异构链间资产转移通道的基础设施，是一个通过跨链协议实现与不同区块链网络互联互通、完整记录跨链交易、维护链内交易明细的分布式系统。

边缘链是指搭载了衔梯网络协议的链，例如以太坊、比特币、EOS、溯源链等等。主链是衔梯网络 Ladder Network 核心链，它可以独立运行，也可以充当桥链。

衔梯网络 Ladder Network 主链提供注册模块。名称在主链注册模块上进行登记，经规则 Rule-Audit 即可正式加入衔梯网络 Ladder Network 成为合法的边缘链，共享衔梯网络 Ladder Network 的跨链服务。

每个边缘链都对应一个 64 位的地址空间，为了避免开发者、用户使用人员识别繁杂难记的地址，衔梯网络 Ladder Network 提供链名服务 CNS（Chain Name Serives）。CNS 负责将地址空间与项目名进行双向映射，比如 BTC 边缘链在网络中的名称为 Ladder_BTC。

区块链系统之间相对独立，信息在单个区块链系统内流转是可信的，而在链之间流动需要通过桥接中断方式加以证明，所以边缘链中的消息通过主链存储和校验后，再由主链转发到目标边缘链上，从而确保链与链之间信息的可信流通。

跨链运行简单的流程：用户在边缘链 A 发起的到 B 链的转账操作，用户 A 首先通过 CNS 获得 B 链的项目名，再通过 Request－Resposey方式查询是否有冲突，如没有冲突，即由证明用户从边缘链获取转账证明，并提交转账信息到主链上，主链对信息校验后发送到边缘链 B上，至此完成一个信息跨链操作。

未来，衔梯网络 Ladder Network 还将提供 BAAS 模块，为企业、创业者上链提供一键发币功能，BAAS 模块提供了参数化、配置化的区块链服务，根据业务领域开发金融 SDK、供应链 SDK、游戏 SDK、存储 SDK 等构件接口，企业将能以零编程方式接入 BAAS，共享主链服务，为企业链改币改提供商业生态。

1.共识

衔梯网络 Ladder Network 使用 POS 为基础的 BABE + Grandpa 共识算法，在出块人选择上，BABE + Grandpa 则是基于 VRF 算法随机选择出块人，这保证了公平性。

在衔梯网络 Ladder Network 上有三类节点：权威节点，预言机证明节点，普通验证节点。权威节点是抵押大量保证金的节点，保证金越多，出块的权益越大，如果不出块，或者作假，其保证金将被扣除。预言机证明节点是抵押了一定保证金的节点，通过随机算法选出一组节点，它们从边缘链上获取数据并签名后发送到主链，获取汇率。如果发送了虚假交易或者不发送交易，衔梯网络 Ladder Network 会扣除保证金，并剥夺其跨链交易证明节点的名额。只有掌控了足够权益才能成为普通验证节点，它对前两类节点行为进行验证，发送作假行为。

2. 跨链原子交易

为保证交易的原子性，我们设计如下协议：

用户在边缘链 A 上发起一笔跨链交易，主链自动监听 A 链的交易事件并记录（因为采用多签见证人方式，交易记录存在冗余，后续会介绍如何处理改进问题）。 主链对 A 链上的事件进行校验，并转发到边缘链 B 上，因为在 B 链上释放需要足够的资金，这时就存在有两种情况，资金充足能达到释放标准，那么这笔交易成功，并记录到主链上；资金不够无法释放，这笔交易失败，主链将把用户在 A 链上发起的交易资产返回给用户，即发起一笔回退交易。

在整个交易流程中，用户资产会在边缘链上锁定一段时间。如果交易失败，会在边缘链上返还资产；交易成功，则把这部分资产放入资金池，用于释放从其他链发起的交易。

每秒交易量（TPS）

TPS = Sb / St / tb

Sb 是块的大小，主链块大小为 4M。

St 表示交易的大小，通常交易为 250 字节。

tb 表示出块时间，默认 3 秒。

交易延时

为保证交易的安全性，所有交易需要在衔梯网络 Ladder Network上记录，其时间为 Ta（可视为出块时间），边缘链的出块时间分别为 T1 和 T2，防止双花的块确认数 D。

一次成功的跨链交易，至少需要有四笔交易，两条边缘链上各一笔交易，主链上两笔交易，分别为请求和确认交易 ，那么我们可以给出如下公式：L = Ta * 2 + T1 * D + T2 * D

失败处理

跨链抵押在衔梯网络 Ladder Network 上验证失败或在 B 链上释放失败的时候，都会对 A 链的资产进行回溯，实现原子操作，避免 A 链资产的丢失。

首先是在衔梯网络 Ladder Network 上的多签验证阶段失败，衔梯网络 Ladder Network 会直接返回验证失败，如果验证节点在一段时间内收不到资产抵押验证成功的回复信息，就会将该笔交易记录为删除，同时把资产返回给 A 链。

多签验证的存储结构：

交易 《=》 ［签名，是否发送］

交易 《=》 是否验证通过

衔梯网络 Ladder Network 上接受验证节点监听获取的跨链抵押交易，当签名数量达到一定的数量的时候就会确认该笔抵押请求并存储该交易。失败就会直接删除该交易存储，同时通过参数进行配置修改，防止因网络延迟导致的重复交易干扰。

原子操作对都验证失败的时候资产返回流程

3. 银行模块

通常跨链是通过资产映射方式，例如中心化交易所，用户需要三步操作才能转换资产。我们的目的是简化资产转移所需步骤，仅通过一次包含目标链以਀账户地址的操作，就能实现资产转移。

考虑到资产总量对转换实时性的影响，我们引入银行模块来解决流动性问题，在边缘链上该模块通过合约管理用户的投资资产，并且在一定时间后能在主链上获取收益。

在链上用户可以随时取出资产，我们不会做任何锁定。投资人可在边缘链上操作，将资产的投资给跨链提供流动性，作为回报获得主链上的投资收益，因此该投资操作近似银行存款。同时该操作设计多个不同的链和不同分工的节点，以以太坊为例，其主要流程和分布图如下：

衔梯网络 Ladder Network 抵押操作节点分工以及流程

银行模块系统流程可以分解成 5 个部分，以下流程以太坊为例，以太坊上操作产生一个抵押的交易 T，Ladder Network 上的相关验证节点监听到这个信息后，完成签名并转发上链进行验证。

过程 1 欲抵押者发送一笔交易，每个验证节点监听包含链上账户，抵押金额的交易

Txn n=1，2，3，4，5，……

过程 2 验证节点捕获并对每个交易进行签名

Tsn = sign（Txn） n=1，2，3，4，5，……

过程 3 封装同时将数据上传至衔梯网络 Ladder Network 上

∑Tx（Tsn，data） n=1，2，3，4，5，……

过程 4 衔梯网络 Ladder Network 的各个节点参与验证签名有效性，以及数据有效性（通过多签判断数据是否是被不合谋的验证节点分别上传的）该验证过程是由签名的模块提供保证。

Check（∑Txn） n=1，2，3，4，5，……

过程 5 验证通过就将数据保存至链上，完成抵押过程

Prase_update（T，data）

4. 汇率模块

为了实现不同资产快速兑换，这就涉਀资产定价。但区块链是一个确定性的、封闭的系统环境，目前只能获得链内的资产数据，区块链与现实世界是割裂的，不能获取到链外真实世界的数据。

为解决这个问题，我们在链上部署预言机合约。主链的汇率模块以轮换方式周期性的将各资产价格推送至预言机合约，预言机合约通过链下的 API 接口获得外部数据。技术实现的流程是，外部数据发送数据给链上预言机合约，预言机合约把数据传送给汇率模块。

汇率模块

汇率模块的验证节点通过多签的方式实时获取外部加密资产的实时汇率，且该信息经加密签名处理，不可篡改。通过实时汇率，A 链和 B 链完成跨链资产转换，这类似于中心化的交易所。其过程如下：

步骤 1 判断当前账户是否是预言机节点的关联账户 id

Is_validator（id）

步骤 2 如果是的话，就调用外部 API 获取实时交易所各种加密货币汇率

Tx = http_get（url）

步骤 3 将汇率签名后发送至多签验证模块

Txsn = ∑Sign（Txn） n = 1，2，3，4，5，……

步骤 4 多签验证通过，则记录该汇率

Check_save（Txsn） n = 1，2，3，4，5，……

5. 风险控制模块

在上述跨链协议中，有一个问题需要重点考虑，即是流动性不足引发的交易回退问题。如果该系统流动性较好，有足够的投资人和用户，理论上不会发生交易回退。但我们的系统将考虑一切可能发生的情况，包括初始、极端等边界情况，如在系统早期资金支持极少，用户体验不佳；另一方面，在边缘链上的投资人对资产存入与赎回操作都会影响流动性，因此引入风险控制模块来处理此问题。

AI 风险控制模块的作用：

· 通过利率保证边缘链上资金充足。

· 确保跨链交易的成功，减少无用操作。

· 保证系统的流动性。

AI 风险控制模块的影响：

· 控制银行模块利率变化

· 控制跨链交易的浮动费用。

· 控制边缘链资产价格稳定。

通过监控主链上的交易以及边缘链上的资金余额，我们可以推算出某笔交易未来能否成功，从而减少交易回退现象，进而减轻系统压力。

允许最大跨链交易金额 Vmax 计算公式如下：入资金均值：

Vi = ∑（Vt / St） / n / L， n = 1，2，3，4，5，…… n 《 100

出资金均值：

Vo = ∑（Vt / St） / n / L， n = 1，2，3，4，5，…… n 《 100

Vmax = R - Vi + Vo

T ：单笔交易

L ：交易延迟时间，单位秒

Vt ：T 交易发送的值

St ：T 交易从发送到当前时刻的间隔，单位秒

R ：当前边缘链上的余额

6. Plasma arbitration 协议

Plasma 最初设计目的是，为以太坊扩容问题，以链链结合的方式减轻主链的负担。 Plasma 的特色是提供了一个资产退回基本保证，即你始终都可以将你的资产和资金退回到主链上。

对于如何保证资产退回的问题，Plasma 包含了欺䇾证明机制，即用户提交资产冻结证据到主链，任何人都可以提交一份“欺䇾证明”，质疑资产退回。 但是，资产退回本来就有风险，其中一个问题就是子链的用户同时向主链提交资产退回请求，会导致主链没有足够的容量来处理质疑期内的交易，还是有可能丢失资金。

我们把用户博弈部分放在性能高的衔梯网络上，再引入委会机制保证仲裁的公证性，这样避免主链因性能问题导致资金丢失。如下结构：

衔梯网络 Ladder Network Plasma 结构

使用流程如下：

第一步：供应商在衔梯网络上注册并开通映射通道。

第二步：用户在主链上映射资产，衔梯网络记录操作。

第三步：衔梯网络在子链上释放资产。

第四步：用户在子链上发起资金退回申请，衔梯网络仲裁。

第五步：衔梯网络在主链上释放资产。