什么是雙向錨定

雙向錨定（2WP）允許比特幣從比特幣區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)移到第二層區(qū)塊鏈，并且反之亦然?！稗D(zhuǎn)移”其實(shí)是一個錯覺：比特幣是不能被轉(zhuǎn)移的，但可以暫時性地將比特幣在比特幣區(qū)塊鏈上鎖定，同時等量的等價代幣在第二層區(qū)塊鏈上被釋放。當(dāng)?shù)攘康葍r的代幣在第二層區(qū)塊鏈上被鎖定時，則比特幣區(qū)塊鏈上的原始比特幣就可以被釋放。這就是雙向錨定的本質(zhì)。這一本質(zhì)存在一個問題，理論上第二層區(qū)塊鏈已經(jīng)清算完畢，但如何保證實(shí)際執(zhí)行是一個問題。因此，任何雙向錨定系統(tǒng)必須做的承諾都基于假設(shè)雙向錨定的參與者是誠實(shí)的。最重要的一個假設(shè)是，第一層區(qū)塊鏈?zhǔn)强箤彶榈模⑶掖蠖鄶?shù)比特幣礦工是誠實(shí)的。另外一個假設(shè)是主要的保管鎖定的比特幣的第三方也是誠實(shí)的。如果這些假設(shè)不成立，那么比特幣和等量等價的第二層區(qū)塊鏈代幣可能被同時釋放，這就導(dǎo)致了惡意的雙花。任何一個雙向錨定系統(tǒng)必須選出一個實(shí)施方案，以保證參與的各方承諾的誠實(shí)性是在經(jīng)濟(jì)上和法律上有根據(jù)。這涉及到那些由關(guān)鍵性參與方發(fā)起的攻擊的成本分析，和攻擊因果關(guān)系分析。雙向錨定方案的安全性取決于其激勵體制是否能夠強(qiáng)化系統(tǒng)中關(guān)鍵性的參與方對系統(tǒng)做出的承諾。

什么不是雙向錨定

質(zhì)押托管合同（BEC）是比特股上創(chuàng)建的一種方法，這種方法可以讓比特幣（或法定貨幣）在一個智能支付平臺上創(chuàng)建和平臺本身不同的代幣（如 bts）進(jìn)行交易。這種方法也適應(yīng)于其他平臺。這種方法可以在平臺上鎖定發(fā)行者的當(dāng)?shù)刎泿呕虮忍貛艁戆l(fā)行債券，一般來說鎖定的貨幣或比特幣價值要超過他們創(chuàng)建的債券價值，或等值，然后他們就可以創(chuàng)建債券白條在平臺上銷售。平臺監(jiān)控比特幣的實(shí)時價格可以實(shí)現(xiàn)發(fā)行的債券總量的動態(tài)調(diào)整。顯然，這種方法不是雙向錨定，因?yàn)檫@種方法創(chuàng)建了新的“比特幣”，并且沒有等量的比特幣在比特幣區(qū)塊鏈上被鎖定。質(zhì)押托管合同（BEC）的安全性通常是弱于雙向錨定（2WP）的，因?yàn)橛脩舯仨毿湃螞]有對應(yīng)利益關(guān)系的記賬方，他們可能沒有獲得高額的獎勵，但用戶卻必須信任他們是誠實(shí)的。并且，因?yàn)楸镜卮鷰攀袌鰞r格的波動性，讓持有債券的參與方幾乎只有很少甚至沒有經(jīng)濟(jì)利益。

任何雙向錨定系統(tǒng)只是一個投票系統(tǒng)

當(dāng)?shù)诙訁^(qū)塊鏈最終沒有清算，我們可以將任何雙向錨定系統(tǒng)簡化，并且看出雙向錨定系統(tǒng)就相當(dāng)于有一組保管人投票來決定鎖定比特幣和發(fā)送已經(jīng)鎖定的比特幣。投票可以以數(shù)字簽名、哈希算力（工作量證明 PoW）、存儲空間（存儲空間證明 Proof of space），或者加密數(shù)字貨幣權(quán)益（股權(quán)證明 POS），或者其他任何已有區(qū)塊鏈的共識系統(tǒng)。我們可以調(diào)整每一個參與方的投票權(quán)，調(diào)整可投票的參與方數(shù)量，調(diào)整某個參與方在某種情況下是否被允許投票，可以設(shè)定多個允許投票條件，等等，但我們無法改變這個系統(tǒng)的投票本身。

雙向錨定設(shè)計

我們目前已經(jīng)有的最常見的雙向錨定設(shè)計是：側(cè)鏈，驅(qū)動鏈和多重簽名監(jiān)管和混合設(shè)計。為了簡化說明，我們將從比特幣區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)移到第二層區(qū)塊鏈的代幣稱為第二層鏈代幣（secoins）

單一保管人

雙向錨定的一種可實(shí)現(xiàn)形式是建立一個交易所擔(dān)保托管鎖定比特幣和執(zhí)行監(jiān)管解鎖等量第二層鏈代幣。在第二層區(qū)塊鏈代幣沒有被鎖定前需要鎖定比特幣，可以由交易所手動執(zhí)行，也可以通過軟件協(xié)議來執(zhí)行操作。這個操作過程可用下圖來描述：

多重簽名聯(lián)邦

雙向錨定的一個更好的實(shí)現(xiàn)方式是建立由一組公證人控制的多重簽名，其中大部分公證人被批準(zhǔn)執(zhí)行資金解鎖。這種設(shè)置方式要比由單個組織來控制資金更合理，但控制權(quán)依然有可能中心化。為了實(shí)現(xiàn)真正的去中心化，需要仔細(xì)選擇公證人，讓他們分布在不同的司法管轄范圍，不同的地理位置，并且每一個人都要擁有良好的聲譽(yù)和足夠好的保密性。他們不能太少，也不能太多。這個操作過程可用下圖來描述：

側(cè)鏈

為了不讓更多第三方參與雙向錨定，每個區(qū)塊鏈可以通過協(xié)議來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制執(zhí)行的共識。一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)性能能夠理解其它區(qū)塊鏈的共識系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在獲得其它區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供的鎖定交易證明之后，自動釋放比特幣?？梢杂孟聢D來描述：

然而，當(dāng)使用比特幣的側(cè)鏈時存在幾個問題：

· 大多數(shù)公共區(qū)塊鏈沒有最終結(jié)算方案。如果第二層區(qū)塊鏈也沒有最終結(jié)算方案，那么比特幣區(qū)塊鏈就不能確認(rèn)第二層區(qū)塊鏈的交易是否被第二層區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)所接受。（例如：鎖定第二層鏈代幣（secoins））它所能得到的只是一個概率保證：越多的工作量證明被用來驗(yàn)證一個交易，就意味著它越有可能已經(jīng)被接受。

· 即使第二層區(qū)塊鏈有最終結(jié)算方案，如果沒有區(qū)塊鏈糾纏（見下一節(jié)）那么第二層區(qū)塊鏈將遇到與比特幣區(qū)塊鏈相同的問題。如果存在糾纏，那么第二層區(qū)塊鏈的出塊率不能高于比特幣的出塊率。

· 比特幣的側(cè)鏈需要一個軟分叉或者硬分叉來添加新的復(fù)雜操作碼。Blockstream 的方案現(xiàn)在是不完整的，沒有解決簡單支付驗(yàn)證（SPV）證明的工作量證明（POW）的驗(yàn)證問題。

區(qū)塊鏈糾纏

解決雙向錨定缺乏最終交易確認(rèn)問題的一種方式是區(qū)塊鏈糾纏，例如在第一層區(qū)塊鏈中鎖定交易的被撤消，就等同于第二層區(qū)塊鏈中解鎖交易的撤消。有幾種區(qū)塊鏈糾纏的方式：

1. 第二層區(qū)塊鏈的交易被嵌入到第一層區(qū)塊鏈的交易中（例如嵌入到OP_RETURN 支付載荷中，像合約幣（Counterparty））

2. 第二層區(qū)塊鏈的區(qū)塊有兩個父塊，一個在第二層區(qū)塊鏈，一個在第一層區(qū)塊鏈。第二層區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證第一層區(qū)塊鏈里的父塊是否是在比特幣的最長鏈。

3. 第二層區(qū)塊鏈的區(qū)塊被錨定在被監(jiān)管的第一層區(qū)塊鏈的加密交易中。

前兩種方式允許第二層區(qū)塊鏈驗(yàn)證簡單支付驗(yàn)證（SPV）證明，而不需要證明者提供確認(rèn)區(qū)塊頭部信息（header），因?yàn)榈诙訁^(qū)塊鏈客戶端也保存了一份比特幣區(qū)塊鏈的副本（第一種方式中的整個區(qū)塊鏈，第二種方式是只保存區(qū)塊頭部信息）。而第三種方式并不可行。

下圖顯示了側(cè)鏈將比特幣轉(zhuǎn)移到第二層區(qū)塊鏈中而無需額外確認(rèn)（以比特幣盡可能快的速度）：

區(qū)塊鏈糾纏有以下幾個缺點(diǎn)：

· 它阻止了第二層區(qū)塊鏈以比比特幣更高的速率創(chuàng)建區(qū)塊，因?yàn)樵阱^定前，區(qū)塊鏈分支的接受情況存在不確定性。有可能出現(xiàn)描定的是一條短鏈，而不是錨定在最長鏈嗎？

· 在比特幣交易中嵌入了第二層區(qū)塊鏈的交易時，第二層區(qū)塊鏈的所有用戶都需要處理兩個鏈的交易。

· 區(qū)塊鏈糾纏解決了最終結(jié)算方案的某方面問題，但沒有解決第一層區(qū)塊鏈中被鎖定的比特幣的監(jiān)管問題。

驅(qū)動鏈

驅(qū)動鏈將被鎖定比特幣的監(jiān)管權(quán)交給比特幣礦工，并且允許比特幣礦工們投票決定何時解鎖比特幣和將解鎖的比特幣發(fā)送到哪里。礦工使用比特幣區(qū)塊鏈投票，使用區(qū)塊里的某些字段來實(shí)現(xiàn)投票（例如 coinbase 字段）。越多的誠實(shí)礦工參與進(jìn)來投票，則安全性就越高。下圖是對驅(qū)動鏈的描述：

混合型

迄今為止所提出的所有設(shè)計都是對稱的：用于解鎖第二層鏈代幣的方法與解鎖比特幣的方法是相同的。但第一層區(qū)塊鏈和第二層區(qū)塊鏈有本質(zhì)的不同：第一

9層區(qū)塊鏈主要是在發(fā)行貨幣，而第二層鏈則不發(fā)行貨幣。這在安全性方面存在巨大的隱患，它表明了對稱的雙向錨定模型可能是不夠完善的?；旌想p向錨定是對兩邊使用了不同的解鎖方法，例如在第二層區(qū)塊鏈上使用側(cè)鏈而在第一層區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上使用驅(qū)動鏈。

根鏈（RSK）案例

根鏈（RSK）是很特別的。根鏈基于這樣一種基本的設(shè)計選擇：必須與比特幣聯(lián)

合挖礦。因此，我們必須分析出最佳設(shè)計。我們要考慮到：

? 哪一方控制著被鎖定的比特幣

? 攻擊的成本是什么

? 攻擊的后果是什么

? 參與的激勵機(jī)制是什么

我們發(fā)現(xiàn)，如果幾乎全體的比特幣礦工都加入到聯(lián)合挖礦中，當(dāng)監(jiān)管者是比特幣礦工時，參與各方可以被激發(fā)出最高的誠實(shí)性，但只有當(dāng)幾乎所有礦工都參與其中。在聯(lián)合挖礦的情況下，驅(qū)動鏈和側(cè)鏈都完全依靠比特幣礦工的誠實(shí)，兩者的安全性是相同的。然而，側(cè)鏈在比特幣一側(cè)實(shí)現(xiàn)起來要復(fù)雜得多，所以在比特幣這一側(cè)，根鏈的最佳選擇是使用驅(qū)動鏈。而在根鏈這一層，我們使用側(cè)鏈的方式來實(shí)現(xiàn)。所以從這一點(diǎn)來說，根鏈?zhǔn)遣捎没旌闲驮O(shè)計方案，可以被稱為驅(qū)動鏈/側(cè)鏈。

當(dāng)?shù)V工參與聯(lián)合挖礦的程度比較低時，“驅(qū)動鏈/側(cè)鏈”的安全性是很低的。因此，我們建議采用這樣一種混合模型，其中被鎖定比特幣的安全性是基于驅(qū)動鏈外加一組公證人。礦工和公證人（擁有不同的權(quán)重）共同投票決定解鎖哪些比特幣。公證人使用數(shù)字簽名進(jìn)行投票，而礦工則在他們的 coinbase 交易中寫入一個特殊的標(biāo)記進(jìn)行投票。這是中心化和安全性之間的一種權(quán)衡。最終的根鏈雙向錨定設(shè)計可以被稱為“驅(qū)動鏈 +公證人/側(cè)鏈”。我們會基于比特幣全體礦工參與到聯(lián)合挖礦的程度來動態(tài)調(diào)整投票權(quán)重。在初期，只有公證人才有投票權(quán)，使用傳統(tǒng)的多重簽名交易。在中期，當(dāng)驅(qū)動鏈功能被加載到比特幣時，公證人和礦工將一起參與投票。從長遠(yuǎn)來看，當(dāng) 90%以上的礦工參與了聯(lián)合挖礦時，公證人的投票權(quán)將被刪除，屆時只有礦工才有投票權(quán)。這個演變的過程可以用來圖來描述：

在本質(zhì)上，我們建議將鎖定的比特幣的安全性建立在礦工和一組公證人身上，但是這兩者之間的投票權(quán)重會因全體礦參與聯(lián)合挖礦的程度而動態(tài)調(diào)整。

在之后文章中，我們將展示驅(qū)動鏈+公證人的設(shè)計是如何在比特幣上實(shí)現(xiàn)的，只需要在比特幣上植入一個單一的操作碼 OP_CHECK_VOTES_MULTISIG_VERIFY 。這個操作碼很容易理解，編程實(shí)現(xiàn)也很簡單，并且可以以軟分叉的方式在比特幣網(wǎng)絡(luò)上部署。