侧链：跨区块链解决方案

比特币、以太坊网络速度一直让区块链参与者非常担忧，记得今年年初，购买了比特币矿机托管给矿场每十天打币一次，结果因为比特币网络拥堵，几百位机主愣是等了好几天才收到自己的币。最近，Fcoin搞了充值排名上币的活动，结果把以太坊网络又搞的很堵，从imtoken转以太矿工费竟然要0.003，一般转币只要0.001就够了。比特币、以太坊是区块链最大的价值承载，而他们的基础设施好像是2车道的高速公路，经常因为车流量大而发生堵车。

为了更多数据、应用运行在区块链上，专业人士上提出了很多解决方案，一是开发高性能的公链，比如EOS、ADA等，就像是造了更宽的高速公路，能够容纳更多的车辆；二是开发侧链、分片等技术，比如RSK、Casper等，有点像给高速公路旁边造了专属小道，某些车辆只需要在这些道路上跑，不用再跑到2车道的高速上来了。

侧链是什么

侧链协议本质上是一种跨区块链解决方案。通过这种解决方案，可以实现数字资产从第一个区块链到第二个区块链的转移，又可以在稍后的时间点从第二个区块链安全返回到第一个区块链。其中第一个区块链通常被称为主区块链或者主链，每二个区块链则被称为侧链。

最初，主链通常指的是比特币区块链，而现在主链可以是任何区块链。侧链协议是一种允许数字资产在主链与侧链之间进行转移的方式，为开发区块链技术的新型应用提供了更多可能性。

侧链的由来 

上面也提到了，比特币网络单位时间能够容纳的数据量非常有限，一旦使用人数增多，就面临排长队的可能。

2012年，首次出现了关于侧链概念的相关讨论。当时比特币的核心开发团队正在考虑如何可以安全的升级比特币协议，以增加新的功能，但是直接在比特币区块链上进行功能添加比较危险，因为如果新功能在实践中发生软件故障，则会对现有的比特币网络造成严重影响。

另外，由于比特币的网络结构特性，如果进行较大规模的改动，还需要获得多数比特币矿工的支持。这时，比特币核心开发者便提出了侧链方案。侧链技术允许开发人员将新功能附加在其他的区块链，但是这些区块链仍然附着在现有比特币区块链上。这些区块链中新功能可以充分利用现有比特币的网络特性，而不会对现有的比特币网络造成危害。

2014年，已经出现了许多具有新功能的区块链，并产生了各种竞争币。这时，比特币的核心开发团队担心这些竞争币的产生会稀释比特币的价值。他们认为，应该把比特币作为一种储备货币，并将新功能添加到侧链上。这样如果用户想使用其他的新的区块链功能，就不需要购买其他代币。为了将侧链由概念转化成现实，比特币核心开发者共同发起成立了Blockstream公司，并在同年十月，发布了白皮书《Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains》，首次明确提出了侧链的概念及其协议实现方案。

通过侧链，可以在主链的基础上，进行交易隐私保护技术、智能合约等新功能的添加，这样可以让用户访问大量的新型服务，并且对现有主链的工作并不造成影响。另外，侧链也提供了一种更安全的协议升级方式，当侧链发生灾难性的问题时，主链依然安然无恙。

功能实现举例

以比特币及其侧链为例，侧链的核心原理在于能够冻结一条链上（主链）的资产，然后在另一条链上产生，可以通过多种方式来实现， Blockstream 提出的基于简单支付验证（Simplified Payment Verification，SPV）证明的方法。

SPV（Simplified Payment Verification，简单支付认证） 证明在比特币系统中验证交易时，涉及到交易合法性检查、双重花费检查、脚本检查等。由于验证过程需要完整的 UTXO（Unspent Transaction Output， 表示未花费的输出） 记录，通常要由运行着完整功能节点的矿工来完成。

而很多时候，用户只关心与自己相关的那些交易，比如当用户收到其他人号称发来的比特币时，只希望能够知道交易是否合法、是否已在区块链中存在了足够的时间（即获得足够的确认），而不需要自己成为完整节点做出完整验证。

中本聪设计的简单支付验证（SPV）可以实现这一点。SPV 能够以较小的代价判断某个支付交易是否已经被验证过（存在于区块链中），以及得到了多少算力保护（定位包含该交易的区块在区块链中的位置）。

侧链协议中，用 SPV 来证明一个交易确实已经在区块链中发生过，称为 SPV 证明（SPV Proof）。一个 SPV 证明包括两部分内容：一组区块头的列表，表示工作量证明；一个特定输出（output）确实存在于某个区块中的密码学证明。

双向挂钩

侧链协议的设计难点在于如何让资产在主链和侧链之间安全流转。简而言之，接受资产的链必须确保发送资产的链上的币被可靠锁定。

侧链双向挂钩的过程

具体，协议采用双向挂钩机制实现比特币向侧链转移和返回。主链和侧链需要对对方的特定交易做 SPV 验证。完整过程如下：

1）比特币在在主链锁定。当用户要向侧链转移比特币时，首先在主链创建交易，待转移的比特币被发往一个特殊的输出，即被锁定。

2）等待一段确认期。使得上述交易获得足够的工作量确认。

3）用户在侧链创建交易提取比特币。需要在这笔交易的输入指明上述主链被锁定的输出，并提供足够的 SPV 证明。

4）等待一段竞争期，防止双重花费攻击。

比特币在侧链上自由流通。当用户想让比特币返回主链时，采取类似的反向操作。