鏈上鍊下協同技術涉及的技術很廣，目前市場上的平台只實現了鏈上鍊下協同的部分功能，例如鍊上獲取鏈外數據的預言機、鏈下文件存儲的可信存儲、以及鏈下計算等。國外對這些技術有一些研究，主要應用在數字貨幣領域。前言
鏈上鍊下協同技術涉及的技術很廣，目前市場上的平台只實現了鏈上鍊下協同的部分功能，例如鍊上獲取鏈外數據的預言機、鏈下文件存儲的可信存儲、以及鏈下計算等。國外對這些技術有一些研究，主要應用在數字貨幣領域。國內區塊鏈應用以聯盟鍊為主，鏈上智能合約獲取的數據主要來自於可信的業務系統產生的數據，另外國內大部分廠商提的鏈上鍊下協同技術目前主要指鏈上存數據哈希，鏈下存完整數據這種協同方式，鏈下鏈下協同技術目前並沒有形成完善的平台。
技術研究
預言機（Oracle）是鏈上獲取鏈外數據的核心機制。當區塊鏈上的某個智能合約有數據交互需求時，預言機在接收到需求後，幫助智能合約在鏈外收集外界數據，驗證後再將獲取的數據反饋回鏈上的智能合約。預言機提供一種無須信任的方式提供外在的信息，在智能合約和外在真實世界之間架一副橋樑，比如提供體育比賽的結果、天氣數據、資產價格等。
由於中心化的預言機會有信任中心化系統帶來風險，目前主流的預言機平台主要是去中心化預言機，例如Chainlink是以太坊上去中心化預言機平台，如下圖所示，通過鏈上智能合約和鏈下的數據節點，通過獎懲機制和聚合模型的方式，進行數據請求和饋送。
Chainlink實現智能合約與數據源和API的連接，可實現跨鍊和鏈下的交互和支付。 Chainlink採用分佈式數據源（Distributing Sources）、分佈式預言機（Distributing Oracles）、使用可信硬件（Use of Trusted Hardware）三種方案。目前預言機技術解決了鏈上獲取鏈下可信數據源的問題，但是功能比較單一，性能比較差，採用可信硬件的方式雖然能提升性能，但是依舊存在功能比較單一的問題。
圖片
可信存儲主要解決鏈上存儲容量有限、存儲代價高的問題，鏈下存儲可以有效的解決鏈上存儲的問題，但是會存在如何保證存儲的數據是可信的，沒有被篡改的問題。可信存儲將數據存儲在鏈下，同時提供可信的存儲證明，鏈上可驗證，保證了存儲的數據不能篡改，篡改可驗證，解決了鏈上存儲容量有限、存儲代價高的問題。
例如Filecoin項目是提供存儲服務的公鏈項目，用戶通過支付FIL來存儲和讀取文件，為了保證用戶存儲的文件不會被刪除、篡改，存儲服務需要提供文件的PoS存儲證明（Proof of Storage）。
存儲證明的流程如下圖所示，挑戰者向存儲數據的證明者發起一個隨機挑戰，挑戰是指挑戰者向證明者問的一個問題，一般是讓證明者提供一個指定數據的存儲證明，證明者針對該挑戰生成對應的證明，證明包括數據以及對應的隨機挑戰，挑戰者收到證明驗證結果，驗證正確則說明證明者的確存儲了該數據，否則沒有存儲。存儲證明未必需要發送原數據，也可以通過計算一個依賴原數據生成的結果來證明，可以降低傳輸數據量，缺點是計算複雜，需要消耗更多的CPU算力。
圖片
可信存儲有效的解決了鏈下數據存儲的可信問題，但是存儲證明算法要么需要傳輸數據提供證明，存在流量消耗比較大的問題，要么需要計算可驗證的結果，存在CPU消耗比較高的問題，如何尋找一個業務可以接受的平衡點是一個難題。
鏈下計算賦予區塊鏈更強的計算能力，鏈上計算由於共識機制的原因計算代價太高，通過鏈下計算並將可信的計算結果放到鏈上大大的提升了區塊鏈的智能合約能力。例如Chainlink 2.0提出了一種用於構建混合智能合約的新架構，其中去中心化預言機網絡DONs（Decentralized Oracle Networks）作為安全的鏈下計算層，狀態依賴區塊鏈來實現安全性，開發者可以選擇智能合約的一部分在鏈上或者鏈下執行，大幅緩解了以太坊上的壓力和操作成本。目前鏈下計算仍然主要聚焦在數字資產領域，對於原始數據有隱私性要求的，該鏈下計算並不能滿足要求，雖然有一些項目可以解決隱私交易的問題，但是使用場景仍然比較局限。近年來，隱私計算技術在國內悄然興起，主要包括安全多方計算技術、可信執行環境以及聯邦學習。
安全多方計算：基於密碼學算法實現多方之間數據的隱私計算，使用方只能獲得最終的計算結果而不能獲得該計算結果以外的任何其他信息。
可信執行環境：基於軟硬件結合的方式保護數據隱私，數據只能在可信執行環境內部解密，外部即使攻破操作系統也無法獲取該數據，從而在可信執行環境內部計算最終的結果並返回，外部無法獲得結果以外的其他數據，保證了數據的隱私安全。
聯邦學習：主要解決多個機構聯合訓練時中間參數交換的隱私問題。
但目前安全多方計算技術的應用還停留在case by case設計的階段，如何實現一個通用的安全多方計算框架，在數據隱私保護和計算效率之間進行平衡是個難題。可信執行環境目前主要是國外的廠商提供，有存在後門的風險，研究國內自主可控的可信執行環境是個工程難題。聯邦學習目前雖然有一些開源的框架，但是聯邦學習實際的應用目前並不廣泛，還有較長的市場培育期。
總結
總體來看，鏈上鍊下協同技術是實現區塊鏈大規模落地的重要研究方向之一，作為區塊鏈技術相關生態的技術研究，通過區塊鏈與預言機、可信存儲、鏈下計算等技術相結合，實現鏈上鍊下信息安全交互，當前未有全面完善的鏈上鍊下協同平台，亟待進一步研究與實現。
本期作者：
姚文豪趣鏈科技數據網格實驗室BitXMesh產品架構師
參考文獻：
[1] https://research.chain.link/whitepaper-v1-chinese.pdf
[2] https://ipfs.netlify.app/tutorial/whitepapera.html
[3] https://research.chain.link/whitepaper-v2.pdf
展開全文打開碳鏈價值APP 查看更多精彩資訊