连接不同区块链的跨链技术介绍

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如果说共识机制是区块链的灵魂核心,那么对于区块链特别是联盟链及私链来看,跨链技术就是实现价值网络的关键,它是把联盟链从分散单独的孤岛中拯救出来的良药,是区块链向外拓展和连接的桥梁。自比特币七年前诞生以来,数以百计的竞争币被开发出来,有着各种新的优势和特性,但比特币的霸主地位依然屹立不倒,而很多复制竞争币却湮灭在历史中。虽然比特币有不少缺点和限制,但比特币却又是最去中心化、最多分布节点、最公平区块链,从数字货币地位、节点数量、去中心的权威等方面比特币还是很有优势。同时,类似以太坊、比特股的区块链在技术和应用上后来居上,对比特币区块链产生相当大的威胁,而基于比特币的应用则因为开发难度大限制比较多,因此应用项目不多。为了在创新的同时,又保留比特币网络的去中心化保障,侧链技术由此推出。侧链是以锚定比特币为基础的新型区块链,它以融合的方式实现新的金融生态目标和进一步扩展了比特币网络的应用场景。另一方面,在加密数字货币的区块链公网百花齐放地发展的同时,基于交易性能、容量规模、隐私保护、合规监管的考虑,联盟链和私链技术被商业机构特别是金融机构广泛采用。相比起公链来看,现在联盟链的发展势头要耀眼得多,但我们需要警惕的是,不要让联盟链变成纯粹的中心化或多中心化,相比于传统的区块链设计技术,现在大部分的联盟链显然没有提供太多的可实现不可逆交易或降低中心化风险的方式,这些中心化式的信任会使联盟链区块链因网络审查和简单故障点的失误,导致整个网络处于风险之中。相比之下,在比特币等公网区块链的框架下,交易一旦完成传输确认无人能更改,无论法院执行令或一小部分参与者的冲动都无权冻结资金或征收罚款。对于联盟链,无论是主观的团体作恶或因不可抗的审查或多节点故障等风险,都让他们的用户们对此却无法彻底信任和放心。Elwin认为,联盟链和私链的方式从一定程度违背了区块链的去中心价值和信任体系,也让区块链里面的数字资产不能在不同的区块链间直接转移,主动或被动地导致了价值的孤岛,由此各种连接不同区块链的跨链技术也被人们开始关注和探索。目前关于区块链的跨链技术还是在研究和试行中,并没有被规模使用,Elwin尝试为大家介绍目前的一些相关技术的研究案例。侧链侧链是以锚定比特币为基础的新型区块链,就像美金锚定到金条一样。侧链是以融合的方式实现加密货币金融生态的目标,而不是像其它加密货币一样排斥现有的系统。利用侧链,我们可以轻松的建立各种智能化的金融合约,股票、期货、衍生品等等。你可以有成千上万个锚定到比特币上的侧链,特性和目的各不相同,所有这些侧链依赖于比特币主区块链保障的弹性和稀缺性。在这基础上,侧链技术进一步扩展了区块链技术的应用范围和创新空间,使传统区块链可以支持多种资产类型,以及小微支付、智能合约、安全处理机制、真实世界财产注册等,并可以增强区块链的隐私保护。比较著名的比特币侧链是ConsenSys的btc
Relay、Rootstock和BlockStream推出的元素链,非比特币的侧链如Lisk和国内的Asch。BTC
Relay是一种基于以太坊区块链的智能合约,将把以太坊网络与比特币网络以一种安全去中心化的方式连接起来。BTC
Relay通过使用以太坊的智能合约功能可以允许用户在以太坊区块链上验证比特币交易。BTC
Relay使用区块头创建一种小型版本的比特币区块链,以太坊DApp开发者可以从智能合约向BTC
Relay进行API调用来验证比特币网络活动。BTC
Relay进行了跨区块链通信的有意义的尝试,打开了不同区块链交流的通道。RootStock
是一个建立在比特币区块链上的智能合约分布式平台。它的目标是,将复杂的智能合约实施为一个侧链,为核心比特币网络增加价值和功能。RootStock实现了以太坊虚拟机的一个改进版本,它将作为比特币的一个侧链,使用了一种可转换为比特币的代币作为智能合约的“燃料”。元素链是Blockstream的开源侧链项目,使用了比特币双向挂钩技术,侧链协议的目的是实现双向锚定(Two-way
Peg),使得比特币可以在主链和侧链中互转。元素链给比特币快速带来许多创新技术,除了智能合约外,他还给比特币快速带来许多创新技术,包括私密交易、证据分离、相对锁定时间、新操作码、签名覆盖金额等等特性。这些技术可以被任意组合应用到任意侧链中。LISK是新一代的区块链平台,它把每个应用加到LISK的单独侧链上。用过比特币和以太坊的朋友都知道,由于比特币和以太坊只有一条主链,所有功能和数据都加入这条主链导致区块快速膨胀,超大的区块体积,超长的同步时间,这个一个很痛苦的经历。Lisk的侧链模式给在处理高交易量下如何解决网络拥堵的问题提供了一种方法,用户只有用到相关的应用时才需要下载对应的侧链,大大减小了无效的同步数据,保持了整个Lisk网络的高效运行,而且,Lisk网络的速度随着时间的推移会继续加快,越显示他的特别优势。M2公证通(Factom)利用区块链技术来革新商业社会和政府部门的数据管理和数据记录方式,核心是在区块链上建立不可更改的审计公证业务流程。Factom原来是通过比特币网络进行数据存证,后来通过M2功能,同时整合比特币和以太坊区块链,以使得确保数据时时刻刻都是安全和可信的。M2功能大概情况是,Factom将网络中所有数据整合成条目或者链。用户数据存储在条目中,而链与条目之间形成互动协作。每个链拥有条目区块,这些区块又以每十分钟的速度生成新的。十分钟的结尾所有链的全部新的条目区块会整合到一个目录区块中,然后嵌入比特币和以太坊区块链。如果10分钟之内某个链没有新的条目,该链就不会增加新的条目区块。Factom这样做的意义,可以使他们的数据存储不会仅仅依赖于比特币账本一个单一的区块链,是作为链接多个公链的有意义的探索。PolkadotPolkadot技术是由以太坊核心开发Ethcore(Parity科技)推出的第三代公开无需授权的区块链科技,它的设计核心理念为即时拓展性和延伸性,解决了当今两大阻止区块链技术传播和接受的难题。Polkadot计划将私有链/联盟链融入到公有链的共识网络中去,同时又能保有私有链/联盟链的隐私和许可的防护措施。它给予了我们一个全新的交易层,并有机会将数百个区块链互相连接。Polkadot的核心思想是区分交易方发起和执行交易的方式以及交易方统一记录的方式。Polkadot提供基础的中继链(relay-chain),很多可验证的、全球动态同步的数据架构都建立在这个基础上,这些数据架构为平行链或者侧链。区块链应用可以将以太坊分叉,按照各自需求调整,通过Polkadot与以太坊公有链连接,或者给不同的链设置不同的功能,实现更好的扩展性和效率。Polkadot目前还是以以太坊为主,实现其与私链的互连,并以其他公有链网络为升级目标,最终让以太坊直接与任何链进行通讯。四、Interledger在不同账本之间进行价值转移和交换,总会碰到各种问题。比如Elwin希望通过比特币作为媒介向海外同事Jam进行汇款,Elwin目前只有人民币,Jam只接受美金。这笔交易是首先Elwin把人民币换成比特币再把比特币换成美金給到Jam,但这里有个问题就是币价会不稳定,导致价值损耗。而Ripple、Stellar、Circle等正是解决这些难题的利器,这几个的核心思想方向基本一致:账本提供的第三方,就会向发送者保证,他们的资金,只有当账本收到证明,且收件人已经收到支付时,才会将资金转移给连接者。第三方也会保证连接者,一旦他们完成了协议的最后部分,他们就会收到发件人的资金。Interledger
Protocol,简称ILP,是由Ripple公司主导发起了互联账目协议,它将实现不同账本之间的连接从而创造账本之间的协作。Interledger协议适用于所有记账系统、能够包容所有记账系统的差异性,ILP推出的目标就是打造全球统一支付标准,创建统一的网络金融传输的协议。金融机构基本上都是在自己的网络之中运行着各自的记账系统,即使运用了区块链技术后,也是在运行自己的私链或内部圈子的联盟链,这个除了是应对监管合规性的原因外,更重要是保护他们的内部数据避免泄密。ILP的由来是由于Ripple原来推广业务的困难导致的,银行宁愿用Ripple的源代码来搭建他们自己的私链,也不愿意连接到Ripple上。既然建立一个每个人都支持的全球金融传输协议很困难,Ripple就开发一个协议,能将所有我们目前正在使用记账系统连接在一起。Interledger协议创建了一个这样的系统,在这个系统中,两个不同的记账系统可以通过第三方“连接器”或“验证器”机器来互相自由地传输货币。记账系统无需去信任“连接器”,因为该协议采用密码算法为这两个记账系统和连接器创建资金托管,当所有参与方对资金量达成共识时,便可相互交易。ILP移除了交易参与者所需的信任,连接器不会丢失或窃取资金,这意味着,这种交易无需得到法律合同的保护和过多的审核,大大降低了门槛。同时,只有参与其中的记账系统才可以跟踪交易,交易的详情可隐藏起来,“验证器”是通过加密算法来运行,因此不会直接看到交易的详情。理论上,interledger可以兼容任何在线记账系统,而银行现有的记账系统只需小小的改变就能使用该协议。Ripple让世界各地的银行可以无需中央对手方或代理银行就可直接交易,从而使得让世界上的不同货币(包括法定货币和虚拟货币)自由、近乎免费、零延时地进行汇兑;Circle则让用户可以在无需手续费的情况下,以发送消息的形式发起即时的国内或跨境转账、收付款。目前Ripple和Circle正受到资本市场的热捧,Elwin觉得其中的原因,与其说他们的崛起是由于跨境汇兑和P2P支付革新,还不如说他们是对价值交换的革新,它们将各种账本连接起来,实现在互联网上交换资金能像交换信息一样轻松。五、其他跨链的身份认证平台:科技巨头微软与初创企业Blockstack
Labs和ConsenSys达成合作,共同搭建开源身份认证平台,目的是整合比特币和以太坊区块链。他们用ConsenSys的uPort保证与以太坊区块链的互连,然后用Blockstack的OneName整合该平台与比特币区块链。这种跨链的解决方案能够扩展到未来所有的区块链,或者全新的分散化的分布式系统中。Bletchley:微软推出了区块链项目Bletchley,它是一个区块链生态系统所用的体系结构和解决方案,旨在打造“开放、模块化的区块链框架”,它是“用微软自己的架构方式创建区块链企业生态联盟”。Bletchley包括了区块链中间件和加密书签Cryptlets,其中,Bletchley区块链中间件将提供的核心功能有一个是区块链网关服务,它使用类似Interledger的服务为相互关联的分布式分类账提供相互通信的能力;而Cryptlets将支持互操作性,以及Azure及其他的公共/私有云、生态系统中间件及其他的客户技术的沟通。Bletchley将对多个区块链协议开放,支持多种协议,例如HyperLedger和Ethereum,无论使用哪个的底层区块链平台,都可顺利支持区块链中间件和Cryptlets的运行。以太坊联盟区块链网络:微软即将正式发布基于以太坊技术为核心的以太坊联盟区块链网络,企业用户将可以快速部署私有、半私有,或共同体区块链(consortium
blockchain)网络,也可以通过
Azure来部署公共的以太坊节点。微软希望该项目将会帮助整个行业联合起来共同打造更加复杂的联盟,以更好的利用不可变的共享账簿的网络效应,微软对于该服务的整体目标是帮助全球行业打造区块链联盟。Multichain:
MultiChain向后兼容比特币,因此用户能够把现存的比特币应用导入到
MultiChain。它不是支持像比特币内核的单一链,
MultiChain可被配置以同时支持同一网络的不同区块链。MultiChain能够支持很多第三方资产,能够使私有区块链和比特币区块链相互转换。龙链:龙链是将其混合公有/私有区块链的区块链平台,它与其他公共和私人区块链的有很强的互操作性。龙链区块链拥有共五个层次各种类型的节点,在任意一个层次的节点的验证处理中,可以选择与其他区块链进行连接和联系。比如第一层是商业节点,用于处理交易并且可以决定某笔交易是否被批准或者被拒绝,如果要提供更去中心化的实现,可以选择使用比特币网络或其他基于PoW共识机制的区块链去实现交易的共识处理。太一区块链:太一区块链支持跨链交易和多链交互。太一跨链交易有两种模式,
第一种模式是基于太一超导网络而设计的逻辑链之间的双向交易,这种模式是无第三方参与的一对一的跨链交易;第二种模式是基于太一区块链特有的逻辑链之间而发起的多重签名的智能合约来实现的无第三方参与的一对一的跨链交易。太一多链交互一方面包括行业内的价值转移链、信息记录链的交互,另一方面包括身份链、征信链、数据存证链、监管链等基础服务功能的区块链的交互,各种链互为关联,共同向用户提供可信安全、快捷高效的服务。结语区块链从技术上是去中心化数据库和分布式账本技术,从商业层面则是价值网络,在这个价值网络中,连接的有效节点越多和越分布,可能产生的价值叠加会越大。区块链是价值网络空间的核心基础设施,区块链应用不应该只局限于和止步于联盟链的应用,将价值圈在一个小范围中,我们需要跨链技术,对不同区块链进行连接和扩展,构建价值网络的高速公路。作者:高志豪(weibo.com/elwingao)

在区块链所面临的诸多问题中,区块链之间互通性极大程度的限制了区块链的应用空间。对于公有链还是私有链来说,跨链技术就是实现区块链价值的关键,是区块链向外拓展和连接的桥梁。

目前主流的跨链技术包括:

  • 公证人机制(Notary schemes)
  • 侧链/中继(Sidechains/relays)
  • 哈希锁定(Hash-locking)
  • 分布式私钥控制(Distributed private key control)

各种跨链技术对比:

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早期跨链技术包括以瑞波和BTC
Relay为代表,它们更多关注的是资产转移;现有跨链技术以Polkadot和Cosmos为代表更多关注的是跨链基础设施;新出现的FUSION实现了多币种智能合约,是一种很有应用价值的公有链,在其上可以产生丰富的的跨链金融应用。

1、公证技术:瑞波Interledger协议

早在2012年,瑞波实验室提出Interledger协议旨在连接不同账本并实现它们之间的协同。Interledger协议适用于所有记账系统、能够包容所有记账系统的差异性,该协议的目标是要打造全球统一支付标准,创建统一的网络金融传输的协议。

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Interledger协议使两个不同的记账系统可以通过第三方“连接器”或“验证器”互相自由地传输货币。记账系统无需信任“连接器”,因为该协议采用密码算法用连接器为这两个记账系统创建资金托管,当所有参与方对交易达成共识时,便可相互交易。该协议移除了交易参与者所需的信任,连接器不会丢失或窃取资金,这意味着,这种交易无需得到法律合同的保护和过多的审核,大大降低了门槛。同时,只有参与其中的记账系统才可以跟踪交易,交易的详情可隐藏起来,“验证器”是通过加密算法来运行,因此不会直接看到交易的详情。理论上,该协议可以兼容任何在线记账系统,而银行现有的记账系统只需小小的改变就能使用该协议,从而使银行之间可以无需代理银行就可直接交易。

2、侧链技术

侧链是以锚定某种原链上的代币为基础的新型区块链,正如美金锚定到黄金。侧链是连接各种链,其它区块链则可以独立存在。但是,现在侧链很难做到在其上建立跨链智能合约,所以很难实现各种金融功能,这正是现有区块链在股票、债券、衍生品等领域尚未取得进展的原因。

  • BTC
    Relay是在以太坊基金会支持之下诞生并成长起来的,它被认为是区块链上的第一个侧链。BTC
    Relay把以太坊网络与比特币网络通过使用以太坊的智能合约连接起来,可以使用户在以太坊上验证比特币交易。它通过以太坊智能合约创建一种小型版本的比特币区块链,但智能合约需要获取比特币网络数据,这还比较难实现去中心化。BTC
    Relay进行了跨区块链通信的有意义的尝试,打开了不同区块链交流的通道。

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  • RootStock
    是一个建立在比特币区块链上的智能合约分布式平台。它的目标是,将复杂的智能合约实施为一个侧链,为核心比特币网络增加价值和功能。RootStock实现了以太坊虚拟机的一个改进版本,它将作为比特币的一个侧链,使用了一种可转换为比特币的代币作为智能合约的“燃料”。

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  • 元素链,元素链是Blockstream的开源侧链项目,使用了比特币双向挂钩技术,侧链协议的目的是实现双向锚定(Two-way
    Peg),使得比特币可以在主链和侧链中互转。元素链给比特币快速带来许多创新技术,除了智能合约外,他还给比特币快速带来许多创新技术,包括私密交易、证据分离、相对锁定时间、新操作码、签名覆盖金额等等特性。这些技术可以被任意组合应用到任意侧链中。

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  • LISK,新一代的区块链平台,它把每个应用加到LISK的单独侧链上。用过比特币和以太坊的朋友都知道,由于比特币和以太坊只有一条主链,所有功能和数据都加入这条主链导致区块快速膨胀,超大的区块体积,超长的同步时间,这个一个很痛苦的经历。Lisk的侧链模式给在处理高交易量下如何解决网络拥堵的问题提供了一种方法,用户只有用到相关的应用时才需要下载对应的侧链,大大减小了无效的同步数据,保持了整个Lisk网络的高效运行,而且,Lisk网络的速度随着时间的推移会继续加快,越显示他的特别优势。

3、中继技术

  • PolkadotPolkadot是由原以太坊主要核心开发者推出的公有链。它旨在解决当今两大阻止区块链技术传播和接受的难题:即时拓展性和延伸性。Polkadot计划将私有链/联盟链融入到公有链的共识网络中,同时又能保有私有链/联盟链的原有的数据隐私和许可使用的特性,将多个区块链互相连接。在Polkadot看来,其它区块链都是平行链,Polkadot为通过中继链(relay-chain)技术能够将原有链上的代币转入类似多重签名控制的原链地址中,对其进行暂时锁定,在中继链上的交易结果将由这些签名人投票决定其是否生效。它还引入了钓鱼人角色对交易进行举报监督。通过Polkadot可以将比特币、以太币等都链接到Polkadot上,从而实现跨链通信。

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    Polkadot目前还是以以太坊为主,实现其与私链的互连,并以其他公有链网络为升级目标,最终让以太坊直接与任何链进行通讯。

  • COSMOS
    Cosmos是tendermint团队推出的一个支持跨链交互的异构网络。Cosmos采用的Tendermint共识算法,是一个类似实用拜占庭容错共识引擎,具有高性能、一致性等特点,而且在其严格的分叉责任制保证下,能够防止怀有恶意的参与者做出不当操作。
    Cosmos上的第一个空间叫做”Cosmos Hub”。Cosmos
    Hub中心是一种多资产权益证明加密货币网络,它通过简单的管理机制来实现网络的改动与更新,还可以通过连接其他空间来实现扩展。
    Cosmos网络的中心及各个空间可以通过区块链间通信协议进行沟通,这种协议是针对区块链网络的,类似UDP或TCP网络协议。代币可以安全快速地从一个空间传递到另一个空间,两者之间无需体现汇兑流动性。相反,空间内部所有代币的转移都会通过Cosmos
    中心,它会记录每个空间所持有的代币总量。这个中心会将每个空间与其他故障空间隔离开。因为每个人都可以将新空间连接到Cosmos中心,所以Cosmos也可以兼容未来新的区块链。{%
    qnimg 151741326911974.jpeg %}
    这一架构解决了当今区块链领域面临的许多问题,包括应用程序互操作性、可扩展性、以及无缝更新性。比如,从
    Bitcoind、Go-Ethereum、ZCash或其他区块链系统中衍生出来的空间,都可以接入Cosmos中心。这些空间允许Cosmos实现无限扩展,从而满足全球交易的需求。

4、哈希锁定技术:Lighting network

Lightning
network闪电网络提供了一个可扩展的bitcoin微支付通道网络,它极大提升了比特币网络链外的交易处理能力。交易双方若在区块链上预先设有支付通道,就可以多次、高频、双向地实现快速确认的微支付;双方若无直接的点对点支付通道,只要网络中存在一条连通双方的、由多个支付通道构成的支付路径,闪电网络也可以利用这条支付路径实现资金在双方之间的可靠转移。
闪电网络的关键技术是HTLC哈希锁定技术,基本原理如下:Alice和Bob可以达成这样一个协议:协议将锁定Alice的0.1
BTC,在时刻T到来之前(T以未来的某个区块链高度表述),如果Bob能够向Alice出示一个适当的R,使得R的哈希值等于事先约定的值H,Bob就能获得这0.1
BTC;如果直到时刻T过去Bob仍然未能提供一个正确的R,这0.1
BTC将自动解冻并归还Alice。

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闪电网络并不试图解决单次支付的问题,其假设是单次支付的金额足够小,即使一方违约另一方的损失也非常小,风险可以承受。因此使用时必须注意“微支付”这个前提。

5、分布式私钥控制技术WanChain

WanChain万维链也支持主流公有链间的跨链交易,但首先需要完成在万维链上的注册,确保万维链能够对该链进行唯一识别。对于跨链交易,万维链利用多方计算和门限密钥共享方案。当一种未注册资产由原有链转移到万维链上时,万维链节点会使用一个基于协议的内置资产模板,根据跨链交易信息部署新的智能合约创建新的资产。当一种已注册资产由原有链转移到万维链上时,万维链节点会为用户在已有合约中发放相应等值代币,确保了原有链资产在万维链上仍然可以相互交易流通。

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万维链通过分布式的方式完成不同区块链账本的连接及价值交换。它采用通用的跨链协议以及记录跨链交易、链内交易的分布式账本,公有链、私有链还是联盟链,均能接入万维链,实现不同区块链账本的连接及资产的跨账本转移。
但是,实现各种链映射到一条链上只是完成了第一步,如果上面的智能合约还是像现在的仅为交易触发,智能合约没办法实现分布式运算和多触发机制,那多币种智能合约能实现仍然是相当有限的功能。

  • FUSION,各种加密资产可以通过分布式私钥生成与控制技术被映射到FUSION公有链上。多种被映射的加密资产可以在其公有链上进行自由交互。实现和解除分布式控制权管理的操作称为:锁入和解锁。锁入是对所有通过密钥控制的数字资产实现分布式控制权管理和资产映射的过程。解锁是锁入的逆向操作,将数字资产的控制权交还给所有者。

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    由于各种资产映射到FUISON上,其原链上的功能丧失了,其主要属性是金融价值。所以FUSION要做的是价值互联网时代的金融,即加密金融。之所以叫加密金融是因为,各种加密金融的资产都是由私钥控制的。
    FUSION
    (fusion.org)协议支持各种代币之间的价值转移的同时,在并行运算和多触发机制方面进行了极大的革新,从而实现了高效率的、面向多币种和多种触发机制的增强型智能合约。
    FUSION通过多层共识机制和记账节点分组,实现了一定的并行计算。多层机制使合约计算与计算结果的记账分步完成,记账节点分组使不同的智能合约由不同的记账节点分组完成。
    FUSION想要做的加密金融合约还必须有多种触发机制才能完成完整的金融功能。针对这一问题,FUSION引入了“先知”的功能。虽然这一功能已经被多次提出,但一直没有很好的实现手段,这是由于智能合约每次加载相当浪费资源,也不现实。FUSION创造性的使用了“Calling
    list”机制将各种触发条件与智能合约分开储备,记账节点只要加载触发条件的列表即可,被触发时才加载智能合约,这使各种交易触发、时间触发和事件触发可以写到触发列表里。

价值互联网如何能够称为“网”,而不是一组平行线,就需要各种跨链技术。但跨链交易只是对跨链最粗浅的要求,多币种合约才是跨链的本质。另外,跨链使各种原链上的代币被转化为金融资产,而产生加密金融应用。但是要实现完事的金融功能,还需要对智能合约进行增强,并使用并行计算提高智能合约的效率,从而使加密金融能够完成完整的金融功能,这是跨链技术的未来方向。

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