[论文解读] A Survey on Blockchain Interoperability: Past, Present, and Future Trends

Rafael Belchior, André Vasconcelos+2 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2020

Blockchain Technology Applications and Security被引用 5

一句话总结

本文对区块链互操作性进行了全面综述，分析了从404个来源中收集的102篇关键文献，将解决方案分类为公共连接器（Public Connectors）、区块链的区块链（Blockchain of Blockchains）和混合连接器（Hybrid Connectors）。研究识别出技术互操作性和语义互操作性为关键挑战，并提出了未来研究方向，包括标准化、跨区块链编程以及在公共与许可制账本之间安全迁移。

ABSTRACT

Blockchain interoperability is emerging as one of the crucial features of blockchain technology, but the knowledge necessary for achieving it is fragmented. This fact makes it challenging for academics and the industry to seamlessly achieve interoperability among blockchains. Given the novelty and potential of this new domain, we conduct a literature review on blockchain interoperability, by collecting 262 papers, and 70 grey literature documents, constituting a corpus of 332 documents. From those 332 documents, we systematically analyzed and discussed 80 documents, including both peer-reviewed papers and grey literature. Our review classifies studies in three categories: Cryptocurrency-directed interoperability approaches, Blockchain Engines, and Blockchain Connectors. Each category is further divided into sub-categories based on defined criteria. We discuss not only studies within each category and subcategory but also across categories, providing a holistic overview of blockchain interoperability, paving the way for systematic research in this domain. Our findings show that blockchain interoperability has a much broader spectrum than cryptocurrencies. The present survey leverages an interesting approach: we systematically contacted the authors of grey literature papers and industry solutions to obtain an updated view of their work. Finally, this paper discusses supporting technologies, standards, use cases, open challenges, and provides several future research directions.

研究动机与目标

• 为解决区块链互操作性领域知识碎片化的问题，该问题阻碍了异构区块链之间的无缝集成。
• 系统性地分析和分类现有的区块链互操作性解决方案，以支持学术界与工业界的研究。
• 识别跨链通信、安全性与标准化方面的关键挑战及未来研究方向。
• 探讨新兴技术（如去中心化身份标识、可验证凭证以及区块链无关协议）在实现互操作性中的作用。
• 提供一个超越加密货币的全面框架，以理解互操作性，涵盖公共管理、访问控制与企业系统等应用场景。

提出的方法

• 对284篇同行评审论文和120篇灰色文献进行了系统性文献综述，筛选出102篇进行深入分析。
• 根据技术与语义标准，将互操作性解决方案划分为三大类：公共连接器、区块链的区块链和混合连接器，并进一步细分。
• 应用区块链互操作性框架对67种现有解决方案进行映射与分析，实现对设计模式与机制的结构化比较。
• 探索去中心化身份标识（DIDs）、可验证凭证以及跨区块链编程语言等支持技术，评估其在实现互操作性中的作用。
• 评估跨链交易（CC-Txs）的可行性与安全性，包括去中心化应用中对原子性与一致性保证的要求。
• 识别出开放性挑战，如中继节点的信任问题、在公共与许可制区块链之间迁移的问题，以及对标准化编程模型的需求。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何基于现有解决方案与设计模式，对区块链互操作性进行系统性分类与归类？
• RQ2 在实现跨链通信与交易原子性方面，存在哪些关键技术与语义挑战？
• RQ3 在信任模型、可扩展性与用例覆盖范围方面，不同互操作性方法（公共连接器、区块链的区块链、混合连接器）之间如何比较？
• RQ4 新兴标准与技术（如DIDs、可验证凭证）在推动区块链互操作性方面发挥何种作用？
• RQ5 在实现安全、可扩展且标准化的跨链集成方面，最具前景的未来研究方向是什么？

主要发现

• 区块链互操作性相关研究论文数量从2015年的2篇增长至2020年的207篇，表明学术界与工业界兴趣迅速上升。
• 混合连接器是解决方案中多样性最高且适应性最强的类别，适用于广泛的用例，包括跨链去中心化应用。
• 由于能够支持可定制的互操作性区块链，区块链的区块链预计将在中短期被广泛采用。
• 公共连接器（如侧链与HLTCs）在产业中仍受欢迎，但已不再是唯一焦点，因为新型混合模型在信任度与灵活性方面更具优势。
• 跨链交易（CC-Txs）需要更强的原子性与一致性保证，尤其是在去中心化应用中，凸显了这一关键开放挑战。
• 集成DIDs与可验证凭证等标准对于实现语义互操作性并为区块链生态系统提供长期适应性至关重要。