本文是一篇计算机论文，笔者认为区块链的跨链通信技术是将来一段时间的研究重点与热门领域。区块链的跨链技术将能有效整合各链上的有效资源，进而为经济社会发展提供强大动力。跨链技术一方面能够最大限度地发挥区块链天然的“共享”本质；另一方面，区块链的安全去中心化的属性也能够为安全的跨链通信提供有效保障。
第一章绪论
第一节研究意义及背景
随着区块链技术的发展，大量的区块链平台被应用于各式各样的场景，各个区块链平台进行链间通信变得必不可少。与此同时，当前整个区块链系统网络错综复杂且大多相互异构､独立，在这种情况下跨链通信研究成为当前区块链方面的研究重点。由于各个区块链系统的相互独立性，当前各区块链系统之间的通信､价值转移仍较难实现，价值孤岛现象逐渐凸显。因此，在实现链际互联､跨链互操作以及价值转移上，区块链跨链技术的重要性与必要性不言而喻。然而，由于目前区块链平台的一些诸如扩展性､隐私保护与治理方面的问题限制了各行业对区块链的使用。2019年，W3C去中心化身份标识符工作组提出去中心化的身份标识[1]（Decentralized Identifiers，DIDs）的概念。用于实现可验证的去中心化身份，具有分布式､自主可控､跨链复用等特点。去中心化数字身份，用去中心化基础设施(Decentralized Public Key Infrastructure，DPKI)完全改变了传统场景下由应用厂商完全掌控数字身份的中心化模式。去中心化的数字身份标识与身份注册机构等传统的中心化模式的机构在逻辑与架构上完全解耦。因此，去中心化的数字身份标识可以完全被该标识的控制者以及所有者自主地完成对其的控制与管理，而无需任何第三方的许可。通过将数据所有权归还给用户，让用户独立自主地完成对其数字化身份的管理，将从根本上解决当前的隐私泄露问题。
第二节国内外研究现状
一、区块链跨链技术研究
当前跨链技术仍处于起步阶段，很多跨链的项目只有一个大概的技术思路。少部分项目正在以太坊或者其他的区块链测试网络中做局部性的实验，没有很明确的技术指标与功能特性。所以，当前对跨链技术的相关性能指标进行横向比较还是存在一定的难度。但是从目前的项目上来看，跨链技术可以按跨链作用范围分为系统间跨链技术与系统内部跨链技术[4]。
在2021年11月18日，“陆羽”的跨链协议在线上正式发布，同时《陆羽跨链协议白皮书》[5]正式发布，“陆羽”将共同探讨如何在不同类型的联盟链中实现互联互通，旨在为不同类型的区块链以及在区块链和应用之间的互联提供一种统一的语言，为跨链技术的发展提供一种新的思路。王洒洒[6]等人利用椭圆曲线密码学中的零知识证明技术，建立了一种适用于跨链系统的用户身份验证的新方法。该方法模型对跨链系统中的身份进行研究，用椭圆曲线算法和零知识证明理论为基础实现了跨链身份注册等问题。
第二章相关理论及技术研究
第一节区块链技术
一、区块链体系架构
2008年，区块链(Blockchain)由中本聪提出，区块链的本质是一个分布式的对等网络，分布式、不可篡改、可追溯、公开可验证是它的天然优势。区块链技术体系中主要包括：1）P2P(Peer to Peer)对等网络，保证区块链网络中的各个节点地位相等，不存在传统C/S模型中的中心化服务器；2）分布式存储，区块链网络中各个节点对数据进行备份，保证数据完整性；3）密码学，能够保证区块链上数据的安全性、可验证性、机密性；4）共识机制，是区块链网络的所有节点能够选举出记账节点，抵抗攻击的一致性规则或协议；5）智能合约，是部署在区块链上的一种自发执行的程序，当触发智能合约执行条件时，智能合约的执行不受人为因素干扰。
网络层主要面向于网络中各个节点之间如何连接，以何种方式实现数据传递，网络的拓扑结构以及数据如何验证管理等问题，在网络层，P2P节点能够共享当前的网络状态信息，此外，该层还包含了数字签名与验证的相关技术。共识层着眼于区块链中数据的一致性问题，由于区块链是一个分布式系统，系统中的各个节点如何保存相同的数据是一个关键问题，共识机制可以有效解决数据一致性问题，同时还能使区块链系统获得抵御某些攻击的能力，如抵御拜占庭攻击和女巫攻击。激励层可以让系统能够更加稳定地运行，一个好的激励机制可以为系统应在一个良好的运行环境。合约层提供了一些可编程功能，当区块链上的状态满足合约触发条件时，合约可以自动运行而不受人为因素干扰。应用层主要是一些基于区块链的应用方案，用于各种应用和行业。
第二节分布式数字身份
分布式数字身份（Decentralized Identifiers，DID）是一种新型的身份标识符，它采用分布式架构，由W3C提出。DID支持查询验证，在当前的环境中，分布式数字身份可以使用很多场景。
分布式身份标识符由申请者完全掌握，不受任何第三方机构限制，分布式身份标识符与身份注册机构､身份提供商以及权威中心等传统中心化机构解耦，并通过可验证凭证来定义与之关联的属性声明。
一个去中心化标识符由三部分组成：1、代表去中心化标识符的识别字符串：did；2、标识不同DID方案的识别符，一般该识别符会注册在W3C的DID方案识别符注册表中，DID Method指明了身份所在的域；3、该DID方案中实体的识别符。DID身份标识符对我们来说是毫无意义，因为我们不能从DID标识符得到任何关于被标识主体的信息。因此关于DID主体的更多信息只能通过解析该DID得到对应的DID文档（如图2.2所示），获得与此DID相关的可验证凭证。一个DID标识符关联到一个DID文档，DID文档包含了DID的公钥信息，以及获得可验证凭证的接口。DID文档中的context字段标注了版本号，id字段是DID文档对应的DID标识，authentication字段是与公钥、加密算法相关的内容。service字段提供获取可验证凭证的接口。
第三章基于分布式身份代理的身份认证方案..............................19
第一节本章概述....................................19
第二节基于IBC的身份认证方案......................................19
第三节基于IBC的认证方案的不足........................................21
第四章基于分布式身份代理的跨链通信..............................34
第一节本章概述.........................................34
第二节系统模型........................................34
第三节系统设计...............................................35
第五章总结展望............................48
第一节总结.........................................48
第二节展望.........................................49
第四章基于分布式身份代理的跨链通信
第一节本章概述
在上一个章节提出了基于DIP的身份认证方案，为安全高效的跨链通信打下良好的基础。在本章我们将上一章提出的基于DIP的身份认证方案嵌入分布式身份代理跨链通信方案之中，并对整个通信系统的架构，工作流程详细介绍。在分布式异构链跨链通信中，先组件身份代理层，代理层节点代表该节点所在的区块链网络，并存储该网络的数字身份，加密算法等。本文所提出的基于分布式身份代理的跨链通信协议，将多条异构链上的节点组织为一个身份代理层P2P网络，通过链上交易的方式将在不同的链间建立起可信的身份管理与消息验证机制，同时身份代理层上的各个节点管理其所在区块链的区块链身份证书。身份代理层是整个系统的核心，担负着身份验证、密钥协商等工作。在本文的系统中使用到分布式数字身份作为用户的身份标识，是由于相对于传统基于公钥基础设施的身份体系，它更能保证数据可信，保护用户身份的安全。
本章首先介绍系统的模型架构，然后详细阐述了系统的设计细节包括建立通信阶段与通信执行阶段，而通信又分为同一条链上的节点用户间的通信与异构链上节点用户的通信，本章将对他们分别进行阐述，最后通过实验仿真对系统的效率以及可行性进行验证。
第五章总结展望
第一节总结
区块链的跨链通信技术是将来一段时间的研究重点与热门领域。区块链的跨链技术将能有效整合各链上的有效资源，进而为经济社会发展提供强大动力。跨链技术一方面能够最大限度地发挥区块链天然的“共享”本质；另一方面，区块链的安全去中心化的属性也能够为安全的跨链通信提供有效保障。本文提出一种基于分布式身份的跨链通信模型，该模型将数字身份应用于跨链通信场景，以身份代理层的形式融入跨链通信技术模型，能够有效促进跨链信息流动，提升区块链的可扩展性，在一定程度上增加整个系统的管理灵活性。并使用区块链天然的优良特性保证跨链价值转移的合法性，一定程度上解决当前数据跨链流动难的问题，为打破“价值孤岛”贡献自己的力量，因此，本模型具有较好的应用价值。在基于分布式身份代理的跨链通信方面，本文主要做了以下工作：
1､提出了基于分布式数字身份的身份认证方案。在跨链通信上，通信双方的身份认证是一个关键过程，本文基于传统的身份认证方案进行改进，设计基于分布式数字身份的身份认证方案，使之适应跨链通信与分布式数字身份的应用场景。在设计中考虑到区块链系统存在恶意节点的问题，因此加入奖惩机制，实现对区块链节点的有效约束，保证了作恶节点不会在区块链中担任重要角色，重要的工作必须交给信誉值高的节点进行完成，以此来提高系统的稳定性。
2､设计了基于分布式身份代理的跨链通信协议以解决当前各个链难以通信的问题。本文基于身份认证方案，提出跨链通信系统，将多条异构链上的节点组织为一个身份代理层P2P网络，通过代理层链上交易的方式将在不同的链间建立起一个可信的身份管理与消息验证机制，为打破“信息孤岛”“价值孤岛”提供一个可行的方案。
参考文献（略）