4.如何实现跨链

星火·链网进行了跨链基础设施迭代升级，以IEEE区块链跨链国际标准(P3205)为指引构建可信跨链组件。为异构区块链间的可信数据流转构建了高效便捷的新模式，将推动区块链跨链技术迈向新的发展阶段。

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星火跨链体系创新性提出了一个四层架构模型，为跨链数据流转提供了一套完整的技术解决方案:

  1. 跨链服务应用层：面向跨链需求方，提供一套跨链系统合约，业务合约可以通过调用系统合约实现跨越区块链的合约通信。

  2. 跨链信息传递层：由中继服务承担，负责跨链交易的监听、转发和上链等，同时与各区块链通过接入插件交互，实现信息跨链传递。

  3. 跨链安全保障层：由可信验证服务提供跨链交易验证和背书。中继通过获取验证服务提供的证明数据，保障跨链数据传输的安全可信。

  4. 跨链信任层：由星火主链搭建信任基础设施，包含链下的身份颁证服务和链上的身份管理合约。负责为参与跨链的各方分配身份标识和证书，管理路由信息，是整个跨链体系的信任之锚。

四层协同，既明确了不同参与方的角色与职责，又相互支撑、环环相扣，形成一个去中心化的跨链协作网络。这一模型的提出，为打造高效、安全、可信的跨链数据流转机制提供了创新思路，有望成为推动区块链跨链技术发展的新范式。

4.1搭建跨链

我们将介绍如何启动一个本地环境，包括BCDNS、Relayer、PluginServer、以太坊私有链，同时介绍如何注册跨链身份证书、域名证书，如何使用简单的Demo合约来实现区块链之间的跨链通信。

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上图大体介绍了整体操作的脉络。

  • 操作者需要部署中继（Relayer）、BCDNS（颁证服务+智能合约）服务、插件服务以及一条私有链（Ganache）。

  • 在操作过程中需要生成星火链账户，用于在星火链部署合约，该账户会配置颁证服务，注意该账户与星火链测试网交互需要星火令，这目前需要操作者自行申请，后续会优化相关流程。

  • 使用CLI工具生成Relayer公私钥，向BCDNS申请中继证书，会配置到Relayer中。

  • 操作过程中，涉及很多证书，主要是中继证书，用于验证Relayer本身的权限和身份，然后是域名证书，区块链注册进中继之前，需要向BCDNS申请域名证书，目前可以通过中继申请，其余则是自签名的X.509证书，用于TLS连接。

  • 私有链采用Ganache模拟一条以太坊，账户可以在Ganache找到，这里默认操作者熟悉相关操作。

  • 整个操作，用到很多工具，比如Ganache、MetaMask、Docker等，这里默认操作者熟悉相关操作。

4.2环境准备

中间件

目前系统使用了MySQL和Redis，这里建议使用docker快速安装依赖。 首先通过脚本安装docker，或者在官网下载。

wget -qO- https://get.docker.com/ | bash

然后下载MySQL镜像并启动容器，注意这里指定了时区为+08:00，请修改为您的时区。

docker run -itd --name mysql-test -p 3306:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD='YOUR_PWD' mysql --default-authentication-plugin=mysql_native_password --default_time_zone +08:00

然后下载Redis镜像并启动容器：

docker run -itd --name redis-test -p 6379:6379 redis --requirepass 'YOUR_PWD' --maxmemory 500MB

星火链BCDNS

首先运行颁证服务，这里可以按照颁证服务的README的快速开始完成操作，下载代码并编译，完成包括星火链测试网账户创建、合约部署、启动颁证服务、颁证服务初始化等操作，链下的颁证服务加上链上的智能合约共同组成星火链BCDNS。 在这里你需要了解如何通过颁证服务申请跨链身份证书，下面一节需要为Relayer签发跨链证书。

Relayer

  • 启动Relayer 首先需要将Relayer运行起来，并生成中继用于向星火链BCDNS的颁证服务申请证书的公钥和BID Document，这里可以按照README的快速开始完成操作。

Relayer启动时，需要提前使用下一节颁证服务签发的Relayer跨链证书，在证书制作完成之后重启Relayer服务加载该证书即可。

  • BCDNS签发Relayer证书

这一部分将使用Relayer的身份（公钥）向BCDNS颁证服务申请跨链证书，可以参考颁证服务的README，给出了申请PTC等跨链身份证书的操作步骤。

  • 准备申请内容 在Relayer的启动过程中，会生成Relayer公钥对应的BID Document，通常是bid_document.json文件中获取到publicKeyHex参数对应的值，比如下面一个例子，公钥的Hex内容：

{
    "publicKey":[
        {
            "type":"ED25519",
            "publicKeyHex":"b06566af665ee55...a24a0f25a74a44cce"
        }
    ]
}

下面使用颁证服务的单测代码生成数据，后续会开发专用的工具。使用test/java/org/bcdns/credential/ApplyTest的testRelayApply01辅助生成Relayer证书申请参数，将其中两处的公钥信息替换掉，比如下面的b06566d3ba095bb576e8d75b9e39a3d06cdf6deb25f93d526f13040c5df9cd6c27be8e，替换为上面publicKeyHex的值：

...
biDpublicKeyOperation[0].setPublicKeyHex("b06566d3ba095bb576e8d75b9e39a3d06cdf6deb25f93d526f13040c5df9cd6c27be8e");
...
PublicKeyManager publicKeyManager = new PublicKeyManager("b06566d3ba095bb576e8d75b9e39a3d06cdf6deb25f93d526f13040c5df9cd6c27be8e");

直接Run或者Debug该函数即可得到content、credentialType、publicKey和sign参数，比如下面结果。

content:[0, 0, 122, 1, ..., 34, 125, 93, 125]
credentialType:3
publicKey:b06566af665ee55...a24a0f25a74a44cce
sign:[5, 9, 70, 89, ..., -64, -10, -84, 14]

  • 发起申请

然后，和星火链BCDNS颁证服务的README的申请流程的“第三步：申请PTC证书”类似。 调用/external/vc/apply接口发起证书的申请。content使用上述返回content的byte数组即可，credentialType使用上述放回的credentialType即可，publicKey使用上面的Hex字符串，sign填入上面的byte数组。

curl -H "Content-Type: application/json" -X POST -d '{"content":your_content,"credentialType":3,"publicKey":"you_publicKey","sign":you_sign}' http://localhost:8114/external/vc/apply

返回类似下面结果，message显示成功，applyNo则会在第四步使用到。

{
  "errorCode": 0,
  "message": "success",
  "data": {
    "applyNo": "853a8bcaa14e86898a08be8d2f027586"
  }
}

  • 申请审核

下面和星火链BCDNS颁证服务的README的申请流程的“第四步：审核发证”相同，会用到初始化颁证服务的数据。 然后调用/internal/vc/audit接口审核。

  - HTTP头中的`accessToken`，请使用星火链BCDNS颁证服务的README的[申请流程](https://git.xinghuo.space/xinghuo-open-source/DLT/bcdns#%E8%BF%90%E8%A1%8C)的“第二步：生成access token”中生成的token。
  - `applyNo`使用上一步的返回值。

curl -H "Content-Type:application/json" -H "accessToken:you_accessToken" -X POST -d '{"applyNo":"your_applyNo","status":2,"reason":"your_reason"}' http://localhost:8114/internal/vc/audit

返回类似下面的结果，message显示成功，txHash为上传证书的交易hash。

{
    "errorCode": 0,
    "message": "success",
    "data": {
        "txHash": "f1416e7d625d0d88ea65d00e334b8849eea30993418bfaf9d6035a685fdca40e"
    }
}

  • 获取证书

通过调用vc/apply/status接口获得返回值，applyNo填入“发起申请”返回得到的applyNo即可。

curl -H "Content-Type: application/json" -X POST -d '{"applyNo":"853a8bcaa14e86898a08be8d2f027586"}' http://localhost:8114/external/vc/apply/status

返回结果如下，返回结果中credentialId即为证书id，可以用于下载证书。

{
    "errorCode": 0,
    "message": "success",
    "data": {
        "status": 2,
        "credentialId": "did:bid:ef27stZJAese6vWp4rbgh8wQvAQA8wvrK",
        "userId": {
            "type": "BID",
            "rawId": "ZGlkOmJpZDplZjI3Z21FRENRV2V2MjNyWUpENHdyUFBiRFllQjhqTEs="
        }
    }
}

最后调用/external/vc/download接口可以下载证书。credentialId填入上一步的证书ID。

curl -H "Content-Type: application/json" -X POST -d '{"credentialId":"you_credentialId"}' http://localhost:8114/external/vc/download

返回类似下面的结果，message显示成功，credential为证书的Base64格式。

{
    "errorCode": 0,
    "message": "success",
    "data": {
        "credential": "AAAPAgAAAAABAAAAMQEAKQAA...c2FUCijm+sd4m1Q4="
    }
}

获取到一个Base64格式的跨链证书之后，可以使用中继的CLI工具，将其转换为PEM格式。

relayer:> convert-cross-chain-cert-to-pem --base64Input AAAPAgAAAAABAAAAMQEAKQAA...c2FUCijm+sd4m1Q4=
-----BEGIN RELAYER CERTIFICATE-----
AAAIAgAAAAABAAAAMQEAKAAAAGRpZDpiaWQ6ZWY5OVJ6OFRpN3g0aTZ6eUNyUHlG
aXk5dXRzV0JKVVcCAAEAAAADAwA7AAAAAAA1AAAAAAABAAAAAQEAKAAAAGRpZDpi
...
4QlxLUp70uRK43ECAAcAAABFZDI1NTE5AwBAAAAAbA8zkKXCI4Iwp6KBERXOqKln
JT/qn36in7+iU6SsNEz0rsJpmEvVRT6adNVY7zS/ni35JwWf/zi60DKnQ7xaCA==
-----END RELAYER CERTIFICATE-----

获得PEM证书之后，放到Relayer安装目录的cc_certs/relayer.crt，然后重启Relayer即可。

ps -ewf | grep r-bootstrap | grep -v grep | awk '{print $2}' | xargs kill
bin/start.sh

  • 生成BCDNS配置文件 然后，需要基于Relayer提供的CLI工具生成星火链BCDNS的配置文件，对于命令和参数的说明，请参考文档，根据你本地的环境来设置对应的参数值。

这里要用到星火链BCDNS颁证服务的README的部署合约小节的智能合约，确保你已经完成了部署。

relayer:> generate-bif-bcdns-conf --relayerPrivateKeyFile /path/to/private_key.pem --relayerCrossChainCertFile /path/to/relayer.crt --certServerUrl http://localhost:8114 --bifChainRpcUrl http://test.bifcore.bitfactory.cn --bifDomainGovernContract did:bid:efjQKy4HEshTueHGKzrJPATKoFeNgHKo --bifRelayerGovernContract did:bid:efSnvCFJSnpWiQiVhnh8Eimgyi4RoNpA --bifPtcGovernContract did:bid:efgTq9DtP2zHAhmKp7M4BhN6AVYMVWV2
file is : /path/to/bif_bcdns_conf.json

生成的配置文件位于/path/to/bif_bcdns_conf.json，大概类似下面的Json：

{
	"certificationServiceConfig":{
		"authorizedKeyPem":"-----BEGIN PRIVATE KEY-----\nMFECAQEwB...WnSkTM4=\n-----END PRIVATE KEY-----\n",
		"authorizedPublicKeyPem":"-----BEGIN PUBLIC KEY-----\nMCowBQYDK2Vw...KDyWnSkTM4=\n-----END PUBLIC KEY-----\n",
		"authorizedSigAlgo":"Ed25519",
		"clientCrossChainCertPem":"-----BEGIN RELAYER CERTIFICATE-----\nAAAIA...DyLBh2ITiTQ4IVYlXkYjSBw==\n-----END RELAYER CERTIFICATE-----\n",
		"clientPrivateKeyPem":"-----BEGIN PRIVATE KEY-----\nMFECAQE...V+RqJKDyWnSkTM4=\n-----END PRIVATE KEY-----\n",
		"sigAlgo":"Ed25519",
		"url":"http://localhost:8114"
	},
	"chainConfig":{
		"bifAddress":"did:bid:efbThy5sb...5oQGX6LUGwg",
		"bifChainRpcUrl":"http://test.bifcore.bitfactory.cn",
		"bifPrivateKey":"priSPKgnr1a...JNaackZJUo",
		"certificatesGovernContract":"",
		"domainGovernContract":"did:bid:efjQKy4HEshTueHGKzrJPATKoFeNgHKo",
		"ptcGovernContract":"did:bid:efgTq9DtP2zHAhmKp7M4BhN6AVYMVWV2",
		"relayerGovernContract":"did:bid:efSnvCFJSnpWiQiVhnh8Eimgyi4RoNpA"
	}
}

  • 注册BCDNS 使用CLI将BCDNS注册到Relayer，文件bcdns_bif.json是上一小节你的BCDNS配置文件。

relayer:> register-bcdnsservice --bcdnsType bif --propFile /path/to/bif_bcdns_conf.json

PluginServer

  • 启动插件服务 请按照插件服务的README配置和启动插件服务（v0.2.1），这中间需要用到中继的TLS证书，这往往在中继安装目录的tls_certs/relayer.crt。

  • 安装以太坊插件 请参考文档编译并安装v0.1.0的以太坊插件，或者从release下载，重启插件服务可以重新加载插件，或者使用CLI工具。

  • 注册PluginServer到Relayer 使用Relayer的CLI工具，注册PluginServer，这里用到插件服务的TLS证书certs/server.crt和URL，配置项按照本地环境填入即可，pluginServerId不要重复即可，后续注册区块链需要用到该ID。

relayer:> register-plugin-server --address localhost:9090 --pluginServerId myps.id --pluginServerCAPath /path/to/certs/server.crt

以太坊私有链

  • Ganache 这里推荐使用Ganache启动一条以太坊环境，从命令行启动Ganache的文档，或者使用客户端。 推荐将Ganache配置为自动出块，可以参考文档，找到SERVER配置页，关闭AUTOMINE，然后可以设置出块时间MINING BLOCK TIME，设置之后，可以点击右上的SAVE AND RESTRAT。

  • MetaMask 首先，按照教程安装MetaMask，这里假设开发者已经熟悉MetaMask的使用。 在MetaMask上，添加Ganache区块链网络、添加区块链的账户信息。

  • 生成以太坊插件配置 参考文档，填写配置json文件，并保存下来，比如eth.json，privateKey、url、gasLimit和gasPrice可以在ganache页面获取，后面该配置文件，将会用在注册区块链操作中。

{
  "gasLimit": 3000000,
  "gasPrice":4100000000,
  "privateKey":"0x6322353...39de23b637",
  "url":"http://ip:8545"
}

4.3注册区块链

域名申请

区块链想要加入AntChainBridge跨链网络，需要向BCDNS申请域名和域名证书，目前这由中继作为申请者发出请求。 在CLI中执行下面命令，发送申请请求给BCDNS。

relayer:> apply-domain-name-cert --domain eth01.local.bif --oidFilePath /path/to/bid_document.json
your receipt is eb24d486317f1e4ecaec5d215176cca1

上述命令中，--domain指定了要申请的域名，--oidFilePath指定申请者的主体信息，这里使用启动Relayer时生成的BID documnet文件，默认会向本地BCDNS发送请求，要求注册域名，发送之后，星火链BCDNS会返回一个Hex的收据。 使用该收据，向BCDNS发送审核请求，批准域名证书，your_applyNo填入上一步的收据，you_accessToken使用“星火链BCDNS”小节的第一步的返回值。

curl -H "Content-Type:application/json" -H "accessToken:you_accessToken" -X POST -d '{"applyNo":"your_applyNo","status":2,"reason":"your_reason"}' http://localhost:8114/internal/vc/audit

在CLI可以查询该域名证书的申请状态：

relayer:> query-domain-cert-application-state --domain eth01.local.bif
your application not finished: applying

如果申请成功则会显示：

relayer:> query-domain-cert-application-state --domain eth01.local.bif
your application finished: apply_success

同样地，申请域名eth02.local.bif备用。

配置区块链

通过CLI配置区块链到Relayer，这里首先指定域名domain为刚申请的eth01.local.bif，区块链类型product为以太坊插件指定的simple-ethereum，blockchainId则随意指定不要重复即可，pluginServerId为上面注册的PluginServer的ID，confFile为以太坊配置文件。

relayer:> add-blockchain-anchor --domain eth01.local.bif --product simple-ethereum --blockchainId eth01.id --pluginServerId myps.id --confFile /path/to/eth.json

启动区块链

通过CLI工具启动Relayer对于该链的监听、转发等服务，统一称为Anchor服务。

relayer:> start-blockchain-anchor --product simple-ethereum --blockchainId eth01.id

启动之后，Relayer会调用插件实现系统合约的部署和初始化，可以通过CLI查看合约的状态和地址，这部分信息在后面初始化Demo合约时会用到：

relayer:> get-blockchain-contracts --product simple-ethereum --blockchainId eth01.id
{"am_contract":"empty","state":"INIT","sdp_contract":"empty"}

显示为INIT则说明没有部署完成。

relayer:> get-blockchain-contracts --product simple-ethereum --blockchainId eth01.id
{"am_contract":"0x6e6fcd3a010dce59e2513de116ce284efde5a21a","state":"DEPLOY_FINISHED","sdp_contract":"0xc3ca7b2e976427a39854033f687a9c84eaea3f82"}

显示为DEPLOY_FINISHED则说明部署完成。 启动的区块链，Relayer会对其启动Anchor服务，扫描注册之后的每个高度，可以通过CLI工具查看当前扫描的高度。

relayer:> get-blockchain-heights --product simple-ethereum --blockchainId eth01.id
{
	"crosschainTaskBlockHeight":{
		"gmtModified":"2023-12-27 19:20:23",
		"height":2096510
	},
	"latestBlockHeight":{
		"gmtModified":"2023-12-27 19:20:23",
		"height":2096511
	}
}

同样地，用域名eth02.local.bif注册eth02.id。在注册时，可以将eth.json中的账户私钥替换成另一个私钥（Ganache上获取），以防链上nonce冲突。虽然注册用了同一条链，但是会部署两套系统合约，在跨链系统中，会被作为两条链处理，即在AntChainBridge跨链中，参与的区块链都是逻辑链。

4.4执行Demo

下面将要尝试从eth01.local.bif的智能合约发送一段消息到eth02.local.bif的智能合约。

准备合约

首先，给出消息发送合约和消息接收合约的代码。

  • 发送合约

pragma solidity ^0.8.0;

interface ProtocolInterface {
    function sendMessage(
        string calldata _destination_domain,
        bytes32 _receiver,
        bytes calldata _message
    ) external;

    function sendUnorderedMessage(
        string calldata _destination_domain,
        bytes32 _receiver,
        bytes calldata _message
    ) external;
}

contract SenderContract {
    address sdp_address;

    function setSdpMSGAddress(address _sdp_address) public {
        sdp_address = _sdp_address;
    }

    function send(
        bytes32 receiver,
        string memory domain,
        bytes memory _msg
    ) public {
        ProtocolInterface sdp = ProtocolInterface(sdp_address);
        sdp.sendMessage(domain, receiver, _msg);
    }

    function sendUnordered(
        bytes32 receiver,
        string memory domain,
        bytes memory _msg
    ) public {
        ProtocolInterface sdp = ProtocolInterface(sdp_address);
        sdp.sendUnorderedMessage(domain, receiver, _msg);
    }
}

  • 接收合约

pragma solidity ^0.8.0;

contract ReceiverContract {
    bytes last_msg;
    bytes last_uo_msg;

    event amNotify(string key, bytes32 value, string enterprise);

    function recvMessage(
        string memory domain_name,
        bytes32 author,
        bytes memory message
    ) public {
        require(message.length != 32, "32B");
        last_msg = message;
        emit amNotify(domain_name, author, string(message));
    }

    function getLastMsg() public view returns (bytes memory) {
        return last_msg;
    }

    function recvUnorderedMessage(
        string memory domain_name,
        bytes32 author,
        bytes memory message
    ) public {
        require(message.length != 32, "32B");
        last_uo_msg = message;
        emit amNotify(domain_name, author, string(message));
    }

    function getLastUnorderedMsg() public view returns (bytes memory) {
        return last_uo_msg;
    }
}

打开Remix，关于Remix的使用，请参考官方教程，这里不对基本操作做过多的介绍。 将上述代码分别创建一个文件比如SenderContract.sol和ReceiverContract.sol并拷贝进去。 使用Remix分别编译两个合约、并选择“Injected Provider - MetaMask”作为ENVIRONMENT，部署合约到Ganache。 在这里也可以使用“Custom - External HTTP Provider”配置Ganache的RPC地址即可，注意不要使用注册区块链的私钥。 部署完成后，对于SenderContract.sol，需要完成一次配置操作： 在Remix调用SenderContract.sol实例的setSdpMSGAddress方法，将eth01.local.bif通过get-blockchain-contracts拿到的sdp_contract地址作为参数即可，比如上面例子的0xc3ca7b2e976427a39854033f687a9c84eaea3f82。

配置授权

Relayer的Anchor服务会对发送的跨链消息进行监听，并发送给接收链，这里会校验发送链的权限，如果无权限，则会失败。 通过CLI，完成合约-合约级别授权：

relayer:> add-cross-chain-msg-acl --grantDomain eth01.local.bif --grantIdentity 0x3202821beaC4F58be60bb465d1ae4b1899Cbc79a --ownerDomain eth02.local.bif --ownerIdentity 0x6f0E88921360dD375CA309d6e96B44C81FB25979

在上面命令中，grantDomain为发送链域名，grantIdentity为发送合约地址，这里替换成你部署的合约地址，ownerDomain为接收链域名，ownerIdentity为接收合约地址，这里替换成你部署的合约地址。

发送消息

SenderContract.sol有接口senderUnordered，用来发送无序的跨链消息。 发送之前你需要准备三个参数：

  • receiver：接收合约的地址，这里为bytes32，因为在跨链中，所有账户地址都需要表达为32Bytes，像以太坊地址，这里是前缀加12Bytes的0x00，拓展到32Bytes，比如0x0000000000000000000000006f0E88921360dD375CA309d6e96B44C81FB25979，这里替换成自己的接收合约地址（后缀20Bytes）。

  • domain：接收域名，这里是eth02.local.bif。

  • _msg：发送的消息，这里是bytes类型，需要填入Hex格式，比如下面一个hex，解出来是：I'm sending a 🦊 to a 🐶 by antchain bridge.

0x49276d2073656e64696e67206120f09fa68a20746f206120f09f90b620627920616e74636861696e206272696467652e

然后，使用Remix调用发送合约的senderUnordered接口，发送跨链消息。

查看接收结果

接收合约的recvUnorderedMessage方法会被接收链的SDP合约调用，以传递跨链消息。 调用接收合约的getLastUnorderedMsg，可以看到接收到的信息，依然是hex值，解出来后，可以看到消息字符串。 如果需要交易hash信息，或者没有接收到，可以查询数据库的sdp_msg_pool和sdp_msg_archive，可以看到字段tx_hash和tx_fail_reason。