面向司法區(qū)塊鏈服務(wù)的跨鏈通信技術(shù)研究

萬玉晴 蔣東來

摘要：在數(shù)字化時代背景下，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)型增長，這給司法取證體系帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。盡管基于區(qū)塊鏈的電子數(shù)據(jù)存證已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但由于不同區(qū)塊鏈上的區(qū)塊鏈服務(wù)無法互通，導(dǎo)致不同應(yīng)用之間無法實(shí)現(xiàn)價值互通。因此，本文對于面向司法區(qū)塊鏈服務(wù)的跨鏈通信技術(shù)進(jìn)行了研究，并提出了適用于司法取證的跨鏈通信服務(wù)框架。該框架主要分為四部分，包括跨鏈通信模型、跨鏈通信流程、服務(wù)框架架構(gòu)和共識選擇，這一框架能夠有效地解決電子數(shù)據(jù)大規(guī)模存儲和時效性要求的難題。

關(guān)鍵詞：司法取證體系；區(qū)塊鏈服務(wù)；跨鏈通信技術(shù)；電子數(shù)據(jù)；跨鏈子交易

一、引言

在數(shù)字化快速發(fā)展的背景下，數(shù)字化與人們的生活密不可分。中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）發(fā)布第52次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報告》顯示，截至2023年6月，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)10.79億人，較2022年12月增長1109萬人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)76.4%^[1]。在司法取證體系中，電子證據(jù)占據(jù)了不可替代的地位。目前，電子證據(jù)被廣泛應(yīng)用于各種交易活動，包括離婚財產(chǎn)分配、公司股份、金融體系、醫(yī)院病歷、聊天記錄等43種不同類型的場景^[2]。盡管我國司法體系對電子數(shù)據(jù)作出了一些相關(guān)規(guī)定，但在實(shí)際的司法實(shí)踐中仍存在許多問題。例如，在存證環(huán)節(jié)，由于電子數(shù)據(jù)數(shù)量大且實(shí)時性強(qiáng)，存儲成本高昂^[3]；在取證環(huán)節(jié)，電子數(shù)據(jù)的原件往往依存設(shè)備無法分離，給當(dāng)事人的生活帶來不便；在示證環(huán)節(jié)和舉證環(huán)節(jié)，電子數(shù)據(jù)容易被當(dāng)事人篡改。

基于區(qū)塊鏈的電子數(shù)據(jù)存證已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用^[4]。通俗地講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N保障安全性的，可以指定共享對象的，去中心化的數(shù)據(jù)交流系統(tǒng)。區(qū)塊鏈采用互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)學(xué)、加密算法和計(jì)算機(jī)編程等多種技術(shù)，通過系統(tǒng)中存儲數(shù)據(jù)的任意節(jié)點(diǎn)共享管理數(shù)據(jù)的權(quán)限，使系統(tǒng)的運(yùn)行不依賴于可信第三方，具有全程留痕、查詢源頭、公開透明、無法修改、集體維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)^[5-7]。2009年，比特幣的出現(xiàn)使區(qū)塊鏈項(xiàng)目得到了前所未有的重視和快速發(fā)展^[8]。然而，這些應(yīng)用往往各自構(gòu)建屬于自己的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，或使用由開發(fā)商提供的公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)^[9-10]。盡管這種模式能夠滿足不同應(yīng)用的需求，但由于位于不同區(qū)塊鏈上的服務(wù)無法互通，彼此之間是絕對獨(dú)立的，導(dǎo)致無法流暢地進(jìn)行價值互通，阻礙了區(qū)塊鏈的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)廣^[11-12]。

為了解決這個問題，跨鏈通信技術(shù)在區(qū)塊鏈服務(wù)研究中得到了重視。從技術(shù)層面出發(fā)，它貫穿整個異構(gòu)鏈進(jìn)行信息互通的整個過程，包括剛開始的消息響應(yīng)和跨鏈信息傳遞規(guī)范等^[13]。

目前，區(qū)塊鏈跨鏈通信技術(shù)研究已經(jīng)取得了一些成果，但針對司法取證體系的跨鏈通信技術(shù)研究仍然空白。因此，本文對于面向司法區(qū)塊鏈服務(wù)的跨鏈通信技術(shù)進(jìn)行研究，并提出了適用于司法取證的跨鏈通信服務(wù)框架。

二、跨鏈通信分析

跨鏈通信技術(shù)是構(gòu)建完善的司法取證體系中不可或缺的一部分，它可以維護(hù)用戶的司法權(quán)益，保障交易的合法性，當(dāng)存在司法糾紛時，它可以通過調(diào)用交易過程中的相關(guān)信息進(jìn)行處理。本節(jié)主要介紹區(qū)塊鏈跨鏈通信的基本組成，包括跨鏈通信模型、跨鏈通信流程和跨鏈通信服務(wù)框架。

（一）跨鏈通信模型

由于電子數(shù)據(jù)產(chǎn)生量大且實(shí)時性強(qiáng)，因此，本文在區(qū)塊鏈服務(wù)間選用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1為司法取證體系中的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖?？梢钥闯?，該結(jié)構(gòu)將所有第三方媒介構(gòu)成一個交互的中繼鏈/集中器，使得所有接入的區(qū)塊鏈之間實(shí)現(xiàn)信息互通。

跨鏈通信模型不僅需要根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)確定跨鏈通訊的結(jié)構(gòu)，而且在設(shè)計(jì)之前還需要通過前期調(diào)研決定信任轉(zhuǎn)移模型、交易驗(yàn)證機(jī)制和資產(chǎn)鎖定方式。其中，信任轉(zhuǎn)移模型是區(qū)塊鏈服務(wù)雙方建立信任的一種方式。目前常用的方式有人工模式、中繼模式和公證人模式。由于司法區(qū)塊鏈具有底層難以變動、花費(fèi)較大等特點(diǎn)，因此，在跨鏈通信的信任轉(zhuǎn)移模型中選用公證人模式。交易驗(yàn)證機(jī)制的作用是檢查區(qū)塊鏈服務(wù)雙方的交易是否真實(shí)、合法，它決定交易是否執(zhí)行，包括直接觀察法、協(xié)調(diào)人法和博弈驗(yàn)證法共三種方式。本文在綜合考慮司法數(shù)據(jù)的特點(diǎn)之后，采用博弈驗(yàn)證法驗(yàn)證客戶鏈上跨鏈子交易的真實(shí)性與合法性。

資產(chǎn)鎖定是為了在整個司法過程中保護(hù)受害人的財產(chǎn)不受侵害，在交易過程中對司法雙方的財產(chǎn)進(jìn)行鎖定，包括協(xié)調(diào)人資產(chǎn)鎖定、委員會決策、多重簽名合約、密碼學(xué)資產(chǎn)鎖定等方式。由于密碼學(xué)資產(chǎn)鎖定比其他方式更加智能化，因此本文采用密碼學(xué)資產(chǎn)鎖定的方式來保障資產(chǎn)的安全。

（二）跨鏈通信流程

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖可以看出，一次完整的跨鏈通信包括四部分，即跨鏈請求階段、中繼請求階段、跨鏈響應(yīng)階段和中繼響應(yīng)階段。

首先，提供電子數(shù)據(jù)的甲方向請求鏈發(fā)起跨鏈子交易，交易入鏈后，收集者對該交易的真實(shí)性進(jìn)行驗(yàn)證，并構(gòu)建相應(yīng)的默克爾證明，發(fā)送至服務(wù)鏈。此時服務(wù)鏈的職責(zé)是驗(yàn)證交易請求的合法性，并構(gòu)建跨鏈交易記錄。

其次，第三方參與服務(wù)鏈上的跨鏈交易，并據(jù)此在響應(yīng)鏈上發(fā)起第二個跨鏈子交易。經(jīng)過與第一個跨鏈子交易相同的過程，最后由服務(wù)鏈更新跨鏈交易狀態(tài)。

再次，乙方通過響應(yīng)鏈發(fā)起響應(yīng)，并發(fā)起第三個跨鏈子交易，經(jīng)過與前兩個跨鏈子交易相同的步驟，跨鏈交易狀態(tài)完成第三次更新。

最后，跨鏈交易狀態(tài)被更新，觸發(fā)第三方發(fā)起第四次跨鏈子交易，與前三次過程相同，跨鏈交易狀態(tài)進(jìn)行第三次更新，至此，一次完整的跨鏈通信過程展示完成。需要注意的是，在整個跨鏈通信過程中，對所有跨鏈子交易的證明進(jìn)行了存儲。

（三）跨鏈通信服務(wù)框架

跨鏈通信服務(wù)架構(gòu)的功能是構(gòu)建跨鏈通道，使甲方或乙方實(shí)現(xiàn)交流和價值增長。圖2展示了司法取證體系中的跨鏈通信服務(wù)框架架構(gòu)。

服務(wù)框架在整個跨鏈通信中扮演著跨鏈樞紐的角色。本文設(shè)計(jì)的框架采用模塊化設(shè)計(jì)，使得框架功能靈活、耦合性降低，并且擴(kuò)展能力增強(qiáng)。該框架按照操作順序包括三個部分，以及訪問控制層和數(shù)據(jù)服務(wù)層。

第一部分是實(shí)體部分，包括用戶、第三方媒介、客服連接點(diǎn)、管理員等，是跨鏈通信請求方。當(dāng)請求發(fā)出后，激勵訪問控制層校驗(yàn)他們的權(quán)限，通過后將信息轉(zhuǎn)入第二部分開啟跨鏈功能。

第二部分包括跨鏈基礎(chǔ)設(shè)施組件、密碼學(xué)組件和服務(wù)組件三部分。跨鏈基礎(chǔ)設(shè)施組件包括收集者模塊、收集者接口、第三方模塊和第三方接口四部分。密碼學(xué)組件包括服務(wù)組件包括身份管理模塊、權(quán)限管理模塊服務(wù)管理模塊等三大部分。第二部分負(fù)責(zé)對電子數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)性驗(yàn)證、狀態(tài)更新、證明存儲、加密傳輸、服務(wù)管理等操作，之后將電子數(shù)據(jù)的跨鏈通信信息傳入數(shù)據(jù)服務(wù)層，經(jīng)過數(shù)據(jù)服務(wù)層的合法性判斷，通過共識后，將跨鏈通信操作的相關(guān)結(jié)果傳輸?shù)降谌糠帧?/p>

第三部分包括存儲組件和服務(wù)鏈組件兩部分。存儲組件包括數(shù)據(jù)庫、硬盤等信息存儲設(shè)備，服務(wù)鏈組件包括各種服務(wù)鏈節(jié)點(diǎn)和它們之間的關(guān)系。存儲組件和服務(wù)鏈組件是區(qū)塊鏈跨通信服務(wù)中的核心部件。存儲組件負(fù)責(zé)存儲跨鏈過程中產(chǎn)生的隱私數(shù)據(jù)和狀態(tài)，特別是將一些重要的緩存信息存儲在存儲組件的數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)在后續(xù)決策中可能隨時用到。服務(wù)鏈組件是區(qū)塊鏈服務(wù)中的信息載體和服務(wù)功能提供者，只有被各節(jié)點(diǎn)共識后的數(shù)據(jù)才可被存儲于區(qū)塊鏈中。

三、跨鏈通信服務(wù)鏈

（一）數(shù)據(jù)要求

為了提高運(yùn)算效率，本文采用基于AVL樹和Merkle樹開發(fā)的多版本狀態(tài)庫IAVL^[14]對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，該庫具有快速響應(yīng)和高效反饋整棵樹的根節(jié)點(diǎn)哈希的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)服務(wù)響應(yīng)樹分為5棵子樹，即跨鏈賬戶子樹CrossAccRoot、區(qū)塊鏈管理子樹BCMngRoot、中間人管理子樹MidMngRoot、服務(wù)管理子樹SrvMngRoot、跨鏈交易子樹CrossTxRoot。

（二） 共識選擇

共識選擇可以理解為一系列分工明確的規(guī)章制度及操作流程，旨在保障賬本的安全有效性^[15]。本文采用拜占庭容錯共識協(xié)議，該協(xié)議具有快速、可擴(kuò)展、修正性較強(qiáng)等特點(diǎn)。在不超過三分之一的機(jī)器出現(xiàn)問題時^[16]，能夠保障數(shù)據(jù)的安全記錄和對應(yīng)輸出的響應(yīng)。

（三）合約功能

在司法取證體系中，合約功能包括中間人管理、客戶鏈管理、賬戶管理、服務(wù)管理和跨鏈交易管理。相關(guān)解釋如下：

中間人管理允許框架管理模塊調(diào)用，主要用于管理中間人及其賬戶信息，中間人需要在服務(wù)鏈上注冊自己的賬戶才可以享受相應(yīng)的司法服務(wù)。

客戶鏈管理功能由框架管理模塊和權(quán)限管理模塊調(diào)用?？蚣芄芾砟K主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理相關(guān)賬戶信息，并且在創(chuàng)建和管理相關(guān)信息時需要驗(yàn)證管理員信息。而權(quán)限管理模塊是對于框架管理模塊的補(bǔ)充，用于驗(yàn)證用戶在客戶鏈上的權(quán)限。

賬戶管理由身份管理模塊調(diào)用，能夠進(jìn)行賬戶的增、刪、改、查等操作。在進(jìn)行這些操作時需要對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，以確保用戶的合法性。

服務(wù)管理功能由服務(wù)管理模塊和信息交互模塊共同實(shí)現(xiàn)。服務(wù)管理模塊主要用于存儲客戶鏈上用戶的價值轉(zhuǎn)移規(guī)則，而信息交互模塊允許用戶在合約規(guī)則下獲取或發(fā)布留言，與相關(guān)賬戶通信，以解決傳統(tǒng)跨鏈方案中鏈下溝通無法存證的問題。

跨鏈交易相關(guān)業(yè)務(wù)的管理通過調(diào)用框架管理模塊來實(shí)現(xiàn)，可以全程記錄跨鏈交易的信息。

四、結(jié)束語

在數(shù)字化時代，電子數(shù)據(jù)量呈指數(shù)型增長，如何快速高效地提取真實(shí)有效的電子證據(jù)是目前司法取證體系所面臨的難題。為了這一問題，本文對面向司法區(qū)塊鏈服務(wù)的跨鏈通信技術(shù)進(jìn)行研究，提出一種基于跨鏈通信服務(wù)的司法應(yīng)用框架，包括通信分析和通信服務(wù)鏈兩部分。結(jié)果表明，跨鏈通信服務(wù)在司法應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)價值顯著，能夠?yàn)樗痉ㄈ∽C體系提供有力支持。

作者單位：萬玉晴 蔣東來 太極計(jì)算機(jī)股份有限公司智慧政法事業(yè)部

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]CNNIC：第52次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報告.新浪網(wǎng)，2023-9-13.https：//finance.sina.com.cn/tech/roll/2023-09-13/doc-imzmpftu4473005.shtml

[2]李自柱.知識產(chǎn)權(quán)訴訟中有關(guān)電子證據(jù)的兩個問題[J].電子知識產(chǎn)權(quán)，2016（12）：79-86.

[3]IPChain.IPC知產(chǎn)鏈技術(shù)白皮書[EB/OL].（2018）.[2020]. https：//www.ipcchain.org/ down load/ ipchain_whitepaper_chinese.pdf.

[4]宋琪杰，陳鐵明，陳園，等.面向物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈的共識機(jī)制優(yōu)化研究[J].電信科學(xué)，2020，36（02）：1-12.

[5]馬棟捷，面向區(qū)塊鏈服務(wù)的跨鏈通信技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2020.

[6]盛念祖，李芳，李曉風(fēng)，等.基于區(qū)塊鏈智能合約的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)化方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2018，52（11）：2150-2158.

[7]蔡曉晴，鄧堯，張亮，等.區(qū)塊鏈原理及其核心技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報，2021，44（01）：84-131.

[8]喻輝，張宗洋，劉建偉.比特幣區(qū)塊鏈擴(kuò)容技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2017，54（10）：2390-2403.

[9]Buterin V.Chain interoperability[R/OL].（2016）.[2020]. https：//allquantor.at/blockchainbib/ pdf/vitalik2016chain.pdf.

[10]Tier Nolan. Alt chains and atomic transfers[EB/OL].（2013-05-02）.[2020].

[11]https：//bitcointalk.org/index.php？ topic=193281.msg2224949#msg2224949

[11]李芳，李卓然，趙赫.區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)進(jìn)展研究[J].軟件學(xué)報，2019，30（06）：1649-1660.

[12]Qasse I A，Abu Talib M，Nasir Q.Inter Blockchain Communication：A Survey[C].//Proceedings of the ArabWIC 6th Annual International Conference Research Track.2019：1-6.

[13]路愛同，趙闊，楊晶瑩，等.區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2019（08）：83-90

[14]Frey E，Goes C.Cosmos Inter-Blockchain Communication （IBC） Protocol[EB/OL]. （2018）.[2020].https：//cosmos.network/resources/whitepaper.

[15]周桐.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的可信數(shù)據(jù)通證化方法的研究與應(yīng)用[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2019.

[16]馬棟捷，金成強(qiáng)，陳園，等.GreyFan：一種Wi-Fi隱蔽信道攻擊框架[J].電信科學(xué)，2019，35（09）：85-97.