側鏈與跨鏈 (Sidechain、Cross-Chain)
側鏈最早是為了提升比特幣交易速度所提出的解決方案，可以讓比特幣安全的從主鏈上轉移到另一條鏈，又可以安全的返回比特幣主鏈的一種協議。如果一個 鏈 B 的存在是為了處理 鏈 A 上的交易，簡單來說 鏈B 就像外掛插件，依附於 鏈 A，則稱 鏈 B 為 鏈 A 的「側鏈」，鏈 A 就是 鏈 B 的「主鏈」。其中 主鏈 A 並不知道 側鏈 B 的存在，側鏈 B 知道有 主鏈 A 的存在。
側鏈與跨鏈的定義較難釐清，也有許多人將所有牽涉到鏈下的解決方案統稱為側鏈，為了方便理解，如果是像比特幣與以太坊這種，兩條擁有各自獨立數據的主鏈之間的數據交換，本文則稱之為「跨鏈」。
雙向錨定 （Two-way Peg）
然而在區塊鏈的世界中，資產不能真的從一條鏈轉移到另一條鏈。以比特幣為例，比特幣不可能真的從一條鏈流通到另一條鏈，而是透過「雙向錨定」的方式完成。
以比特幣為例，進行側鏈或跨鏈操作時，將比特幣發送到一個特定的錢包地址鎖定，就能夠在另一條鏈上釋放等量的代幣。同樣的，當等量等值的代幣在側鏈上被鎖定時，比特幣區塊鏈上的原始比特幣就可以被釋放了。
這時就涉及到一個很重要的問題，「安全」。誰來管理鎖定的賬戶？誰來解鎖？鎖定的資產如何被安全釋放？可以說，這個部分是側鏈與跨鏈技術最困難的地方。
目前主流的方法有公證人機制、中繼器/鏈、哈希鎖定和分佈式私鑰控制四種機制。
公證人機制 （Notary schemes）
鏈與鏈之間互操作最簡單的方法是使用公證人模式。在公證人模式中，使用受信任的一個或者一組團體向鏈A聲明鏈B上發生了某事件，或者確定該聲明是正確的。
舉個例子 :
阿平有一個比特幣，阿蔡有一個以太幣。
有一天阿平突然跟阿蔡說，”欸欸，我用一個比特幣跟你換一個以太幣”。阿蔡聽到興奮不已，但冷靜思考後，覺得天底下哪有這麼好的事，阿平會不會心懷不軌。於是，他想了一個辦法，他找了老徐來當公證人，雙方都先把幣打給老徐，老徐收到雙方的幣並確認金額無誤後便把一個比特幣打給阿蔡，一個以太幣打給阿平，雙方交易完成。
公證人模式在側鏈解決方案領域受到很多關注，因為其既可以提供靈活的共識，也無需進行昂貴的工作證明或關於利益機制的複雜證明。然而，從上述例子中我們也不難發現，最大的缺點就是中心化程度高，存在安全疑慮，如果例子中的老徐從中作梗，將導致資產陷入危險之中。公證人模式的代表項目有 Ripple。
中繼器/中繼鏈 (Relays/Sidechain)
區塊鏈的區塊頭中擁有歷史交易的有效證明信息。因此可以藉由將鏈 A 的區塊頭，寫入中繼鏈的塊中。等待鏈 A 的區塊頭序列之後，在中繼鏈上處理的交易，就可以通過區塊頭的歷史交易的證明信息，來驗證交易的有效性。以比特幣為例，中繼鏈就像是比特幣鏈的簡易複製版，比特幣可以透過這條複製出的中繼鏈，與其他區塊鏈進行跨鏈的資產轉移。
以 BTC Relay 為例。在 BTC Relay 的設計中，比特幣鏈上會有一個腳色稱為 Relayer ，負責蒐集比特幣的區塊頭訊息並 將此訊息發送給 BTC Relay ， BTC Relay 透過這些區塊頭的串接創建出小型版本的比特幣區塊鏈，以太坊 Dapp 開發者便能藉此從智能合約向 BTC Relay 進行 API 調用來驗證比特幣網路的狀態。
舉個例子：
阿菜想用比特幣跟阿平買以太幣，他們說好要用 BTC Relay 做交易。
阿平會先將以太幣打到 BTC Relay 在以太坊上的智能合約 BTCSwap，阿菜再接著將比特幣打到阿平的比特幣地址。→阿平拿到比特幣
接下來阿菜必須讓智能合約知道他已經把比特幣打給阿平了，阿菜把交易資訊發送給 BTC Relay 驗證這筆交易是否真實存在。（注意，由於區塊鏈是封閉式的，所以必須由使用者提供資訊，才能進行驗證）
驗證成功後 BTC Relay 便會觸發 BTCSwap 釋放以太幣給阿菜。→阿菜拿到以太幣
中繼器 / 中繼鏈 與公證人所扮演的腳色事一樣的，不同的地方在於，公證人機制存在信任問題，交易執行與否，由公證人決定，而 中繼器 / 中繼鏈 則是自動執行，只要符合條件即自動進行交易。
哈希鎖定 （Hash-locking）
哈希鎖定模式的設計來自於閃電網路，也是其關鍵技術之一。透過「哈希鎖定」以及「時間鎖」的搭配，能夠消除網路上參與交易者之間的信任問題，這部分在之後的「閃電網路」會做更深入的介紹。雖然哈希鎖定能實現單一資產的交換，但是不能實現跨鏈兩種資產之間的轉移，換句話說哈希鎖定沒辦法做到比特幣與以太幣之間的跨鏈資產轉移，因此它的應用場景比較受限。
分佈式私鑰控制（Distributed private key control）
進行跨鏈交易時，需要涉及的問題是，「原有鏈上的資產必須被安全的鎖定，當交易完成時，資產要能安全的被解鎖與分配」。而分佈式私鑰控制就是跨鏈進行資產鎖定的其中一種解決方案。
以跨鏈項目 FUSION 為例，當用戶要進行跨鏈交易時，就需要鎖定 鏈 A 上的部分資產。首先需要先向 FUSION 請求跨鏈交易，FUSION 便會生成一個可以鎖定資產的一組私鑰和地址，並把這個地址發送給用戶，用戶就可以在 鏈 A 上把資產轉移到鎖定的地址上面去。
接下來 FUSION 網路裡面的多個節點，會將這組私鑰，拆分共同保管，由多個節點共同持有這組私鑰，單獨某幾個節點是沒辦法去動用這裡面的資產的。只有在通過智能合約的特定條件（例如: 鏈 B 交易完成）時，各節點達成共識之後，如果他們都認為這個資產是可以解鎖的，他們才會把各自的私鑰片段貢獻出來，將這個私鑰完整恢復，對應的資產也就可以被解鎖了。
側鏈的應用
側鏈的應用較單純，就是將原鏈上的某些交易，轉移到側鏈上做確認，要結算時，在將結果廣播到原鏈上清算。簡單來說側鏈最大的應用就是提升交易吞吐量。
現實世界中的賭場，就是側鏈很好的例子。想像一下，如果每一個賭桌，都開放用新台幣下注，桌上又是鈔票又是零錢，每一局結算等荷官算錢都不知道浪費多少時間了。所以大部分賭場都會統一使用籌碼下注，讓所有人進場時將法幣換成籌碼 (雙向錨定，鎖定原資產)，所有賭局都透過籌碼進行，要離開時再回到櫃台結算，將籌碼換回法幣 (交易結算，釋放相應數量的資產)。
跨鏈的應用
- 與側鏈相比，跨鏈涉及到兩條不同的鏈，因此擁有更多樣化的應用場景。
- 資產轉移：不需要透過交易所即可進行資產交換。
- 原子交易：所謂原子交易就是說如果 A交易 成功了，那麼 B 就應該是成功，如果 A 失敗了，那麼 B 就肯定是同時失敗的。BTC Relay 就是原子交易很好的例子，若比特幣沒有發送至約定地址，就無法觸發智能合約發送以太幣。
- 數據交換：鏈A 能夠得知 鏈B 上的數據
去中心化交易所：一般去中心化交易所只支援單一條鏈上的資產，例如 EtherDelta 只支援以太坊的 ERC20 代幣。透過跨鏈技術，去中心化交易所即可實現不同鏈上的資產交換。
*本文由 AMIS 首席科學家 – 陳昶吾博士協助審閱。
