面向司法區塊鏈服務的跨鏈通信技術研究

萬玉晴 蔣東來

摘要：在數字化時代背景下，數據量呈指數型增長，這給司法取證體系帶來了前所未有的挑戰。盡管基于區塊鏈的電子數據存證已經得到廣泛應用，但由于不同區塊鏈上的區塊鏈服務無法互通，導致不同應用之間無法實現價值互通。因此，本文對于面向司法區塊鏈服務的跨鏈通信技術進行了研究，并提出了適用于司法取證的跨鏈通信服務框架。該框架主要分為四部分，包括跨鏈通信模型、跨鏈通信流程、服務框架架構和共識選擇，這一框架能夠有效地解決電子數據大規模存儲和時效性要求的難題。

關鍵詞：司法取證體系；區塊鏈服務；跨鏈通信技術；電子數據；跨鏈子交易

一、引言

在數字化快速發展的背景下，數字化與人們的生活密不可分。中國互聯網絡信息中心（CNNIC）發布第52次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示，截至2023年6月，我國網民規模達10.79億人，較2022年12月增長1109萬人，互聯網普及率達76.4%^[1]。在司法取證體系中，電子證據占據了不可替代的地位。目前，電子證據被廣泛應用于各種交易活動，包括離婚財產分配、公司股份、金融體系、醫院病歷、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據作出了一些相關規定，但在實際的司法實踐中仍存在許多問題。例如，在存證環節，由于電子數據數量大且實時性強，存儲成本高昂^[3]；在取證環節，電子數據的原件往往依存設備無法分離，給當事人的生活帶來不便；在示證環節和舉證環節，電子數據容易被當事人篡改。

基于區塊鏈的電子數據存證已經得到廣泛應用^[4]。通俗地講，區塊鏈是一種保障安全性的，可以指定共享對象的，去中心化的數據交流系統。區塊鏈采用互聯網、數學、加密算法和計算機編程等多種技術，通過系統中存儲數據的任意節點共享管理數據的權限，使系統的運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、集體維護等優點^[5-7]。2009年，比特幣的出現使區塊鏈項目得到了前所未有的重視和快速發展^[8]。然而，這些應用往往各自構建屬于自己的區塊鏈網絡，或使用由開發商提供的公共區塊鏈網絡^[9-10]。盡管這種模式能夠滿足不同應用的需求，但由于位于不同區塊鏈上的服務無法互通，彼此之間是絕對獨立的，導致無法流暢地進行價值互通，阻礙了區塊鏈的進一步發展和擴廣^[11-12]。

為了解決這個問題，跨鏈通信技術在區塊鏈服務研究中得到了重視。從技術層面出發，它貫穿整個異構鏈進行信息互通的整個過程，包括剛開始的消息響應和跨鏈信息傳遞規范等^[13]。

目前，區塊鏈跨鏈通信技術研究已經取得了一些成果，但針對司法取證體系的跨鏈通信技術研究仍然空白。因此，本文對于面向司法區塊鏈服務的跨鏈通信技術進行研究，并提出了適用于司法取證的跨鏈通信服務框架。

二、跨鏈通信分析

跨鏈通信技術是構建完善的司法取證體系中不可或缺的一部分，它可以維護用戶的司法權益，保障交易的合法性，當存在司法糾紛時，它可以通過調用交易過程中的相關信息進行處理。本節主要介紹區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框架。

（一）跨鏈通信模型

由于電子數據產生量大且實時性強，因此，本文在區塊鏈服務間選用星型拓撲結構。圖1為司法取證體系中的星形拓撲結構的示意圖。可以看出，該結構將所有第三方媒介構成一個交互的中繼鏈/集中器，使得所有接入的區塊鏈之間實現信息互通。

跨鏈通信模型不僅需要根據任務特點確定跨鏈通訊的結構，而且在設計之前還需要通過前期調研決定信任轉移模型、交易驗證機制和資產鎖定方式。其中，信任轉移模型是區塊鏈服務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。由于司法區塊鏈具有底層難以變動、花費較大等特點，因此，在跨鏈通信的信任轉移模型中選用公證人模式。交易驗證機制的作用是檢查區塊鏈服務雙方的交易是否真實、合法，它決定交易是否執行，包括直接觀察法、協調人法和博弈驗證法共三種方式。本文在綜合考慮司法數據的特點之后，采用博弈驗證法驗證客戶鏈上跨鏈子交易的真實性與合法性。

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

（二）跨鏈通信流程

星形拓撲結構示意圖可以看出，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、跨鏈響應階段和中繼響應階段。

首先，提供電子數據的甲方向請求鏈發起跨鏈子交易，交易入鏈后，收集者對該交易的真實性進行驗證，并構建相應的默克爾證明，發送至服務鏈。此時服務鏈的職責是驗證交易請求的合法性，并構建跨鏈交易記錄。

其次，第三方參與服務鏈上的跨鏈交易，并據此在響應鏈上發起第二個跨鏈子交易。經過與第一個跨鏈子交易相同的過程，最后由服務鏈更新跨鏈交易狀態。

再次，乙方通過響應鏈發起響應，并發起第三個跨鏈子交易，經過與前兩個跨鏈子交易相同的步驟，跨鏈交易狀態完成第三次更新。

最后，跨鏈交易狀態被更新，觸發第三方發起第四次跨鏈子交易，與前三次過程相同，跨鏈交易狀態進行第三次更新，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行了存儲。

（三）跨鏈通信服務框架

跨鏈通信服務架構的功能是構建跨鏈通道，使甲方或乙方實現交流和價值增長。圖2展示了司法取證體系中的跨鏈通信服務框架架構。

服務框架在整個跨鏈通信中扮演著跨鏈樞紐的角色。本文設計的框架采用模塊化設計，使得框架功能靈活、耦合性降低，并且擴展能力增強。該框架按照操作順序包括三個部分，以及訪問控制層和數據服務層。

第一部分是實體部分，包括用戶、第三方媒介、客服連接點、管理員等，是跨鏈通信請求方。當請求發出后，激勵訪問控制層校驗他們的權限，通過后將信息轉入第二部分開啟跨鏈功能。

第二部分包括跨鏈基礎設施組件、密碼學組件和服務組件三部分。跨鏈基礎設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。密碼學組件包括服務組件包括身份管理模塊、權限管理模塊服務管理模塊等三大部分。第二部分負責對電子數據進行真實性驗證、狀態更新、證明存儲、加密傳輸、服務管理等操作，之后將電子數據的跨鏈通信信息傳入數據服務層，經過數據服務層的合法性判斷，通過共識后，將跨鏈通信操作的相關結果傳輸到第三部分。

第三部分包括存儲組件和服務鏈組件兩部分。存儲組件包括數據庫、硬盤等信息存儲設備，服務鏈組件包括各種服務鏈節點和它們之間的關系。存儲組件和服務鏈組件是區塊鏈跨通信服務中的核心部件。存儲組件負責存儲跨鏈過程中產生的隱私數據和狀態，特別是將一些重要的緩存信息存儲在存儲組件的數據庫中，這些數據在后續決策中可能隨時用到。服務鏈組件是區塊鏈服務中的信息載體和服務功能提供者，只有被各節點共識后的數據才可被存儲于區塊鏈中。

三、跨鏈通信服務鏈

（一）數據要求

為了提高運算效率，本文采用基于AVL樹和Merkle樹開發的多版本狀態庫IAVL^[14]對數據進行存儲，該庫具有快速響應和高效反饋整棵樹的根節點哈希的優點。設計服務響應樹分為5棵子樹，即跨鏈賬戶子樹CrossAccRoot、區塊鏈管理子樹BCMngRoot、中間人管理子樹MidMngRoot、服務管理子樹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議，該協議具有快速、可擴展、修正性較強等特點。在不超過三分之一的機器出現問題時^[16]，能夠保障數據的安全記錄和對應輸出的響應。

（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、服務管理和跨鏈交易管理。相關解釋如下：

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

客戶鏈管理功能由框架管理模塊和權限管理模塊調用。框架管理模塊主要負責創建和管理相關賬戶信息，并且在創建和管理相關信息時需要驗證管理員信息。而權限管理模塊是對于框架管理模塊的補充，用于驗證用戶在客戶鏈上的權限。

賬戶管理由身份管理模塊調用，能夠進行賬戶的增、刪、改、查等操作。在進行這些操作時需要對相關參數進行驗證，以確保用戶的合法性。

服務管理功能由服務管理模塊和信息交互模塊共同實現。服務管理模塊主要用于存儲客戶鏈上用戶的價值轉移規則，而信息交互模塊允許用戶在合約規則下獲取或發布留言，與相關賬戶通信，以解決傳統跨鏈方案中鏈下溝通無法存證的問題。

跨鏈交易相關業務的管理通過調用框架管理模塊來實現，可以全程記錄跨鏈交易的信息。

四、結束語

在數字化時代，電子數據量呈指數型增長，如何快速高效地提取真實有效的電子證據是目前司法取證體系所面臨的難題。為了這一問題，本文對面向司法區塊鏈服務的跨鏈通信技術進行研究，提出一種基于跨鏈通信服務的司法應用框架，包括通信分析和通信服務鏈兩部分。結果表明，跨鏈通信服務在司法應用領域經濟價值顯著，能夠為司法取證體系提供有力支持。

作者單位：萬玉晴 蔣東來 太極計算機股份有限公司智慧政法事業部

參? 考? 文? 獻

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