We present an Ethash-based blockchain relay that utilizes Off-Chain Computation (OCC) to validate block headers on-chain. Current work compromises on fundamental ideas of the blockchain concept: they either require a centralized entity, require a centralized Trusted Third Party (TTP) or are built on economic assumptions. That way, they try to circumvent the on-chain cost-heavy Ethash computation. We utilize Zero Knowledge Proofs (ZKPs) to outsource the Ethash validation to an Off-Chain Computation Framework (OCCF) and only verify the validity of the OCC on-chain. The required dataset for the Ethash validation is inserted into a merkle tree for computational feasibility. Additionally, we validate multiple block headers in batches to further minimize on-chain costs. The on-chain costs of our batch validation mechanism are minimal and constant since only the proof of an OCC is verified on-chain. Through merkle proofs we enable the efficient inclusion of intermediary block headers for any submitted batch. The OCC is feasible on average consumer hardware specifications. Our prototype verifies 5 block headers in a single proof using the ZoKrates framework. Compared to current approaches we only use 3.3% of the gas costs resulting in a highly scalable alternative that is trustless, distributed and has no economic assumptions. For future work, we propose to distribute the computational overhead of computing Ethash inside a ZKP through an off-chain distribution module. This is because we rely on the concurrent execution of the OCC by at least 36 active participants to catch up with the current state of the relay’s blockchain. / Vi presenterar ett Ethash-baserat blockchain-relä som använder sig av Off-Chain Computation (OCC) att validera blockhuvuden i kedjan. Nuvarande arbete kompromissar med grundläggande idéer om blockchain-konceptet: de kräver antingen en centraliserad enhet, kräver en centraliserad Trusted Third Party (TTP) eller bygger på ekonomiska antaganden. På så sätt försöker de kringgå den kostnadstunga Ethash-beräkningen på kedjan. Vi använda Zero Knowledge Proof (ZKP) för att lägga ut Ethash-valideringen på en Off-Chain Computation Framework (OCCF) och verifiera endast giltigheten av OCC på kedjan. Den nödvändiga datamängden för Ethash-valideringen är infogas i ett merkleträd för beräkningsmöjlighet. Dessutom validerar vi flera blockhuvuden i omgångar för att ytterligare minimera kostnader i kedjan. På-kedjan kostnaderna för vår batchvalideringsmekanism är minimala och konstanta eftersom endast bevis på en OCC verifieras i kedjan. Genom merkle proofs möjliggör vi det effektiva inkludering av mellanliggande blockrubriker för alla inlämnade partier. OCC är genomförbart i genomsnitt konsumenthårdvaruspecifikationer. Vår prototyp verifierar 5 blockhuvuden i ett enda bevis med hjälp av ZoKrates-ramverket. Jämfört med nuvarande tillvägagångssätt vi använder bara 3,3% av gaskostnaderna vilket resulterar i ett mycket skalbart alternativ dvs förtroendelös, distribuerad och har inga ekonomiska antaganden. För framtida arbete, föreslår vi för att distribuera beräkningsoverheaden för beräkning av Ethash inuti en ZKP genom en distributionsmodul utanför kedjan. Detta beror på att vi skulle förlita oss på det samtidiga utförandet av OCC med minst 36 aktiva deltagare för att komma ikapp med det aktuella tillståndet för reläets blockkedja.

The phenomenon of isolated value in each blockchain system has become adistinct issue of the blockchain field. To address this problem, the demandof cross-chain intercommunication came up. In a narrow sense, cross-chainrefers to the process of asset interoperability between relatively independentblockchains. In this thesis, we mainly analyze the design principles, technicaldifficulties, and solutions of cross-chain intercommunication in this narrowsense. With the introduction of distributed ledger technology(DLT), we describethe interaction with other ledgers as the fundamental problem of currentblockchain technology.The implementation of cross-chain is mainly manifested as asset swap and assettransfer. So far, there are many existing application scenarios and projectsadopted from these manifestation. This paper will focus on these two implementations,illustrate their principles, locate the realization difficulties, andput forward corresponding possible solutions. Then we elaborated on eightpopular cross-chain projects underlying mechanism listed with three maincategories. A detailed comparison according to their interoperability level,consensus algorithm and application scenarios of the overall overview of 20cross-chain projects is presented as a table in the Appendix A.During the implementation process, we performed a simple atomic swap crosschainframework based on Hash Time Lock Contract between Bitshares andEthereum, then compare the performance with a wallet application presentby Ripple using Interledger Protocol. These two applications are representedthe two different use case of cross-chain realization.With limited number of projects to test out, our conclusion was reached aftera discussion with the relative merits of the two approaches. Interledger protocolhas a better solution from the aspects of the decentralization, scalability,and whether it supports traditional ledgers. / Fenomenet isolerat värde i varje blockchain-system har blivit en distinkt frågaom blockchainfält. För att hantera detta problem kom kravet på interkommunikationmellan kedjor upp. I en smal mening hänvisar tvärkedjantill processen för interoperabilitet mellan tillgångar mellan relativt oberoendeblockchains. I denna avhandling analyserar vi huvudsakligen designprinciper,tekniska svårigheter och lösningar för interkommunikation mellan kedjor ien smal bemärkelse. Med introduktionen av distribuerad huvudboksteknologi(DLT) beskriver vi interaktionen med andra bokar som det grundläggandeproblemet med den nuvarande blockchain-tekniken.Tvärkedjans implementeringsform manifesteras huvudsakligen som tillgångsbyteoch överföring av tillgångar. Hittills finns det många befintliga applikationsscenarier och Pro projekt som antagits från dessa manifestation. Dettadokument kommer att fokusera på dessa två implementeringar, illustrera derasprinciper, lokalisera förståelsessvårigheterna och lägga fram motsvarandemöjliga lösningar. Sedan utarbetade vi åtta populära tvärkedjeprojekt underliggandemekanism listade med tre huvudkategorier. En detaljerad jämförelseberoende på deras driftskompatibilitetsnivå, konsensusalgoritm och tillämpningsscenarierav den övergripande översikten över 20 tvärkedjeprojekt presenterassom en tabell i Appendix A.Under genomförandeprocessen genomförde vi en enkel atomisk swap Cross-Chain ram baserad på hash Time lock kontrakt mellan Bitshares och Ethereum,sedan jämföra prestanda med en plånbok program som finns med Ripplemed Interledger Protocol. Dessa två applikationer föreställs de två olika användningsfallenav Cross-Chain genomförande.Med begränsade projekt att testa, nåddes vår slutsats efter en diskussion medrelativa fördelar med två metoder praktiskt taget. Interledger-protokollet haren bättre lösning med avseende på decentralisering, skalbarhet och huruvidadet stöder traditionella bokar.