區塊鏈鏈橋生態：構建加密網絡的網絡

作者：Dmitriy Berenzon

來源：荒野重生

經過多年的研發，我們終於進入了一個多鏈的市場結構。有100 多個活躍的公共區塊鏈，其中許多都有自己獨特的應用程序、用戶、地理、安全模型和設計權衡。儘管個別社區相信，但現實是宇宙趨於熵增，並且這些網絡的數量在未來可能會繼續增加。

這種類型的市場結構需要這些不同網絡之間的互操作性。許多開發人員已經意識到這一點，我們在去年見證了區塊鏈鏈橋的爆炸式增長，這些鏈橋試圖統一日益分散的區塊鏈。在撰寫本文時，有 40 多個不同的鏈橋項目。

截至 2021 年9 月 8 日；說明性/不全面

在這篇文章中，我將：

1.解釋為什麼鏈橋很重要

2.概述各種鏈橋設計及其優缺點

3.提供當前鏈橋生態的概述

4.描述鏈橋的未來可能是什麼樣子

互操作性開啟創新

隨著各個生態系統的發展，它們會發展出自己獨特的優勢，例如更高的安全性、更快的吞吐量、更便宜的交易、更好的隱私、特定資源供應（例如存儲、計算、帶寬）以及區域開發者和用戶社區。鏈橋很重要，因為它們使用戶能夠訪問新平台、協議互操作，以及開發人員協作構建新產品。更具體地說，它們可以：

提高現有加密資產的生產力和實用性

鏈橋使現有的加密資產能夠前往新的地方並做新的事情。例如：

1.將 DAI 發送到 Terra 以在 Mirror 上購買合成資產或在 Anchor 上賺取收益

2.從 Flow 向以太坊發送 TopShot 以用作 NFTfi 的抵押品

3.使用 DOT 和 ATOM 作為抵押品在 Maker 上獲得 DAI 貸款

適用於現有協議的更強大的產品功能，橋接擴展了協議可以實現的設計空間。例如：

1.渴望在索拉納 (Solana) 和雪崩 (Avalanche) 上進行高產農業

2.以太坊上 NFT 的跨鏈共享訂單簿和 Rarible 協議的 Flow

3.Index Coop 的權益證明指數

為用戶和開發人員解鎖新功能和用例

鏈橋為用戶和開發人員提供了更多選擇。例如：

1.Optimism、Arbitrum 和 Polygon 上跨 DEX 的套利 SUSHI 價格

2.使用比特幣支付 Arweave 上的存儲費用

3.在 Tezos 上為 NFT 加入 PartyBid

鏈橋 101

在抽象層面上，人們可以將橋定義為在兩個或多個區塊鏈之間傳輸信息的系統。在這種情況下，"信息"可以指資產、合同調用、證明或狀態。大多數鏈橋設計都有幾個組成部分：

1.監控：通常有一個參與者，"oracle"、"validator"或"relayer"，負責監控源鏈上的狀態。

2.消息傳遞/中繼：Actor接收到事件後，需要將信息從源鏈傳輸到目標鏈。

3.共識：在某些模型中，需要在監控源鏈的參與者之間達成共識，以便將該信息中繼到目標鏈。

4.簽名：參與者需要單獨或作為閾值簽名方案的一部分對發送到目標鏈的信息進行加密簽名。

大約有四種類型的鏈橋，每種都有自己的優點和缺點：

特定資產：一個鏈橋，其唯一目的是提供從外部鏈訪問特定資產的途徑。這些資產通常是"包裝"資產，由基礎資產以托管或非托管方式完全抵押。比特幣是橋接到其他鏈的最常見資產，僅在以太坊上就有七種不同的橋接。這些鏈橋最容易實現並且享有流動性飛輪，但功能有限，需要在每個目的地鏈上重新實現。示例包括 wBTC 和包裝的 Arweave。

特定鏈：兩個區塊鏈之間的鏈橋，通常支持圍繞鎖定和解鎖源鏈上的令牌以及在目標鏈上鑄造任何包裝資產的簡單操作。由於這些鏈橋的複雜性有限，它們通常可以更快地上市，但也不容易擴展到更廣泛的生態系統。

一個例子是 Polygon 的 PoS 橋，它允許用戶將資產從以太坊轉移到 Polygon，反之亦然，但僅限於這兩條鏈。

特定應用程序：提供對兩個或多個區塊鏈的訪問的應用程序，但僅供在該應用程序中使用。應用程序本身受益於較小的代碼庫；不是在每個區塊鏈上都有整個應用程序的單獨實例，它通常在每個區塊鏈上都有更輕的、模塊化的"適配器"。

實現適配器的區塊鏈可以訪問它所連接的所有其他區塊鏈，因此存在網絡效應。缺點是很難將該功能擴展到其他應用程序（例如從借貸到交換）。例子包括 Compound Chain 和 Thorchain，它們分別構建了專門用於跨鏈借貸和交易的獨立區塊鏈。

通用型：一種專為跨多個區塊鏈傳輸信息而設計的協議。由於 O(1) 複雜性，這種設計享有強大的網絡效應------項目的單一集成使其可以訪問橋內的整個生態系統。

缺點是一些設計通常會權衡安全性和去中心化以獲得這種擴展效應，這可能會對生態系統產生複雜的意外後果。一個例子是 IBC，它用於在兩個異構鏈（具有終結性保證）之間發送消息。

此外，橋接設計大致分為三種類型，可以根據用於驗證跨鏈交易的機制進行分類：

外部驗證器和聯盟

通常有一組驗證器監控源鏈上的"郵箱"地址，並根據共識對目標鏈執行操作。資產轉移通常是通過將資產鎖定在郵箱中並在目標鏈上鑄造等量的資產來完成的。這些通常是綁定驗證器，使用單獨的令牌作為安全模型。

外部驗證器或聯合系統的高級說明

輕客戶端和中繼

參與者監控源鏈上的事件，並生成有關該鏈上記錄的過去事件的加密包含證明。然後將這些證明與區塊頭一起轉發到目標鏈上的合約（即"輕客戶端"），然後驗證是否記錄了某個事件並在該驗證後執行操作。某些參與者需要"中繼"區塊頭和證明。

雖然用戶可以"自我中繼"交易，但確實存在中繼器將持續轉發數據的活躍性假設。這是一種相對安全的橋接設計，因為它保證了無需信任的有效交付，而無需信任中介實體，

輕客戶端和/或中繼系統的高級圖示

流動性網絡

這類似於點對點網絡，其中每個節點都充當"路由器"，持有源鏈和目標鏈資產的"清單"。這些網絡通常利用底層區塊鏈的安全性；通過使用鎖定和爭議機制，保證用戶不會被路由器帶走用戶資金。

因此，對於轉移大量價值的用戶來說，像 Connext 這樣的流動性網絡可能是一個更安全的選擇。此外，這種類型的橋可能最適合跨鏈資產轉移，因為路由器提供的資產是目標鏈的原生資產，而不是衍生資產，它們之間不能完全互換。

流動性網絡的高級說明

也可以從這個角度看待當前的鏈橋生態：

截至 2021 年9 月 8 日

重要的是要注意，任何給定的網橋都是雙向通信通道，每個通道中可能有單獨的模型，並且這種分類不能準確地表示混合模型，如 Gravity、Interlay 和 tBTC，因為它們都具有輕客戶端方向和驗證器在另一個。

此外，可以根據以下因素對鏈橋設計進行粗略評估：

1.安全性：信任和活躍度假設、對惡意行為者的容忍度、用戶資金的安全性和反身性。

2.速度：完成交易的延遲，以及最終性保證。通常需要在速度和安全性之間進行權衡。

3.連接性：為用戶和開發者選擇目標鏈，以及集成額外目標鏈的不同難度級別。

4.資本效率：圍繞確保系統安全所需的資本和轉移資產的交易成本的經濟學。

5.狀態性：能夠轉移特定資產、更複雜的狀態和/或執行跨鏈合約調用。

綜合起來，可以從以下角度來看待這三種設計的權衡：

此外，安全性在一個範圍內，可以粗略地將其分類為：

無信任：網橋的安全性等於它所橋接的底層區塊鏈的安全性。除了對底層區塊鏈的共識級攻擊之外，用戶資金不會丟失或被盜。也就是說，實際上沒有什麼是不信任的，因為所有這些系統在其經濟、工程和加密組件中都有安全性和活性假設。

投保：惡意行為者能夠竊取用戶資金，但他們這樣做可能無利可圖，因為他們需要提供抵押品，並在出現錯誤或不當行為的情況下被削減。如果用戶資金丟失，他們將通過削減抵押品進行補償。

保稅：類似於保險模型（即演員在遊戲中有經濟利益），除了用戶在出現錯誤或不當行為時無法收回資金，因為被削減的抵押品可能會被燒毀。抵押品類型對保稅和保險型都很重要；內生抵押品（即抵押品是協議代幣本身）風險更大，因為如果橋接器發生故障，代幣價值可能會崩潰，這進一步降低了橋接器的安全保證。

可 信：參與者不發布抵押品，用戶也不會在系統故障或惡意活動的情況下收回資金，因此用戶主要依賴於鏈橋運營商的聲譽。

截至 2021 年9 月 8 日。在未來的升級中，幾個項目將移出"受信任"類別。

設計權衡總結

外部驗證器和聯盟通常在狀態性和連接性方面表現出色，因為它們可以觸發交易、存儲數據並允許在任意數量的目標鏈上與該數據進行交互。然而，這是以安全為代價的，因為根據定義，用戶依賴於網橋的安全性，而不是源或目標鏈。

雖然當今大多數外部驗證器都是受信任的模型，但有些是抵押的，其中的一個子集用於為最終用戶提供保險。不幸的是，他們的保險機制通常是反射性的。如果將協議代幣用作抵押品，則假設該代幣的美元價值足以使用戶完整。

此外，如果抵押資產與受保資產不同，則還依賴於預言機價格饋送，所以網橋的安全性可能會降級為預言機的安全性。如果不受信任，這些鏈橋的資本效率也是最低的，因為它們需要與它們促進的經濟吞吐量成比例地擴展抵押品。

輕客戶端和中繼在狀態性方面也很強大，因為頭中繼系統可以傳遞任何類型的數據。它們在安全性方面也很強大，因為它們不需要額外的信任假設，儘管存在活躍性假設，因為仍然需要中繼器來傳輸信息。這些也是資本效率最高的鏈橋，因為它們不需要任何資本鎖定。這些優勢是以連接性為代價的。

對於每個鏈對，開發者必須在源鏈和目標鏈上部署一個新的輕客戶端智能合約，其複雜度介於 O(LogN) 和 O(N) 之間（介於這個範圍之間，因為添加對具有相同鏈的支持）共識算法相對容易）。這會使交易延遲確認高達4小時。

流動性網絡以速度和安全性見長，因為它們是本地驗證的系統（即不需要全球共識）。它們也比保稅/保險的外部驗證器更具資本效率，因為資本效率與交易流量/交易量而非安全性相關。

例如，假設兩條鏈之間的流量有些相等，並且有一個內置的再平衡機制，流動性網絡可以促進任意大量的經濟吞吐量。權衡是有狀態的，因為雖然它們可以傳遞 calldata，但它們的功能有限。例如，他們可以跨鏈與數據交互，其中接收者有權根據提供的數據進行交互。

開放式問題

在分佈式系統中，構建健壯的跨鏈橋是一個非常困難的問題。雖然該領域有很多活動，但仍有幾個懸而未決的問題：

終結性和回滾：橋如何解釋具有概率終結性的鏈中的塊重組和時間強盜攻擊？例如，如果任一鏈遇到狀態回滾，那麼從 Polkadot 向以太坊發送資金的用戶會發生什麼情況？

NFT 傳輸和出處：橋如何為跨多個鏈橋接的NFT 保留出處？例如，如果有一個 NFT 在 Ethereum、Flow 和 Solana 的市場上買賣，所有權記錄如何說明所有這些交易和所有者？

壓力測試：在鏈擁塞或協議和網絡級攻擊的情況下，各種橋接設計將如何執行？

區塊鏈鏈橋的未來

雖然鏈橋為區塊鏈生態系統開啟了創新，但如果團隊在研發方面走捷徑，它們也會帶來嚴重的風險。該聚網絡黑客攻擊已經證明漏洞和攻擊的潛在的經濟規模，我預計這將變得更糟之前更好。雖然對於鏈橋建設者來說，這是一個高度分散和競爭激烈的格局，但團隊應該保持紀律，優先考慮上市時間的安全性。

雖然理想狀態應該是所有事物的同構鏈橋，但很可能沒有單一的"最佳"鏈橋設計，不同類型的鏈橋最適合特定應用（例如資產轉移、合同調用、鑄造代幣）。

此外，最好的鏈橋將是最安全、互連、快速、資本效率高、成本效益高且抗審查的鏈橋。如果我們想實現"區塊鏈互聯網"的願景，這些是需要最大化的屬性。

現在還為時尚早，可能尚未發現最佳設計。所有鏈橋類型都有幾個有趣的研究和開發方向：

降低標頭驗證的成本：輕客戶端的塊標頭驗證成本很高，找到降低這些成本的方法可以使我們更接近於完全通用且無需信任的互操作性。一種有趣的設計可能是橋接到 L2 以降低這些成本。例如，在 zkSync 上實現 Tendermint 輕客戶端。

從受信任模型轉變為綁定模型：雖然綁定驗證器的資本效率要低得多，但"社會契約"是一種危險的機制，可以確保數十億美元的用戶資金安全。

此外，花哨的閾值簽名方案不會顯著降低對這些系統的信任；僅僅因為它是一群歌手並不能消除它仍然是一個值得信賴的第三方的事實。在沒有抵押的情況下，用戶實際上是將他們的資產移交給外部托管人。

從保稅模式轉變為保險模式：賠錢是糟糕的用戶體驗。雖然綁定的驗證器和中繼器可以抑制惡意行為，但協議應該更進一步，直接使用削減的資金補償用戶。

擴展流動性網絡的流動性：這些可以說是資產轉移的最快鏈橋，並且在信任和流動性之間存在有趣的設計權衡。例如，有可能使流動性網絡能夠使用綁定驗證器樣式模型外包資本供應，其中路由器也可以是具有綁定流動性的閾值多重簽名。

如果您正在構建跨鏈橋，請聯繫！

非常感謝Aidan Musnitzsky、Arjun Bhuptani、JamesPrestwich和Pranay Mohan對本文的反饋。