為什麼要使用零知識證明來開發跨鏈協議？

作者：康水躍，Fox Tech 創始人、丹陽投資董事長

使用者需要什麼樣的跨鏈服務

在過去的幾年當中出現了各種各樣的獨立公鏈以及以太坊Layer 2。由於在安全性、低成本、快速交易以及開發者和使用者社區差異等方面，不同鏈都具有各自不同的優勢，使用者在不同鏈之間切換使用的行為是很常見的。比起以太坊鏈，Layer2以及其他獨立公鏈上的手續費會更加便宜，並且交易速度也會更快。於是，使用者為了降低交易成本或者使用其他鏈上更優質或者獨特的應用就必須使用跨鏈橋。

如果把跨鏈橋比喻成"運鈔車"，那不管有沒有人來搶運鈔車，也不管採用什麼手段來搶運鈔車，運鈔車本身都必須具有強大的防禦能力，不能有任何安全問題。運鈔車從設計、製造、製造環節不能出現問題，押送環節不能出現問題，發送、接收環節不能出問題。在現有跨鏈橋解決方案要麼存在架構設計問題，要麼存在代碼漏洞問題，要麼協議本身在收發和中繼環節依賴於某種信任假設。以上這些都大大降低了跨鏈橋的安全性。

跨鏈橋作為搭建在各條公鏈上的橋樑，解決眾多公鏈之間流動性割裂，毋庸置疑是資產跨鏈轉移非常重要的解決方案。然而，使用者對跨鏈技術的需求不會僅僅停留在資產跨鏈上，資產跨鏈其實只是整個跨鏈協議的DeFi賽道的一種應用。兩個截然不同的網絡通過跨鏈協議具有了互操作性，這種互操作性不僅需要實現代幣在獨立平台之間相互轉移，而且需要實現大文件、數據包的鏈間通信。

在Web3.0多鏈生態裡，使用者其實只想通過一個應用就可以順暢地與所有主流公鏈進行資產與數據的交互。在交互過程，使用者並不想頻繁切換錢包和網絡。

在"一超多強"公鏈格局下，使用者需要的是更安全、更通用、更友好的鏈間通信協議。

有哪些跨鏈通信模式

原生驗證模式

本機驗證是通過在源鏈和目標鏈的虛擬機中運行一個輕客戶端，並通過中繼器來進行鏈間通信。該模式的特點是不需要運營一條介於各條公鏈之間的鏈。如果像Way Network一樣採用零知識證明，還可以摈除LayerZero所需要的信任假設。

圖1：原生驗證模式

外部驗證模式

外部驗證有一個或一組驗證者，他們需要監視源鏈的特定地址。當使用者將一個資產發送到源鏈上的特定地址時，該資產將被臨時鎖定。第三方驗證者驗證該信息，並需要達成共識。當達成共識時，相應的資產將在目標鏈中生成。

這種通信模式的缺點是有"信任假設"，容易出現因為"單點故障"或者"局部故障"而導致資產被盜。

圖2： 外部驗證模式

本地驗證模式

本地驗證是一種局部驗證模式，是一種點對點的流動性網絡。每個節點本身都是一個"路由器"，路由器提供目標鏈的原始資產，而不是衍生資產。

這種模式的缺點在於無法實現"通用性"，僅僅只能用於資產的跨鏈傳輸，而不能用於通用信息和數據的鏈間傳輸。

圖3：本地驗證模式

上游鏈模式

上游鏈要求dApp在其鏈上部署智能合約，這樣消息才會被複製並發送到其他Layer1公鏈上以實現狀態更新。

該模式的缺點主要體現在商業經營層面，這條鏈將與所有第1層鏈相互競爭而不是合作，因為彼此都在爭奪dApp來自己的鏈上部署。

圖4：上游鏈模式

為什麼zkRelayer是打開鏈間通信的鑰匙

一套優秀的鏈間通信方案應當具備以下優點：

• 無信任假設，安全，也就是Trustless, Secure

• 無許可，去中心化，也就是Permissionless, Decentralized

• 通用，也就是General, Universal

• 可拓展，也就是Extensible

• 快速，低成本，也就是Efficient, Low Cost

以上優點並不是所有跨鏈方案都具備，而各個優點的輕重緩急也是不同的。使用者可以忍受較慢的跨鏈服務，也可以忍受較高的跨鏈成本，也並不一定馬上就要做各種數據格式的跨鏈傳輸。但是，第一條Trustless確實緊迫而重要的。最早的外部驗證模式是用一條鏈去解決其他公鏈的通信問題，從方法論角度看，它是一種較為笨重的方式，它很難解決在EVM和Non EVM，POW和POS的鏈間通信難題。與此同時，中間鏈本身是個單一的中心化工具，且難以"自證清白"，即外部驗證模式既沒有Decentralized Security，也沒有Trustless Security。

而原生驗證中的LayerZero和Hyperlane主要強調Sender和Receiver兩個客戶端的作用，弱化Relayer和Oracle。這裡存在以下幾個問題：第一，使用者必須相信Relayer和Oracle不會合謀作惡；第二，使用者就必須相信協議本身不會在Relayer環節作惡。也就是說，在當前所有解決方案裡無法實現Trustless Security。單點故障和局部故障就像一顆不知道什麼時候會爆炸的炸彈，安置在有天然缺陷的跨鏈通信方案裡。

zkRelayer是Way Network提出的鏈間通信零知識證明中繼器，其優點是使用者不需要相信任何外部第三方，也不需要相信協議本身。只要數學和密碼學的證明過程完備且正確，這套系統就可以被公眾接受。請注意，事情在這裡已經發生本質的變化，使用者相信的是的"真理"，而不是某人或者某個組織。人或者組織會犯錯，會作惡，但真理不會。在整個環節裡，Chain A→ Sender→ zkRelayer → ZK Verifier→ Receiver→ Chain B，zkRelayer的地位將超越Sender和Receiver這兩個輕客戶端，成為整套解決方案裡的核心。

zkRelayer的核心部件是ZK Prover以及Message Aggregator。Way Network的ZK Prover所採用的零知識證明方法是Fox Tech所提出的ZK-FOAKS，其優點是非常的快速，且具備Recursive和Trustless兩種特性，其線性證明時間和亞線性驗證時間已經達到理論下限。ZK-FOAKS用在鏈間通信的Relayer之中將確保整個通信是Trustless，Efficient且Low Cost。

zkRelayer是打開鏈間通信的鑰匙。在zkRelayer的加持下，鏈間通信將掀起新的篇章。

圖 5: Way Network 的通用鏈間通信架構