淡馬錫 Web3 基金 Superscrypt：詳解區塊鏈互操作性的現狀、解決方案異同與趨勢

區塊鏈的擴散

第一個公共區塊鏈比特幣於 2009 年問世。在過去的 14 年裡，公共區塊鏈呈現出了一種爆發式增長，根據 DeFiLlama 的數據，現在的數量已經達到了 201 個。儘管以太坊在鏈上活動方面占據主導地位，2021 年的總鎖定價值（TVL）約占 96%；但在過去的兩年中，隨著幣安智能鏈（BSC）和 Solana 等替代第一層區塊鏈的推出，以及 Optimism、Arbitrum、zkSync Era、Starknet 和 Polygon zkEVM 等第二層擴容解決方案的出現，這一比例已經下降到了 59%。

根據 DeFiLlama 的數據，截至目前，有超過 115 個基於 EVM 的鏈和 12 個以太坊 Rollup/L2，而且出於各種原因，多鏈上的活動趨勢將繼續存在：

主要的第二層解決方案，如 Polygon、Optimism 和 Arbitrum，早期將自己定位為以太坊的擴容解決方案，籌集了大量資金，並確立了作為低成本應用部署地的地位（在過去一年中，Arbitrum 上的開發團隊增長了 2779%，Optimism 增長了 1499%，Polygon 增長了 116%------儘管基數較小，也大約有 200-400 個開發者）；
不斷推出優化特定需求的山寨 L1。一些鏈優化了吞吐量、速度和結算時間（如 Solana、BSC），而其他鏈則針對特定用例，如遊戲（ImmutableX）、DeFi（Sei）和傳統金融（如 Avalanche 子網）；
具有足夠規模和用戶的應用正在推出自己的 Rollup 或應用鏈，以捕獲更多價值和管理網絡費用（dydx）；
市場上出現了幾個框架、軟件開發工具包和"Rollup 即服務"提供商，使任何項目都可以輕鬆創建自己的 Rollup，減少技術難度（如 Caldera、Eclipse、Dymension、Sovereign、Stackr、AltLayer、Rollkit）。

我們生活在一個多鏈、多層的世界中。

互操作性的重要性日益增加

這種第一層、第二層和應用鏈的蔓延凸顯了互操作性的重要性，即區塊鏈之間傳輸資產、流動性、消息和數據的能力和方式。

如 Connext 所建議的，區塊鏈互操作性可以分為三個部分：

傳輸：將消息數據從一條鏈傳遞到另一條鏈；
驗證：證明數據的正確性（通常涉及證明源鏈的共識/狀態）；
執行：目標鏈對數據進行處理的過程。

能夠在鏈之間轉移資產和流動性的好處是顯而易見的------它使用戶能夠探索和在新的區塊鏈和生態系統中進行交易。他們將能夠利用新的區塊鏈的優勢（例如在具有較低費用的第二層上進行交易或交易）並發現新的有利可圖的機會（例如在其他鏈上訪問收益更高的 DeFi 協議）。

傳輸消息的好處在於解鎖一整套跨鏈用例，而無需移動其原始資產。從鏈 A（源）發送的消息會觸發鏈 B（目標鏈）上的代碼執行。例如，鏈 A 上的一個 dapp 可以傳遞關於用戶資產或交易歷史的消息給鏈 B，然後他們可以在鏈 B 上參與活動，而無需移動任何資產，例如：

在鏈 B 上借貸，並將鏈 A 上的資產用作抵押品；
在低成本的 Rollup 上參與社區福利（例如鑄造新的 NFT 收藏品、領取活動門票和商品），而無需將其 NFT 從鏈 A 上移動；
利用他們在一條鏈上建立的去中心化身份和鏈上歷史，在另一條鏈上參與 DeFi 並獲得更好的利率。

互操作性面臨的挑戰

儘管互操作性帶來了許多好處，但它面臨許多技術挑戰：

首先，區塊鏈通常無法很好地相互通信：它們使用不同的共識機制、加密方案和架構。如果您的代幣在鏈 A 上，使用它們在鏈 B 上購買代幣並不是一個簡單的過程。
其次，在驗證層面上，互操作性協議的可靠性取決於所選擇的驗證機制，以驗證傳遞的消息是否確實合法和有效。
第三，在多個地方進行開發導致應用程序失去了組合性，而組合性是 Web3 的一個關鍵構建模塊。這意味著開發人員無法輕鬆地在另一條鏈上組合組件以設計新的應用程序，並為用戶解鎖更大的可能性。
最後，大量的鏈意味著流動性被分割，使參與者的資金效率降低。例如，如果您在鏈 A 上提供流動性以獲取收益，那麼難以將該交易的 LP 代幣用作另一個協議中的抵押品以產生更多收益。流動性是 DeFi 和協議活動的生命線，鏈的數量越多，它們都越難以繁榮發展。

目前存在一些解決這些問題的互操作性解決方案，那麼當前的情況如何呢？

互操作性的現狀

如今，跨鏈橋是跨鏈交易的主要促進者。目前有 110 多個跨鏈橋，具有不同的功能和在安全性、速度以及支持的區塊鏈數量方面的權衡。

正如 LI.FI 在他們文章中所概述的那樣，有幾種不同類型的跨鏈橋：

封裝和鑄造跨鏈橋------在鏈 A 上以多簽名方式保護代幣，並在鏈 B 上鑄造相應的代幣。理論上，封裝的代幣應該與原始代幣的價值相同，但其價值取決於跨鏈橋的安全性------即如果跨鏈橋被黑客攻擊，當用戶嘗試從鏈 B 橋接到鏈 A 時，封裝的代幣將無法交換回原始代幣（Portal、Multichain）
流動性網絡------各方在鏈的兩側提供代幣流動性，以促進跨鏈交換（例如 Hop、Connext Amarok、Across）
任意消息跨鏈橋------可以傳輸任何數據（代幣、合約調用、鏈的狀態），例如 LayerZero、Axelar、Wormhole
特定用例跨鏈橋（例如穩定幣和 NFT 跨鏈橋）在將穩定幣/NFT 從鏈 A 銷毀後，在鏈 B 上釋放它們。

這些跨鏈橋採用不同的信任機制，由不同的可信方和激勵措施支持，並且這些選擇很重要：

Team Human 依賴一組實體來證明交易的有效性；
Team Economics 依賴一組有抵押品的驗證者，他們抵押的資產面臨被削減的風險，以阻止不良行為。只有當不良行為的經濟利益低於削減懲罰時，這種機制才能起作用。
Team Game Theory 將跨鏈過程中的各種任務（例如檢查交易的有效性；中繼）分配給不同的參與方。
Team Math 通過鏈上輕客戶端驗證，在釋放資產到另一鏈之前，利用零知識技術和簡潔證明來驗證一鏈上的狀態。這種方法最大程度地減少了人為干預，並且在技術上設置複雜。

最終，信任機制的範圍從人類到具有經濟激勵的人類到基於數學的驗證。這些方法並不是互斥的 ------在某些情況下，我們看到一些方法被結合起來以增強安全性 ------例如 LayerZero 的基於博弈論的跨鏈橋將 Polyhedra（依賴 zk 證明進行驗證）作為其網絡的預言機。

到目前為止，跨鏈橋的表現如何？迄今為止，跨鏈橋已經促進了大量資本的轉移 ------ 2022 年 1 月，跨鏈橋的總鎖定價值（TVL）達到了 600 億美元的峰值。由於涉及如此巨額的資本，跨鏈橋已成為攻擊和黑客行為的主要目標。僅在 2022 年，就有 25 億美元的資金損失，其中包括多重簽名密鑰洩露和智能合約漏洞的組合。對於一個金融系統來說，每年 4% 的資本損失率是無法持續的，它無法繁榮並吸引更多用戶。

攻擊在 2023 年持續進行，多鏈地址被掏空了 1.26 億美元（占 Fantom 跨鏈橋資產的 50%和 Moonriver 跨鏈橋資產的 80%），同時揭示出他們的首席執行官一直掌控著所有"多重簽名"密鑰。在這次黑客攻擊之後的幾周裡，Fantom 上的總鎖定價值（TVL）下降了 67%（Fantom 上有大量資產通過多鏈跨鏈橋進行橋接）。

歸根結底，一些最大的跨鏈橋攻擊和隨後的後果都歸結為多重簽名漏洞（Ronin 6.24 億美元，Multichain 1.26 億美元，Harmony 1 億美元），凸顯了所採用的跨鏈橋信任機制的重要性。

擁有一個小型（Harmony）或分組（Ronin）或單一（Multichain）的驗證者集合是一些這些攻擊的關鍵原因之一，但攻擊可以來自許多不同的途徑。在 2022 年 4 月，美國聯邦調查局（FBI）、網絡安全與基礎設施安全局（CISA）和美國財政部發布了一份聯合網絡安全諮詢通知，重點介紹了朝鮮政府支持的 Lazarus Group 使用的一些策略。這些策略包括社交工程、電子郵件、Telegram 和中心化交易所賬戶釣魚等。

那麼我們接下來該怎麼辦？

很明顯，最終依賴於人類的驗證機制很容易成為攻擊目標，但對安全高效的互操作性的需求仍然存在。那么我們接下來該走向何方呢？

我們現在看到信任最小化驗證方法的出現，這讓我們感到興奮：

在第二部分中，我們將介紹共識證明，它用於證明源鏈的最新共識（即它們在最近幾個區塊中的狀態/"真實性"），以促進橋接；
在第三部分中，我們將介紹存儲證明，它用於證明舊區塊中的歷史交易和數據，以促進各種跨鏈應用場景。

這兩種方法都以最小化信任的驗證為核心，以規避對人類的依賴和缺陷，並為互操作性的未來奠定了基礎。

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