一文读懂区块链「桥」：搭建起真正四通八达的加密网络

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一文读懂区块链「桥」：搭建起真正四通八达的加密网络

桥正在统一日益碎片化的公链格局。

Perry Wang编译的1kx
的研究伙伴Dmitriy Berenzon撰写

经过多年的研发，我们终于进入了多链市场结构。目前活跃的公链有100多个，很多都有自己独特的应用、用户、地域分布、安全模型和设计权衡机制。虽然各个社群都有自己的信仰，但现实是宇宙趋向于熵，这些网络的数量在未来可能还会继续增加。

在这种类型的市场结构下，需要不同网络之间的互操作性。许多开发商已经意识到这一点，所以我们目睹了去年区块链“桥梁”的爆炸式增长。这些“桥梁”旨在统一日益碎片化的公链格局。在撰写本文时，有40多个不同的“桥”项目。

截至2021年9月8日；插图/不完整演示

在本文中，我将:

互操作性开启创新的爆发。随着各种生态系统的发展，他们将发展自己独特的优势，如更高的安全性，更快的吞吐量，更便宜的交易成本，更好的隐私保护，特定资源的供应(如存储，计算，带宽)，以及某些领域的开发者和用户社区。“桥”很重要，因为它们使用户能够访问新的平台，使协议能够互操作，并且开发人员可以合作开发新产品。更具体地说，它们实现了:

提高现有加密资产的生产力和实用性“桥梁”使现有加密资产能够流向新的网络并做新的事情。例如:

送戴去Terra在镜像上买合成资产或者在主播上赚收益。

将NBA TopShot NFT从Flow发送到以太坊，用作NFTfi的抵押品

用DOT和ATOM做抵押，在Maker上获得戴贷款。

现有协议实现了一个更强大的功能“桥”,扩展了协议可以实现的设计空。例如:

增加渴望机枪池到索拉纳和雪崩进行收入培养。

以太网和流链上的NFT可以共享Rarible协议上的命令簿。

在Index Coop上引入股权证明指数

为用户和开发者解锁新功能和用例的“桥梁”，也可以为用户和开发者提供更多的选择。例如:

在乐观指数、仲裁指数和多边形指数之间进行寿司价格套利。

使用比特币支付Arweave上的存储

为NFT的政党竞标泰佐斯

在抽象层面上，人们可以将“桥”定义为在两个或多个区块链之间传递信息的系统。在这种情况下，“信息”可以指资产、合同调用、标识或状态。大多数“桥”的设计包括几个部分:

监控:通常有一个参与的角色，或者叫做“Oracle”，或者叫做“验证者”或者“中继器”，负责监控源链的状态。

消息传递/中继:监控角色收到事件后，需要将信息从源链传递到目标链。

共识:在某些模式中，在信息被传递到目标链之前，需要在监控源链的参与者之间达成共识。

签名:参与者需要单独或作为门限签名方案的成员对发送到目标链的信息进行加密和签名。

大约有四种类型的“桥”，每种都有自己的优点和缺点:

特定于资产:这种“桥”的唯一目的是提供从外部链对特定资产的访问。这些资产通常是“打包”资产，完全由底层资产以托管或不托管的方式抵押。比特币是最常见的连接其他公共链的资产。仅以太坊就有七座不同的“桥”。这些“桥”最容易实现，但是它们的功能有限，需要在每个目标链上单独部署。例子包括wBTC和包装Arweave。

特定于链:两个区块链之间的这种“桥梁”通常只涉及在源链上锁定和解锁令牌以及在目标链上铸造任何打包资产的简单操作。由于复杂性低，这些“桥梁”通常可以更快地上市，但不容易扩展到更广泛的生态系统。一个例子是Polygon的PoS bridge，它允许用户将资产从以太坊转移到Polygon，反之亦然，但只在这两个链之间运行。

特定于应用程序:一个应用程序提供对两个或更多区块链的访问，但它只在该应用程序中使用。这种应用程序的小代码库是一个优势；每个区块链上都没有整个应用程序的单个实例，但通常每个区块链上都有一个更轻的模块化“适配器”。实现了适配器的区块链可以访问它所连接的所有其它区块链，因此它具有网络效应。缺点是很难将此功能扩展到其他应用程序(例如，从借贷到交换)。具体例子包括Compound Chain和Thorchain，它们分别建立了独立的区块链，致力于跨链借贷和交易。

通用:一种特别设计的协议，用于在多个区块链间传输信息。由于其低复杂性，这种设计享有强大的网络效应，只需要“单点集成”就可以通过桥访问整个系统。缺点是，一些设计通常会在安全性和去中心化之间做出权衡，以获得这种扩张效应，这可能会对生态系统产生复杂的意想不到的后果。一个例子是IBC，它用于在两个异构链之间发送信息(有终结性的保证)。

此外，“桥”设计大致可以分为三种类型，根据验证跨链交易的机制进行分类:

外部验证者和联邦主义通常有一组验证者来监控源链上的“邮箱”地址，并根据共识在目标链上执行操作。资产转移通常通过用地址锁定资产并在目标链中铸造相同数量的资产来完成。这些验证者通常使用不同的令牌作为抵押品来确保安全性。

外部验证器或联邦系统的抽象描述

客户端和中继参与者监控源链上的事件，并生成关于链上记录的过去事件的加密证明。然后将这些证书连同块头一起转发给目标链上的契约(比如“轻客户端”)，然后验证是否记录了一个事件，验证后执行操作。它的设计机制要求一些参与者“中继”块头和证书。虽然用户可以“自我中继”事务，但有一个积极的假设，即中继器将继续转发数据。这是一个相对安全的桥设计，因为它在不信任中间实体的情况下保证了无信任的有效交付，但它也是资源密集型的，因为开发者必须在每个新的目标链上构建一个新的智能契约来解析来自源链的状态证书，并且验证过程本身需要大量的气体费用。

轻型客户端和/或中继系统的摘要说明

流动性网络这类似于点对点(P2P)网络，其中每个节点充当“路由器”，并保存源链和目标链中的资产“列表”。这些网络通常利用底层区块链的安全性；通过使用锁定和争议解决机制，保证用户不会被路由器扫地出门。因此，对于转移大量价值的用户来说，像Connext这样的流动性网络可能是更安全的选择。另外，这种类型的“桥”可能是最适合跨链资产转移的，因为路由器提供的资产是目标链的原生资产，不是衍生资产，不能完全替代。

流动性网络的抽象说明

如果按照这个思路来区分市面上的“桥”，可以得到下表的结果:

截至2021年9月8日

特别要注意的是，任何特定的桥都是双向通信通道，每个通道中可能有单独的模型。而且这种分类无法准确表示混合模型，比如Gravity、inter和tBTC，因为它们都是一个方向有一个轻客户端，另一个方向有一个验证器。

此外,“桥”的设计可以根据以下因素进行粗略的评估:

安全性:对信任和活动的假设，对恶意行为者的容忍度，用户资金的安全性和自反性。

速度:完成交易的时间延迟，以及最终性的保证。通常在速度和安全性之间有一个权衡。

连接性:为用户和开发者选择目标链，以及整合额外目标链的不同难度。

资本效率:一个经济学概念，包括保证系统安全所需的资本和资产转移的交易成本。

状态:转移特定资产、更复杂的状态和/或执行跨链合同调用的能力。

综合起来，我们可以从以下角度观察这三种设计机制的权衡:

此外，安全机制广泛分布在频谱中，大致可分为:

基于信任:参与者不投资抵押物，用户在系统故障或恶意活动的情况下无法收回资金，因此用户主要依靠“过桥”运营商的信誉。

抵押:类似于保险模式(如参与者的经济利益实际相关)，只是用户因失误或不当行为而无法收回资金，因为被切割的抵押物可能会被销毁。抵押品的类型对抵押贷款和保险模式都很重要；内生抵押品(比如抵押品是一种协议代币)的风险更大，因为如果“桥梁”失效，代币的价值可能会崩盘，进一步降低了“桥梁”的安全保障。

被保险人:恶意行为人可以盗取用户的资金，但他们这样做可能无利可图，因为他们需要提供抵押品，一旦出现失误或不当行为，他们的抵押品将被削减。如果用户的资金出现损失，协议会通过减少的抵押物对用户进行补偿。

不需要信任:桥的安全性与它桥接的目标链和原始链的安全性“绑定”在一起。除非底层区块链遭遇共识级攻击，否则用户资金不会丢失或被盗。然而，这并不是完全没有信任，因为这些系统的所有经济、工程和加密组件都建立在信任的基础上。

截至2021年9月8日。未来升级后，一些项目将从“需要信任”类别中移出。

总结设计机制的权衡。外部验证器和联邦主义通常在状态性和连接性方面表现良好，因为它们可以触发事务、存储数据，并允许与任意数量的目标链上的数据进行交互。但是，这是以牺牲安全性为代价的，因为用户依赖的是“桥”的安全性，而不是源链或目标链。

尽管当今大多数外部验证器都是需要信任的模型，但有些是抵押机制，其中一部分资产用于为最终用户提供资产保护。不幸的是，他们的保险机制通常是反射性的。如果使用协议令牌作为抵押品，则基于令牌的美元价值足以全额支付用户的假设。但是，如果抵押的资产不同于被保险的资产，仍然依赖于预言机，那么“桥”的安全性就可能退化到预言机的安全性。但如果不是需要信任的项目，这些“桥”的资金效率也是最低的，因为它们促进了经济吞吐量的增加，需要按比例扩大抵押品要求。

客户端和中继在有状态性方面也很强大，因为块头中继系统可以传输任何类型的数据。它们的安全性也很强，因为不需要额外的信任假设，虽然有活度假设，因为仍然需要中继器来传输信息。这些也是资金效率最高的“桥梁”，因为不需要任何资金锁定。这些优势是以连通性为代价的。对于每一对相连的区块链，开发者必须在源链和目标链上部署一个新的轻客户端智能契约，其复杂度在O(LogN)到O(N)之间(在这个范围之间，因为添加对具有相同共识算法的链的支持相对容易)。依赖欺诈证据的最优模型也存在明显的速度缺陷，例如交易延迟可能达到4小时以上。

移动性具有速度和安全性的优势，因为它们是本地验证系统(没有全球共识)。他们也比抵押贷款/保险的外部验证者更有资本效率，因为资本效率与交易流量/交易金额而不是安全性有关。例如，假设两个链之间的交易流量相等，并且存在内置的再平衡机制，流动性网络可以贡献无限的经济吞吐量。取舍与状态有关，因为状态数据虽然可以任意传输，但作用有限。例如，它们可以跨链与数据进行交互，其中接收者有权根据提供的数据进行交互(例如，使用来自发送者的已签名消息来调用智能合约)，但对于传输没有“所有者”或属于一般化状态的数据(例如，强制转换代表性令牌)没有帮助。

突出问题建立一个强大的跨链“桥”是一个非常困难的问题。尽管在该领域中已经进行了许多尝试，但是仍然有几个未解决的问题:

终结性和回滚:“桥”如何处理可能由概率终结性引起的回滚问题？以波尔卡多和以太坊为例。如果任何一条链遇到状态回滚，从Polkadot向以太坊发送资金的用户会怎么样？

NFT转移和可追溯性:“桥”如何在多个链“桥”上保持NFT的可追溯性？举个例子，如果一个NFT在以太坊、Flow、Solana几个市场都有过转手，那么它的所有权记录是如何包含所有这些交易和拥有者的呢？

抗压能力:当一条链发生拥塞或受到协议和网络攻击时，各种“桥”设计会如何表现？

区块链“桥”的未来虽然“桥”为区块链生态系统开启了创新，但如果团队在RD走捷径，也会带来非常严重的风险。黑客对保利的攻击已经证明了漏洞和攻击造成的潜在经济损失的规模，我预计情况在好转之前会变得更糟。虽然对于“桥梁”建设者来说，这是一个高度分散和高度竞争的模式，但每个团队都应该高度自律，优先考虑安全而不是上市时间。

虽然理想的状态应该是一个同构的“桥”，可以用于任何事情，但很可能没有单一的“最佳桥”设计，不同类型的“桥”最适合特定的应用(如资产转移、契约调用和令牌转换)。

此外，最好的“桥梁”将是最安全、互联互通、快速、资本效率高、成本效益高和抗审查的。如果要实现“区块链互联网”的愿景，以上要素都是需要最大化的属性。

到目前为止，我们还没有建成所谓的“最好的桥”。而且所有的“桥”都有几个有趣的研发方向:

降低块头验证成本:轻客户端的块验证成本很高。如果我们能找到降低这些成本的方法，我们就能更接近完全通用和无信任的互操作性。一个有趣的设计可能是连接到L2，以减少这些成本。比如在zkSync上部署Tendermint light客户端。

从需要信任模式转变为抵押模式:虽然抵押验证者的资金效率低很多，但“社会契约”的可靠性很难保证数十亿美元用户资金的安全。此外，花哨的门限签名方案不会降低风险。没有抵押，用户实际上是把自己的资产交给外部托管人。

从抵押模式转变为保险模式:在使用“桥”的过程中遭受无端损失，显然是用户最不愿意看到的。抵押资产的验证者和复读者虽然可以约束恶行，但协议应该更进一步，在发生意外的情况下对使用者进行赔偿。

扩大流动性网络的流动性:流动性网络设计可以说是资产转移最快的“桥梁”，在信任和流动性之间有一个有趣的设计权衡。例如，流动性网络可以使用抵押验证者类型模式来实现资本供应的外包，其中路线也可以是具有抵押流动性的门限多重签名。

非常感谢Aidan Musnitzsky、Arjun Bhuptani、James Prestwich和Pranay Mohan的反馈。感谢Lasse Clausen、Christopher Heymann和Nichanan Kesonpat。

资料来源:medium.com

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