类别:区块链 / 日期:2021-09-20 / 浏览:738

原文链接:《 Blockchain Bridges: Building Networks of Cryptonetworks 》

原文来源: 1kxnetwork Medium

原文做者: Dmitriy Berenzon

颠末多年的研发,我们末于构成了一个多链的市场构造。目前有超越 100 个活泼的公共区块链,此中许多都有本身奇特的应用法式、用户、地域散布、平安模子和设想权衡。不管个别社区相信什么,现实都是宇宙趋势于熵增,那些收集的数量很可能在将来继续增加。

那品种型的市场构造使得我们必需获得差别收集之间的互操做性。许多开发者已经意识到那一点,去年区块链桥接的数量激增,旨在将日渐碎片化的收集聚集起来。截至本文撰写,已有 40 多个差别的桥接项目。

详解区块链桥:在加密收集之上构建收集  用户 资产 信任 网络 安全性 第1张

 截至 2021 年 9 月 8 日;演示图演示图 (不全)

在本文中,我将:解释桥接为何重要概述各类桥接设想及其优缺点,概述当前桥接的总体情况,描述将来桥接可能会是什么样子互操做性解锁了立异可能性 

跟着单个生态系统的开展,它们会开展本身奇特的优势:平安性更强、吞吐量更大、交易费更廉价、隐私性更好、特定的资本供给 (如存储、计算、带宽)、具有地域开发者和用户社区等。桥接之所以重要,是因为它们让用户可以拜候新的平台和协议;使协议之间可以互相操做;允许开发者协做构建新产物等。更详细来说,它们具有以下益处:

进步现有加密资产的消费力和适用性  

桥接允许现有加密资产转移到新平台,做新的工作。如:

· 发送 DAI 到 Terra 以在 Mirror 上购置合成资产,或者在 Anchor 上赚取收益

· 从 Flow 向以太坊发送 TopShot 以做为 NFTfi 的抵押品

· 在 Maker 上利用 DOT 和 ATOM 做为抵押品贷出 DAI

扩大现有协议的产物功用  

桥接扩展了协议可以实现的设想空间。例如:

· 在 Solana 和 Avalanche 上利用 Yearn vaults 停止活动性挖矿

· 以太坊上的 NFT 跨链共享订单簿和 Rarible Protocol 上的 Flow

· Index Coop 的权益证明指数

为用户和开发者解锁新功用用例  

桥接给了用户和开发者更多选择。如:

· 在 Optimism、Arbitrum 和 Polygon 上跨 DEX 对 SUSHI 的价格停止套利

· 利用比特币付出 Arweave 的存储费用

· 在 Tezos 上通过 PartyBid 竞拍 NFT

桥接 101  

从笼统层面来看,能够如许定义桥接:一个在两个或多个区块链之间传输信息的系统。而「信息」能够指资产、合约挪用、证明或形态。大大都桥接设想由以下几个部门构成:

· 监测:凡是有一个参与者 (或一个「预言机」、「验证者」、「中继者」) 监测源链上的形态。

· 动静传递/中继:参与者领受了事务之后,需要将信息从源链传输到目的链。

· 共识:在一些模子中,为了将信息转发到目的链,监控源链的参与者之间需要达成共识。

· 签名:参与者需要对发送到目的链的信息停止加密签名,能够停止单签或者做为门限签名 (threshold signature) 计划的一部门。

桥接计划大致有四品种型,每一种都有其优缺点:

1. 资产公用型 (Asset-specific):该桥接类型独一的目标就是供给拜候外部链特定资产的渠道。那些资产凡是为「封拆」(wrapped) 资产 (由根底资产以托管或非托管体例完全抵押的资产)。比特币是桥接至其他链的最常见的资产,仅在以太坊上就有七种差别的桥。那种桥接是最容易实现的,并从中获得庞大的活动性。但其功用有限,而且需要在每个目的链上从头实现。例子有 wBTC 和 wrapped Arweave。

2. 链公用型 (Chain-specific):两条链之间的桥接,凡是撑持在源链上锁定息争锁代币以及在目的链上铸造肆意的封拆资产。因为那些桥接的复杂性有限,它们凡是能够更快地上市,但也不容易扩展到更普遍的生态系统中。用例有 Polygon 的 PoS 桥接,它允许用户将资产从以太坊转移到 Polygon 中,反之亦然,但仅限于那两条链。

3. 应用公用型 (Application-specific):一种为两个或多个区块链供给拜候的应用法式,但仅限于在该应用法式中利用。那种应用法式自己的益处是代码库较小;不是在每条区块链上都有整个应用法式的零丁实例,而是凡是在每条区块链上都有更轻量级的、模块化的「适配器」。实现了「适配器」的区块链能够拜候它所毗连的所有其他区块链,因而存在收集效应。它们的缺点是很难将该功用扩展到其他应用法式中 (例如,从借贷应用扩展到交易应用)。详细用例有 Compound Chain 和 Thorchain,它们别离构建了专门用于跨链借贷和交易的独立区块链。

4. 通用型 (Generalized):一种专为跨多个区块链传输信息而设想的协议。因为其复杂性不高,那种设想享有强大的收集效应——项目标单一集成即可使其拜候桥内的整个生态系统。缺点是,一些设想凡是会在平安性和去中心化之间权衡,以获得那种可扩展效应。那可能会对生态系统产生复杂且意想不到的后果。此中一个用例是 IBC,用于在两条异构链中发送信息 (且具有最末确定性包管)。

详解区块链桥:在加密收集之上构建收集  用户 资产 信任 网络 安全性 第2张

 截至 2021 年 9 月 14 日

此外,按照用于验证跨链交易的机造,桥的设想大致有三品种型:

类型一:外部验证者和联邦造 (External validators & Federations)  

那类桥接计划凡是有一组验证者监测源链上的「邮箱」地址,并按照共识在目的链上施行操做。资产转移凡是是如许操做的:在「邮箱」上锁定资产,然后在目的链上铸造等量的资产。那些验证者凡是存入了零丁的代币做为抵押担保,以包管收集的平安性。  

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 外部验证者和联邦系统的简化图示类型二:轻客户端和中继 (Light clients & Relays) 

参与者监测源链上的事务,并生成有关该链上记录的过去事务的加密打包证明。那些证明将和区块头一路被转发到目的链上的合约 (如「轻客户端」),然后验证某个事务能否被记录,并在验证后施行操做。那种设想机造需要一些参与者「中继」区块头和证明。固然用户能够「自中继」交易,但确实存在中继将持续转发数据的活性假设。那是一种相对平安的桥接设想,因为它在无需信赖中间实体的情况下包管了去信赖的有效交付。但它也是资本密集型的,因为开发者必需在每条新目的链上构建一个新智能合约,来解析源链的形态证明;而验证流程自己则需要消耗大量 gas 费用。

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 轻客户端/中继系统的笼统图示类型三:活动性收集 (Liquidity networks)

那类似于点对点收集,此中每个节点都充任一个「路由器」,持有来源和目的链资产的「库」。那些收集凡是操纵底层区块链的平安性;通过利用锁定和争议机造,能够包管路由器不会盗走用户的资金。正因为如斯,像 Connext 如许的活动性收集关于那些转移大量价值的用户来说可能是一个更平安的选择。此外,那种桥接类型可能最合适于跨链资产转移,因为路由器供给的资产是目的链的原生资产,而不是彼此不克不及完全替代的衍生资产。

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活动性收集的笼统图示

 根据上面的三种桥接类型分,能够得出以下图表:  

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 截至 2021 年 9 月 14 日

需要留意的是,上述任何给定的桥接都是双向通信通道。在每条通道中可能有独立的模子,因而那种分类不克不及准确地代表诸如 Gravity、Interlay 和 tBTC 此类混合模子。因为它们都在一个标的目的上有轻客户端,而在另一个标的目的上有验证者节点。

别的,能够按照以下几个因从来大致评估一个桥接的设想:

· 平安性:信赖及活泼度假设、对做恶行为的容忍度、用户资金的平安性和自反性。

· 速度:交易完成的延迟时间,以及最末确定性包管。凡是需要在速度和平安性之间停止必然的权衡。

· 毗连性 (Connectivity):为用户和开发者所做的目的链选择,以及集成额外目的链的差别难度级别。

· 本钱效率:经济机造,即设置确保系统平安所需的本钱和资产转移的交易成本。

· 形态性 (Statefulness):转移特定资产、更复杂的形态和/或施行跨链合约挪用的才能。

综上所述,能够从下图角度来评估那三种设想机造的权衡:

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此外,平安性是一个范畴,我们能够将其大致分为以下几类:

· 去信赖的 (Trust-less):桥接的平安性与它所桥接的底层区块链绑定。除非底层区块链遭到共识级攻击,不然用户的资金不会丧失或被盗。也就是说,那并不是完全去信赖,因为所有那些系统的经济、工程和加密组件都含有信赖假设 (如,代码不存在破绽)。

· 投保的 (Insured):攻击者可以窃取用户资金,但他们如许做可能无利可图。因为他们参与收集需要先供给抵押品,而当呈现错误行为和做恶行为时将遭到罚没。若是用户资金丧失,协议会通过罚没攻击者的抵押品来对用户停止抵偿。

· 抵押的 (Bonded) : 与投保形式类似 (如,参与者的经济利益与其行为亲近相关),除了用户因其错误以及做恶行为而抵押品被罚没之外。抵押品类型对投保和抵押形式都很重要;内生抵押品 (协议代币做为抵押品) 的风险更大,因为若是桥接呈现毛病,那么代币的价值也很可能会瓦解,那进一步降低了桥接的平安包管。

· 基于信赖的 (Trusted):参与者不需要抵押资产,在系统呈现毛病或者做恶行为时用户无法取回资产,因而平安性次要依赖于桥接运营商的声誉。

详解区块链桥:在加密收集之上构建收集  用户 资产 信任 网络 安全性 第8张

 截至 2021 年 9 月 14 日

在将来的晋级中,有几个项目将从「基于信赖的」类别中移除。

总结设想机造的权衡

「外部验证者和联邦造」凡是在形态性和毗连性方面较佳,因为它们能够触发交易、存储数据,并允许在肆意数量的目的链上与数据停止交互。然而,那是以平安性为代价的,因为按照定义,用户依赖于桥接而非源链或目的链的平安性。固然目前大大都外部验证者机造都是基于信赖的模子,但有一些是需要抵押资产的,此中的一个资产子集用于为末端用户投保。不幸的是,它们的保险机造凡是具有自反性 (reflexive)。若是将协议代币做为抵押品,即假设该代币的价值足以补偿用户的丧失。此外,若是抵押资产与保险资产差别,则还需依赖预言机的价格流,因而桥接的平安性还会降级为预言机的平安性。而若是不需要信赖的模子,那些桥接也是本钱效率更低的,因为它们促进经济吞吐量的同时也需要成比例地扩大致押品的规模。

「轻客户端和中继」也是在形态性方面较好,因为区块头中继系统可以传送任何类型的数据。虽然因为需要中继器来传输信息而存在活性假设,但它们的平安性也很好,因为其不需要额外的信赖假设。同时,它们是本钱效率更高的桥接,因为不需要锁定任何资产。然而,那些优势都是以牺牲毗连性为代价的。每毗连一对链,开发者必需在源链和目的链上摆设一个新的轻客户端智能合约,该合约的复杂度介于 O(LogN) 和 O(N) 之间 (之所以介于那个范畴,是因为利用不异的共识算法添加链撑持相对容易)。在依赖欺诈证明的 optimistic 模子中也存在显著的速度缺陷,那可能会将延迟增加到 4 小时。

「活动性收集」在平安性和速度方面较强,因为它们是当地验证的系统 (即不需要全球共识)。它们也比抵押/投保机造的外部验证者机造更具有本钱效率,因为本钱效率与交易流/交易额有关,而不是与平安性有关。例如,假设两条链的交易流相等,再给定一个内置的再平衡机造,活动性收集能够促成肆意大的经济吞吐量。

而权衡点在于形态性,因为固然能够传输挪用数据,但其功用有限。例如,它们可以跨链与数据交互,此中领受方有权按照所供给的数据停止交互 (例如,利用来自觉送方的签名信息挪用智能合约),但是关于传输没有「所有者」的数据或者传输属于广义形态的数据 (如铸造代表代币) 没有帮忙。

未决问题  

构建强健的跨链桥接是散布式系统中的一个难题。固然在那范畴已有许多测验考试,但仍存在一些为处理的问题:

· 最末确定性和回滚 (Finality & rollbacks): 在具有概率最末确定性的链中,桥接若何应对区块重组和时间响马攻击?例如,若是任何一条链都履历了形态回滚,那么从波卡向以太坊发送本身的用户会碰到什么样的情况?

NFT 转移和溯源 (NFT transfers & provenance) : 桥接若何为跨多条链的 NFT 溯源?例如,若是有一个 NFT 曾在以太坊、Flow 和 Solana 的多个市场长进行交易,那么所有那些交易和所有者是若何记录的?

· 压力测试 (Stress testing) : 在链遭遇拥堵或协议和收集级别攻击的情况下,各类桥接设想会若何应对?

区块链桥接的将来  

固然桥接为区块链生态系统解锁了更多立异可能,但若是团队在研发方面走捷径,也可能会带来很大的风险。Poly Network 跨链攻击事务向我们展现了破绽和攻击的潜在经济丧失规模,而且我估量将来会呈现更大规模的攻击。固然关于桥接构建者来说,如今的收集高度碎片化而合作非常剧烈。但各个团队应高度自律,优先考虑平安性而不是发布速度。

固然最末的抱负形态是构建一条为所有事物共用的「同构桥接」,但现实是,很可能不存在单一的「更佳」桥接设想。差别类型的桥接将适用于差别的特定应用 (如资产转移、合约挪用、代币铸造等)。

此外,更佳的桥应该是最平安的、具有可毗连性的、快速的、本钱效率高的、成本效益高且抗审查的。若是我们想要实现「区块链互联网」的愿景,那些属性都是需要我们促进到达更大化的。

到目前为行,我们还没有构建出更优的桥接。而所有桥接类型都有几个有趣的研发标的目的:

· 降低区块头验证的成本:轻客户端的区块头验证成本非常高,若是能处理那一问题,将使我们更接近于实现完全通用且去信赖的互操做性。一种有趣的设想则是桥接至 L2 以降低那些成本。例如,在 zkSync 上实现 Tendermint 轻客户端。

· 从基于信赖的形式改变为抵押形式:固然抵押验证者的本钱效率要低得多,但「社会合约」的平安性不敷以保障数十亿美圆的用户资金平安。此外,花哨的门限签名机造其实不会削减信赖;那一群签名者仍属于受信赖的第三方。在没有抵押的情况下,用户现实上是将他们的资产移交给外部托管人。

· 从抵押形式改变为投保形式:丧失资产是用户最不想碰到的情况。固然抵押资产的验证者和中继器必然水平上能够避免做恶行为,但协议应该更进一步,间接利用罚没资金对用户停止抵偿。

· 扩大活动性收集的活动性:「活动性收集」能够说是资产转移的最快的桥接,而且在信赖和活动性之间存在着一些有趣的设想权衡。例如,活动性收集可能能够操纵抵押验证者形式来外包本钱供给,此中路由也能够是具有抵押活动性的门限多签。

· 桥接聚合:固然关于特定的资产来说,桥接的利用可能会遵照指数定律,但像 Li Finance 如许的聚合器能够改善开发者和末端用户的利用体验。

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