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区块“kuai”链桥接先容:在加<jia>密网【wang】络(luo)之上构【gou】建网络

区块“kuai”链桥接先容:在加密网【wang】络(luo)之上构【gou】建网络

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经由多年的研发,我们终于形成了一个多链的市场结构。现在有跨越 100 个活跃的公共区块链,其中许多都有自己怪异的应用程序、用户、区域漫衍、平安模子和设计权衡。不管个体社区信托什么,现实都是宇宙趋向于熵增,这些网络的数目很可能在未来继续增添。

这种类型的市场结构使得我们必须获得差异网络之间的互操作性。许多开发者已经意识到这一点,去年区块链桥接的数目激增,旨在将日渐碎片化的网络群集起来。住手本文撰写,已有 40 多个差其余桥接项目。

住手 2021 年 9 月 8 日;演示图演示图 (不全)

在本文中,我将:

互操作性解锁了创新可能性

随着单个生态系统的生长,它们会生长自己怪异的优势:平安性更强、吞吐量更大、生意费更廉价、隐私性更好、特定的资源供应 (如存储、盘算、带宽)、具有区域开发者和用户社区等。桥接之以是主要,是由于它们让用户能够接见新的平台和协议;使协议之间能够相互操作;允许开发者协作构建新产物等。更详细来说,它们具有以下利益:

提高现有加密资产的生产力和适用性

桥接允许现有加密资产转移到新平台,做新的事情。如:

  • 从 Flow 向以太坊发送 TopShot 以作为 NFTfi 的抵押品

  • 在 Maker 上使用 DOT 和 ATOM 作为抵押品贷出 DAI

扩大现有协议的产物功效

桥接扩展了协议能够实现的设计空间。例如:

  • 在 Solana 和 Avalanche 上使用 Yearn vaults 举行流动性挖矿

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

  • Index Coop 的权益证实指数

为用户和开发者解锁新功效用例

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 的价钱举行套利

  • 使用比特币支付 Arweave 的存储用度

  • 在 Tezos 上通过 PartyBid 竞拍 NFT

桥接 101

从抽象层面来看,可以这样界说桥接:一个在两个或多个区块链之间传输信息的系统。而“信息”可以指资产、合约挪用、证实或状态。大多数桥接设计由以下几个部门组成:

  • 监测:通常有一个介入者 (或一个“预言机”、“验证者”、“中继者”) 监测源链上的状态。

  • 新闻转达/中继:介入者吸收了事宜之后,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,监控源链的介入者之间需要杀青共识。

  • 署名:介入者需要对发送到目的链的信息举行加密署名,可以举行单签或者作为门限署名 (threshold signature) 方案的一部门。

桥接方案大致有四种类型,每一种都有其优瑕玷:

  • 资产专用型 (Asset-specific):该桥接类型唯一的目的就是提供接见外部链特定资产的渠道。这些资产通常为“封装” (wrapped) 资产 (由基础资产以托管或非托管方式完全抵押的资产)。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其余桥。这种桥接是最容易实现的,并从中获得重大的流动性。但其功效有限,而且需要在每个目的链上重新实现。例子有 wBTC 和 wrapped Arweave。

  • 链专用型 (Chain-specific):两条链之间的桥接,通常支持在源链上锁定息争锁代币以及在目的链上铸造随便的封装资产。由于这些桥接的庞大性有限,它们通常可以更快地上市,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,但仅限于这两条链。

  • 应用专用型 (Application-specific):一种为两个或多个区块链提供接见的应用程序,但仅限于在该应用程序中使用。这种应用程序自己的利益是代码库较小;不是在每条区块链上都有整个应用程序的单独实例,而是通常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”的区块链可以接见它所毗邻的所有其他区块链,因而存在网络效应。它们的瑕玷是很难将该功效扩展到其他应用程序中 (例如,从借贷应用扩展到生意应用)。详细用例有 Compound Chain 和 Thorchain,它们划分构建了专门用于跨链借贷和生意的自力区块链。

  • 通用型 (Generalized):一种专为跨多个区块链传输信息而设计的协议。由于其庞大性不高,这种设计享有壮大的网络效应 —— 项目的单一集成便可使其接见桥内的整个生态系统。瑕玷是,一些设计通常会在平安性和去中央化之间权衡,以获得这种可扩展效应。这可能会对生态系统发生庞大且意想不到的结果。其中一个用例是 IBC,用于在两条异构链中发送信息 (且具有最终确定性保证)。

此外,凭证用于验证跨链生意的机制,桥的设计大致有三种类型:

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

这类桥接方案通常有一组验证者监测源链上的“邮箱”地址,并凭证共识在目的链上执行操作。资产转移通常是这样操作的:在“邮箱”上锁定资产,然后在目的链上铸造等量的资产。这些验证者通常存入了单独的代币作为抵押担保,以保证网络的平安性。

类型二:轻客户端和中继 (Light clients & Relays)

介入者监测源链上的事宜,并天生有关该链上纪录的已往事宜的加密打包证实。这些证实将和区块头一起被转发到目的链上的合约 (如“轻客户端”),然后验证某个事宜是否被纪录,并在验证后执行操作。这种设计机制需要一些介入者“中继”区块头和证实。虽然用户可以“自中继”生意,但确实存在中继将连续转发数据的活性假设。这是一种相对平安的桥接设计,由于它在无需信托中央实体的情形下保证了去信托的有用交付。但它也是资源麋集型的,由于开发者必须在每条新目的链上构建一个新智能合约,来剖析源链的状态证实;而验证流程自己则需要消耗大量 gas 用度。

类型三:流动性网络 (Liquidity networks)

这类似于点对点网络,其中每个节点都充当一个“路由器”,持有泉源和目的链资产的“库”。这些网络通常行使底层区块链的平安性;通过使用锁定和争议机制,可以保证路由器不会盗走用户的资金。正由于云云,像 Connext 这样的流动性网络对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,这种桥接类型可能最适合于跨链资产转移,由于路由器提供的资产是目的链的原生资产,而不是相互不能完全替换的衍生资产。

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根据上面的三种桥接类型分,可以得出以下图表:

需要注重的是,上述任何给定的桥接都是双向通讯通道。在每条通道中可能有自力的模子,因而这种分类不能准确地代表诸如 Gravity、Interlay 和 tBTC 此类夹杂模子。由于它们都在一个偏向上有轻客户端,而在另一个偏向上有验证者节点。

另外,可以凭证以下几个因向来大致评估一个桥接的设计:

  • 平安性:信托及活跃度假设、对作罪行为的容忍度、用户资金的平安性和自反性。

  • 速率:生意完成的延迟时间,以及最终确定性保证。通常需要在速率和平安性之间举行一定的权衡。

  • 毗邻性 (Connectivity):为用户和开发者所做的目的链选择,以及集成分外目的链的差异难度级别。

  • 资源效率:经济机制,即设置确保系统平安所需的资源和资产转移的生意成本。

  • 状态性 (Statefulness):转移特定资产、更庞大的状态和/或执行跨链合约挪用的能力。

综上所述,可以从下图角度来评估这三种设计机制的权衡:

此外,平安性是一个局限,我们可以将其大致分为以下几类:

  • 去信托的 (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,否则用户的资金不会丢失或被盗。也就是说,这并非完全去信托,由于所有这些系统的经济、工程和加密组件都含有信托假设 (如,代码不存在破绽)。

  • 投保的 (Insured):攻击者能够偷取用户资金,但他们这样做可能无利可图。由于他们介入网络需要先提供抵押品,而当泛起错误行为和作罪行为时将受到罚没。若是用户资金丢失,协议会通过罚没攻击者的抵押品来对用户举行抵偿。

  • 抵押的 (Bonded) : 与投保模式类似 (如,介入者的经济利益与其行为亲热相关),除了用户因其错误以及作罪行为而抵押品被罚没之外。抵押品类型对投保和抵押模式都很主要;内生抵押品 (协议代币作为抵押品) 的风险更大,由于若是桥接泛起故障,那么代币的价值也很可能会溃逃,这进一步降低了桥接的平安保证。

  • 基于信托的 (Trusted):介入者不需要抵押资产,在系统泛起故障或者作罪行为时用户无法取回资产,因此平安性主要依赖于桥接运营商的声誉。

在未来的升级中,有几个项目将从“基于信托的”种别中移除。

总结设计机制的权衡

“外部验证者和联邦制”通常在状态性和毗邻性方面较佳,由于它们可以触发生意、存储数据,并允许在随便数目的目的链上与数据举行交互。然而,这是以平安性为价值的,由于凭证界说,用户依赖于桥接而非源链或目的链的平安性。虽然现在大多数外部验证者机制都是基于信托的模子,但有一些是需要抵押资产的,其中的一个资产子集用于为终端用户投保。不幸的是,它们的保险机制通常具有自反性 (reflexive)。若是将协议代币作为抵押品,即假设该代币的价值足以赔偿用户的损失。此外,若是抵押资产与保险资产差异,则还需依赖预言机的价钱流,因此桥接的平安性还会降级为预言机的平安性。而若是不需要信托的模子,这些桥接也是资源效率最低的,由于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”也是在状态性方面较好,由于区块头中继系统能够传送任何类型的数据。只管由于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,由于其不需要分外的信托假设。同时,它们是资源效率最高的桥接,由于不需要锁定任何资产。然而,这些优势都是以牺牲毗邻性为价值的。每毗邻一对链,开发者必须在源链和目的链上部署一个新的轻客户端智能合约,该合约的庞大度介于 O(LogN) 和 O(N) 之间 (之以是介于这个局限,是由于使用相同的共识算法添加链支持相对容易)。在依赖诓骗证实的 optimistic 模子中也存在显著的速率缺陷,这可能会将延迟增添到 4 小时。

“流动性网络”在平安性和速率方面较强,由于它们是内陆验证的系统 (即不需要全球共识)。它们也比抵押/投保机制的外部验证者机制更具有资源效率,由于资源效率与生意流/生意额有关,而不是与平安性有关。例如,假设两条链的生意流相等,再给定一个内置的再平衡机制,流动性网络可以促成随便大的经济吞吐量。

而权衡点在于状态性,由于虽然可以传输挪用数据,但其功效有限。例如,它们能够跨链与数据交互,其中吸收方有权凭证所提供的数据举行交互 (例如,使用来自觉送方的署名信息挪用智能合约),然则对于传输没有“所有者”的数据或者传输属于广义状态的数据 (如铸造代表代币) 没有辅助。

未决问题

构建强壮的跨链桥接是漫衍式系统中的一个难题。虽然在这领域已有许多实验,但仍存在一些为解决的问题:

  • 最终确定性和回滚 (Finality & rollbacks): 在具有概率最终确定性的链中,桥接若何应对区块重组和时间盗贼攻击?例如,若是任何一条链都履历了状态回滚,那么从波卡向以太坊发送自己的用户会遇到什么样的情形?

  • NFT 转移和溯源 (NFT transfers & provenance) : 桥接若作甚跨多条链的 NFT 溯源?例如,若是有一个 NFT 曾在以太坊、Flow 和 Solana 的多个市场上举行生意,那么所有这些生意和所有者是若何纪录的?

  • 压力测试 (Stress testing) : 在链遭遇拥堵或协媾和网络级别攻击的情形下,种种桥接设计会若何应对?

区块链桥接的未来

虽然桥接为区块链生态系统解锁了更多创新可能,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 跨链攻击事宜向我们展示了破绽和攻击的潜在经济损失规模,而且我估量未来会泛起更大规模的攻击。虽然对于桥接构建者来说,现在的网络高度碎片化而竞争十分猛烈。但各个团队应高度自律,优先思量平安性而不是宣布速率。

虽然最终的理想状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“最佳”桥接设计。差异类型的桥接将适用于差其余特定应用 (如资产转移、合约挪用、代币铸造等)。

此外,最佳的桥应该是最平安的、具有可毗邻性的、快速的、资源效率高的、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,这些属性都是需要我们促进到达最大化的。

到现在为止,我们还没有构建出最优的桥接。而所有桥接类型都有几个有趣的研发偏向:

  • 降低区块头验证的成本:轻客户端的区块头验证成本十分高,若是能解决这一问题,将使我们更靠近于实现完全通用且去信托的互操作性。一种有趣的设计则是桥接至 L2 以降低这些成本。例如,在 zkSync 上实现 Tendermint 轻客户端。

  • 从基于信托的模式转变为抵押模式:虽然抵押验证者的资源效率要低得多,但“社齐集约”的平安性不足以保障数十亿美元的用户资金平安。此外,花哨的门限署名机制并不会削减信托;这一群署名者仍属于受信托的第三方。在没有抵押的情形下,用户现实上是将他们的资产移交给外部托管人。

  • 从抵押模式转变为投保模式:损失资产是用户最不想遇到的情形。虽然抵押资产的验证者和中继器一定水平上可以防止作罪行为,但协议应该更进一步,直接使用罚没资金对用户举行抵偿。

  • 扩大流动性网络的流动性:“流动性网络”可以说是资产转移的最快的桥接,而且在信托和流动性之间存在着一些有趣的设计权衡。例如,流动性网络可能可以行使抵押验证者模式来外包资源供应,其中路由也可以是具有抵押流动性的门限多签。

  • 桥接聚合:虽然对于特定的资产来说,桥接的使用可能会遵照指数定律,但像 Li Finance 这样的聚合器可以改善开发者和终端用户的使用体验。

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