區塊鏈:理解跨鏈橋安全性的關鍵：跨鏈通信的權衡取舍

如果說我在過去幾年中明白了一個道理，那就是：一個同步的區塊空間無法滿足鏈上所有應用的需求。

在 2018 年時這一情況還不那么明顯。而去年夏季 DeFi 的爆發以及進年夏天的 NFT 行情證明了一個事實，即存在很多應用的設計空間。而今年非以太坊的?第 1 層（L1）?公鏈的興起，進一步證明了區塊空間的需求非常高。

考慮到我們可能生活在一個多鏈世界中，不同鏈上的應用希望彼此跨鏈通信，因此充分了解各條鏈之間如何跨鏈工作，是很有價值的信息。我想從一個抽象的角度探索這一問題， 不針對具體項目展開。

在這篇文章中，我想研究這些系統中固有的特定權衡。認真反思的話，這種權衡取舍會很明顯。

我也是站在巨人的肩膀上討論這一問題；倫敦帝國理工學院的博士生 Alexei Zamyatin 等人在一篇?優秀的論文?中詳細闡述了這一點。我的目標是在該論文的核心論調后面添加一些顏色。

華為：幫助巴基斯坦政府官員對區塊鏈等前沿技術領域理解和應用:金色財經報道，為助力巴基斯坦總理伊姆蘭·汗提出的“數字巴基斯坦”愿景，華為已經與巴基斯坦信息技術和通信部達成合作協議，為巴基斯坦1000名政府官員開展信息與通信技術培訓，幫助他們對區塊鏈等前沿技術領域有更深入的理解和應用。（人民網-國際頻道）[2021/9/4 22:59:19]

用論文作者的話來說，權衡就是，缺少以下兩點中的任何一點，就無法進行跨鏈通信：

可信第三方 (TTP)

或者超越異步的同步假設

它們之間的關系很基本且非常直觀的，但需要深入研究一些術語。我希望在這里可以清楚地對直覺予以闡明。

讓我們簡單講一下同步假設——它們是用于思考分布式系統中通信的通用框架，且以難以理解而著稱。

孫正義：比特幣難以理解 但數字貨幣很有用:11月20日消息，軟銀集團總裁孫正義在紐約時報峰會上表示，比特幣是“難以理解的”。孫正義表示其此前已經投資了2億美元，這是他個人資產的1％。但自從投資比特幣后，他稱，看到比特幣的價格每天每五分鐘波動一次，這使他無法專注于自己的業務。而停止對比特幣的投資，他“變得更好了”。他還表示，“我發現數字貨幣很有用，但我不知道它們是什么數字貨幣或它們產生于什么因素。”2019年4月消息，軟銀集團創始人孫正義在比特幣上損失了1.3億美元。（JP.Cointelegraph）[2020/11/20 21:28:21]

將分布式系統視為一種消息傳遞協議，盡管通信基礎設施中出現故障或惡意對手，它仍需要工作，然后，我們可以定義在系統停止工作之前這些故障的嚴重程度。這正是同步假設的目標。

聲音 | 孟巖：以數權為框架理解產業區塊鏈:今日在《產業區塊鏈的破局之路》暨《2019騰訊區塊鏈白皮書》發布會上，數字資產研究院副院長孟巖發表了題為《從物權到數權：產業區塊鏈的思考與實踐》的主題發言。他表示，數權是憑借可信數字證據請求其他利益主體依據約定采取行動的權力，我們應該以數權為框架理解產業區塊鏈。[2019/10/19]

另一方面，在「異步」假設下運行的系統，默認假設網絡 / 對手可能將消息延遲任何時間。

后者網絡更強大。就是說，一個系統可以更好地處理環境帶入的不確定性。還有一些「中間地帶」假設，通常稱為「部分同步」，但在這里沒有必要定義。

這與跨鏈通信有什么關系？好吧，上述論文表明，如果你有一個實現異步跨鏈通信的系統，你可以用它來解決一個叫做「公平交換」的老問題。

聲音 | 比特大陸CFO回應其疑似上市傳聞：不予置評，謝謝理解:今日晚間，有消息稱香港交易所出現比特大陸臨時代碼，號碼為90027。對此向比特大陸方面求證，比特大陸CFO劉路遙回復表示：不予置評，謝謝理解！[2018/11/6]

我們從一篇?更老的論文?中了解到，沒有可信第三方就不可能進行異步公平交換。

因此，沒有可信第三方就不可能進行異步跨鏈通信。我們只能通過對系統進行更嚴格的同步假設，來放棄對可信第三方 的需求。

到目前為止，這一切都只是停留在理論的紙面上。讓我們談談真正的系統。從上一節中，我們知道要在兩個鏈之間傳遞消息，要么：

無法假設一個完全異步的系統

或需要一個可信第三方

這里到底需要怎樣的權衡取舍？將需要可信第三方的系統與需要更強同步假設的系統進行比較，可能會有所幫助。

動態 | 美國德克薩斯州尋求由區塊鏈提供支持的ID管理解決方案:9月17日消息，德克薩斯州奧斯汀市一直致力于為遇到無家可歸者的人們開發區塊鏈驅動的身份識別系統。該倡議被稱為MyPass，計劃中的最終產品是一個平臺，將個人記錄和id的數字副本收集在一個手機號碼或電子郵件地址下，使實體副本冗余。一個人與不同服務的所有交互都可以使用區塊鏈記錄在一個臺賬上，而不是在多個由個人管理的數據庫之間存儲數據，在每次交互發生時，由經過驗證的機構和個人組成的機構和個人驗證每個交互。這個想法來自于在難民營中實施的類似項目，比如世界糧食計劃署在約旦的建筑項目。[2018/9/17]

可信第三方似乎很好理解。可信第三方只是存在于兩條鏈之間的「低安全性 / 去中心化」中間人。而它們橋接的兩條鏈依賴于與兩條鏈無關的一個驗證人集，這類跨鏈系統就是一個例子。

更強的同步假設表現為重試邏輯或超時之類。哈希時間鎖定合約 (HTLC) 是一個說明性示例。幾年前，HTLC 被認為是跨鏈通信的重要原語。在 HTLC 中，更強的同步假設表現為必要的重試邏輯或?自由選項問題。

在上一節中，我指出具有最小同步假設的系統更擅長處理環境中的不確定性。在 HTLC 之類的情況下，如果有強大的經濟動機使通信失敗，則通信可能就會失敗。 就像做市商想要阻止或延遲價值轉移，因為他們在兩條鏈上都持有部分資產。

環境中足夠強大的經濟激勵可能會使通信出現故障。

最后一點對于需要可信第三方的系統來說是正確的！在這種情況下，需要信任可信第三方有足夠經濟激勵來維護「橋」的完整性。不同之處在于阻止通信的經濟動機具體如何表達。

我相信這里有一種自然的二元性。您要么必須信任安全性較低的「中間人」，要么需要信任通信不會中斷。

如果跨鏈通信引入了利潤足夠多的礦工可提取價值（MEV），無論上述兩種情況的哪一種，通信都可能失敗！要么是因為可信第三方腐敗，要么是有足夠大的做市商讓它失敗。

現代跨鏈通信系統在這種權衡取舍中會如何分布？有?更好的文章?對所有系統進行了分類，我在本文中只展示幾個說明性的例子。

Connext 的 nxtp?是跨鏈系統的經典例子，它增加了更強的同步假設。一旦用戶完成與路由器的協商，就會有一個兩階段的準備 / 完成機制來完成「橋」兩端的適當交易。如果通信未在超時內發生，則它不會發生。

另一方面，Solana?和以太坊之間的?蟲洞橋（Wormhole）引入了可信第三方。兩條鏈之間存在的「監護人」驗證器集需要對轉移進行 2/3 多數證明，才能對交易放行。如果驗證器集合已損壞或集體表決不希望傳輸通過，轉移則不會發生。

需要強調的一件事是，這兩種方法都不具備絕對的優勢。權衡任一方的系統都會在營銷材料宣稱他們正在做出「正確」的權衡，但如前所述，兩種權衡都意味著這些系統存在可能失敗的方式。

還有一些系統使其中一種權衡顯得不那么明顯。我最喜歡的例子是用于快速提款的?Optimism DAI 橋。這里的可信第三方是?Maker?DAO 本身！用戶要求 DAO 提供 DAI 流動性，從而為提議的 fDAI 資產提供完整性保障。

將 DAO 視為可信第三方有點奇怪，但如果我們認為任何安全性弱于鏈通信的東西都是「可信的」，那么 DAO 可以滿足這個目的！ 我個人很高興看到更多 DAO 扮演可信第三方的角色，以促進跨鏈通信。

未來看起來是屬于多鏈的世界，促進鏈之間的交流，那些做好準備的人將迎來真正的機會。對于我們使用這些新系統的人來說，了解他們正在做出的權衡很重要。

在這篇文章中，我研究了增強同步假設和可信第三方之間的一個基本權衡。鏈之間的界限對我來說非常有趣，所以我將在未來深入研究其中的其他因素。

如果您對這些內容感興趣，請隨時與我們聯系！我喜歡更深入地探索未知。

撰文：Lakshman Sankar，就職于以太坊基金會，從事生態開發和研究編譯：Perry Wang

感謝與?Alex Obadia?和?Vaibhav Chellani?的對話，對本文有很大啟發，并感謝他們兩人對本文內容編輯的貢獻。

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