TIC:一文詳解跨鏈新范式：optimistic 跨鏈橋

注：原文作者是 Connext 創始人 Arjun Bhuptani，在這篇文章中，他詳細描述了 optimistic 跨鏈橋的工作原理，并將其與其他類型的跨鏈協議進行了一個簡單的權衡對比。作者認為，以 Nomad 為代表的 optimistic 跨鏈橋提供了非常高水平的安全性，同時保留了現有多重簽名跨鏈橋的簡單性和易部署特性，因此，其代表了跨鏈和跨 rollup 通信技術的巨大飛躍。

幾個月前，我們宣布與 Nomad 密切合作，這是一種跨鏈通信協議，它使用欺詐證明（類似于 Optimistic Rollups）來中繼數據跨鏈。

在這篇文章中，我們將深入探討 optimistic 跨鏈橋的工作原理、它們的權衡是什么，以及為什么我們會喜歡這類跨鏈橋。

互操作性三難困境是一個解釋跨鏈橋權衡空間的模型，它對當今存在的跨鏈通信協議類型進行了一個分類。

去年我們在寫到這個三難困境時，我們根據驗證方式，將跨鏈橋分為了三種類型：

本地驗證（原子互換 & 快速流動性系統）；

外部驗證（多重簽名、MPC、門限簽名、PoS 和驗證者橋）；

原生驗證（輕客戶端區塊頭中繼、rollup 橋）；

在每種情況下，驗證機制都需要從三個非常理想的屬性中權衡并舍棄一種屬性：

信任最小化：在底層鏈之外不添加任何經濟安全假設；

通用性：支持跨鏈傳遞任意數據；

可擴展性：可部署到很多異構鏈，并且只需最少的定制工作；

數據：由于監管因素，Binance和Coinbase市場份額出現下降:金色財經報道，隨著美國監管機構以涉嫌違反聯邦法律為由對Binance和Coinbase進行審查，Binance和Coinbase平臺似乎正在迅速失去市場份額。區塊鏈分析公司Kaiko報告稱，Binance現貨市場份額已從今年早些時候的64%降至50%。過去7個月下降了22%，Coinbase也遭遇了類似的命運，在同一時期從8%跌至5.5%。[2023/7/27 16:01:53]

與本地、外部或原生驗證的跨鏈橋不同，Optimistic 跨鏈橋探索了一種新的權衡：延遲。

以下是 Optimistic 跨鏈橋的工作方式：

與其他跨鏈橋類似，數據由用戶或 dApp 在源鏈上發布到一個合約函數；

一個名為 updater（更新者）的代理者對包含步驟（1）中數據的 merkle 根進行簽名，并將其發布到源鏈。與 rollup 定序器類似，在發生欺詐事件時，updater（更新者）綁定的保證金可以被罰沒；

此時，任何中繼系統（例如 Gelato、Keep3r、Biconomy 等）都可以在源鏈上讀取此 merkle 根，并將其發布到一個或多個目標鏈；

將數據發布到目標鏈，會啟動一個 30 分鐘的欺詐證明窗口（類似于 optimistic rollup 的退出窗口）。在此期間，任何觀察鏈的人（觀察者）都可以證明源鏈上的欺詐行為，并斷開與目標鏈的通信通道。如果發生這種情況，updater（更新者）的保證金將被罰沒，即他們的資金將被拿走并交給發起爭議的觀察者；

比特幣超越納斯達克100和標普500成為2023一季度表現最好的資產類別:金色財經報道，根據彭博3月31日數據顯示，比特幣以約70%的漲幅，超越納斯達克100和標普500成為2023一季度表現最好的資產類別，數據顯示納斯達克100在一季度漲幅為19%、STOXX Europe 600 Price Index EUR漲幅9%、標準普爾 500 指數 為5.5%、iShares Core US Aggregate Bond ETF 為2.2%。在其他方面，比特幣也讓黃金相形見絀，黃金價格在2023年一季度漲幅為9.5%，而白銀僅為0.3%。（finbold）[2023/4/1 13:38:24]

如果在 30 分鐘內沒有出現欺詐證明，則傳遞到目標鏈的數據可被視為最終確定，并可由應用使用。通常，這是通過讓服務提供商（processor）為跨鏈橋提交數據的 merkle 證明，然后利用該數據調用目標鏈上的合約函數來實現的；

因為傳遞的數據完全是任意的，optimistic 跨鏈橋讓我們能夠以最小的信任度構建任何類型的跨鏈應用。這里舉一些例子：

Lock-and-mint（鎖定和鑄造） 或 Burn-and-mint（燃燒和鑄造）代幣跨鏈傳輸；

在單筆無縫的 tx 中跨鏈連接 DEX 流動性；

跨鏈金庫策略管理；

關鍵協議操作，例如跨鏈復制/同步全局常量（如 PCV）；

在不引入預言機的情況下，將 UniV3 TWAP 引入每條鏈；

與鏈無關的 veToken 治理；

元宇宙與元宇宙之間的互操作性；

與 optimistic rollups 和狀態通道網絡類似，optimistic 跨鏈橋設計依賴于一組觀察者來觀察鏈并報告欺詐行為。這是一種與外部驗證跨鏈橋完全不同的安全模型，就像 rollup 與側鏈具有完全不同的安全模型一樣。

DefiLlama開發者：Defillama網站遭遇惡意控制，已推出新網站llamadotfi:3月19日消息，鏈上數據分析網站DefiLlama開發者0xngmi發推表示DefiLlama團隊因Defillama網站遭遇惡意控制，已推出分叉版本的新網站llamadotfi。0xngmi解釋稱控制Defillama推特賬戶和域名的人決定發行Token，遭到團隊中所有人的反對。

0xngmi提醒用戶不要相信來自DefiLlama的任何消息和Token。[2023/3/19 13:13:29]

外部驗證（即多重簽名、驗證器、PoS、MPC 或門限簽名）跨鏈橋利用了誠實多數假設，換句話說，系統中的 n 個參與者當中，需要有 m 個正確驗證更新。在加密經濟學術語中，這意味著：攻擊具有 n 個驗證者的外部驗證跨鏈橋的成本，等于破壞或黑掉 m 個驗證者的成本。

需要注意的是，這是一個新的潛在攻擊向量——除非跨鏈橋的經濟安全性大于 51% 攻擊的成本，否則這必然意味著外部驗證的跨鏈橋增加了一個（通常很重要的）信任假設。

如果系統能夠（a）可靠地證明欺詐，并且 (b) 向用戶全額返還可能在黑客攻擊中損失的所有價值，則可以替代地實現外部驗證跨鏈橋的完全經濟安全。換言之，只有當可罰沒的權益（例如 Thorchain 上的 RUNE）價值大于或等于整個系統的 TVL 時，外部驗證跨鏈橋用戶和 LP 的經濟安全才能得到保障。請注意，（a）是一個很強的假設——最終證明欺詐本身，需要一個無需信任的跨鏈通信機制，這使得問題變得有點遞歸。

另一方面，觀察者 + 欺詐證明模式使用了一個誠實者的驗證者假設。換句話說，Optimistic 跨鏈橋只需要系統中 n 個參與者當中的 1 個來正確驗證更新。

DWF Labs宣布撥款1500萬美元支持幣安行業復蘇計劃:11月30日消息，瑞士Web3風險投資機構和數字資產做市商DWF Labs宣布，為了支持Web3行業復蘇，將通過幣安行業復蘇計劃（IRF）支持遭受影響的協議，初始承諾撥款額為1500萬美元。DWF Labs致力于為最有前途、最優質、最需要的公司提供資金支持。[2022/11/30 21:12:00]

攻擊具有 n 個驗證者的 Optimistic 跨鏈橋的成本，等于破壞或黑掉 n 個驗證者的成本。

如果 Optimistic 系統（無論是 rollup、通道或者跨鏈橋）的觀察者是無需許可的（并且我們假設底層鏈是活動的），那么攻擊系統的經濟成本就是無限的。

這是因為無法去確保世界上沒有一個匿名觀察者會去證明欺詐。

這有一個非常有趣的結果：

在一個 optimistic 跨鏈橋中，嘗試欺詐的 EV 總是負的，因為只要底層鏈是安全的，那么再多的錢也無法保證你的攻擊會成功。因此，updater（更新者）需要綁定的可罰沒權益數量只需要足夠高，就可以防止欺詐企圖。

這就是為什么 Optimistic Rollup 定序器只需要綁定 rollup 總 TVL 的一小部分。

optimistic 跨鏈橋對外部驗證的跨鏈橋所做的最重要的改進，也許是用活性（liveness）換取安全性。換句話說，只要底層鏈本身是安全的，理論上最壞的情況就是系統停機，而不會造成資金損失。

與 rollup 定序器類似，如果系統停止簽署更新，中心化 updater（更新者）可能會惡意或意外停止系統。

然而，去中心化 Nomad 的 updater（更新者）是一項相當簡單的任務。一個簡單的示例構造是擁有多個綁定 updater（更新者）（而不是單個 updater（更新者）），并使用循環方法對更新進行簽名，如果給定的 updater（更新者）錯過了“輪值”，則使用故障轉移和罰沒機制。

以太坊聯創 Taylor Gerring 地址短時轉出2000枚ETH:金色財經報道，據歐科云鏈OKLink多鏈瀏覽器數據顯示，以太坊聯合創始人Taylor Gerring的以太坊地址tgerring.eth于今日11:58:14轉出2000枚eth至開頭為0xe940的地址。此外9月6日，該地址曾以32枚/筆，將8000枚ETH質押至以太坊共識層合約地址。

此前消息，Taylor Gerring以太坊地址tgerring.eth曾于9月5日08:06:24收到約1萬枚ETH。[2022/9/15 6:57:41]

在 optimistic 跨鏈橋中中繼跨鏈的任何數據，都必須由 updater（更新者）簽名，這意味著系統中的任何欺詐行為，也必然源自 updater（更新者）。

在 optimistic 跨鏈橋中，欺詐總是可以在源鏈上確定性地證明（類似于 ORU 欺詐在 L1 上總是可以證明的）。為此，觀察者只需向源鏈合約提交無效更新的證明，然后導致 updater（更新者）被罰沒。然后，觀察者在 30 分鐘內向目標鏈提交簽名消息，以“斷開”通信通道（在該欺詐數據可以被視為最終確定之前）。

實際上根本不需要證明目標鏈上的欺詐行為。在源鏈上執行此操作，會正確地懲罰 updater（更新者），這首先會抑制欺詐行為，隨后斷開通信通道可以減輕任何潛在的損害。也就是說，觀察者任意斷開通信通道的能力，確實打開了 DoS 攻擊向量，這一點我們將在下面討論。

由于任何觀察者都可以在 optimistic 跨鏈橋中發起斷開通信通道，因此觀察者有可能通過 DoS 攻擊斷開連接以永久停止給定的通信通道。請注意，觀察者這樣做，無法從系統中獲得任何好處（任何資金/數據都是安全的），并且這種風險是按通信通道劃分的（即斷開一個通道不會導致整個系統癱瘓）。

Bill，別再斷開我的通道了！

通過為觀察者引入正確的激勵措施，可以長期緩解這種類型的攻擊向量。由于觀察者在正確爭論時會獲得 updater（更新者）的罰沒保證金，我們可以通過為觀察者引入基線稅來減輕觀察者的痛苦，以啟動欺詐證明。該稅需要（a）足夠高以抑制 DoS 攻擊，但（b）與 updater（更新者）的保證金相比也要足夠低，以便觀察者仍然有強烈的動機啟動有效的欺詐證明。另一個簡單的解決方案是，只需將觀察者生成的斷開連接簽名發布到源鏈，如果無法證明欺詐行為，則懲罰觀察者。

目前，Nomad 通過許可制觀察者集來處理這個問題。這改變了系統的經濟安全性，因為現在有一組固定/已知的觀察者可能會遭到攻擊（從而限制了攻擊成本）。然而，我們認為這是一個可以接受的權衡解決方案，因為它有一條直接且高度可信的最小化信任路徑。這種方法也反映了其他防欺詐系統的部署方式：

從歷史上看，狀態通道網絡從一個許可制的觀察者集開始，以減輕 DoS 攻擊的風險，直到可以建立正確的激勵方式。

Optimistic rollup 項目目前處于同一類型的引導階段，欺詐證明和爭議尚未激活。雖然這意味著當前的 rollup 更需要被信任，但社區明白這只是一個臨時的“訓練階段”。

我們上面討論的核心假設，是底層鏈本身能夠接受觀察者的交易。對于任何基于欺詐證明的系統，這個假設都是相同的，其中典型的結構有一些證明窗口，觀察者必須在該窗口內完成交易以將其發布到鏈上。

Nomad 已根據對攻擊概率確定鏈的成本的現有研究，將他們的延遲時間參數化為 30 分鐘。我們將在之后的文章中嘗試分解此參數背后的研究和邏輯。

每個分布式系統都會存在某種形式的權衡，跨鏈也沒有免費的午餐。截至目前，optimistic 跨鏈橋系統最明顯的權衡，是增加了 30 分鐘的傳輸延遲，盡管我們相信，通過使用模塊化設計，將 Connext 分層在 Nomad 的頂部，我們可以緩解這一問題（之后會有更多的介紹）。

如上所述，與外部驗證（多重簽名、門限簽名、MPC 或基于驗證器集）跨鏈橋相比，optimistic 跨鏈橋在安全性和信任最小化方面有了巨大的提升。optimistic 跨鏈橋的 1 of N 安全模型可以緩解與共謀或密鑰泄露相關的破壞性攻擊向量風險。

例如，如果 Ronin 網絡使用的是 optimistic 跨鏈橋，即使其所有密鑰都被泄露了，黑客也無法獲取到價值 6.25 億美元的 Ronin 跨鏈橋資產。

類似的方案還有 LayerZero，它利用了兩個重疊的 m of n 驗證者集，其在功能上只是作為一個更大的 m of n 驗證者集（參與者集合大小和共謀向量變得更難推理，除非兩個集合的所有參與者的身份都已知）。

本地驗證系統（例如 Connext 當前的 nxtp 實現）雖然像 optimistic 跨鏈橋一樣無需信任且易于部署，但無法支持跨鏈傳遞任意數據。

從這個意義上說，除了資金轉移和簡單的合約執行之外，本地驗證跨鏈系統的表現都不如 optimistic 跨鏈橋。另一方面，本地驗證系統對于減輕 optimistic 跨鏈橋的其他權衡（即延遲）來說是非常有用的。

像 IBC 這樣的輕客戶端區塊頭中繼系統，通過在鏈 A 的 VM 內驗證鏈 B 的共識來工作。區塊頭中繼為我們提供了理論上最佳的信任假設，因為每個基礎鏈的驗證器集相互驗證，而無需額外引入第三方（與外部驗證的跨鏈橋不同）或關于活性的假設（例如 optimistic 跨鏈橋）。這類跨鏈系統也不受 optimistic 跨鏈橋的延遲權衡影響。

當然，區塊頭中繼系統并非沒有自己的挑戰：

它們必須為每條新鏈/共識機制構建自定義輕客戶端。

對于以太坊 PoW 共識機制而言，驗證共識的成本非常高，因為內存要求很高。

由于回滾風險，區塊頭中繼方法可能不適用于 optimistic rollup，但是，這絕對是一個開放的研究領域！

雖然目前還沒有可用的去信任化 ZK 跨鏈橋，但我們在理論上可以基于零知識證明構建跨鏈橋，使用與區塊頭中繼相同的策略來驗證跨鏈的數據。

與區塊頭中繼方法類似，ZK 跨鏈橋具有很好的去信任和低延遲屬性，它們也可能比常規的區塊頭中繼系統要便宜得多，因為證明共識不需要在鏈上發生。然而，在這樣做的過程中，ZK 跨鏈橋引入了一些新的權衡：

與輕客戶端區塊頭中繼方法類似，ZK 跨鏈橋必須部署自定義策略來驗證每條鏈的共識，并且它們可能根本不適用于 optimistic rollup 二層網絡。對于 ZK 跨鏈橋，考慮到并非所有鏈都使用相同的密碼學原語，這一點更具挑戰性。

實際上，不可能在零知識的情況下證明所有共識模型。在這些情況下，需要某種類型的最終性工具，這會增加新的信任假設。

除此之外，ZK 跨鏈橋在驗證成本和數據可用性方面，可能還有其他的缺點，盡管這些缺點尚未得到徹底的研究。

Optimistic 跨鏈橋提供了非常高水平的安全性（信任最小化屬性），同時保留了現有多重簽名跨鏈橋的簡單性和易部署特性。

出于這個原因，我們對 Nomad 感到非常興奮，并認為它代表了跨鏈和跨 rollup 通信技術的巨大飛躍。

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