淡马锡旗下加密基金 Superscrypt：直面区块链互操作性和跨链桥的现状与挑战

随着第一层、第二层和应用链的增加，区块链之间具有安全、低成本和高效的通信方式变得比以往任何时候都更加重要。

在本文中，我们将介绍互操作性的重要性、面临的挑战以及当前的方法，这是互操作性系列文章的第一部分。

区块链的扩散

第一个公共区块链比特币于 2009 年问世。在过去的 14 年里，公共区块链呈现出了一种爆发式增长，根据 DeFiLlama 的数据，现在的数量已经达到了 201 个。尽管以太坊在链上活动方面占据主导地位，2021 年的总锁定价值（TVL）约占 96%；但在过去的两年中，随着币安智能链（BSC）和 Solana 等替代第一层区块链的推出，以及 Optimism、Arbitrum、zkSync Era、Starknet 和 Polygon zkEVM 等第二层扩容解决方案的出现，这一比例已经下降到了 59%。

根据 DeFiLlama 的数据，截至目前，有超过 115 个基于 EVM 的链和 12 个以太坊 Rollup/L2，而且出于各种原因，多链上的活动趋势将继续存在：

• 主要的第二层解决方案，如 Polygon、Optimism 和 Arbitrum，早期将自己定位为以太坊的扩容解决方案，筹集了大量资金，并确立了作为低成本应用部署地的地位（在过去一年中，Arbitrum 上的开发团队增长了 2779%，Optimism 增长了 1499%，Polygon 增长了 116%——尽管基数较小，也大约有 200-400 个开发者）；
• 不断推出优化特定需求的山寨 L1。一些链优化了吞吐量、速度和结算时间（如 Solana、BSC），而其他链则针对特定用例，如游戏（ImmutableX）、DeFi（Sei）和传统金融（如 Avalanche 子网）；
• 具有足够规模和用户的应用正在推出自己的 Rollup 或应用链，以捕获更多价值和管理网络费用（dydx）；
• 市场上出现了几个框架、软件开发工具包和“Rollup 即服务”提供商，使任何项目都可以轻松创建自己的 Rollup，减少技术难度（如 Caldera、Eclipse、Dymension、Sovereign、Stackr、AltLayer、Rollkit）。

我们生活在一个多链、多层的世界中。

互操作性的重要性日益增加

这种第一层、第二层和应用链的蔓延凸显了互操作性的重要性，即区块链之间传输资产、流动性、消息和数据的能力和方式。

如 Connext 所建议的，区块链互操作性可以分为三个部分：

• 传输：将消息数据从一条链传递到另一条链；
• 验证：证明数据的正确性（通常涉及证明源链的共识/状态）；
• 执行：目标链对数据进行处理的过程。

能够在链之间转移资产和流动性的好处是显而易见的——它使用户能够探索和在新的区块链和生态系统中进行交易。他们将能够利用新的区块链的优势（例如在具有较低费用的第二层上进行交易或交易）并发现新的有利可图的机会（例如在其他链上访问收益更高的 DeFi 协议）。

传输消息的好处在于解锁一整套跨链用例，而无需移动其原始资产。从链 A（源）发送的消息会触发链 B（目标链）上的代码执行。例如，链 A 上的一个 dapp 可以传递关于用户资产或交易历史的消息给链 B，然后他们可以在链 B 上参与活动，而无需移动任何资产，例如：

• 在链 B 上借贷，并将链 A 上的资产用作抵押品；
• 在低成本的 Rollup 上参与社区福利（例如铸造新的 NFT 收藏品、领取活动门票和商品），而无需将其 NFT 从链 A 上移动；
• 利用他们在一条链上建立的去中心化身份和链上历史，在另一条链上参与 DeFi 并获得更好的利率。

互操作性面临的挑战

尽管互操作性带来了许多好处，但它面临许多技术挑战：

• 首先，区块链通常无法很好地相互通信：它们使用不同的共识机制、加密方案和架构。如果您的代币在链 A 上，使用它们在链 B 上购买代币并不是一个简单的过程。
• 其次，在验证层面上，互操作性协议的可靠性取决于所选择的验证机制，以验证传递的消息是否确实合法和有效。
• 第三，在多个地方进行开发导致应用程序失去了组合性，而组合性是 Web3 的一个关键构建模块。这意味着开发人员无法轻松地在另一条链上组合组件以设计新的应用程序，并为用户解锁更大的可能性。
• 最后，大量的链意味着流动性被分割，使参与者的资金效率降低。例如，如果您在链 A 上提供流动性以获取收益，那么难以将该交易的 LP 代币用作另一个协议中的抵押品以产生更多收益。流动性是 DeFi 和协议活动的生命线，链的数量越多，它们都越难以繁荣发展。

目前存在一些解决这些问题的互操作性解决方案，那么当前的情况如何呢？

互操作性的现状

如今，跨链桥是跨链交易的主要促进者。目前有 110 多个跨链桥，具有不同的功能和在安全性、速度以及支持的区块链数量方面的权衡。

正如 LI.FI 在他们文章中所概述的那样，有几种不同类型的跨链桥：

• 封装和铸造跨链桥——在链 A 上以多签名方式保护代币，并在链 B 上铸造相应的代币。理论上，封装的代币应该与原始代币的价值相同，但其价值取决于跨链桥的安全性——即如果跨链桥被黑客攻击，当用户尝试从链 B 桥接到链 A 时，封装的代币将无法交换回原始代币（Portal、Multichain）
• 流动性网络——各方在链的两侧提供代币流动性，以促进跨链交换（例如 Hop、Connext Amarok、Across）
• 任意消息跨链桥——可以传输任何数据（代币、合约调用、链的状态），例如 LayerZero、Axelar、Wormhole
• 特定用例跨链桥（例如稳定币和 NFT 跨链桥）在将稳定币/NFT 从链 A 销毁后，在链 B 上释放它们。

这些跨链桥采用不同的信任机制，由不同的可信方和激励措施支持，并且这些选择很重要：

• Team Human 依赖一组实体来证明交易的有效性；
• Team Economics 依赖一组有抵押品的验证者，他们抵押的资产面临被削减的风险，以阻止不良行为。只有当不良行为的经济利益低于削减惩罚时，这种机制才能起作用。
• Team Game Theory 将跨链过程中的各种任务（例如检查交易的有效性；中继）分配给不同的参与方。
• Team Math 通过链上轻客户端验证，在释放资产到另一个链之前，利用零知识技术和简洁证明来验证一个链上的状态。这种方法最大程度地减少了人为干预，并且在技术上设置复杂。

最终，信任机制的范围从人类到具有经济激励的人类到基于数学的验证。这些方法并不是互斥的 ——在某些情况下，我们看到一些方法被结合起来以增强安全性 ——例如 LayerZero 的基于博弈论的跨链桥将 Polyhedra（依赖 zk 证明进行验证）作为其网络的预言机。

到目前为止，跨链桥的表现如何？迄今为止，跨链桥已经促进了大量资本的转移 —— 2022 年 1 月，跨链桥的总锁定价值（TVL）达到了 600 亿美元的峰值。由于涉及如此巨额的资本，跨链桥已成为攻击和黑客行为的主要目标。仅在 2022 年，就有 25 亿美元的资金损失，其中包括多重签名密钥泄露和智能合约漏洞的组合。对于一个金融系统来说，每年 4%的资本损失率是无法持续的，它无法繁荣并吸引更多用户。

攻击在 2023 年持续进行，多链地址被掏空了 1.26 亿美元（占 Fantom 跨链桥资产的 50%和 Moonriver 跨链桥资产的 80%），同时揭示出他们的首席执行官一直掌控着所有“多重签名”密钥。在这次黑客攻击之后的几周里，Fantom 上的总锁定价值（TVL）下降了 67%（Fantom 上有大量资产通过多链跨链桥进行桥接）。

归根结底，一些最大的跨链桥攻击和随后的后果都归结为多重签名漏洞（Ronin 6.24 亿美元，Multichain 1.26 亿美元，Harmony 1 亿美元），凸显了所采用的跨链桥信任机制的重要性。

拥有一个小型（Harmony）或分组（Ronin）或单一（Multichain）的验证者集合是一些这些攻击的关键原因之一，但攻击可以来自许多不同的途径。在 2022 年 4 月，美国联邦调查局（FBI）、网络安全与基础设施安全局（CISA）和美国财政部发布了一份联合网络安全咨询通知，重点介绍了朝鲜政府支持的 Lazarus Group 使用的一些策略。这些策略包括社交工程、电子邮件、Telegram 和中心化交易所账户钓鱼等。

那么我们接下来该怎么办？

很明显，最终依赖于人类的验证机制很容易成为攻击目标，但对安全高效的互操作性的需求仍然存在。那么我们接下来该走向何方呢？

我们现在看到信任最小化验证方法的出现，这让我们感到兴奋：

• 在第二部分中，我们将介绍共识证明，它用于证明源链的最新共识（即它们在最近几个区块中的状态/“真实性”），以促进桥接；
• 在第三部分中，我们将介绍存储证明，它用于证明旧区块中的历史交易和数据，以促进各种跨链应用场景。

这两种方法都以最小化信任的验证为核心，以规避对人类的依赖和缺陷，并为互操作性的未来奠定了基础。

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