理解跨链桥安全性的关键：跨链通信的权衡取舍

如果说我在过去几年中明白了一个道理，那就是：一个同步的区块空间无法满足链上所有应用的需求。

在2018年时这一情况还不那么明显。而去年夏季DeFi的爆发以及进年夏天的NFT行情证明了一个事实，即存在很多应用的设计空间。而今年非以太坊的?第1层?公链的兴起，进一步证明了区块空间的需求非常高。

考虑到我们可能生活在一个多链世界中，不同链上的应用希望彼此跨链通信，因此充分了解各条链之间如何跨链工作，是很有价值的信息。我想从一个抽象的角度探索这一问题，不针对具体项目展开。

在这篇文章中，我想研究这些系统中固有的特定权衡。认真反思的话，这种权衡取舍会很明显。

我也是站在巨人的肩膀上讨论这一问题；伦敦帝国理工学院的博士生AlexeiZamyatin等人在一篇?优秀的论文?中详细阐述了这一点。我的目标是在该论文的核心论调后面添加一些颜色。

Peter Schiff被支持比特币的儿子指出“对货币的理解有缺陷”:比特币反对人士、黄金爱好者Peter Schiff近期在推特上表示，“Max Keiser（华尔街金融分析师、比特币支持者）说，我反对比特币是因为我是一个法币迷。在比特币的奇异世界里，黄金是新的法币。显然，Max Keiser不理解法定货币的概念，也不理解它与合法货币或实际货币的区别。这解释了他为何对比特币如此痴迷。”

Peter Schiff 18岁的儿子、比特币支持者Spencer Schiff对此回复道：“你对金钱的理解是有缺陷的。你认为货币是否坚挺的关键决定因素是是否拥有“内在价值”，这是一个荒谬的概念。健康货币与法定货币的区别在于前者出现在自由市场上，而不是通过强制性的国家法令。”Keiser还点赞了Spencer的推特，称“未来属于比特币爱好者。”（Bitcoin.com）[2020/12/31 16:11:22]

用论文作者的话来说，权衡就是，缺少以下两点中的任何一点，就无法进行跨链通信：

声音 | 比特币矿业巨头Bitfury副董事长：理解黄金是通往比特币的桥梁 并对比特币充满信心:2月13日，比特币矿业巨头Bitfury副董事长George Kikvadze发推称，最好不要把比特币和其他加密货币混合在一起与黄金进行比较，这就像把黄金和其他金属混合在一起。在耐用性、可移动性和内在价值上，比特币均胜过黄金。在记账单位方面，现在黄金是占优势，但当比特币市值达到8万亿美元水平，其波动性肯定会降低，那么在这一方面比特币也能和黄金媲美。George Kikvadze称，他是黄金的粉丝，理解黄金是他通往比特币的桥梁。他对新的数字价值存储（比特币）充满信心，比特币有巨大潜力来帮助个人创造财富。[2020/2/13]

可信第三方(TTP)

或者超越异步的同步假设

声音 | 数字资产管理解决方案提供商Caspian：超半数客户来自欧洲:数字资产管理解决方案提供商Caspian的一名发言人向Crypto Briefing证实，他们的客户中有54.2%来自欧洲，尽管香港和北美的增长强劲，但他们预计在可预见的未来，欧洲仍将是他们最大的地区。（Crypto Briefing）[2019/10/16]

它们之间的关系很基本且非常直观的，但需要深入研究一些术语。我希望在这里可以清楚地对直觉予以阐明。

理论上的合理性

让我们简单讲一下同步假设——它们是用于思考分布式系统中通信的通用框架，且以难以理解而著称。

将分布式系统视为一种消息传递协议，尽管通信基础设施中出现故障或恶意对手，它仍需要工作，然后，我们可以定义在系统停止工作之前这些故障的严重程度。这正是同步假设的目标。

声音 | 区块链能改变你对生与死的理解:6月30日，在乌镇的世界区块链大会上，比原链创始人长铗表示，区块链能改变你对生与死的理解，比如说比特币就有死币的概念。死币，它是打到一个谁也不知道私钥的地址上去，它就是随机发了一个地址，这个地址只要符合公钥的格式，就能成功转到这个地址，但这个地址的私钥谁都不知道，那这些币就“死”了，灵魂其实也是这样。是否存在灵魂地址呢？这是一个值得思考的问题。[2018/6/30]

另一方面，在「异步」假设下运行的系统，默认假设网络/对手可能将消息延迟任何时间。

后者网络更强大。就是说，一个系统可以更好地处理环境带入的不确定性。还有一些「中间地带」假设，通常称为「部分同步」，但在这里没有必要定义。

这与跨链通信有什么关系？好吧，上述论文表明，如果你有一个实现异步跨链通信的系统，你可以用它来解决一个叫做「公平交换」的老问题。

以太坊基金会顾问：SEC对数字货币缺乏理解 ETH肯定超越BTC:以太坊基金会顾问William Mougayar日前表示，监管机构缺乏对数字货币的基本理解。在试图规范数字货币的举措中，美国证券交易委员会对该行业的核心本质缺乏了解，而只是试图采用一种通用方法。另外，Mougayar还表示ETH绝对会超越BTC，因为它拥有开发商，初创企业和风险投资的最大生态系统以及各种支持。目前数字货币正在被滥用，但数字货币不应只是作为投机工具而被使用，而是应该将其用于真正的目的。他指出ETH有53%的交易都基于智能合约，已经不仅仅是一种货币，而更是一种效用。[2018/5/19]

我们从一篇?更老的论文?中了解到，没有可信第三方就不可能进行异步公平交换。

因此，没有可信第三方就不可能进行异步跨链通信。我们只能通过对系统进行更严格的同步假设，来放弃对可信第三方的需求。

理论->现实

到目前为止，这一切都只是停留在理论的纸面上。让我们谈谈真正的系统。从上一节中，我们知道要在两个链之间传递消息，要么：

无法假设一个完全异步的系统

或需要一个可信第三方

这里到底需要怎样的权衡取舍？将需要可信第三方的系统与需要更强同步假设的系统进行比较，可能会有所帮助。

可信第三方似乎很好理解。可信第三方只是存在于两条链之间的「低安全性/去中心化」中间人。而它们桥接的两条链依赖于与两条链无关的一个验证人集，这类跨链系统就是一个例子。

更强的同步假设表现为重试逻辑或超时之类。哈希时间锁定合约(HTLC)是一个说明性示例。几年前，HTLC被认为是跨链通信的重要原语。在HTLC中，更强的同步假设表现为必要的重试逻辑或?自由选项问题。

在上一节中，我指出具有最小同步假设的系统更擅长处理环境中的不确定性。在HTLC之类的情况下，如果有强大的经济动机使通信失败，则通信可能就会失败。就像做市商想要阻止或延迟价值转移，因为他们在两条链上都持有部分资产。

环境中足够强大的经济激励可能会使通信出现故障。

最后一点对于需要可信第三方的系统来说是正确的！在这种情况下，需要信任可信第三方有足够经济激励来维护「桥」的完整性。不同之处在于阻止通信的经济动机具体如何表达。

我相信这里有一种自然的二元性。您要么必须信任安全性较低的「中间人」，要么需要信任通信不会中断。

如果跨链通信引入了利润足够多的矿工可提取价值，无论上述两种情况的哪一种，通信都可能失败！要么是因为可信第三方腐败，要么是有足够大的做市商让它失败。

实例

现代跨链通信系统在这种权衡取舍中会如何分布？有?更好的文章?对所有系统进行了分类，我在本文中只展示几个说明性的例子。

Connext的nxtp?是跨链系统的经典例子，它增加了更强的同步假设。一旦用户完成与路由器的协商，就会有一个两阶段的准备/完成机制来完成「桥」两端的适当交易。如果通信未在超时内发生，则它不会发生。

另一方面，Solana?和以太坊之间的?虫洞桥引入了可信第三方。两条链之间存在的「监护人」验证器集需要对转移进行2/3多数证明，才能对交易放行。如果验证器集合已损坏或集体表决不希望传输通过，转移则不会发生。

需要强调的一件事是，这两种方法都不具备绝对的优势。权衡任一方的系统都会在营销材料宣称他们正在做出「正确」的权衡，但如前所述，两种权衡都意味着这些系统存在可能失败的方式。

还有一些系统使其中一种权衡显得不那么明显。我最喜欢的例子是用于快速提款的?OptimismDAI桥。这里的可信第三方是?Maker?DAO本身！用户要求DAO提供DAI流动性，从而为提议的fDAI资产提供完整性保障。

将DAO视为可信第三方有点奇怪，但如果我们认为任何安全性弱于链通信的东西都是「可信的」，那么DAO可以满足这个目的！我个人很高兴看到更多DAO扮演可信第三方的角色，以促进跨链通信。

任重道远

未来看起来是属于多链的世界，促进链之间的交流，那些做好准备的人将迎来真正的机会。对于我们使用这些新系统的人来说，了解他们正在做出的权衡很重要。

在这篇文章中，我研究了增强同步假设和可信第三方之间的一个基本权衡。链之间的界限对我来说非常有趣，所以我将在未来深入研究其中的其他因素。

如果您对这些内容感兴趣，请随时与我们联系！我喜欢更深入地探索未知。

撰文：LakshmanSankar，就职于以太坊基金会，从事生态开发和研究编译：PerryWang

感谢与?AlexObadia?和?VaibhavChellani?的对话，对本文有很大启发，并感谢他们两人对本文内容编辑的贡献。

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