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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。

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:

  1. 可信第三方 (TTP)

  2. 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。

理論上的合理性

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。

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。

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。

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。

理論 -> 現實

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。

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。

實例

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。

任重道遠

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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