理解跨鏈橋安全性的關鍵：跨鏈通信的權衡取舍_CHI:TLC幣

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?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AlexeiZamyatin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。

Peter Schiff被支持比特幣的兒子指出“對貨幣的理解有缺陷”:比特幣反對人士、黃金愛好者Peter Schiff近期在推特上表示，“Max Keiser（華爾街金融分析師、比特幣支持者）說，我反對比特幣是因為我是一個法幣迷。在比特幣的奇異世界里，黃金是新的法幣。顯然，Max Keiser不理解法定貨幣的概念，也不理解它與合法貨幣或實際貨幣的區別。這解釋了他為何對比特幣如此癡迷。”

Peter Schiff 18歲的兒子、比特幣支持者Spencer Schiff對此回復道：“你對金錢的理解是有缺陷的。你認為貨幣是否堅挺的關鍵決定因素是是否擁有“內在價值”，這是一個荒謬的概念。健康貨幣與法定貨幣的區別在于前者出現在自由市場上，而不是通過強制性的國家法令。”Keiser還點贊了Spencer的推特，稱“未來屬于比特幣愛好者。”（Bitcoin.com）[2020/12/31 16:11:22]

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：

聲音 | Galaxy Digital創始人：不確定自己是否理解山寨幣的漲勢:Galaxy Digital創始人Michael Novogratz發推稱：“我不確定我是否理解山寨幣的漲勢。我為那些靠它賺錢的人感到高興。但我不確定有什么東西改變了。”[2020/1/16]

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。

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。

聲音 | 澳本聰：比特幣核心完全沒有真正理解比特幣:澳本聰（Craig Wright）剛剛在推特表示，比特幣與優良保密協議毫無相似之處，因為密碼永遠不應該再次使用。為了保障隱私，用過的密碼應該被刪除，然后每一次更換新的密碼。然而閃電網絡無法擴容，并且直接排除了比特幣的安全模塊。這是一個網絡圖論的問題，解決方案是NP－Hard。更多節點，更多計算，在擴容問題上，解決ECDSA是一個更為簡潔的方法。總而言之，比特幣核心（支持者們）完全沒有真正理解比特幣。[2018/12/30]

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。

德國柯萊特咨詢集團推出區塊鏈醫療信息管理解決方案:據cointelegraph報道稱，德國柯萊特咨詢集團宣布推出基于區塊鏈技術的敏感醫療數據管理解決方案。利用該集團的Hypertrust X-Chain數據管理系統，柯萊特咨詢集團希望為整個醫療行業提供一個安全的數字平臺，便于交換患者數據。基于區塊鏈技術的去中心化數據存儲，該系統能夠讓所有參與治理過程的各方在授權的條件下獲得患者信息。[2018/4/11]

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。

“艾倫秀”主持人艾倫?德格內雷斯：不理解比特幣就把它看做是只山羊:艾倫?德格內雷斯（Ellen Degeneres）是美國著名娛樂節目“艾倫秀”的主持人，最近她發表了對于比特幣的評論，并且把它比做成是“山羊”。艾倫把比特幣的數字特性比作是“一只可愛的山羊”，換句話說，它只存在于互聯網上，而無法完全傳達對數字貨幣的深刻理解。不過，艾倫還是做了一些解釋，她認為比特幣運作有點像股市，而且人們可以把比特幣存儲在線上或線下的數字錢包中。由于最近市場波動，比特幣價格已經從去年十二月的近2萬美元，下跌到了約7000美元。對于艾倫來說，她認為比特幣就像是個“數字古董巡演”，可以讓你成為百萬富翁，也會讓你徹底破產。[2018/2/17]

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，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?OptimismDAI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：LakshmanSankar，就職于以太坊基金會，從事生態開發和研究編譯：PerryWang

感謝與?AlexObadia?和?VaibhavChellani?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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