一文解讀各個跨鏈橋工作原理以及其安全考量

2 年前資源和指南

這篇文章中，我們將詳細介紹每種跨鏈橋的優缺點以及他們實際的工作原理。

譯文：How do Blockchina bridges really work and can you trust them？（rhino.fi）

作者：ROSS MIDDLETON

編譯：有匪，Fenbushi Capital

封面： Photo by Shubham Dhage on Unsplash

跨鏈橋使數據和資金能夠在區塊鏈之間自由流動，從而在多鏈世界中發揮不可或缺的作用。然而，在一系列破壞性的黑客攻擊之後，這些跨鏈橋在過去幾個月中飽受爭議。

8 月 2 日，黑客從以太坊和 Moonbeam 之間的跨鏈橋 Nomad 上竊取了超過 1.9 億美元。加上這起最新的黑客事件， Defi 跨鏈橋用戶已經在不到 12 個月的時間裡損失了近 20 億美元。

本文並不是推薦用哪些橋，而是想陳述事實，以便幫助用戶作出明智的選擇。在這篇文章中，我們將詳細介紹每種跨鏈橋的優缺點以及他們實際的工作原理。

跨鏈橋如何分類：以傳輸類型分

1. 鎖定&鑄造（Lock & Mint）Examples: Polygon official bridge, StarkNet official bridge, Shuttle.

2. 通證發行商燃燒&鑄造（Token Issuer Burn & Mint）MakerDao, Arbitrum Teleport.

3. 特定的燃燒&鑄造（Specialised Burn & Mint）Hop, Debridge.

4. 原子兌換（Atomic Swap）Stargate.

5. 第三方網絡/鏈（Third Party Networks/Chains）Thorchain.

跨鏈橋以兩種類型進行區分：傳輸類型以及信任假設型。我們先從傳輸類型去分。跨鏈聚合協議 Lifi 根據傳輸類型確定了三種主要類型的跨鏈橋。因為分界線有點模糊，它其實可以分為五種類型。

鎖定&鑄造

最簡單和常見的跨鏈橋涉及了鎖定並鑄造通證並進行銷毀。下面是工作流程圖：

當資產跨鏈時，來自源鏈的通證被鎖定到跨鏈橋的智能合約中，然後在目標鏈上生成新版本，它可以是映射通證&標准通證。

映射通證（wrapped token)：它會和原生通證保持 1：1 錨定。

標准通證（canonical token)：指的是各個鏈上流通的原生通證。

這兩種通證都以其基礎資產完全抵押而鑄造完成。當資產跨鏈回去時，新通證在目標鏈上被燒毀，原生通證隨後在源鏈上解鎖/釋放。這個公式非常常見：大多數 “官方” 的 layer1><layer 1 和 layer 1><layer 2 橋都是這樣構建的，包括 Polygon、Arbitrum 和 StarkNet 官方橋。

優點：

100% 的抵押品以支持目標鏈通證，使規模化成為可能。

缺點:

1. 源鏈上的智能合約易成為黑客的目標，如果源鏈資金被盜，目標鏈通證可能一文不值。黑客攻擊針對的是持有大量通證的跨鏈橋智能合約，例如 2022 年 3 月黑客利用 Ronin Bridge 漏洞盜取 6 億美元。

2. 目標鏈上的項目和應用程序都依賴於這一個跨鏈橋，並且在安全性、運行時間、成本等各方面受到跨鏈橋運營商的牽制。這也被稱為 “lock in problem”。

3. 跨鏈速度慢——當涉及從 Polygon 到 Ethereum 或從 StarkNet/Ex 到 Ethereum 的跨鏈時，用戶可能還願意等待幾個小時，但對於 Arbitrum 和 Optimism 等 OP rollup 上的跨鏈，用戶可不願意等幾天。

由通證發行商燃燒&鑄造

這種方法略有不同，它通過激勵通證發行商來為跨鏈提供流動性。換句話說，在嘗試 OP rollup 挑戰期比較長的時候，通證發行商可以介入，而不是依賴第三方來 “提供” 流動性。

舉例說明，MakerDao Arbitrum Teleporter。MakerDAO 使 Wormhole 在從 Arbitrum 跨鏈回來 Layer1 時，用戶可以快速獲得跨鏈資產 DAI。在這種情況下，MakerDAO 協議通過預言機網絡在後台跟踪最終的資金結算。

優點：

這種方法消除了最用戶的摩擦成本，同時在預言機網絡離線時也通過防欺詐冗餘以保證發行商的安全（例如 MakerDao 協議）。

缺點：

如果 MakerDao Arbitrum Teleporter 被利用，Dao 內部（例如 MakerDao）產生了壞賬，通證發行商需要承擔負債的風險。

特定的燃燒&鑄造

一些跨鏈橋協議將 “燒毀和鑄造” 模型與 AMM 流動性池相結合。該流動性池可以包含兩個或更多的資產，其中包括特別鑄造的跨鏈資產。重要的是，就像 Lock 和 mint 橋一樣，這種模型有助於在 Layer2 與其他鏈之進行快速資產跨鏈以及返回源鏈。deBridge Finance 和 HOP 屬於這一類。當用戶將 ETH 鎖定在一層以太坊上時，deBridge 會在 Arbitrum 和其他鏈上鑄造特定的跨鏈橋通證（例如 deETH）。

就 deETH 本身而言，它在 Arbitrum 上的用例不多，因為在該生態上存在更廣泛使用的其他 ETH 形態。流動供應商可以將 ETH 和 deETH 的組合存入 DeBridge 流動性池，也可以（在 Curve Factory）從跨鏈橋用戶那裡獲取交易費用和套利機會。然後通過在每條鏈上鑄造特定的跨鏈橋通證，然後通過 AMM 流動性池來設置/初始化跨鏈。

當用戶想要將 USDC 從一個 Layer2 跨鏈到另一個 Layer2 上時（例如，在 Arbitrum 和 Optimism 之間），用戶的 Arbitrum USDC 首先使用 Arbitrum 上的 AMM 池換成 deUSDC，然後 deUSDC 在 Arbitrum 上燒毀並在 OP 上進行鑄造。最後一步是使用 Optimism 上的 AMM 池將 deUSDC 換成 USDC。鎖定在 Layer1 跨鏈橋合約中的 USDC 數量在整個過程中保持不變，這意味著 Arbitrum 和 Optimism 上的 deUSDC 仍然是 100% 抵押並可以完全贖回以太坊鎖定的 USDC。

當 AMM 池發生滑點時（當 deUSDC 或 USDC 從池中移除或添加時），外部 LP 通過存入或者提取資金來重新平衡流動性池。相較之下，普通的 Lock&mint 在贖回抵押品時需要較長的等待期。Hop 橋的工作方式大致相同，並且 Hop 和 DeBridge 都對節點驗證者有獎懲制度以保證跨鏈橋在一定的服務水平協議內運行。

優點：

通過使用 AMM 池中特定的跨鏈橋資產作為跨鏈的中間步驟，可以有效地增加生態內的流動性，同時也可以讓 LP 賺取因為存在滑點而產生的套利收益。

缺點：

這種方法對用戶來說成本更高，因為 AMM 流動池沒有提供 1:1 的匯率，從而導致有滑點存在。對於將資金存入專門的跨鏈橋流動性池或持有跨鏈橋資產（IOU 形式）的 LP 也存在風險。

原子兌換

原子兌換橋利用已經跨鏈到目標鏈的預先存在的標準/映射通證（例如 USDC），並將這些通證匯集在源鍊和目標鏈上的單個資產池中。

當用戶使用 Stargate 將 USDC 從 Ethereum 跨鏈到 Polygon 時，將 USDC 存入源鏈由 Stargate 智能合約控制的 USDC 池，以及從目標鏈上的 USDC 池中提取。這種方法可以被認為是 “左手倒右手”。

在原子兌換橋的基礎上，一些橋還在末端添加了自動做市商交易功能，構建了額外的服務。

優點：

用戶將不再依賴該跨鏈橋的安全性來確保目標鏈上的通證保值。你可以依賴於另一個跨鏈橋（在非原生通證的情況下），也可以就在目標鏈上持有原生通證。資產轉移也可以非常快速和便宜。

缺點：

由於目標鏈池需要大量通證以擴展，而通過流動性挖礦來激勵通證存入可能成本高昂。當存在大量單向流量時，池也很容易耗盡。

第三方網絡/鏈

可以說，這種傳輸類型根本不算是跨鏈橋，而是完全獨立的鍊或網絡在充當中間鏈。當智能合約和消息傳遞不兼容時（如比特幣網絡），或者跨鏈協議需要達成通用化目標時（如跨鏈通訊），以去中心化的方式進行資產跨鏈需要第三方網絡/鏈充當記賬和中間層。這樣的網絡依賴於源鍊和目標鏈上的閾值簽名系統（節點網絡），需要激勵各個節點以保證誠實。

優點：

第三方網絡和鏈使更多的區塊鏈能夠以去中心化的方式進行跨鏈。

缺點：

這些跨鏈橋需要部署大量資本，一激勵每條鏈上的節點以保持誠實，二建立流動性池需要不斷注入資金。這些系統在架構上也更加複雜，最著名的例子是遭遇三次黑客攻擊的 ThorChain。另一個案例是第三方網絡 Synapse 在發現其 AMM 池中的異常活動後，在 2021 年底預防了 800 萬美元的黑客攻擊。

以信任假設區分跨鏈橋

除了不同的傳輸方式，我們還需要考慮不同的信任假設。

不同級別的可信度可分為以下幾類：

1. 中心化橋：幣安到 Arbitrum

2. 驗證/多簽橋：Wormhole，Axelar，Connext。

3. 狀態證明橋樑：StarkEx 到 Ethereum，ZKSync 到 Ethereum、Nomad、Hop、Axelar 和 Mina。

4. 協議級網橋：Cosmos IBC。

中心化橋

中心化橋通常依靠單方簽名來處理和控制資金的流動。例如，當您從 Arbitrum 提前到 Binance 時，您依賴 Binance 將存在智能合約的資金記入您的賬戶中。

Binance 和 Binance 的 Arbitrum 智能合約都需要抵押品以促進轉賬。如果操作員離線，也無法自動實現故障保護。

中心化橋解決了快速轉賬的短期需求。然而，它們是不透明的，不可擴展或不抗審查的，因此僅限於簡單的跨鏈。

驗證/多簽橋

這些類型的橋比中心化橋更安全，其信任假設較弱。

它激勵了幾種不同類型的代理商充當預言機監測橋兩端的活動並報告正在進行的存款/取款。但是，這種機制對於中心化的驗證器需要一定的信任，在大多數情況下，它只不過是一個基礎的多重簽名。

因為橋兩側仍需要抵押品，特別是對於不常用的跨鏈路徑，這會增加成本。因此這種解決方案要么需得到大型實體公司的支持，要么流動性挖礦計劃成本高昂。

這是 Connext 橋的示例。

狀態證明橋

與驗證器相比，狀態證明橋需要的信任假設更弱。它們能證明鏈之間的狀態，這意味著驗證器不需要充當預言機（這些可以是 ZK 證明或樂觀證明）。此外，儘管可能仍需要中繼器，狀態證明橋不需要對任何第三方信任。橋的兩側不需要抵押品，因為這些狀態證明橋可用於安全地鎖定源鏈上的資產，然後在目標鏈上 “鑄造” 資產。

狀態證明橋可能很慢，尤其是像 Nomad 和 Hop 這樣的 OP 證明橋。因此，這些項目通常與等待跨鏈橋結算時提供臨時流動性的解決方案合作。例如，Nomad 與 Connext 合作。Hop 在 OP 驗證的等待期會激勵 LP 短期提供流動性。

這是 Hop Bridge 的機制。