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（L1）?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 Alexei Zamyatin 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。

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：

可信第三方 (TTP)

或者超越异步的同步假设

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。

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。

区块链投票系统将在格陵兰岛试用:金色财经报道，丹麦王国内的一个自治国家格陵兰岛宣布利用区块链投票系统进行选举投票。负责该项目的哥本哈根 IT 大学教授 Carsten Schürmann表示，区块链可以设计解决方案使在线选举更安全。区块链提供了一些相对较新的机会来创造安全性和提高透明度，当我们谈论互联网选举时，这可能真的很有趣，通过这个项目，我们将具体研究如何使用区块链技术来遏制对选举过程的攻击，检测技术和人为错误，并保护投票的保密性。[2022/10/19 16:30:22]

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。

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。

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（MEV），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。

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（Wormhole）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?Optimism DAI 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。

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：Lakshman Sankar，就职于以太坊基金会，从事生态开发和研究编译：Perry Wang

感谢与?Alex Obadia?和?Vaibhav Chellani?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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