理解跨链桥安全性的关键:跨链通信的权衡取舍

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


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:

  1. 可信第三方 (TTP)
  2. 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。


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。

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。


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(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。


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(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。


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。

感谢与 Alex Obadia 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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