一文讀懂跨鏈的相關技術分類和總結_ALI:SUZUME

最近看了看跨鏈相關的項目，總結一下跨鏈的相關技術。所謂“跨鏈”，一條鏈上的“跨鏈”語義能在另外鏈上正確執行。目前跨鏈項目主要實現在一個鏈上的資產映射到另外一條鏈上。從技術角度看，個人認為目前跨鏈技術主要有三種：HTLC，跨鏈橋（基于共識）和跨鏈橋（基于輕客戶端）。相關的技術以及項目總結如下圖：

1.HTLC（Hash Time Lock Contract）

HTLC原理比較簡單：

如果Alice和Tom之間想交換資產，Alice先創建HTLC，Tom接著創建具有同樣Hash的HTLC。簡單的說，Tom和Alice創建了具有同樣秘鑰的“鎖”，鎖住各自資產。當Alice用秘鑰打開Tom的資產時，Tom用同樣的秘鑰可以打開Alice的資產。當然，Tom和Alice都需要確認資產和鎖的時間。

美國法官裁定Celsius Network的前CEO必須應訴:金色財經報道，美國法官裁定，加密貨幣借貸平臺Celsius Network的前CEO Mashinsky必須在紐約州法庭的民事欺詐訴訟中應訴。Mashinsky要求駁回紐約州檢察長起訴的意見遭法官駁回。[2023/8/6 16:21:26]

通過HTLC實現跨鏈，簡單并且保證了交易雙方的原子操作，但是要求兩條鏈都支持智能合約，限定了兩個交易方并且交換的資產不可分割。事實上，為了保證交易雙方有效交易，交易雙方需要額外的溝通渠道預先達成共識。

2.跨鏈橋 ： 基于共識

基于其他共識的跨鏈橋邏輯上比較好實現，由共識確認一個鏈上的事件，并在另外一條鏈上執行。整個橋的安全性取決于共識的強弱。共識，除了傳統意義的共識機制（BFT，PoS等等）外，還包括多方計算（MPC）和多簽。

3.跨鏈橋 ：基于輕客戶端

彭博社：歐盟委員會今日將制定推出數字歐元的計劃:6月28日消息，歐盟委員會今日將制定推出數字歐元的計劃，并為歐元區建立主權數字貨幣。彭博社表示，根據相關規則草案，要求歐洲央行對其使用設定限制，但沒有提出交易或持有的具體門檻。[2023/6/28 22:05:28]

為了在一條鏈上能驗證另外一條鏈上的信息，在這條鏈上“運行”另外一條鏈的輕客戶端。通常輕客戶端都是基于SPV（Simple Payment Verification）協議。SPV源自BTC，主要用在PoW共識的鏈中。Celo和Harmony也針對自己鏈的共識算法實現了輕客戶端。純粹的PoS共識的鏈比較難實現輕客戶端，因為共識依賴Staking，而Staking由交易組成。為了實現輕客戶端，窮舉Staking交易不現實。

Arbitrum生態鏈游MetaLine指控iZUMi Finance挪用挖礦獎勵并拋售其Token:6月13日消息，Arbitrum 生態鏈游 MetaLine 發文指控多鏈 DeFi 協議 iZUMi Finance 挪用挖礦獎勵并拋售其 Token。文中稱，MetaLine 5 月下旬同意與 iZUMi Finance 正式合作并參與其雙倍獎勵挖礦活動。作為本次活動的一部分，MetaLine 承諾創建一個價值 6 萬美元的 MTG 流動性資金池，并提供價值 2 萬美元的 MTG 作為挖礦獎勵。同時，iZUMi Finance 將提供價值 5000 美元的 IZI 作為挖礦獎勵。

MetaLine 隨后向 iZUMi Finance 提供的地址發送價值 2 萬美元的 MTG，并啟動挖礦獎勵活動。但 MetaLine 通過鏈上跟蹤和監控 iZUMi Finance 地址（0x00097ed1dAcdbAB9141835852f8de20D690B6f94）發現，iZUMi Finance 挪用價值 1 萬美元的 MTG，僅將 MetaLine 發送的一半 MTG 納入流動性挖礦獎勵池。除此之外，iZUMi Finance 還拋售一部分未被納入流動性挖礦獎勵池的 MTG（價值超過 2640 美元），并將這部分資金納入到挖礦獎勵池，繼續進行挖礦。MetaLine 表示試圖向 iZUMi 尋求澄清，但尚未收到回復。[2023/6/13 21:33:58]

跨鏈橋的兩個鏈互相通過輕客戶端驗證對方鏈的狀態。這種跨鏈橋依賴Relay（中繼），及時同步鏈的區塊頭信息。因為要同步區塊頭，需要如下的一些因素：

以太坊基金會錢包將1.5萬枚ETH轉入“Kraken 5”地址:金色財經報道，Etherscan數據顯示，北京時間5月6日8:58，以太坊基金會錢包地址（0xde0B2）由“0xd864”地址向鏈上標記為“ Kraken 5”的地址轉入15,000枚ETH（約3000萬美元）。目前這個Ethereum基金會地址還持有320,272.41枚ETH。[2023/5/6 14:46:28]

1.同步頻次和費用：在另外一條鏈上存儲區塊頭信息需要費用。特別是tps比較高的鏈，區塊比較多。

2.確認主鏈以及區塊確認：根據鏈的共識，通過區塊頭信息確定主鏈。以PoW的鏈為例，區塊確認一般通過后續區塊個數確認。

優化同步費用有幾種思路：1/ 隨機挑戰（NiPoPOW，FlyClient）2/ zk-SNARK （包括recursive zk-SNARK）。選一些典型介紹：

韓國金融服務委員會將于第四季度制定證券代幣發行指南:9月6日消息，韓國金融部門已決定在今年第四季度內制定證券代幣發行和分配指南，并從明年開始制定相關法規。韓國金融服務委員會（FSC）今日在與金融監督院、韓國交易所、韓國證券存管所和資本市場研究所聯合舉行的研討會上做出了這一決定。該國監管部分計劃從明年開始通過修訂《電子證券法》和《資本市場法》建立證券型代幣監管體系。

FSC相關負責人表示：“在完善法律基礎之前，將通過金融規制沙盒等首先創建試點市場，同時考慮其結果，推進正式制度化。”（dailian）[2022/9/6 13:11:20]

BTCRelay

采用傳統的SPV輕客戶端的實現方式實現從BTC到ETH的跨鏈。顯然為了同步BTC的區塊頭，在ETH消耗Gas。在以太坊Gas price比較高的情況下，同步費用比較高。

FlyClient

FlyClient采用隨機挑戰和MMR（Merkle Mountain Range)的技術，降低輕客戶端同步區塊的個數。隨機挑戰的目的是在一定范圍的區塊并不需要全部同步到鏈上，隨機抽取一些區塊同步。為了在鏈上能驗證沒有抽取到的區塊，所有的區塊信息通過MMR組織在一起。MMR是一種變種的Merkle樹，適用于追加節點的場景。MMR，相對于普通二叉的Merkle樹，具有更新葉子結點代價小的特點。

zkRelay

zkRelay也嘗試降低鏈上輕客戶端同步區塊的費用。和FlyClient不同，zkRelay采用的是zk-SNARK證明。將一段范圍內的區塊有效性，通過將鏈下證明提交到鏈上，鏈上只需要檢查證明是否有效。

Celo

Celo是個有意思的項目。Celo項目本身和跨鏈沒有什么關系，但是給輕客戶端提供了一些新思路。為了實現更輕客戶端，Celo采用遞歸零知識證明技術，將區塊頭的連接信息進行遞歸證明。一個證明就能證明從創世區塊到當前區塊的合法性。一個輕結點，只需要同步最新的證明就能確定所有區塊的有效性。

Summa (Stateless SPV)

上述的項目，還都是在降低輕客戶端鏈上同步代價方面做優化。Summa提供了一個全新的思路：

摘抄自Summa介紹的PPT。Summa項目觀察到一個有趣的事實：一條鏈的區塊頭在另外一條鏈上同步了，但是很多區塊有可能是浪費的。原因是并沒有需要證明的交易在這些區塊中。Summa假設了一種“Ecnomic“安全的做法：證明一個交易在一個區塊中，并且區塊后有若干區塊確認。Summa認為在偽造的區塊后連續出塊是一個非常不經濟的做法，有這樣的算力應該去計算真正的區塊。使用這種方式，在鏈上不需要存儲輕結點信息，只需要在一個交易需要證明時提供相應區塊以及確認區塊的證明即可。這樣的方式也稱為Stateless SPV（無狀態SPV）。當然這種經濟安全假設需要推敲，特別是在難度較低的情況下，偽造區塊以及確認區塊相對比較容易。

Xclaim

針對傳統的沒有鏈上計算能力的鏈，不可能在鏈上實現其他鏈的輕客戶端。也就是說，如果只是通過鏈上輕客戶端的方式，在這些鏈上只能實現單向的跨鏈。為了在這些鏈上也實現雙向跨鏈，Xclaim在引入抵押角色的情況下實現資產雙向映射。Xclaim在論文中提出了三種操作：issue（發行），swap（交換），redeem（贖回）。以issue和redeem為例，看看抵押角色的作用：

大部分鏈都支持轉賬功能。抵押者作為中間人，在另外一條鏈（支持智能合約）有抵押的情況下，接受其他人的資金的轉賬。轉賬發起者，可以通過輕客戶端驗證的方式在另外鏈上證明交易合法。在另外一條鏈上，驗證合法的跨鏈交易后，進行轉賬。

在一條鏈上提出burn操作后，抵押者觀察到后，主動先發起轉賬。并在轉賬成功后，向另外一條鏈上的智能合約提供交易證明“贖回”資金。簡單的說，在兩條鏈只要有一條支持智能合約的基礎上，通過抵押者角色，可以完成雙向跨鏈的操作。根本原因就是鏈上的轉賬交易能夠被確認驗證。

跨鏈是個復雜的話題。通過其他共識實現跨鏈相對簡單現實。HTLC能實現交易雙方的原子操作，但是限定交易為兩方，而且為了提供交易的效率需要交易雙方預先溝通。通過在鏈上實現輕客戶端驗證其他鏈的狀態是一直探索的方向。對于PoW鏈，鏈上實現輕客戶端需要考慮區塊頭同步成本以及主鏈確認邏輯。

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