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一文詳解跨鏈新范式:optimistic 跨鏈橋_TIC:opticalnetwork

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注:原文作者是 Connext 創始人 Arjun Bhuptani,在這篇文章中,他詳細描述了 optimistic 跨鏈橋的工作原理,并將其與其他類型的跨鏈協議進行了一個簡單的權衡對比。作者認為,以 Nomad 為代表的 optimistic 跨鏈橋提供了非常高水平的安全性,同時保留了現有多重簽名跨鏈橋的簡單性和易部署特性,因此,其代表了跨鏈和跨 rollup 通信技術的巨大飛躍。

幾個月前,我們宣布與 Nomad 密切合作,這是一種跨鏈通信協議,它使用欺詐證明(類似于 Optimistic Rollups)來中繼數據跨鏈。

在這篇文章中,我們將深入探討 optimistic 跨鏈橋的工作原理、它們的權衡是什么,以及為什么我們會喜歡這類跨鏈橋。

互操作性三難困境是一個解釋跨鏈橋權衡空間的模型,它對當今存在的跨鏈通信協議類型進行了一個分類。

去年我們在寫到這個三難困境時,我們根據驗證方式,將跨鏈橋分為了三種類型:

本地驗證(原子互換 & 快速流動性系統);

外部驗證(多重簽名、MPC、門限簽名、PoS 和驗證者橋);

原生驗證(輕客戶端區塊頭中繼、rollup 橋);

在每種情況下,驗證機制都需要從三個非常理想的屬性中權衡并舍棄一種屬性:

信任最小化:在底層鏈之外不添加任何經濟安全假設;

通用性:支持跨鏈傳遞任意數據;

可擴展性:可部署到很多異構鏈,并且只需最少的定制工作;

Azuki:更新Elementals背景元數據的投票將于7月8日開啟:7月7日消息,NFT項目Azuki發推稱,有關更新Elementals背景元數據的投票將于太平洋時間7月7日15:00左右(北京時間7月8日06:00)開始。Azuki表示,藝術團隊提出了一個細微的域背景(domainbackground),并帶有輕微的色偏偏移,以應對潛在的變化。即使投票結果導致Elementals系列中的背景元數據沒有變化,域背景仍將可用于收藏家Profile中的鏈下裝備。[2023/7/7 22:23:11]

與本地、外部或原生驗證的跨鏈橋不同,Optimistic 跨鏈橋探索了一種新的權衡:延遲。

以下是 Optimistic 跨鏈橋的工作方式:

與其他跨鏈橋類似,數據由用戶或 dApp 在源鏈上發布到一個合約函數;

一個名為 updater(更新者)的代理者對包含步驟(1)中數據的 merkle 根進行簽名,并將其發布到源鏈。與 rollup 定序器類似,在發生欺詐事件時,updater(更新者)綁定的保證金可以被罰沒;

此時,任何中繼系統(例如 Gelato、Keep3r、Biconomy 等)都可以在源鏈上讀取此 merkle 根,并將其發布到一個或多個目標鏈;

將數據發布到目標鏈,會啟動一個 30 分鐘的欺詐證明窗口(類似于 optimistic rollup 的退出窗口)。在此期間,任何觀察鏈的人(觀察者)都可以證明源鏈上的欺詐行為,并斷開與目標鏈的通信通道。如果發生這種情況,updater(更新者)的保證金將被罰沒,即他們的資金將被拿走并交給發起爭議的觀察者;

ENS基金會董事Brantly Millegan將辭職:金色財經報道,ENS基金會董事Brantly Millegan將辭去其職務,根據Brantly給ENS基金會的通知,他的辭職將在任命新董事后生效。ENS DAO可根據章程第15條任命新的ENS基金會董事,新董事將在提名程序和選舉后任命,ENS基金會將于4月10日17:00開放提名窗口,并于4月30日17:00關閉。5月1日至5日進行選舉,選舉結果公布后,將向ENS基金會發出任命新董事的通知。

此前消息,ENS核心團隊成員于3月初在Snapshot上發起了罷免Millegan的提案,最終該提案未通過。[2023/3/22 13:18:55]

如果在 30 分鐘內沒有出現欺詐證明,則傳遞到目標鏈的數據可被視為最終確定,并可由應用使用。通常,這是通過讓服務提供商(processor)為跨鏈橋提交數據的 merkle 證明,然后利用該數據調用目標鏈上的合約函數來實現的;

因為傳遞的數據完全是任意的,optimistic 跨鏈橋讓我們能夠以最小的信任度構建任何類型的跨鏈應用。這里舉一些例子:

Lock-and-mint(鎖定和鑄造) 或 Burn-and-mint(燃燒和鑄造)代幣跨鏈傳輸;

在單筆無縫的 tx 中跨鏈連接 DEX 流動性;

跨鏈金庫策略管理;

關鍵協議操作,例如跨鏈復制/同步全局常量(如 PCV);

在不引入預言機的情況下,將 UniV3 TWAP 引入每條鏈;

與鏈無關的 veToken 治理;

元宇宙與元宇宙之間的互操作性;

與 optimistic rollups 和狀態通道網絡類似,optimistic 跨鏈橋設計依賴于一組觀察者來觀察鏈并報告欺詐行為。這是一種與外部驗證跨鏈橋完全不同的安全模型,就像 rollup 與側鏈具有完全不同的安全模型一樣。

比特幣與標普500指數之間的90天相關性回升至0.59:金色財經報道,根據TradingView的數據,比特幣與標準普爾500指數之間的90天相關性回升至0.59,這意味著比特幣與傳統股票之間的聯系,尤其是科技股,再次變得更加緊密。

相關性高于0.5被認為強度中等,高于0.7代表相關性非常強,0.3和-0.3之間代表較弱的相關性。此前6月中旬的拋售導致高風險資產價格暴跌期間,在投資環境惡化的情況下,比特幣與標普500指數的相關性達到0.9,但該值隨后穩步下降,在9月5日跌至0.44。[2022/9/10 13:20:29]

外部驗證(即多重簽名、驗證器、PoS、MPC 或門限簽名)跨鏈橋利用了誠實多數假設,換句話說,系統中的 n 個參與者當中,需要有 m 個正確驗證更新。在加密經濟學術語中,這意味著:攻擊具有 n 個驗證者的外部驗證跨鏈橋的成本,等于破壞或黑掉 m 個驗證者的成本。

需要注意的是,這是一個新的潛在攻擊向量——除非跨鏈橋的經濟安全性大于 51% 攻擊的成本,否則這必然意味著外部驗證的跨鏈橋增加了一個(通常很重要的)信任假設。

如果系統能夠(a)可靠地證明欺詐,并且 (b) 向用戶全額返還可能在黑客攻擊中損失的所有價值,則可以替代地實現外部驗證跨鏈橋的完全經濟安全。換言之,只有當可罰沒的權益(例如 Thorchain 上的 RUNE)價值大于或等于整個系統的 TVL 時,外部驗證跨鏈橋用戶和 LP 的經濟安全才能得到保障。請注意,(a)是一個很強的假設——最終證明欺詐本身,需要一個無需信任的跨鏈通信機制,這使得問題變得有點遞歸。

另一方面,觀察者 + 欺詐證明模式使用了一個誠實者的驗證者假設。換句話說,Optimistic 跨鏈橋只需要系統中 n 個參與者當中的 1 個來正確驗證更新。

圓明園首發“創世徽章”“并蒂圓明”兩款數字藏品:金色財經報道,圓明園在“星原數藝”平臺首發“創世徽章”“并蒂圓明”兩款官方數字藏品。“創世徽章”靈感來自宮廷令牌,其中正面為星河照耀的圓明園大水法,圓明之上,以新月合葉翻蓋為冠冕,月牙翻開為壯美群山,合為鳳凰翎羽。“并蒂圓明”的設計靈感源自圓明園盛開的并蒂蓮,并蒂蓮一莖兩花,象征同心、同根、同福、同生。在七夕節推出,有著格外吉祥美好的寓意。(北京日報)[2022/8/5 12:05:15]

攻擊具有 n 個驗證者的 Optimistic 跨鏈橋的成本,等于破壞或黑掉 n 個驗證者的成本。

如果 Optimistic 系統(無論是 rollup、通道或者跨鏈橋)的觀察者是無需許可的(并且我們假設底層鏈是活動的),那么攻擊系統的經濟成本就是無限的。

這是因為無法去確保世界上沒有一個匿名觀察者會去證明欺詐。

這有一個非常有趣的結果:

在一個 optimistic 跨鏈橋中,嘗試欺詐的 EV 總是負的,因為只要底層鏈是安全的,那么再多的錢也無法保證你的攻擊會成功。因此,updater(更新者)需要綁定的可罰沒權益數量只需要足夠高,就可以防止欺詐企圖。

這就是為什么 Optimistic Rollup 定序器只需要綁定 rollup 總 TVL 的一小部分。

optimistic 跨鏈橋對外部驗證的跨鏈橋所做的最重要的改進,也許是用活性(liveness)換取安全性。換句話說,只要底層鏈本身是安全的,理論上最壞的情況就是系統停機,而不會造成資金損失。

與 rollup 定序器類似,如果系統停止簽署更新,中心化 updater(更新者)可能會惡意或意外停止系統。

Multichain將于8月推出MultiDAO:7月29日消息,據官方推特,跨鏈互操作性協議Multichain宣布將于8月推出MultiDAO。[2022/7/29 2:45:52]

然而,去中心化 Nomad 的 updater(更新者)是一項相當簡單的任務。一個簡單的示例構造是擁有多個綁定 updater(更新者)(而不是單個 updater(更新者)),并使用循環方法對更新進行簽名,如果給定的 updater(更新者)錯過了“輪值”,則使用故障轉移和罰沒機制。

在 optimistic 跨鏈橋中中繼跨鏈的任何數據,都必須由 updater(更新者)簽名,這意味著系統中的任何欺詐行為,也必然源自 updater(更新者)。

在 optimistic 跨鏈橋中,欺詐總是可以在源鏈上確定性地證明(類似于 ORU 欺詐在 L1 上總是可以證明的)。為此,觀察者只需向源鏈合約提交無效更新的證明,然后導致 updater(更新者)被罰沒。然后,觀察者在 30 分鐘內向目標鏈提交簽名消息,以“斷開”通信通道(在該欺詐數據可以被視為最終確定之前)。

實際上根本不需要證明目標鏈上的欺詐行為。在源鏈上執行此操作,會正確地懲罰 updater(更新者),這首先會抑制欺詐行為,隨后斷開通信通道可以減輕任何潛在的損害。也就是說,觀察者任意斷開通信通道的能力,確實打開了 DoS 攻擊向量,這一點我們將在下面討論。

由于任何觀察者都可以在 optimistic 跨鏈橋中發起斷開通信通道,因此觀察者有可能通過 DoS 攻擊斷開連接以永久停止給定的通信通道。請注意,觀察者這樣做,無法從系統中獲得任何好處(任何資金/數據都是安全的),并且這種風險是按通信通道劃分的(即斷開一個通道不會導致整個系統癱瘓)。

Bill,別再斷開我的通道了!

通過為觀察者引入正確的激勵措施,可以長期緩解這種類型的攻擊向量。由于觀察者在正確爭論時會獲得 updater(更新者)的罰沒保證金,我們可以通過為觀察者引入基線稅來減輕觀察者的痛苦,以啟動欺詐證明。該稅需要(a)足夠高以抑制 DoS 攻擊,但(b)與 updater(更新者)的保證金相比也要足夠低,以便觀察者仍然有強烈的動機啟動有效的欺詐證明。另一個簡單的解決方案是,只需將觀察者生成的斷開連接簽名發布到源鏈,如果無法證明欺詐行為,則懲罰觀察者。

目前,Nomad 通過許可制觀察者集來處理這個問題。這改變了系統的經濟安全性,因為現在有一組固定/已知的觀察者可能會遭到攻擊(從而限制了攻擊成本)。然而,我們認為這是一個可以接受的權衡解決方案,因為它有一條直接且高度可信的最小化信任路徑。這種方法也反映了其他防欺詐系統的部署方式:

從歷史上看,狀態通道網絡從一個許可制的觀察者集開始,以減輕 DoS 攻擊的風險,直到可以建立正確的激勵方式。

Optimistic rollup 項目目前處于同一類型的引導階段,欺詐證明和爭議尚未激活。雖然這意味著當前的 rollup 更需要被信任,但社區明白這只是一個臨時的“訓練階段”。

我們上面討論的核心假設,是底層鏈本身能夠接受觀察者的交易。對于任何基于欺詐證明的系統,這個假設都是相同的,其中典型的結構有一些證明窗口,觀察者必須在該窗口內完成交易以將其發布到鏈上。

Nomad 已根據對攻擊概率確定鏈的成本的現有研究,將他們的延遲時間參數化為 30 分鐘。我們將在之后的文章中嘗試分解此參數背后的研究和邏輯。

每個分布式系統都會存在某種形式的權衡,跨鏈也沒有免費的午餐。截至目前,optimistic 跨鏈橋系統最明顯的權衡,是增加了 30 分鐘的傳輸延遲,盡管我們相信,通過使用模塊化設計,將 Connext 分層在 Nomad 的頂部,我們可以緩解這一問題(之后會有更多的介紹)。

如上所述,與外部驗證(多重簽名、門限簽名、MPC 或基于驗證器集)跨鏈橋相比,optimistic 跨鏈橋在安全性和信任最小化方面有了巨大的提升。optimistic 跨鏈橋的 1 of N 安全模型可以緩解與共謀或密鑰泄露相關的破壞性攻擊向量風險。

例如,如果 Ronin 網絡使用的是 optimistic 跨鏈橋,即使其所有密鑰都被泄露了,黑客也無法獲取到價值 6.25 億美元的 Ronin 跨鏈橋資產。

類似的方案還有 LayerZero,它利用了兩個重疊的 m of n 驗證者集,其在功能上只是作為一個更大的 m of n 驗證者集(參與者集合大小和共謀向量變得更難推理,除非兩個集合的所有參與者的身份都已知)。

本地驗證系統(例如 Connext 當前的 nxtp 實現)雖然像 optimistic 跨鏈橋一樣無需信任且易于部署,但無法支持跨鏈傳遞任意數據。

從這個意義上說,除了資金轉移和簡單的合約執行之外,本地驗證跨鏈系統的表現都不如 optimistic 跨鏈橋。另一方面,本地驗證系統對于減輕 optimistic 跨鏈橋的其他權衡(即延遲)來說是非常有用的。

像 IBC 這樣的輕客戶端區塊頭中繼系統,通過在鏈 A 的 VM 內驗證鏈 B 的共識來工作。區塊頭中繼為我們提供了理論上最佳的信任假設,因為每個基礎鏈的驗證器集相互驗證,而無需額外引入第三方(與外部驗證的跨鏈橋不同)或關于活性的假設(例如 optimistic 跨鏈橋)。這類跨鏈系統也不受 optimistic 跨鏈橋的延遲權衡影響。

當然,區塊頭中繼系統并非沒有自己的挑戰:

它們必須為每條新鏈/共識機制構建自定義輕客戶端。

對于以太坊 PoW 共識機制而言,驗證共識的成本非常高,因為內存要求很高。

由于回滾風險,區塊頭中繼方法可能不適用于 optimistic rollup,但是,這絕對是一個開放的研究領域!

雖然目前還沒有可用的去信任化 ZK 跨鏈橋,但我們在理論上可以基于零知識證明構建跨鏈橋,使用與區塊頭中繼相同的策略來驗證跨鏈的數據。

與區塊頭中繼方法類似,ZK 跨鏈橋具有很好的去信任和低延遲屬性,它們也可能比常規的區塊頭中繼系統要便宜得多,因為證明共識不需要在鏈上發生。然而,在這樣做的過程中,ZK 跨鏈橋引入了一些新的權衡:

與輕客戶端區塊頭中繼方法類似,ZK 跨鏈橋必須部署自定義策略來驗證每條鏈的共識,并且它們可能根本不適用于 optimistic rollup 二層網絡。對于 ZK 跨鏈橋,考慮到并非所有鏈都使用相同的密碼學原語,這一點更具挑戰性。

實際上,不可能在零知識的情況下證明所有共識模型。在這些情況下,需要某種類型的最終性工具,這會增加新的信任假設。

除此之外,ZK 跨鏈橋在驗證成本和數據可用性方面,可能還有其他的缺點,盡管這些缺點尚未得到徹底的研究。

Optimistic 跨鏈橋提供了非常高水平的安全性(信任最小化屬性),同時保留了現有多重簽名跨鏈橋的簡單性和易部署特性。

出于這個原因,我們對 Nomad 感到非常興奮,并認為它代表了跨鏈和跨 rollup 通信技術的巨大飛躍。

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