区块链: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?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AlexeiZamyatin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。

Yam Finance公布DAO资金管理解决方案DAO House细节:3月4日,Yam Finance官方发文公布DAO House细节。DAO House是专为DAO设计的资金管理解决方案。DAO House采用与Set Protocol合作开发并由Set Protocol提供支持基于智能合约的TokenSet产品组合。每个DAO House的自定义投资策略都被编码到TokenSets智能合约中。此前2月13日消息,Yam Finance社区投票批准yamHOUSE 100万美元初始资金。带SetProtocol的“Yam DAO Set”项目被更名为“yamHOUSE”+“DAO House”。[2021/3/4 18:13:33]

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:

声音 | 瑞士加密货币银行SEBA高管:需要一个加密银行让人们理解区块链在银行部门的用例:据消息,瑞士加密货币银行SEBA托管存储和交易银行业务负责人Phil Dettwiler表示,比特币确实是一个投资机会,鉴于其估值不断上升,他强调了比特币作为价值储存工具的资格。而Dettwiler被问及为什么在使用比特币不需要银行的情况下甚至需要加密银行时,他表示,需要一个加密银行来让人们理解区块链在银行部门的用例。Phil Dettwiler说:“纯粹的比特币最大化主义者可能永远不会进入一家银行,但看看区块链的三难困境:分散、可扩展性和安全性……我确实认为,为了增加安全,我正在减少一些权力下放,这是值得的,特别是在带来便利的同时。”[2020/2/15]

可信第三方(TTP)

或者超越异步的同步假设

声音 | 信通院金键:用连接范式3问理解区块链:12月19日,由中国信息通信研究院、中国互联网协会、北京航空航天大学联合主办的“智能+学院”区块链系列中国互联网协会专场培训在北京召开。信通院工业互联网与物联网研究所所金键提出“连接范式3问”:1.智能连接:都说万物互联,为什么很多设备都连不起来?2.价值交换:为什么不能向发送短信一样点对点的进行支付?3.数据保护:为什么信息不让所有者做主?为什么我的数据不能随身携带?不能发挥更大的价值?金键表示:“区块链技术很复杂,但这3个问题给了我们启发,让我们知道来到了一个需要什么技术的时代,去理解区块链技术到底能够用来做什么。”(巴比特)[2019/12/19]

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。

声音 | 德勤咨询区块链主管:建立必要的治理比理解和实现区块链技术更为困难:据华尔街日报报道,德勤咨询区块链主管Geoff Lougheed表示:理解和实现区块链技术通常比建立必要的治理更容易。希望在企业间建立区块链的领导者往往无法召集一个团队来决定利益相关者将如何操作区块链、定义其规则、设置治理指南,以及创建一个整体组织结构。但这些因素对于区块链的开发是不可或缺的,因为它们阐明了成员及其提供的信息之间如何互动。[2019/5/1]

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。

声音 | 段新星:火币收购上市公司不应理解为交易所上市:据《中国经营报》报道,10月5日,根据港交所公告,火币的交易所运营主体已经完成对桐城控股(01611.HK)的收购,此番行为被舆论认为是火币意图借壳上市。在这样的政策环境下,交易所业务显得尤为敏感。Bytom创始人兼CEO段新星认为,此次“借壳上市”不应理解为交易所上市,而应理解为火币购买上市公司壳,而火币只是以交易所起家。打包入壳的也是合法合规的其他业务为主,而非壳内包入目前尚处于未定性阶段的交易所业务。[2018/10/14]

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,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?OptimismDAI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。

撰文:LakshmanSankar,就职于以太坊基金会,从事生态开发和研究编译:PerryWang

感谢与?AlexObadia?和?VaibhavChellani?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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