DeFi之道丨一文了解Thorchain是如何運作的？

簡介

Thorchain是什麼，它是如何讓不同區塊鏈上的原始資產可以進行交換？本文將回答這些問題。

DEX交易量已達數十億美元的規模，正獲得了越來越多的關注，Uniswap上超過10億美元的日交易量已經很常見了。

雖然像在以太坊生態系統內（如Uniswap、Sushiswap或Curve等協議）的資產交易已經做得非常好了，但它們不支持不同區塊鏈之間的交換。

為了解決這個問題，常見的方法是在以太坊上以封裝（wrapped）或合成代幣的形式引入外部資產。以太坊以外最受歡迎的區塊鏈資產當然是比特幣。在以太坊上有多種代表比特幣的方式，可以讓它在DEX進行交易，比如renBTC，sBTC等。

儘管這些方法運行良好，但在涉及到資產的保管或安全時，它們通常會做作出一定的取捨。

是否有一種方法可以實現原生資產的直接交換呢？例如，比特幣區塊鏈的BTC和以太坊區塊鏈的ETH之間直接進行交易。這正是Thorchain發揮作用的地方。

Thorchain是一個去中心化的流動性協議，允許在不同的區塊鏈（如比特幣、以太坊或BSC）之間交換原生資產。

在管理流動性方面，Thorchain使用了Uniswap或Bancor等協議的流動性池模型。

在這種模式下，流動性提供者在流動性池中鎖定2種資產，為這2種資產的交易者提供流動性。交易者支付少量的費用給到流動性提供者。

Thorchain通常被解釋為跨鏈的Uniswap。這個類比讓我們易於理解Thorchain是做什麼的，但其實二者之間有很大的區別，下文將會解釋。

在深入了解Thorchain的機制之前，讓我們先來看看這個項目是如何誕生的。

Thorchain歷史

Thorchain是2018年Binance黑客馬拉松上的一個小項目。

在黑客馬拉松結束后，Thorchain背後的團隊繼續他們的研究，但決定暫停手上的一些工作，因為他們要等待創建跨鏈DEX所需的技術，這些技術在彼時是缺失的，主要是Tendermint & Cosmos SDK和TSS——閾值簽名方案。

當看到產品的可行性，團隊決定籌集一小筆種子資金，並在Thorchain協議的基礎上建立了一個DEX的概念驗證，名為Instaswap，後來在柏林的Cosmos黑客馬拉松上進行了演示。

之後，他們在2019年7月宣布了其第一個進入市場的產品——BEPSwap。BEPSwap的主要目標是實現BEP2資產互換，僅限於在Binance Chain上。

同樣在2019年7月，該團隊決定通過在Binance Dex上的IDO（初次去中心化交易所發行）籌集更多資金。IDO的結果是籌集了150萬美元，足以使項目進一步發展。

該團隊繼續他們在協議上的工作，在2021年4月發布了限制性主網，稱為多鏈混沌網絡（multi-chain chaos network，簡稱MCCN）。

有趣的是，Thorchain團隊大部分都是匿名的，到今天為止還是這樣。

現在，讓我們看看Thorchain在引擎蓋（hood）下是如何工作的。

它是如何工作的

Thorchain協議的核心是：用Tendermint和Cosmos SDK構建的節點網絡。

這種方法讓Thorchain可以創建一個獨立的區塊鏈，有自己的共識和網絡層，而不必從頭開始建立所有的元素。

Thorchain利用Tendermint BFT模型，即使多達1/3的節點失效，也能讓網絡達成共識。

共識機制很重要，因為Thorchain的節點必須一起工作，如記錄來自其他區塊鏈的交易。

讓我們通過一個快速的例子看看實際是如何運作的：

假設一個用戶想把他們在比特幣網絡上的BTC換成以太坊網絡上的ETH。

該用戶向比特幣金庫發送了一個標準的比特幣交易——一個由Thorchain網絡控制的比特幣地址。

Thorchain節點不斷監控金庫地址，以確認新的交易。

為了做到這一點，每個Thorchain節點（又稱THORNode）都由幾個主要部分組成，其中最重要的是：運行Thorchain區塊鏈本身的服務；每個連接區塊鏈的完整節點，例如比特幣或以太坊節點；以及Bifrost。

Bifrost協議作為Thorchain網絡和其他網絡（如比特幣或以太坊）之間的連接層。它的主要職責之一是觀察金庫地址，以便找到入站（inbound）交易，隨後將其轉化為THORChain的見證交易。

見證交易最初被記錄為“待定”——這是Thorchain狀態機中的一種狀態。在大多數節點同意入站交易的狀態后，該交易被移至 "最終確定 "狀態。

此時，用戶的比特幣存款被記錄在Thorchain區塊鏈上。

是時候進行交換的另一部分了，將以太幣送回給用戶。

一旦一個新的入站交易被確定，Thorchain協議就會啟動swap。swap交易被記錄在Thorchain區塊鏈上，Bifrost協議再次被使用，這次是從以太坊出站金庫中提取ETH。

使用相應的鏈客戶端（在這個例子里是以太坊客戶端），將這個出站交易從Thorchain內部轉換為目標鏈的有效交易，並廣播到相應的網絡。

這時，交換已經完成，用戶最終在他們的以太坊錢包里得到了以太。

雖然這聽起來很簡單，但要使這一切成為可能，卻有相當多的細節。

TSS

為了簽名交易，網絡必須能夠控制每個集成區塊鏈上的金庫地址。

當然，在每個節點上存儲私鑰有着巨大的安全風險，這也是為什麼Thorchain要使用前面提到的閾值簽名方案或TSS。

TSS是一種用於分佈式密鑰生成和簽名的加密原語。你可以把它看成是多簽（multisig）的更好版本。兩者都專註於實現相同的目標——只有達到某個先前設定的閾值時，才允許多方聚集在一起並簽名交易。主要區別在於，multisig通常是在區塊鏈的應用層實現的，例如，作為以太坊上的智能合約，而TSS所支持的與區塊鏈無關，因為它依賴於基本的密碼學元素。

這使得簽名交易的整個過程更便宜、更安全。

雖然TSS有很多好處，但它還沒有像其他流行的加密元素（如ECDSA或某些哈希函數）那樣經過實戰考驗。

金庫（Vault）

Thorchain架構的另一個有趣的細節是Vault的運作方式。

有兩種類型的vault——"入庫 "和 "出庫"。

入站金庫在系統中存儲大部分資金。它們的速度較慢，可能需要長達20秒，但更安全，因為它們需要所有TSS簽名者2/3來簽名一項交易。

這對整個系統造成很大的限制，因此Thorchain引入了由每個THORNode運行的較小的、安全性較低的出站金庫。這些金庫速度更快，因為它們只需要在其運行的節點上進行一次簽名。這些金庫中的資金限於其資產債券價值的25％。後文有更多關於擔保過程的內容，這創造了激勵機制，防止節點運作者從出庫中竊取資金。這些金庫還不斷被系統充值，因為資金被用於出庫交易。

PoS & Churning

如前所述，Thorchain使用Tendermint和Cosmos SDK。在這種模式下，Thorchain網絡作為一個Proof-Of-Stake（PoS）系統運行，簽名和驗證交易的節點必須質押一定數量的RUNE代幣。

在Thorchain生態系統中，質押RUNE代幣的過程也被稱為bonding。

2021年5月17日，運行一個功能齊全的Thorchain節點，需要1,000,000個（價值約1800萬美元）的RUNE代幣。

與大多數PoS系統的變化相比，這裡不允許代幣的委託。因為要確保網絡中的所有節點都被平等對待，不讓某一節點運營方長時間內捕獲大部分的代幣。

事實上，Thorchain網絡中的所有節點都是匿名的，只能通過其IP地址和公鑰來識別。他們無法像其他允許委託的系統那樣，對節點進行品牌宣傳或營銷。

為了避免總是由擁有最高數量RUNE代幣的相同節點簽署交易，Thorchain引入了攪動（Churning）的概念。

該網絡保持着一組活躍的、能夠簽名交易的節點和另一組待命的節點。

每50,000個區塊，也就是每3天左右，攪動過程就會啟動，活躍區的最老或最不可靠的節點就會被待機區的節點所取代。

攪動過程確保了符合質押標準的新節點可以輪流簽名交易。另外，每次驗證者集發生變化時，Thorchain網絡會將資金轉移到新的金庫，確保活躍的節點仍然可以獲得資金。

目前，在支持BEPSwap的單鏈混沌網絡上有28個活躍節點和45個處於待機狀態的節點，在最近發布的多鏈混沌網絡上有11個活躍節點和9個處於待機狀態的節點。

目前，多鏈混沌網絡處於擴展模式，這意味着每從網絡中擠出一個節點，就會有2個節點進入。

在遇到Tendermint和TSS限制之前，多鏈網絡可以增長到99個節點。

即使網絡增長到99個活躍節點，它仍然可以通過擁有分片金庫的能力進一步擴展。

同樣重要的是要注意到，即使運行一個功能齊全的節點需要大量的RUNE，人們仍然可以運行沒有綁定RUNE的節點。這些節點能夠驗證交易，而沒有簽名交易的能力。

RUNE代幣

Thorchain架構的最後一個關鍵元素——RUNE代幣。

RUNE為Thorchain生態系統提供動力，並提供保護網絡所需的經濟激勵。

系統中的所有流動資金池都由原生代幣和RUNE組成。例如，要從比特幣交換到以太幣，交易必須通過BTC-RUNE和ETH-RUNE池。在這種模式下，每種資產都必須與RUNE配對。這裡，池子的數量會少於像Uniswap那樣可以用任何兩種資產創建池子的系統。

除此之外，Thorchain節點必須通過綁定特定數量的RUNE來滿足質押標準。這個保證金通過對資產池中的資產進行包銷來保證系統的安全。如果節點試圖從協議中竊取資金，其債券將以其所竊取的資產數量（1.5倍）扣除，從而使資產池變得完整。另外，如果節點不提供可靠的服務，它們將面臨被削減債券的風險。

Thorchain協議還鼓勵節點運營商始終保持RUNE的最佳數量。這是通過一種叫做 "激勵鐘擺 "的機制實現的。

激勵鐘擺的目的是使系統處於最理想的狀態，即系統中所有RUNE的67%被綁定，且33%被彙集到池子里。

如果流動性池子里有太多的資本，網絡就會增加對節點運營商的獎勵，減少對流動性提供者的獎勵。如果節點綁定的資本太多，系統會提高對流動性提供者的獎勵，減少對節點經營者的獎勵。

在最佳狀態下，資金池中每有100萬美元的資產，節點將綁定價值200萬美元的RUNE。

除此之外，RUNE被用來支付網絡上的交易費用，補貼向不同網絡發送出站交易所需的gas；並可用於參與Thorchain治理，用戶可以發出信號指示網絡接下來應該添加哪些鏈和資產。

Uniswap

如上所示，Thorchain和Uniswap或者以太坊上其他的DEX之間有很大的區別。

首先，Uniswap只允許交換ERC-20代幣，所以如果我們想交易其他區塊鏈的資產，它們必須以封裝或合成代幣的形式進行。Thorchain允許交換本地資產，而不需要對其進行封裝。

Thorchain上的互換既要收取固定的網絡費用，也要收取動態的基於滑點的費用。這意味着產生更多滑點的交易會被收取更多的交易費用。這使得機器人更難從掉期中提取價值，比如在三明治攻擊的情況下——影響流動性池中價格的常見方式，導致用戶在交易中獲得更差的價格。

關於swap的速度，以太坊上的資產可以在1個以太坊區塊內進行swap，平均每13秒發生一次。在Thorchain上，這就有點複雜了。交換時間取決於我們在哪個網絡之間進行交換。如果是比特幣到以太坊，在比特幣網絡上至少需要1個區塊——平均10分鐘，加上在Thorchain區塊鏈上執行互換的內部時間，再加上出站的以太坊交易——約13秒。

有趣的是，從以太幣到比特幣的swap會更快，因為Thorchain網絡只需等待以太坊交易，然後再向外發送比特幣交易，這將導致接收錢包在交易廣播后可直接花費比特幣UTXO。

另外，Thorchain作為一個獨立的區塊鏈，失去了以太坊DApp的一些好處，其中之一是可組合性。例如，Uniswap可以作為一個交易的一部分被納入到更複雜的合約中。這在Thorchain中是不可能的。

當然，Thorchain網絡也不像比特幣或以太坊網絡那樣去中心化，該系統反而依賴於強大的經濟激勵。

這並不一定是壞事，考慮到Thorchain的應用場景與比特幣網絡完全不同，比特幣網絡保證了價值超過1T的資產的安全，而以太坊網絡則保證了鎖定在智能合約中的數十億美元資產的安全。

對於它的主要用例，在不同的區塊鏈之間交換資產，大多數用戶不會在很長時間內將他們的資產存儲在Thorchain區塊鏈上。