讀懂區塊鏈“橋”：如何打破加密世界的信任邊界

原文作者：Arjun Chand

原文編譯：南風，Unitimes

加密生態系統在過去十年中迅速發展。自從 2008 年比特幣白皮書發布以來，加密領域出現了巨大的創新，並被廣泛採用，幾乎成為主流。雖然加密領域的每一年都是獨一無二的，但 2021 年改變了這個生態系統，讓人們對加密領域似乎無限的未來為之興奮。

2021 年是 L1 (第一層) 區塊鏈之年，這使得許多人預測加密領域的未來將是多鏈的，這與許多人在這些 L1 區塊鏈興起之前所持的「贏家通吃」的立場不同。然而，隨着不同區塊鏈生態系統數量和規模的急劇增加，現在需要關鍵的基礎設施來連接它們。這就是區塊鏈「橋」的用武之地。

上圖：在 TVL (總鎖倉價值) 方面，以太坊區塊鏈依然佔主導地位，但其他區塊鏈網絡的 TVL 正在增長。數據來源：DeFi Llama

在本文中，我們將討論：

• – 什麼是區塊鏈「橋」？
• – 為什麼我們有不同類型的「橋」？
• – 我們如何對這些「橋」進行分類？
• 讓我們一探究竟吧！

什麼是區塊鏈「橋」？

區塊鏈「橋」的工作原理與現實世界中的真實橋樑類似。然而，加密領域中的「橋」不是連接物理位置，而是連接兩個不同的區塊鏈網絡。這種連接非常重要，因為如果沒有區塊鏈「橋」，區塊鏈就會處於孤立的環境中，無法相互通信。這是因為每個區塊鏈網絡都有自己的一套規則、治理機制、原生資產和數據，與其他區塊鏈不兼容。然而，有了兩個區塊鏈之間的「橋」，就可以在區塊鏈網絡之間轉移加密資產和任意數據。因此，「橋」是加密生態系統中互操作性的關鍵，對於使不同的區塊鏈網絡相互兼容是非常必要的。

讓我們來舉個例子：

Alice 在以太坊主網上有 ETH，但想在 Avalanche 鏈上使用這些 ETH。這兩個區塊鏈有自己的協議、規則、社區和共識機制，因此它們之間不可能進行互操作性。在這種情況下，中間需要一些東西，並提供一種方式，將信息從以太坊主網帶到 Avalanche 鏈。為此，Alice 很可能會通過一座區塊鏈「橋」來轉移資產，以安全地將 ETH 從以太坊主網轉移到 Avalanche 鏈上。通過這座「橋」，Alice 可以將以太坊上的 ETH 轉換為 Avalanche 鏈上的 wETH。如下圖所示：

上圖：將 ETH 從以太坊主網橋接至 Avalanche 鏈 (將 ETH 轉換成 wETH) 的過程

為什麼會有不同類型的「橋」？

區塊鏈「橋」可以實現不同區塊鏈之間的通信。而且，就像複雜的數學問題一樣，當你看到加密生態系統中不同的橋接解決方案時，你會發現不僅只有一種方法可以實現區塊鏈之間的通信。不同的區塊鏈「橋」有着不同的設計，有自身獨特的優點和缺點，因此，當涉及到在兩個區塊鏈網絡之間使用哪個「橋」進行通信時，有很多選擇。讓我們更深入地探討一下這種通信是如何運作的。

「橋」的工作原理是在兩個區塊鏈之間建立通信通道。在一個理想的世界里，區塊鏈會相互通信；但在現實中，這是不可能的，因為一個區塊鏈不會存儲另一個區塊鏈的狀態。

讓我們舉個例子：

以太坊上的一個 dApp (去中心化應用) 想要與 Solana 鏈上的一個 dApp 通信。由於以太坊和 Solana 之間的信任邊界 (trust boundaries)，它們不能簡單地相互通信。這些信任邊界包括但不限於：

• – 以太坊和 Solana 彼此不了解對方。
• – 這兩條鏈都是只能知道自己的鏈上發生了什麼，而不知道鏈外發生了什麼。

對於這兩個區塊鏈來說，接收來自對方的消息就好像與他們一無所知的外部世界進行互動。因此，無法建立信任來驗證這些消息。

理想的區塊鏈世界 (上) vs. 現實的區塊鏈世界 (下)

此外，區塊鏈只能向一個方向發送消息。也就是說，在一個通道中只能單向通信：一個區塊鏈可以在一個通道上向另一個區塊鏈發送消息，但另一個區塊鏈無法依靠同一個通道回復該消息並確認已收到消息。

為了在區塊鏈之間建立信任並使雙向溝通成為可能，我們需要一些中間的東西，一些可以在這些區塊鏈之間架起橋樑的東西。這就是區塊鏈「橋」的作用，它不僅可以在不同的區塊鏈之間傳輸消息、數據和資源，還可以進行跨鏈資產轉移。這改變了一些事情，使得區塊鏈不再局限於單向通信，因為「橋」使區塊鏈能夠與其他區塊鏈來回通信。

區塊鏈「橋」使用不同的機制或參與者，這些參與者在區塊鏈之間扮演驗證者的角色，以實現通信和克服信任邊界。如果沒有這些鏈下參與者 (off-chain actors)，區塊鏈之間的通信將不可能實現。

然而，隨着這些鏈下參與者作為兩個區塊鏈的「中間人」，信任邊界可以被克服，通信成為可能。

驗證者的角色是「橋」工作方式的主要區別所在。從本質上講，一些「橋」使用可信系統 (trusted system)，而另一些橋使用無須信任的驗證者系統 (trustless system)。此外，由於加密生態系統中的「互操作性三難困境」，我們看到了不同類型的區塊鏈「橋」設計。互操作性三難困境指出「互操作性協議或「橋」只能具有以下三個屬性中的兩個：

• – 無須信任性 (Trustlessness)：具有與底層區塊鏈相同的安全性；
• – 可延展性 (Extensibility)：在任何區塊鏈上都能被支持；
• – 普遍性 (Generalizability)：能夠處理任意的跨鏈數據。

不同的區塊鏈「橋」方案側重於上面列出的三個因素中的不同因素，並且有各自的優點和權衡。因此，不同的「橋」設計有着獨特的價值主張。下圖根據區塊鏈「橋」的無須信任性、可拓展性和普遍性來對不同的「橋」進行了分類：

此外，區塊鏈橋方案 Connext 的創始人 Arjun Bhuptani 還根據區塊鏈「橋」的不同驗證方式來將「橋」劃分為原生驗證系統 (即區塊鏈自身的驗證者負責驗證跨鏈數據)、外部驗證系統 (即使用一組外部的驗證者來中繼跨鏈數據) 和本地驗證系統 (即只有參與到特定跨鏈交互的參與方才會驗證該交互)。

以上幾點解釋了為什麼我們有不同的區塊鏈「橋」設計。但是，一般來說，我們之所以會看到不同類型的「橋」，是因為它們連接的對象和主要用例不同。對此，我們將在下文進一步解釋。

基於「橋」的工作原理來進行分類

雖然所有區塊鏈「橋」的目的都是一樣的 (即實現不同區塊鏈之間的通信)，但它們的實現方式是不同的。根據它們的工作方式，區塊鏈「橋」可以大致分為：

• – 需信任的「橋」(Trusted Bridges)：這類區塊鏈「橋」使用一個中心機構來進行運作。這種區塊鏈橋之所以被稱為「需信任的「橋」」，是因為用戶需要信任某個第三方 (也即這個中心機構) 來使用這座「橋」並保管他們的資金。這類橋樑的例子包括多鏈「橋」和特定於區塊鏈的「橋」，比如 Binance <> Ethereum Bridge。
• – 無須信任的「橋」(Trustless Bridges)：這類區塊鏈「橋」通過使用智能合約和算法，消除了可信第三方的角色。它們之所以被稱為「無須信任的「橋」」，是因為它們不要求用戶信任某個中心機構來使用「橋」。因此，用戶的資金安全總是由用戶保管。這類橋樑的例子包括 Connext、cBridge 和 Hop 等。

舉個例子：

假設你在機場的安全檢查點。有兩種類型的安全檢查點：

• – 人工檢查點：這裡由機場官方人員控制和操作，用戶必須信任他們，讓他們保管自己的個人信息和物品。
• – 自助檢查點：這裡由機器負責操作，用戶始終控制着自己的個人信息和物品。

人工檢查點就相當於「需信任的「橋」」。這種檢查點依靠一個可信賴的第三方，也就是官方人員來運作。用戶必須放棄對自己資產的控制。

上圖：人工檢查點相當於「需信任的「橋」」

自助檢查點就相當於「無須信任的「橋」」。這種檢查點使用技術消除了官方人員的角色，讓用戶能夠繼續控制自己的資產。

上圖：自助檢查點就相當於「無須信任的「橋」」

基於「橋」連接的對象來進行分類

除了它們的工作方式外，還可以根據區塊鏈「橋」連接的對象將它們劃分為以下幾類：

• – L1 <> L1 橋：這類「橋」將兩個不同的 L1 區塊鏈網絡連接起來。比如 Avalanche Bridge 連接着以太坊網絡和 Avalanche 鏈。
• – L1/L2 <> L2 橋：這類「橋」將 L1 區塊鏈與 L2 網絡連接起來，或者將兩個不同的 L2 網絡連接起來。比如，Across 一個是將以太坊 L1 與諸如 Arbitrum 和 Optimism 等 L2 網絡連接起來的橋樑；Hop Protocol 一個是連接不同的 L2 網絡的橋樑，也可以是將以太坊 L1 與 L2 網絡連接起來的橋樑。

舉個例子：

基於 Dragonfly Capital 管理合伙人 Haseeb Qureshi 將區塊鏈描述為城市的心理模型，我們可以說，區塊鏈「橋」就像連接不同城市的道路。根據這些橋樑連接的對象，道路可分為以下幾類：

– 國家高速公路：這些是連接所有主要城市的道路。

– 州內高速公路：這些是連接某個城市中重要部分的道路。

國家高速公路就相當於「L1 <> L1 橋」。如果把以太坊比作紐約市，Avalanche 鏈比作是芝加哥市，那麼 Avalanche Bridge 就是連接着它們的國家高速公路。

上圖：國家高速公路就相當於 L1 <> L1 橋

州內高速公路就相當於「L1/L2 <> L2 橋」。如果 L2 網絡和 Rollups (比如 Arbitrum 和 Optimism) 是以太坊 (紐約市) 的兩座摩天大樓，那麼 Hop Protocol 就是連接它們的州內高速公路。

上圖：州內高速公路就相當於 L1/L2 <> L2 橋。

基於「橋」轉移資產的方式來進行分類

我們還可以根據區塊鏈「橋」在轉移跨鏈資產時使用的機制來對它們進行分類。一般來說，根據區塊鏈「橋」轉移資產的方式，可以將它們分為以下幾類：

• – 鎖定 & 鑄造：這類區塊鏈「橋」會鎖定源鏈上的資產，並鑄造目標鏈上的資產。比如 Polygon 的 PoS Bridge、Avalanche Bridge (AB)、Wrapped BTC (wBTC) 和 wMonero 等。
• – 銷毀 & 鑄造：這類區塊鏈「橋」會銷毀源鏈上的資產，並鑄造目標鏈上的資產。比如 Hop Protocol 和 Across Protocol。
• – 原子互換 (Atomic Swaps)：這類區塊鏈「橋」會將源鏈上的資產兌換為目標鏈上的資產。一般來說，這類「橋」是無須信任的，因為它們依賴於自我執行的智能合約來進行資產兌換，從而消除了在「鎖定&鑄造」和「銷毀&鑄造」機制中需要可信第三方的需求。比如 cBridge 和 Connext。

舉個例子：

假設你開車從 A 市到 B 市，這兩座城市通過一座橋連接。當你抵達這座橋，準備離開 A 市前往 B 市時，你有 3 種選擇來跨過這座橋：

1、把你的車放在位於 A 市的一個倉庫里，作為交換，你會在 B 市得到一輛一模一樣的車。當你返回 A 市時，你只需要把你當初抵達 B 市時獲得的這輛車歸還，然後把你原來在 A 市的那輛車拿回去。這與區塊鏈「橋」使用的「鎖定 & 鑄造」機制相類似。如下圖所示：

上圖：使用「鎖定 & 鑄造」機制的「橋」

2、為了離開 A 市，你必須銷毀你的車，然後作為回報，你將在 B 市獲得一輛一模一樣的車。當你返回 A 市時，同樣的過程將再次發生：你必須在 B 市摧毀你的汽車，然後你將在 A 市獲得一輛相同的汽車。這與區塊鏈「橋」使用的「銷毀 & 鑄造」機制相類似。如下圖所示：

上圖：使用「銷毀 & 鑄造」機制的「橋」

3、將你在 A 市的汽車兌換成另一輛 B 市的汽車。當你返回 A 市時，你可以重複同樣的過程：將你在 B 市的汽車兌換成另一輛 A 市的汽車。這與區塊鏈「橋」使用的「原子互換」機制相類似。如下圖所示：

上圖：使用「原子互換」機制的「橋」

基於「橋」的功能來進行分類

上述分類對橋樑的區分非常廣泛。當我們根據「橋」的使用方式 (也就是它們的功能) 來研究不同的「橋」類型和設計時，事情會變得很複雜。根據其功能，「橋」可以分為以下幾種:

• – 鏈到鏈的橋 (Chain-To-Chain Bridges)：這類「橋」主要用於支持兩個區塊鏈之間的資產移動。通常，這種「橋」使用「鎖定 & 鑄造」機制。例如：Polygon 的 PoS Bridge(連接 Polygon 和以太坊)、Binance <> Ethereum Bridge(連接 BSC 和以太坊) 以及 Avalanche Bridge (連接 Avalanche 和以太坊)。
• – 多鏈橋 (Multi-Chain Bridges)：這類「橋」旨在跨多個區塊鏈轉移資產。這種「橋」可以被部署到任何 L1 或 L2 區塊鏈上。例如：Connext 和 cBridge。
• – 專用橋 (Specialized Bridges)：這類「橋」專註於特定的生態系統，旨在支持資產在特定區域之間的移動。由於其專用性，這些「橋」通常能夠促進更快、更便宜的跨鏈交易。例如：Hop 是一個 Rollup 到 Rollup 的橋樑，能夠實現跨以太坊主網和 L2 網絡的資產轉移；Across 專註於實現從 L2  Rollups 到以太坊主網的快速、廉價的資產轉移。
• – 包裝資產橋 (Wrapped Asset Bridges)：這類「橋」專門設計用於實現將非本地資產轉移到不同的區塊鏈上。這類橋樑通過在目標鏈上創建出代表源鏈上的資產的包裝資產 (wrapped assets)。例如：Wrapped BTC (wBTC)、wMonero 等。
• – 數據專用橋 (Data Specific Bridges)：這類「橋」是專門為跨多個區塊鏈傳輸任意數據而設計的互操作性協議。通常，這些協議會成為 dApps 的基礎層，使 dApps 能夠實現跨鏈可組合性。例如：Celer 的 Inter-chain Message Framework、IBC、Nomad 和 Data Movr。
• – dApp 專用橋 (dApp Specific Bridges)：從純粹的技術角度來看，這些都不是「橋」。通過連接到不同的區塊鏈，這些 dApps 建立了一個生態系統，允許價值以類似「橋」的方式跨鏈轉移。例如：Thorchain 是一個去中心化的跨鏈 AMM (自動化做市商)，提供跨鏈流動性特性，使跨鏈資產交換成為可能；其他示例還包括 Anyswap、Wanchain 和 Synapse。

總結

「一刀切」的方法並不適用於區塊鏈「橋」。沒有完美的解決方案；只有針對特定的用例進行權衡——每座「橋」都有自己的優勢和劣勢，正如我們從互操作性三難困境中學到的那樣，所有的「橋」都必須在可信任性、可拓展性或普遍性之間做出選擇。

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