一文了解跨链桥：其原理以及当前存在的问题

介绍

允许我们在区块链之间转移代币的链桥已经成为大多数 DeFi 用户不可或缺的实用工具。随着具有新 DeFi 协议和收益机会的新区块链不断涌现，对这些工具的需求在过去几年中呈爆炸式增长。如果您有兴趣追逐资本的最高收益率，您很快就会通过链桥将资产发送过去。桥的种类有很多，而且每一种在安全、保管、速度和成本方面都有其优缺点。在这里，我们将尝试解释和澄清这些差异。

为什么需要这些桥？

三个常见原因：

追逐高收益。DeFi 允许任何人将他们的资产投入使用并产生一些收益。每条链上的 DeFi 协议都想要你的业务，并且经常提供激励措施来吸引你并鼓励你留下来。

在拥挤的网络上逃避高额费用。如果你只有几百美元的资产，但每笔交易的费用都需要 20 美元，那么你就很难拿这些钱在这条链上干出名堂。如果您可以将这些资产连接到更便宜的链上，您可以更便宜地进行交易，从而获得更好的生存机会。

封装或解封原生资产。一些交易所可能会向您出售您刚购买的原生代币的 ERC20 版本。如果您想拥有实际的本地代币，您可能首先需要将您的封装版本代币桥接到本地网络。

DeFi 协议通过为我们提供比竞争对手更高的收益来争夺我们的资产。假设以太坊网络最多能够为 ETH 提供区区 1% 的 APY 收益率，但在 Avalanche 网络上封装的 ETH ($wETH) 的收益为 4%。在这种情况下，每个人都希望将他们的 $ETH 封装并放到 Avalanche 上。由于每个希望成功的 DeFi 平台都引入了流动性挖矿激励措施来吸引用户和资金，因此对功能性和可靠的桥梁的需求出现了爆炸式增长。

对良好的桥的另一个明显需求是网络拥塞。以太坊本身太成功了，并且仍在努力扩大规模。在网络拥塞最严重的时期，在 Uniswap 上进行一次简单的交换会收取 300 至 500 美元的 gas 费。已经出现了几个替代的第 1 层链来满足这种对负担得起的区块空间的需求。如果太多的密码 degens 开始阻塞最新的 EVM 复制链，就会有人启动一个新的。只要存在这些高收益机会，对更容易追逐它们的工具的需求就会继续增长。廉价的竞争性 L1 链满足了这个市场的一部分，而更便宜的 Layer 2 链正在建造并上线。如果某处存在收益，我们想知道如何到达那里。

链桥的工作原理

常见的结构有以下三种：

1. 锁定并铸造

锁定源链上的资产并在目标链上铸造合成代币。这是目前最常见的桥类型。ERC20 代币就是一个很好的例子。ERC20 可以代表以太坊上的任何资产。 BTC 变成 wBTC；甚至 ETH 本身也可以被封装成 wETH。

每个网络都有一个原生代币，任何网络都可以通过“桥接”资产来发行自己版本的另一条链的原生代币。这是通过将本地资产锁定在源链上并在目标链上提供资产实际上已锁定的证据来实现的。这允许目标链自信地发布由锁定在源链上的金库中的本机资产支持的资产的封装版本。该系统的安全性取决于验证传输的验证者的网桥和网络。尽管它是最受欢迎的，但必须解决围绕中心化、可信托管和共谋的问题，以使该模型更具弹性。还有一个固有的低效率问题仍在解决中。这些桥梁通常需要两个步骤来使合成资产在目标链上可用。将 ETH 换成桥接代币，然后烧掉桥接代币来铸造合成资产。这为提高效率提供了明显的机会。

2. 原子互换

这可以说是将本地资产转移到其他链的最安全和信任最小化的方法，但这也有一些缺点。两条链必须共享相同的哈希算法，以确保可以在两条链上验证包含传输的区块。

3. 流动性提供者

两个链上都创建了池，并促进了收费转移。当这个系统充分去中心化、有效地重新平衡，并且 LP 有足够的激励措施来保持桥梁两侧充足的流动性时，该系统运行良好。这种类型的桥上的跨链交换在源链和目标链上都得到了验证。资产从通常由 LP 和验证者管理的金库转移。

这是幕后发生的一个巨大的技术混乱，使我们可以轻松地在所有这些不同的链上反弹，并且只要涉及资金，就有可能发生黑客攻击和漏洞利用。 Vitalik 警告我们，他认为糟糕的桥架构会带来一些真正的挑战，这些挑战可能会造成系统性风险。在设计这些工具的功能方式时，必须避免串通验证者、受损的预言机、中心化中继器和其他危险。在一次讨论 Celestia 的采访中，该项目联合创始人 Mustafa Al-Bassam 简要回应了 Vitalik 的说法，称他在很大程度上同意 Vitalik 的观点。他过去曾表达过同样的担忧。然而，Vitalik 的论点是，每条链都必须使用相同的结算层来共享安全性，因为你不能安全地做桥接。Mustafa 认为，如果使用正确的工具，这仍然是可能的，并且基于委员会的桥梁可以成为一种有效的解决方案。

以下是 LayerZero 上的跨链交易示例，展示了所涉及的复杂程度：

桥存在的问题

中心化 ——如果只有三个人控制着价值数十亿美元的钱包或合约，那么最有可能的结果就是这三个人合谋抢劫这个桥，然后消失的无影无踪。

速度 ——可能需要数小时或数天。如果没有足够的流动性，您可能会发现自己等待大约一两天，以便有人向相反方向过渡资金或补充目的地流动性。

流动性问题 ——流动性提供者维护的桥可能会在桥的一侧耗尽资金。这意味着试图桥接资产的用户将不得不等待流动性补充，然后才能看到他们的资产出现在桥的另一端。

智能合约风险 ——锁定在源链上的资产使相应的资产在目标链上可用。如果锁定在源链上金库中的代币被盗，则目标链上封装资产的价值将归零，因为没有任何东西可以赎回它们。

安全问题

最近对 Axie Infinity 的 Ronin 链的黑客攻击证明了为什么桥安全至关重要。他们的桥被黑客窃取了 17.3 万枚 ETH 和 2500 万美元的 USDC。这怎么可能？包含封装资产的金库由 5/9 多重签名钱包控制，该钱包由 Ronin 链验证者管理。其中 5 个签名者的密钥被泄露。获得控制权的黑客能够将所有 $wETH 发送给他们自己。

这个特定事件是由于桥过于中心化，信任假设相当差，监督很少。在网络高度拥塞期间，签名者被授予临时批准权，并且该批准权并没有在之后立即被撤销。这是攻击者在控制了控制桥资金的 9 个签名者中的 4 个之后转移资金所需的最后一块。

更常见的桥攻击通常涉及智能合约中的可利用代码。您在 Ronin 上获得的 $wETH 被可靠地用作货币，因为该资产代表锁定在某个金库中的原生 $ETH。如果你能找到一种方法来铸造无限量的 $wETH 并使用桥将其兑换成真正的 $ETH，那么恭喜，你只是抢劫了一座桥。现在剩余的 $wETH（在本例中位于 Ronin 链上）基本上一文不值，因为所有被锁定作为其封装版本的抵押品的 $ETH 都已被认领。这种规模的黑客也有可能极大地扰乱整个加密市场。如果一个桥劫匪能够以这样的高超手法成功攻击，然后开始向市场抛售价值 5 亿美元的 ETH，那么对于长期持有 ETH 的人来说，这（至少暂时）是个坏消息。希望这么大的数量很容易被抓住，我们可以摧毁这些傻瓜并将所有东西放回原处，但这是一个宝贵的教训，我们需要如何仔细考虑这些跨链桥的构造和机制以限制巨大的系统性风险。

也许有更好的方法。有几个有趣的跨链互操作性项目正在引入新的桥方法和策略。我们发现它们很迷人。这里有一些有趣的项目：

现在最有趣的桥项目

Chainlink CCIP

Chainlink 构建了一个可编程的代币桥。它使用 Chainlink 的链下报告协议（OCR2.0）、数百个独立预言机节点的网络及其跨链互操作性协议。CCIP 为所有跨链通信提供了一个接口，并可以轻松集成到任何智能合约应用程序中。它支持任何通用消息并具有重组保护。他们的可编程代币桥也支持计算，允许开发人员跨区块链网络传输代币并在目标链上启动可编程操作。通过使用 Chainlink 的去中心化预言机网络和消息传递路由器，智能合约可以安全地将消息发送到目标链，并由另一个消息传递路由器对其进行验证，然后将消息发送到目标链上的智能合约。通过利用他们的预言机和互操作性基础设施，以及独立的反欺诈网络来监控网络的异常活动，他们引入了一种策略和工具集合，可以显着减少在区块链之间安全移动资产所需的信任和托管。

Stargate

Stargate 是一个完全可组合的跨链桥接协议，建立在 LayerZero 之上，允许用户跨各种区块链传输原生代币。

LayerZero 是一个 Omnichain 互操作性协议，专为跨链传递轻量级消息而设计。LayerZero 通过可配置的无信任提供真实且有保证的消息传递。该协议被实施为一组高效、不可升级的智能合约。

大多数现有的桥无法将原生代币从一条链发送到另一条链，而是依靠中间或“封装”代币来完成桥接过程。这种方法创造了一种缓慢且效率极低的用户体验。Stargate 围绕多个链共享的统一流动性池构建，确保始终有足够的流动性可用和快速确定性。最终目标是通过单笔交易实现跨链无缝桥接。

Stargate 如何解决桥接三难困境：

即时保证的确定性。 Stargate 向用户和 dApp 保证他们在源链上提出的任何传输请求都将到达目标链。但是，目标链上必须有流动性，否则交易将被还原。

使用 Stargate 的桥接，无需封装代币，用户无需在接收链上手动交换代币。

跨链可组合性 。Stargate 桥可以由来自起点链和终点链的智能合约组成。这将允许用户在单个跨链交易中完成多次 swap。想象一下，将 Fantom 上的 $wBTC 换成 Avalanche 上的 $JOE，并在不离开 Fantom 的情况下通过单笔交易进入 LP 头寸。

统一流动性 。大多数现有的桥都需要分散流动性才能发挥作用。集成到桥接器中的每条链都需要为桥接的每个资产指定一个流动资金池。如果流动性不足，用户也可能会遇到长时间的延迟或交易失败。想要添加新区块链的桥梁还必须引导一个新池，以在每个现有链上以足够的流动性容纳新链。

Stargate 提出了一种统一的方法，其中所有连接都从单个流动性池中存取，允许 Stargate 实现在锁定和铸造或销毁和赎回桥梁上无法实现的可扩展性和效率。Stargate 还具有有效的再平衡和自我限制机制来管理提款活动的峰值。协议上的每条链都可以维护一个单一的流动性池，该池被“软划分”为不同的切片，其中每个切片对应于网络中的特定链。

Gravity Bridge

Gravity Bridge 是基于 EVM 和 Cosmos SDK 的区块链之间的桥梁。它是由 Althea 的优秀人员建造的。他们创建了一个不可升级的 Solidity 合约，允许用户将资产锁定在以太坊上，并在任何 Cosmos 链上铸造等价的代币。它们可以被送回或在其他 Cosmos 链之间发送。不同的 Cosmos 链可以使用这个桥访问 ERC20 资产，如 $wETH、$DAI、$USDC 和 $wBTC。来自以太坊的资产可以流入 Cosmos 生态系统，并与 Akash Network、Sentinel、Regen 和 Osmosis 等各种应用程序进行交互。Cosmos 生态系统上的资产可以流向以太坊并与以太坊 DeFi 进行交互。

Gravity Bridge 的好处

非托管 。您在转移资产时只需要信任以太坊和 Cosmos 的安全性。

可信的中立 。该桥并不专注于为特定区块链或 DEX 捕获用户。它旨在实现跨桥的流量。这座桥的中立性降低了获取以太坊生态系统流动性的障碍，同时允许 Cosmos Hub 上的新的和小型区块链参与。

可互操作 。长期以来，币安的 BNB 是 Cosmos 和以太坊生态系统之间唯一的共同资产。讽刺的是，从一个去中心化生态系统连接到另一个去中心化生态系统的唯一方法是通过一种中心化交易所代币。Cosmos 生态上的 DEX 基本上都被困在自己的岛屿上，无法与外界进行交易。借助 Gravity Bridge，所有市场参与者都可以访问 Osmosis、Umee 或 Gravity DEX。

安全的 。基于 Cosmos SDK 的链上有一个活跃的验证者集。验证者必须质押大量代币，并且验证者的任何不当行为都会通过削减验证者的份额来惩罚。它也是无需许可和抗审查的。当至少 ⅔ 的验证者集证明一笔存款时，才将铸造代表性代币。当桥批量处理多个“SendToEth”消息时，就会发生取款。

Interlay.io

Interlay 推出了 Kintsugi，这是 Polkadot 金丝雀网络 Kusama 上的第一个无需信任的比特币网桥。Polkadot 很快就会有自己的。Interlay 的封装比特币 ($kBTC) 与 Maker 的 $DAI 非常相似。它在算法上与 $BTC 挂钩，并由去中心化的金库网络、多抵押系统和跨链密码学保护。这个熟悉的抵押金库利用了 Polkadot 的共享安全模型和比特币的经典安全模型。

Nomad

Nomad 是一种非常便宜的跨链通信的新设计，它跳过了对区块头验证的需要。Nomad 从 Optimism 团队中汲取了大量灵感。Nomad 本身实际上是他们的 Optics 协议（Optimistic Interchain Communication）的实现和扩展。但是 Nomad 只有 30 分钟的延迟（而不是 ORU 的一周防欺诈窗口）。它就像公证服务一样工作。源链生成并发送一些“文件”（消息），“公证人”（称为更新者）签订合同以签署文件，并且仅受激励批准有效消息或冒受到经济惩罚并失去“公证人许可证”的风险。他们文档中写到：

“Nomad 在任何主链上创建一个经过身份验证的数据结构，并在任意数量的副本上中继对该数据结构的更新。因此，主链和所有副本 [维护待处理更新队列、接受证明和发送消息的合约] 将就数据结构的状态达成一致。通过在这个数据结构中嵌入数据（“消息”），我们可以高度自信地在链之间传播它。”

该团队与 Optimism 团队和 Connext 团队的密切合作充分说明了他们的声誉和资格，他们正在从非常新鲜的角度处理跨链问题。

我们都厌倦了“狂野西部”和“新边疆”的陈词滥调，但它们之所以成为陈词滥调，是因为它们是如此恰当的类比。许多人争辩说现在开始入局加密是否为时已晚，但毫无疑问，我们都非常早于所有这些跨链通信和桥接的东西。今年取得的进展令人震惊，我们预计这一步伐将继续下去。以下是我们在深入研究该主题时探索和试验的一些桥的列表：