跨链桥的安全性：探索跨链系统中固有的特定权衡与取舍

当在两个链之间传递消息时，要么不能假设完全异步系统，要么需要可信的第三方。

如果我在过去几年中了解到一个事实，那就是同步区块空间无法满足链上所有应用程序的需求。

这在2018年并不明显。去年夏天DeFi的爆发和今年夏天NFT市场证明了一个事实，即有大量的设计空间可供应用。今年非以太坊的第1层（L1）公链的崛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的世界中，不同链上的应用程序希望跨链相互通信，因此充分了解每条链如何跨链工作是非常有价值的信息。我想从抽象的角度探讨这个问题，而不是具体的项目。

在本文中，我想研究这些系统中固有的特定权衡。如果你仔细思考，这种权衡是显而易见的。

我也站在巨人的肩膀上讨论这个问题；伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的博士生阿列克谢·扎米亚廷（Alexei Zamyatin）和其他人在一篇**的论文中详细阐述了这一点。我的目标是在论文的核心主题之后添加一些颜色。

用作者的话来说，权衡是，如果没有以下两点中的任何一点，就无法进行跨链沟通：

1. 可信第三方（TTP）
2. 或者超越异步同步假设

它们之间的关系非常基本和直观，但有些术语需要深入研究。我希望在这里澄清直觉。

理论上的合理性

让我们简单地谈谈同步假设——它们是考虑分布式系统中通信的常见框架，众所周知很难理解。

分布式系统被视为一个消息传递协议。尽管通信基础设施中存在故障或恶意对手，但它仍然需要工作。然后，我们可以在系统停止工作之前定义这些故障的严重性。这就是同步假说的目标。

另一方面，在“异步”假设下运行的系统假定网络/对手可以在默认情况下延迟消息任何时间。

后者更强大。换句话说，系统可以更好地处理环境带来的不确定性。还有一些“中间区”假设，通常称为“部分同步”，但这里不需要定义它们。

这与跨链通信有什么关系？上面的文章表明，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。

我们从一篇较旧的论文中了解到，没有可信的第三方，异步公平交换是不可能的。

因此，如果没有可信的第三方，异步跨链通信是不可能的。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 -gt; 现实

到目前为止，所有这些都只是停留在理论上。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，可以：

• 您不能假设一个完全异步的系统
• 或者需要可信的第三方

这里需要什么样的权衡？比较需要受信任的第三方的系统和需要更强同步假设的系统可能会有所帮助。

受信任的第三方似乎明白这一点。受信任的第三方只是两条链之间的“低安全性/去中心化性”中介。它们桥接的两条链依赖于独立于这两条链的验证器集。这种交叉链系统就是一个例子。

更强的同步假设由重试逻辑或超时表示。哈希时间锁定契约（HTLC）就是一个示例。几年前，HTLC被认为是跨链通信的重要原语。在HTLC中，更强的同步假设由必要的重试逻辑或自由选项问题表示。

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等情况下，如果存在强烈的失败经济动机，通信可能会失败。正如做市商希望阻止或延迟价值转移，因为他们在两条链条上都持有一些资产。

环境中足够强大的经济激励可能导致通信失败。

**一点对于需要可信第三方的系统是正确的！在这种情况下，有必要信任可信的第三方，并有足够的经济激励来维护“桥梁”的完整性。区别在于如何表达阻止沟通的经济动机。

我相信这里有一种自然的二元性。你必须相信一个不太安全的“中间人”，或者相信通信不会被中断。

如果跨链通信引入矿工可提取价值（MeV）并带来足够的利润，则在上述两种情况下，通信都可能失败！要么是因为受信任的第三方腐败，要么是因为有足够多的做市商让它破产。

实例

在这种权衡中，现代跨链通信系统将如何分布？有更好的文章对所有系统进行了分类，我在本文中只展示了几个示例。

Connext的nxtp是跨链系统的一个经典示例，它增加了更强的同步假设。一旦用户完成与路由器的协商，将有一个两阶段的准备/完成机制来完成网桥两端的适当事务。如果通信未在超时时间内发生，则不会发生。

另一方面，Solana和以太坊之间的虫洞桥引入了可信任的第三方。两条链之间存在的一组“监护人”验证器需要2/3的多数证明才能释放交易。如果验证器集损坏或集体投票不希望传输通过，则不会发生传输。

需要强调的一点是，这两种方法都没有**优势。权衡任何一方的系统都会在营销材料中声称他们做出了“正确”的权衡，但如前所述，这两种权衡都意味着这些系统可能会失败。

其他系统使一个权衡不那么明显。我最喜欢的例子是用于快速撤军的优化Dai桥。这里值得信赖的第三方是创客刀本身！用户要求Dao提供Dai流动性，为拟定fdai资产提供完整性保证。

将Dao视为可信的第三方是很奇怪的，但是如果我们认为任何比链式通信安全性弱的东西都是“可信的”，Dao就可以达到这个目的！我个人很高兴看到更多的DAO扮演可信任的第三方的角色，以促进跨链通信。

任重道远

未来似乎属于一个多链条的世界。为了促进公链之间的沟通，做好准备的人将迎来真正的机会。对于我们这些使用这些新系统的人来说，了解他们正在做出的权衡是很重要的。

在本文中，我研究了增强同步假设和可信第三方之间的基本权衡。链之间的边界对我来说非常有趣，因此我将在将来深入研究其他因素。

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。

感谢您与Alex obadia和Vaibhav chellani的对话，这激发了本文的灵感，并感谢他们对本文编辑的贡献。