经过多年的研发，我们最终处于多链市场结构中。有100多个活跃的公共区块链，其中许多都有自己独特的应用程序、用户、地理位置、安全模型和设计权衡。尽管个别社区认为，现实是宇宙趋于无序，并且这些网络的数量可能会在未来继续增加。

这种类型的市场结构需要这些不同网络之间的互操作性。许多开发人员已经意识到这一点，去年出现了区块链Bridge的爆炸式增长，他们试图统一日益分散的区块链格局。在撰写本文时，已有40多个不同的Bridge项目。

截至2021年9月8日； 说明性/不完全全面 

在这篇文章中，我将：

• 解释为什么Bridge很重要 
• 概述各种Bridge设计及其优缺点 
• 概述当前的Bridge格局 
• 描述Bridge的未来可能是什么样子 

互操作性解锁创新 

随着各个生态系统的发展，它们会发展出自己独特的优势，例如更高的安全性、更快的吞吐量、更便宜的交易、更好的隐私、特定的资源配置（例如存储、计算、带宽）以及区域开发人员和用户社区。Bridge很重要，因为它们使用户能够访问新平台、协议以相互互操作，以及开发人员协作构建新产品。更具体地说，它们能够实现：

比现有加密资产更高的生产力和实用性

Bridge使现有的加密资产能够前往新的地方并做新的事情。例如：

• 向Terra发送DAI以在Mirror上购买合成资产或在Anchor上赚取收益
• 将TopShot从Flow发送到Ethereum以用作NFTfi的抵押品
• 使用DOT和ATOM作为抵押品以在Maker上获得DAI贷款

比现有协议的更强大产品功能

桥接扩展了协议可以实现的设计空间。例如：

• 在Solana和Avalanche上流动性挖矿的Yearn vaults
• 以太坊上NFT的跨链共享订单簿和Rarible Protocol的Flow
• 为Index Coop提供Proof-of-Stake目录

为用户和开发人员解锁新功能和用例

Bridges为用户和开发人员提供了更多选择。 例如：

• 在Optimism、Arbitrum和Polygon上的DEX 中套利SUSHI价格
• 使用比特币支付Arweave上的存储费用
• 在Tezos上加入PartyBid以获得 NFT

Bridge101 

在抽象层面上，可以将Bridge定义为在两个或多个区块链之间传输信息的系统。在这种情况下，“信息”可以指资产、合约调用、证明或状态。大多数Bridge设计有几个组件： 

• 监控：通常有一个参与者，“oracle”、“validator”或“relayer”，用于监控源链上的状态。
• 消息传递/中继：Actor接收到一个事件后，需要将信息从源链传输到目标链。
• 共识：在某些模型中，需要在监控源链的参与者之间达成共识，以便将该信息传递到目标链。
• 签名：参与者需要单独或作为阈值签名方案的一部分对发送到目标链的信息进行加密签名。

大致有四种类型的Bridge，每种都有自己的优点和缺点： 

• 特定资产：唯一目的是提供对外国链中特定资产的访问权限的Bridge。这些资产通常是由标的资产以托管或非托管方式完全抵押的“包装”资产。比特币是连接到其他链的最常见的资产，仅以太坊就有七种不同的Bridge。这些Bridge是最简单的实现并享受流动性飞轮，但功能有限，需要在每个目标链上重新实现。示例包括wBTC和包装的Arweave。
• 链特定：两个区块链之间的Bridge，通常支持围绕源链上的锁定和解锁令牌以及在目标链上铸造任何包装资产的简单操作。由于其复杂性有限，这些Bridge通常享有更快的上市时间，但也不容易扩展到更广泛的生态系统。一个例子是Polygon的PoS桥，它允许用户将资产从以太坊转移到 Polygon，反之亦然，但仅限于这两个链。
• 特定于应用程序：提供对两个或多个区块链的访问，但仅供在该应用程序内使用的应用程序。应用程序本身受益于较小的代码库；它通常在每个区块链上都有更轻的模块化“适配器”，而不是在每个区块链上拥有整个应用程序的单独实例。实现适配器的区块链可以访问它所连接的所有其他适配器，因此存在网络效应。缺点是很难将该功能扩展到其他应用程序（例如从借贷到交易所）。示例包括Compound Chain和Thorchain，它们分别为跨链借贷和交换构建单独的区块链。
• 通用化：一种专门为跨多个区块链传输信息而设计的协议。由于O(1)复杂性，这种设计享有强大的网络效应——一个项目的单一集成使其能够访问桥内的整个生态系统。缺点是某些设计通常会权衡安全性和去中心化以获得这种扩展效应，这可能会对生态系统产生复杂的意外后果。一个例子是IBC，它用于在两个异构链（具有最终性保证）之间发送消息。

截至2021年9月14日

此外，大约有三种类型的Bridge设计，可以根据用于验证跨链交易的机制进行分类：

外部验证者和联盟

通常有一组验证者监控源链上的“邮箱”地址，并在达成共识后对目标链执行操作。资产转移通常是通过将资产锁定在邮箱中并在目标链上铸造等量的资产来完成的。这些通常是具有单独令牌作为安全模型的绑定验证器。

轻客户端和中继

外部验证器或联合系统参与者监视源链上的事件并生成有关记录在该链上的过去事件的加密包含证明的高级说明。然后将这些证明连同块头一起转发到目标链上的合约（即“轻客户端”），然后验证某个事件是否已记录并在验证后执行操作。某些参与者需要“中继”区块头和证明。虽然用户可以“自我中继”交易，但确实存在一个活跃假设，即中继者将不断转发数据。这是一个相对安全的Bridge设计，因为它保证了无需信任的有效交付而不信任中间实体，但它也是资源密集型的，因为开发人员必须在每个新的目标链上构建一个新的智能合约，以解析来自源链的状态证明，并且验证本身是气体密集型的。

轻客户端和/或中继系统的高级说明

流动性网络

这类似于点对点网络，其中每个节点充当“路由器”，持有源和目的地资产的“库存” 链。这些网络通常利用底层区块链的安全性；通过使用锁定和争议机制，保证用户不会被路由器占用用户资金。因此，对于转移大量价值的用户来说，像 Connext这样的流动性网络可能是一个更安全的选择。此外，这种类型的Bridge可能最适合跨链资产转移，因为路由器提供的资产是目标链的原生资产，而不是衍生资产，它们之间不能完全互换。

流动性网络的高级说明

人们也可以从这个角度看待当前的Bridge：

截至2021年9月14日

重要的是要注意，任何给定的Bridge都是双向通信通道，每个通道中可能有单独的模型，并且这种分类不能准确代表Gravity、Interlay和tBTC等混合模型，因为它们 所有人都有一个方向的轻客户端和另一个方向的验证者。

此外，可以根据以下因素粗略评估桥接设计： 

• 安全性：信任和活跃度假设、对恶意行为者的容忍度、用户资金的安全性和自反性。
• 速度：完成交易的延迟，以及最终性保证。 通常在速度和安全性之间进行权衡。
• 连接性：为用户和开发人员选择目标链，以及集成附加目标链的不同难度。
• 资本效率：围绕确保系统安全所需的资本和转移资产的交易成本的经济学。
• 状态性：转移特定资产、更复杂状态和/或执行跨链合约调用的能力。

综合起来，我们可以从以下角度来看待这三种设计的取舍：

此外，安全性是一个范围，可以粗略地将其分类为： 

• 无信任：Bridge的安全性等于它所桥接的底层区块链的安全性。除了对底层区块链的共识级攻击之外，用户资金不会丢失或被盗。也就是说，实际上没有什么是不信任的，因为所有这些系统在其经济、工程和加密组件中都有信任假设（例如，没有代码错误）。
• 被保险人：恶意行为者能够窃取用户资金，但他们这样做可能是无利可图的，因为他们需要提供抵押品并在出现错误或不当行为的情况下被罚没。如果用户资金丢失，他们将通过削减抵押品获得补偿。
• 保税：类似于保险模型（即参与者在游戏中拥有经济利益），除了用户在错误或不当行为的情况下不会收回资金，因为被削减的抵押品可能会被烧毁。担保品类型对保税和保险模型都很重要；内生抵押品（即抵押品是协议代币本身）风险更大，因为如果Bridge失败，代币价值可能会崩溃，这进一步降低了Bridge的安全保证。
• 可信：参与者不发布抵押品，用户在系统故障或恶意活动的情况下不追回资金，因此用户主要依赖于Bridge运营商的声誉。

截至2021年9月14日。在未来的升级中，有几个项目将移出“受信任”类别。

总结设计权衡

外部验证器和联邦通常在状态性和连接性方面表现出色，因为它们可以触发交易、存储数据并允许在任意数量的目标链上与该数据进行交互。然而，这是以安全为代价的，因为根据定义，用户依赖于Bridge的安全性，而不是源链或目标链。尽管当今大多数外部验证器都是受信任的模型，但有些是抵押的，其中一部分用于为最终用户提供保险。不幸的是，他们的保险机制往往是自反的。如果将协议代币用作抵押品，则假设该代币的美元价值将高到足以让用户完整。此外，如果抵押资产与受保资产不同，则还依赖于预言机的价格馈送，因此Bridge的安全性可能会降低到预言机的安全性。如果不受信任，这些Bridge也是资本效率最低的，因为它们需要按比例扩大抵押品的规模，使其与所促进的经济吞吐量成正比。

轻客户端和中继也具有很强的状态性，因为标头中继系统可以传递任何类型的数据。它们的安全性也很强，因为它们不需要额外的信任假设，尽管存在活跃度假设，因为仍然需要中继器来传输信息。这些也是最具资本效率的Bridge，因为它们不需要任何资本锁定。这些优势是以连通性为代价的。 对于每个链对，开发人员必须在源链和目标链上部署一个新的轻客户端智能合约，其复杂度介于O(LogN) 和O(N)之间（它介于此范围之间，因为添加具有相同链的支持 共识算法相对容易）。依赖欺诈证明的乐观模型也存在显着的速度缺陷，这可能会增加长达4小时的延迟。

流动性网络因速度和安全性而大放异彩，因为它们是经过本地验证的系统（即不需要全球共识）。它们也比保税/保险的外部验证者更具资本效率，因为资本效率与交易流量/交易量而非安全性相关。例如，考虑到两条链之间的流量大致相等，以及内置的再平衡机制，流动性网络可以促进任意大量的经济吞吐量。权衡是有状态的，因为虽然它们可以传递调用数据，但它们的功能有限。例如，他们可以跨链与数据交互，接收者有权根据提供的数据进行交互（例如，使用来自发送者的签名消息调用合约），但无助于传递没有的数据 “所有者”或者是广义状态的一部分（例如铸造表示代币）。

未解决的问题 

构建健壮的跨链Bridge是分布式系统中一个非常困难的问题。尽管该领域有很多活动，但仍有几个未解决的问题： 确定性和回滚：

• Bridge如何解释具有概率确定性的链中的块重组和时间老虎机攻击？ 例如，如果任一链经历状态回滚，从Polkadot向以太坊发送资金的用户会发生什么？
• NFT转移和出处：Bridge如何保存跨多个链桥接的NFT的出处？ 例如，如果有一个NFT在以太坊、Flow和Solana上的市场上买卖，所有权记录如何解释所有这些交易和所有者？
• 压力测试：各种网桥设计在链拥塞或协议和网络级别攻击下将如何执行？

区块链Bridge的未来 

虽然Bridge开启了区块链生态系统的创新，但如果团队在研发上偷工减料，它们也会带来严重的风险。Poly Network黑客已经证明了漏洞和攻击的潜在经济规模，我预计这会在变得更好之前变得更糟。虽然对于Bridge建设者来说，这是一个高度分散且竞争激烈的环境，但团队应该保持纪律，优先考虑安全性而不是上市时间。

虽然理想状态应该是所有事物的同质Bridge，但很可能没有单一的“最佳”Bridge设计，并且不同类型的Bridge将最适合特定应用程序（例如资产转移、合约调用、铸造代币）  .

此外，最好的Bridge将是最安全的、相互连接的、快速的、资本效率高的、成本效益高的和抗审查的。如果我们想要实现“区块链互联网”的愿景，这些都是需要最大化的属性。

现在仍处于早期阶段，可能尚未发现最佳设计。所有Bridge类型都有几个有趣的研发方向：

• 降低标头验证成本：轻客户端的区块标头验证成本高昂，找到降低这些成本的方法可以使我们更接近完全通用且无需信任的互操作性。一种有趣的设计可能是连接到L2以降低这些成本。例如，在zkSync上实现一个Tendermint轻客户端。
• 从可信模型转向绑定模型：虽然绑定验证者的资本效率要低得多，但“社会契约”是一种危险的机制，可以确保数十亿美元的用户资金。此外，花哨的阈值签名方案不会显着降低对这些系统的信任；仅仅因为它是一组签名者并不能消除它仍然是受信任的第三方的事实。 在没有抵押的情况下，用户实际上将他们的资产交给了外部托管人。
• 从保税模式转向保险模式：赔钱是糟糕的用户体验。 虽然绑定的验证器和中继器可以抑制恶意行为，但协议应该更进一步，直接使用被削减的资金偿还用户。
• 为流动性网络扩展流动性：这些可以说是最快的资产转移Bridge，并且在信任和流动性之间存在有趣的设计权衡。 例如，可以使流动性网络使用保税验证器样式模型将资本供应外包，其中路由器也可以是具有保税流动性的阈值多重签名。
• Bridge聚合：虽然Bridge的使用可能会遵循特定资产和走廊的幂律，但像 Li Finance 这样的聚合器可以改善开发人员和最终用户的用户体验。

原文链接：https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8

---煤油灯科技victorlamp.com翻译整理---