读懂区块链“桥”：如何打破加密世界的信任边界

原文作者：Arjun Chand

原文编译：南风，Unitimes

加密生态系统在过去十年中迅速发展。自从 2008 年比特币白皮书发布以来，加密领域出现了巨大的创新，并被广泛采用，几乎成为主流。虽然加密领域的每一年都是独一无二的，但 2021 年改变了这个生态系统，让人们对加密领域似乎无限的未来为之兴奋。

2021 年是 L1 (第一层) 区块链之年，这使得许多人预测加密领域的未来将是多链的，这与许多人在这些 L1 区块链兴起之前所持的「赢家通吃」的立场不同。然而，随着不同区块链生态系统数量和规模的急剧增加，现在需要关键的基础设施来连接它们。这就是区块链「桥」的用武之地。

上图：在 TVL (总锁仓价值) 方面，以太坊区块链依然占主导地位，但其他区块链网络的 TVL 正在增长。数据来源：DeFi Llama

在本文中，我们将讨论：

• - 什么是区块链「桥」？
• - 为什么我们有不同类型的「桥」？
• - 我们如何对这些「桥」进行分类？
• 让我们一探究竟吧！

什么是区块链「桥」？

区块链「桥」的工作原理与现实世界中的真实桥梁类似。然而，加密领域中的「桥」不是连接物理位置，而是连接两个不同的区块链网络。这种连接非常重要，因为如果没有区块链「桥」，区块链就会处于孤立的环境中，无法相互通信。这是因为每个区块链网络都有自己的一套规则、治理机制、原生资产和数据，与其他区块链不兼容。然而，有了两个区块链之间的「桥」，就可以在区块链网络之间转移加密资产和任意数据。因此，「桥」是加密生态系统中互操作性的关键，对于使不同的区块链网络相互兼容是非常必要的。

让我们来举个例子：

Alice 在以太坊主网上有 ETH，但想在 Avalanche 链上使用这些 ETH。这两个区块链有自己的协议、规则、社区和共识机制，因此它们之间不可能进行互操作性。在这种情况下，中间需要一些东西，并提供一种方式，将信息从以太坊主网带到 Avalanche 链。为此，Alice 很可能会通过一座区块链「桥」来转移资产，以安全地将 ETH 从以太坊主网转移到 Avalanche 链上。通过这座「桥」，Alice 可以将以太坊上的 ETH 转换为 Avalanche 链上的 wETH。如下图所示：

上图：将 ETH 从以太坊主网桥接至 Avalanche 链 (将 ETH 转换成 wETH) 的过程

为什么会有不同类型的「桥」？

区块链「桥」可以实现不同区块链之间的通信。而且，就像复杂的数学问题一样，当你看到加密生态系统中不同的桥接解决方案时，你会发现不仅只有一种方法可以实现区块链之间的通信。不同的区块链「桥」有着不同的设计，有自身独特的优点和缺点，因此，当涉及到在两个区块链网络之间使用哪个「桥」进行通信时，有很多选择。让我们更深入地探讨一下这种通信是如何运作的。

「桥」的工作原理是在两个区块链之间建立通信通道。在一个理想的世界里，区块链会相互通信；但在现实中，这是不可能的，因为一个区块链不会存储另一个区块链的状态。

让我们举个例子：

以太坊上的一个 dApp (去中心化应用) 想要与 Solana 链上的一个 dApp 通信。由于以太坊和 Solana 之间的信任边界 (trust boundaries)，它们不能简单地相互通信。这些信任边界包括但不限于：

• - 以太坊和 Solana 彼此不了解对方。
• - 这两条链都是只能知道自己的链上发生了什么，而不知道链外发生了什么。

对于这两个区块链来说，接收来自对方的消息就好像与他们一无所知的外部世界进行互动。因此，无法建立信任来验证这些消息。

理想的区块链世界 (上) vs. 现实的区块链世界 (下)

此外，区块链只能向一个方向发送消息。也就是说，在一个通道中只能单向通信：一个区块链可以在一个通道上向另一个区块链发送消息，但另一个区块链无法依靠同一个通道回复该消息并确认已收到消息。

为了在区块链之间建立信任并使双向沟通成为可能，我们需要一些中间的东西，一些可以在这些区块链之间架起桥梁的东西。这就是区块链「桥」的作用，它不仅可以在不同的区块链之间传输消息、数据和资源，还可以进行跨链资产转移。这改变了一些事情，使得区块链不再局限于单向通信，因为「桥」使区块链能够与其他区块链来回通信。

区块链「桥」使用不同的机制或参与者，这些参与者在区块链之间扮演验证者的角色，以实现通信和克服信任边界。如果没有这些链下参与者 (off-chain actors)，区块链之间的通信将不可能实现。

然而，随着这些链下参与者作为两个区块链的「中间人」，信任边界可以被克服，通信成为可能。

验证者的角色是「桥」工作方式的主要区别所在。从本质上讲，一些「桥」使用可信系统 (trusted system)，而另一些桥使用无须信任的验证者系统 (trustless system)。此外，由于加密生态系统中的「互操作性三难困境」，我们看到了不同类型的区块链「桥」设计。互操作性三难困境指出「互操作性协议或「桥」只能具有以下三个属性中的两个：

• - 无须信任性 (Trustlessness)：具有与底层区块链相同的安全性；
• - 可延展性 (Extensibility)：在任何区块链上都能被支持；
• - 普遍性 (Generalizability)：能够处理任意的跨链数据。

不同的区块链「桥」方案侧重于上面列出的三个因素中的不同因素，并且有各自的优点和权衡。因此，不同的「桥」设计有着独特的价值主张。下图根据区块链「桥」的无须信任性、可拓展性和普遍性来对不同的「桥」进行了分类：

此外，区块链桥方案 Connext 的创始人 Arjun Bhuptani 还根据区块链「桥」的不同验证方式来将「桥」划分为原生验证系统 (即区块链自身的验证者负责验证跨链数据)、外部验证系统 (即使用一组外部的验证者来中继跨链数据) 和本地验证系统 (即只有参与到特定跨链交互的参与方才会验证该交互)。

以上几点解释了为什么我们有不同的区块链「桥」设计。但是，一般来说，我们之所以会看到不同类型的「桥」，是因为它们连接的对象和主要用例不同。对此，我们将在下文进一步解释。

基于「桥」的工作原理来进行分类

虽然所有区块链「桥」的目的都是一样的 (即实现不同区块链之间的通信)，但它们的实现方式是不同的。根据它们的工作方式，区块链「桥」可以大致分为：

• - 需信任的「桥」(Trusted Bridges)：这类区块链「桥」使用一个中心机构来进行运作。这种区块链桥之所以被称为「需信任的「桥」」，是因为用户需要信任某个第三方 (也即这个中心机构) 来使用这座「桥」并保管他们的资金。这类桥梁的例子包括多链「桥」和特定于区块链的「桥」，比如 Binance <> Ethereum Bridge。
• - 无须信任的「桥」(Trustless Bridges)：这类区块链「桥」通过使用智能合约和算法，消除了可信第三方的角色。它们之所以被称为「无须信任的「桥」」，是因为它们不要求用户信任某个中心机构来使用「桥」。因此，用户的资金安全总是由用户保管。这类桥梁的例子包括 Connext、cBridge 和 Hop 等。

举个例子：

假设你在机场的安全检查点。有两种类型的安全检查点：

• - 人工检查点：这里由机场官方人员控制和操作，用户必须信任他们，让他们保管自己的个人信息和物品。
• - 自助检查点：这里由机器负责操作，用户始终控制着自己的个人信息和物品。

人工检查点就相当于「需信任的「桥」」。这种检查点依靠一个可信赖的第三方，也就是官方人员来运作。用户必须放弃对自己资产的控制。

上图：人工检查点相当于「需信任的「桥」」

自助检查点就相当于「无须信任的「桥」」。这种检查点使用技术消除了官方人员的角色，让用户能够继续控制自己的资产。

上图：自助检查点就相当于「无须信任的「桥」」

基于「桥」连接的对象来进行分类

除了它们的工作方式外，还可以根据区块链「桥」连接的对象将它们划分为以下几类：

• - L1 <> L1 桥：这类「桥」将两个不同的 L1 区块链网络连接起来。比如 Avalanche Bridge 连接着以太坊网络和 Avalanche 链。
• - L1/L2 <> L2 桥：这类「桥」将 L1 区块链与 L2 网络连接起来，或者将两个不同的 L2 网络连接起来。比如，Across 一个是将以太坊 L1 与诸如 Arbitrum 和 Optimism 等 L2 网络连接起来的桥梁；Hop Protocol 一个是连接不同的 L2 网络的桥梁，也可以是将以太坊 L1 与 L2 网络连接起来的桥梁。

举个例子：

基于 Dragonfly Capital 管理合伙人 Haseeb Qureshi 将区块链描述为城市的心理模型，我们可以说，区块链「桥」就像连接不同城市的道路。根据这些桥梁连接的对象，道路可分为以下几类：

- 国家高速公路：这些是连接所有主要城市的道路。

- 州内高速公路：这些是连接某个城市中重要部分的道路。

国家高速公路就相当于「L1 <> L1 桥」。如果把以太坊比作纽约市，Avalanche 链比作是芝加哥市，那么 Avalanche Bridge 就是连接着它们的国家高速公路。

上图：国家高速公路就相当于 L1 <> L1 桥

州内高速公路就相当于「L1/L2 <> L2 桥」。如果 L2 网络和 Rollups (比如 Arbitrum 和 Optimism) 是以太坊 (纽约市) 的两座摩天大楼，那么 Hop Protocol 就是连接它们的州内高速公路。

上图：州内高速公路就相当于 L1/L2 <> L2 桥。

基于「桥」转移资产的方式来进行分类

我们还可以根据区块链「桥」在转移跨链资产时使用的机制来对它们进行分类。一般来说，根据区块链「桥」转移资产的方式，可以将它们分为以下几类：

• - 锁定 & 铸造：这类区块链「桥」会锁定源链上的资产，并铸造目标链上的资产。比如 Polygon 的 PoS Bridge、Avalanche Bridge (AB)、Wrapped BTC (wBTC) 和 wMonero 等。
• - 销毁 & 铸造：这类区块链「桥」会销毁源链上的资产，并铸造目标链上的资产。比如 Hop Protocol 和 Across Protocol。
• - 原子互换 (Atomic Swaps)：这类区块链「桥」会将源链上的资产兑换为目标链上的资产。一般来说，这类「桥」是无须信任的，因为它们依赖于自我执行的智能合约来进行资产兑换，从而消除了在「锁定&铸造」和「销毁&铸造」机制中需要可信第三方的需求。比如 cBridge 和 Connext。

举个例子：

假设你开车从 A 市到 B 市，这两座城市通过一座桥连接。当你抵达这座桥，准备离开 A 市前往 B 市时，你有 3 种选择来跨过这座桥：

1、把你的车放在位于 A 市的一个仓库里，作为交换，你会在 B 市得到一辆一模一样的车。当你返回 A 市时，你只需要把你当初抵达 B 市时获得的这辆车归还，然后把你原来在 A 市的那辆车拿回去。这与区块链「桥」使用的「锁定 & 铸造」机制相类似。如下图所示：

上图：使用「锁定 & 铸造」机制的「桥」

2、为了离开 A 市，你必须销毁你的车，然后作为回报，你将在 B 市获得一辆一模一样的车。当你返回 A 市时，同样的过程将再次发生：你必须在 B 市摧毁你的汽车，然后你将在 A 市获得一辆相同的汽车。这与区块链「桥」使用的「销毁 & 铸造」机制相类似。如下图所示：

上图：使用「销毁 & 铸造」机制的「桥」

3、将你在 A 市的汽车兑换成另一辆 B 市的汽车。当你返回 A 市时，你可以重复同样的过程：将你在 B 市的汽车兑换成另一辆 A 市的汽车。这与区块链「桥」使用的「原子互换」机制相类似。如下图所示：

上图：使用「原子互换」机制的「桥」

基于「桥」的功能来进行分类

上述分类对桥梁的区分非常广泛。当我们根据「桥」的使用方式 (也就是它们的功能) 来研究不同的「桥」类型和设计时，事情会变得很复杂。根据其功能，「桥」可以分为以下几种:

• - 链到链的桥 (Chain-To-Chain Bridges)：这类「桥」主要用于支持两个区块链之间的资产移动。通常，这种「桥」使用「锁定 & 铸造」机制。例如：Polygon 的 PoS Bridge(连接 Polygon 和以太坊)、Binance <> Ethereum Bridge(连接 BSC 和以太坊) 以及 Avalanche Bridge (连接 Avalanche 和以太坊)。
• - 多链桥 (Multi-Chain Bridges)：这类「桥」旨在跨多个区块链转移资产。这种「桥」可以被部署到任何 L1 或 L2 区块链上。例如：Connext 和 cBridge。
• - 专用桥 (Specialized Bridges)：这类「桥」专注于特定的生态系统，旨在支持资产在特定区域之间的移动。由于其专用性，这些「桥」通常能够促进更快、更便宜的跨链交易。例如：Hop 是一个 Rollup 到 Rollup 的桥梁，能够实现跨以太坊主网和 L2 网络的资产转移；Across 专注于实现从 L2  Rollups 到以太坊主网的快速、廉价的资产转移。
• - 包装资产桥 (Wrapped Asset Bridges)：这类「桥」专门设计用于实现将非本地资产转移到不同的区块链上。这类桥梁通过在目标链上创建出代表源链上的资产的包装资产 (wrapped assets)。例如：Wrapped BTC (wBTC)、wMonero 等。
• - 数据专用桥 (Data Specific Bridges)：这类「桥」是专门为跨多个区块链传输任意数据而设计的互操作性协议。通常，这些协议会成为 dApps 的基础层，使 dApps 能够实现跨链可组合性。例如：Celer 的 Inter-chain Message Framework、IBC、Nomad 和 Data Movr。
• - dApp 专用桥 (dApp Specific Bridges)：从纯粹的技术角度来看，这些都不是「桥」。通过连接到不同的区块链，这些 dApps 建立了一个生态系统，允许价值以类似「桥」的方式跨链转移。例如：Thorchain 是一个去中心化的跨链 AMM (自动化做市商)，提供跨链流动性特性，使跨链资产交换成为可能；其他示例还包括 Anyswap、Wanchain 和 Synapse。

总结

「一刀切」的方法并不适用于区块链「桥」。没有完美的解决方案；只有针对特定的用例进行权衡——每座「桥」都有自己的优势和劣势，正如我们从互操作性三难困境中学到的那样，所有的「桥」都必须在可信任性、可拓展性或普遍性之间做出选择。

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