讀懂跨鏈技術未來可能性：存在哪些機遇及進展？

跨鏈技術似乎一直是一個爭議不斷，但又不斷被人提及的技術。特別是每當有跨鏈橋被盜時，對跨鏈技術的爭議就會隨之而起。而另一方面隨著 IBC、LayerZero 等技術不斷成熟，社區似乎對跨鏈未來的期待也會止步於此。

那麼，這就是跨鏈的 endgame 了？Well,

This is not the end. It is not even the beginning of the end. But it is, perhaps, the end of the beginning.

跨鏈在 2022 年最近幾個月就有不少新的進展值得關注。借着近期被邀請進行了幾次跨鏈分享的機會，把自己對於跨鏈技術和動向的觀察和思考記錄下來。

一、跨鏈技術的分層概覽 

1. 通過分層來理解跨鏈

在理解這些進展之前，有必要再回顧一下跨鏈的具體問題：當我們談到跨鏈，其背後具體的本質是什麼？用最近比較流行的話來說，怎麼用「第一性原理」來理解跨鏈。

如果說區塊鏈最核心或最不同於其他技術的特點是去信任化，即資訊可以在鏈上不用去信任而是可被驗證（Don』t trust, verify），那麼跨鏈其實就是把原本一個鏈上的資訊如何在鏈間被驗證。傳遞的資訊從廣義上來講包括交易以及對於該交易的有效性證明（一般為 merkle proof）。

與此對應的，基於鏈上可被驗證的資訊，區塊鏈就可以構建出來資產轉賬交易等基本類型的應用。而基於驗證後的跨鏈資訊，一些跨鏈應用也可以構建出來，例如採用最常見的 lock & mint（源鏈鎖定後在目標鏈上發行）方式來跨鏈轉移 token。

因此，根據「跨鏈」技術或項目所解決的問題的不同，可以從通信層、應用層這兩個方面進行分類。

2. 跨鏈技術分類

通信層

首先看通信層。如何實現一個鏈上的資訊可以被另一個鏈所驗證？根據驗證方的不同，主要可以分為：外部驗證、本地驗證、原生驗證

外部驗證：跨鏈的資訊由外部的一些見證人（也被稱為公證人、網關等）來驗證其有效性。這種方式一般可以更快速的連接各種異構鏈，因為只需要見證人在各個鏈上可讀寫資訊即可，但跨鏈的資訊有效性，比如交易資訊是否真的在源鏈被確認了，則需要依賴於見證人。即整個跨鏈的安全性需要依賴於見證人的誠實假設。

本地驗證：如果不依賴於外部的見證人，用戶自己可以直接去觀察鏈上的交易情況，並和交易對手方通過 HTLC 等技術手段去保證互換的交易可以達成。這種方式避免了信任第三方的見證人，也可以快速在異構鏈上實現跨鏈轉移，但缺點是比較難去實現更複雜的應用，例如通用資訊傳遞、智能合約調用等。

原生驗證：由區塊鏈自己來獨立校驗跨鏈資訊的合法性。一般會採用集成其他區塊鏈的輕客戶端的形式來實現，這樣區塊鏈可以去跟蹤、獲取、校驗其他區塊鏈上的資訊，並對應的採取一些行為，例如跨鏈轉移、釋放 token 等。由於異構鏈的模型很多，因此也比較需要一類跨鏈標準來簡化設計和實現，例如 IBC 跨鏈協議等。這種跨鏈技術的安全性最好，因為不需要增加額外的信任假設，但開發工作量也較大，因為需要在鏈上相互實現輕客戶端，以及可能需要實現完整的跨鏈協議棧等。

應用層

只有底層的通信層還不夠，還需要構建出面向用戶的應用。基於底層驗證好的跨鏈資訊，理論上不要求強事務一致性的跨鏈應用都可以構建出來。不過最常見的應該仍然屬於跨鏈的 token 轉移等基本交易形式。因此，問題也就主要是如何解決跨鏈流動性的傳遞。而這類問題的解決方式可以借鑑交易類型進行劃分：中央對手方、OTC/P2P、自動兌換（Swap）

中央對手方：一般「官方跨鏈橋」多採用這種方式，由官方指定的地址來承擔換入換出的操作。即上文提到的 lock & mint 的形式。例如用戶在源鏈上發起跨鏈時，將 token 鎖定到某一地址中，並由該地址在目標鏈上鑄造出 token；

OTC/P2P：除了官方承擔兌換職責外，交易對手方還可以是第三方的做市商或其他用戶等。例如用戶發布跨鏈轉賬的流動性，跨鏈做市商可以接收這個報價並在目標鏈上為用戶釋放流動性。

自動兌換（Swap）：除了用戶間的交易之外，交易的對手還可以是一個自動兌換協議，例如用戶在源鏈的 AMM 上換入之後，由協議再在目標鏈上換出。

流動性聚合：和 1inch 等本鏈上的流動性聚合協議類似，有一些協議會通過聚合上述各種跨鏈流動性實現，提供鏈間的流動性聚合應用，以給用戶提供流動性最好/報價最優/成本最低的跨鏈轉移渠道。

二、跨鏈還有哪些可能性

1. 底層更輕量化

雖然 IBC 協議被譽為跨鏈的黃金標準，但在異構鏈的實現上可能會遇到一些實際的困難，例如以太坊對於原生驗證 Tendermint 的區塊頭時的簽名等計算可能就會超出 gas 限制。

從中繼器到預言機

IBC 協議的正常運行需要中繼器這個角色。一個有些「反直覺」之處在於，這個中繼器可以是中心化的但不需要被信任（trusted）。原因是傳遞的資訊是可以由目標鏈獨立的去驗證，因此中繼器無法像外部驗證的方式一樣篡改消息來實現盜取用戶資金的作惡行為。中繼器即類似於網路協議中的物理層，起到了連接不同網路並傳輸資訊的作用。

儘管 IBC 協議的安全性（security）不依賴於中繼器，但 IBC 能夠正常運行的確需要依賴於至少有一個在正常工作的中繼器來保證整個協議的活性（liveness）。

不過因為中繼器的主要任務是要將觀測源鏈資訊，並在目標鏈上提交，即完成資訊傳遞的過程。那麼，這一過程就可以通過預言機的方式來實現。也就是預言機從「鏈下到鏈上」變為鏈上到鏈上」的資訊傳輸。

這可能也是很多預言機項目，例如 Chainlink CCIP[1]、SupraOracle 等都在朝着跨鏈的方向來實現的原因之一。

從預言機到 TEE

那麼，具體哪些可以被預言機所傳遞？LayerZero 是一個很好的案例。它是將 IBC 協議中的共識狀態的驗證通過預言機的方式來進行，即不需要再不斷的根據最新驗證人等變化情況來更新和驗證區塊頭的工作，而是當需要的時候通過預言機去查詢和校驗所需要的資訊。

這樣可以極大降低鏈上驗證成本，而原先在鏈間負責傳遞資訊的中繼器（relayer）只需要傳遞跨鏈的交易及其證明即可。因此 LayerZero 可以快速連接多個 EVM 鏈。不過因為引入了第三方預言機這一額外的安全假設（需要信任預言機不會串通作惡），降低了一定的系統安全性。其他可能的實現還包括利用 Substrate 的「原生預言機」off-chain workers 來傳遞 [3]。

因此，要降低對於預言機的信任依賴，還有一個辦法是通過其他的技術手段來改進區塊頭同步的工作。例如 LCP Network 採用了使用 TEE（可信執行環境）來對跨鏈交易進行驗證 [4]。

從 Merkle proof 到 ZK proof

除了如何解決資訊的傳遞之外，對於資訊（包括資訊的證明）本身如何構造，最近也有一些利用零知識證明技術的探索。回顧本文開頭對於跨鏈的定義，跨鏈核心要傳遞的資訊之一是對於交易的有效性證明（validity proof）。當前的跨鏈實現一般利用的是 Merkle proof。

而另一大類有效性證明是當前大熱的零知識證明技術對應的 ZK Proof。近期的零知識證明等技術的發展，也將基於零知識證明的跨鏈橋（ZK Bridge）從理論 [5] 逐漸變為可能。

通過生成零知識證明，可以用來解決上述的以太坊上驗證 Ed25519 等簽名成本困難的問題。例如 Electron Labs 通過實現 ZK SNARKs 的證明來校驗基於 Tendermint 鏈的簽名合法性 [6]，以此來避免在智能合約里的來執行簽名相關的高成本計算。

其他目前在開發 ZK 跨鏈橋的團隊和項目還包括 Succinct Labs、zkbridge[7]、Polymer[8] 以及 Mina[9] 等。

2. 更好的開發支持（通用資訊、智能合約調用）

上述底層跨鏈協議，可以更好的支持通用資訊的傳遞，包括智能合約調用等等。因此不少項目已經在此基礎上開始做進一步的封裝，提供 SDK 等，支持應用開發方開發出多鏈、全鏈（omni chain）的應用。

這其中包括 IBC Interchain Account[10]、Multichain anycall、Celer IM 等等；也可以基於這些底層跨鏈協議開發出封裝更友好的一些中間件（例如 Spanning Labs 等），支持開發出來多鏈部署、跨鏈結算的應用。即把以往應用層需要關心的 token 如何跨鏈轉移等工作下放到中間件或底層來實現。

3. 應用層流動性

基於跨鏈底層、中間件等，在應用層流動性上面可以有更多創新的設計。例如近期提出的 slAMM[11]（共享流動性的 AMM），通過 Hub 鏈來協調各個「衛星鏈」上的流動性。其中，可以基於跨鏈協議來實現在各個鏈上的流動性行動、結算等等管理功能。

4.「反作用」於協議層

跨鏈一般被認為是對區塊鏈基礎協議層的支持。不過隨著跨鏈技術的發展，它可能也會反過來對區塊鏈協議本身未來的設計產生一定的變化。

對共識的改進

首先的影響在於區塊鏈共識方面。

由於應用鏈+跨鏈的設計，很多應用鏈在開始設計時對於自身安全的維護可能是不夠的，因此還需要採用一定的跨鏈驗證的方式，由大網路來保證小網路的安全。例如 Cosmos 鏈間安全（interchain security）、Polkadot 的中繼鏈+平行鏈的設計等。

除了這種子鏈圍繞在主鏈的單向跨鏈驗證的方式外，還有一種可能是近期提出的網狀安全 [12]（Mesh Security），即網路之間相互跨鏈驗證。由於想法還比較早期，具體設計、實現還有待觀察。

對 MEV 的影響

另一個影響比較大的對於 MEV（最大可提取價值）的設計。單鏈上的 MEV 的產業規模已經很大。據 Chorus One 統計 [13]，截止 2022 年 10 月，以太坊上已有累積超過 10 億美金的 MEV。

跨鏈協議的設計在考慮對 MEV 的設計，從而可能對目前的 MEV 格局產生影響。例如 Cosmos 2.0 白皮書 [14]、Zenith[15] 等區塊空間市場化。例如，通過鏈間調度器（Interchain Allocator）實現：

鏈間安全（共享安全）的消費者鏈提供區塊空間

用戶通過購買來確保鎖定跨鏈套利、結算機會等

寫在最後

儘管目前區塊鏈行業內對於技術創新的主要關注點還在以太坊上的 ZK、AA、MEV 等等，但跨鏈協議近期的 BUIDL，在輕量化底層協議、更完善的開發支持、流動性應用創新、反作用於協議層方面，特別是 ZK bridge 方面都有不少值得期待的新進展。不過由於技術進展快、項目多，本文這一點維小的總結難免有疏漏和錯誤，歡迎聯繫討論！行的有進展關注。在最近的跨鏈近期內，我們分享了幾次鏈上自己的各種技術和動態的觀察和觀察。

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