打破鏈間孤島：詳解跨鏈技術如何塑造开放互聯的加密世界

撰文：Wormhole

到目前為止，我們究竟有多少條公鏈（L1s & L2s）？

也許沒有人能夠立刻准確的回答這個問題。據 DefiLlama 統計，目前已被其收錄的公鏈多達 225 條 ，除此之外還有大量尚未被收錄的新鏈、未上线的鏈，可以說加密世界是一個由多鏈構成的混沌世界。

在這個多鏈並存的加密世界中，每條鏈都有其獨特的技術特點、社區支持、开發工具和生態系統。例如，有以 Bitcoin 為首的 POW 公鏈，有以 Ethereum 為代表的 EVM 系公鏈及一衆 L2，有像 Solana 這樣獨樹一幟的高速公鏈，也有以 Aptos、Sui 為代表的 Move 系公鏈。這樣的多樣性確實為去中心化應用（DApps）和金融創新提供了更多的可能性。但與此同時，這也帶來了一系列的挑战。

互操作性，即不同區塊鏈間的資產和信息交互，成為了一個亟待解決的問題。在過去，不同的區塊鏈系統相互之間如同孤島，它們各自擁有大量的資產和數據，但又無法有效地與其他鏈進行互動。這對於希望實現真正去中心化的加密世界來說，無疑是一個巨大的阻礙。

為了解決這個問題，跨鏈技術應運而生，它試圖打破這些孤島，使不同的區塊鏈系統能夠流暢地交換資產和信息。對於开發者和用戶來說，跨鏈不僅意味着更大的流動性和選擇，還意味着一個更加开放和互聯的區塊鏈世界。

本文我們將探討為什么我們需要跨鏈，跨鏈技術的核心概念、分類、實現方法和挑战，以及它如何塑造我們未來的加密世界。

Part1 跨鏈的需求

跨鏈技術真的是我們達到一個真正去中心化的、互聯互通的區塊鏈未來所必需的嗎？

我相信很多人對此會有不同的答案，受此前跨鏈領域出現的一連串安全事故的影響，一部分人甚至成了「巴甫洛夫的狗」，提到跨鏈就自動識別為「僞命題」、「陷阱」，這是這些人的悲哀也是整個行業的悲哀。

但不得不承認的是，多鏈並存是當下市場的格局，並且隨着公鏈和 Layer2（Rollups）數量的增加以及各自生態的逐漸完善，跨鏈勢必會成為當下市場格局中的剛需。從下面兩個方面的闡述中，你也許會找到答案：

首先， 互操作性問題 成為了一個日益明顯的痛點。在 225 條以上的公鏈中，每一條都可能有其特定的應用、資產和用戶。但在這些鏈上創建的價值，如果無法流轉到其他鏈上，其潛力將會受到嚴重限制。這不僅僅是資產交易的問題，還涉及到數據、邏輯以及應用的互用性。

這正是目前的區塊鏈世界面臨着「孤島」問題。這些孤島之間有豐富的資源，但由於相互隔離，無法充分利用。想象一下，如果互聯網的各大平臺之間不能互相通訊，那么我們的在线體驗將會大打折扣，區塊鏈上的情況也類似。

其次， 資產流動性 是金融系統的核心。在傳統金融世界中，資產可以在各大交易所、銀行和金融機構之間自由流動。然而，在目前的區塊鏈領域，不同鏈上的資產流動性受到了限制。這不僅影響了用戶的交易體驗，也限制了去中心化金融（DeFi）的進一步發展。

因此，無論是從互操作性問題還是資產流動性問題上考慮，我們都對跨鏈有着切實的需求，這既包括傳統的資產跨鏈橋（Bridge），也包括互操作協議（Interoperability Protocol）。在下面的章節中我們將嘗試從技術的角度對所有的跨鏈方案進行分類，並針對這兩個類別做單獨的介紹以便讀者有更好的理解。

Part2 跨鏈方案的分類

跨鏈技術在近些年迅速發展，為我們提供了一系列的方法來解決鏈與鏈之間的交互問題。這些跨鏈解決方案根據不同的維度有着不同的分類方法，這裏我們引入 Connext 創始人 Arjun Bhuptani 提出的跨鏈分析框架，根據互操作協議（跨鏈橋）的消息驗證方式將其分為三大類別：原生驗證、外部驗證和本地驗證。

1 原生驗證

（圖表來源：Connext，Arjun Bhuptani）

在原生驗證的模型中， 目標鏈上運行一個源鏈的輕客戶端或輕節點 ，以便在目標鏈上驗證來自源鏈的消息。這種方法的主要優勢是其高度的信任性和去中心化特性。因為輕客戶端的驗證邏輯與其他類型的節點對區塊的驗證邏輯是完全相同的，因此它提供了一個健壯的跨鏈驗證機制。

這種機制中的關鍵角色是 Head Relayer，它負責將源鏈的區塊頭信息傳遞到目標鏈上的輕客戶端進行驗證。這種方法的挑战在於其對底層共識機制的依賴性，以及可能涉及的復雜性，特別是在需要處理的鏈的數量增加時。

採用原生驗證的項目包括 Cosmos IBC，Near Rainbow Bridge，Snowbridge 等，其中 Rollup 的進入 / 退出也是原生驗證的一種特殊形式。

2 外部驗證

（圖表來源：Connext，Arjun Bhuptani）

外部驗證的方法是通過 引入一個外部驗證者集來負責驗證跨鏈消息 ，這個外部驗證者集通常由多個實體組成，外部驗證者有多種形式包括多方計算系統（MPC）、預言機（Oracle）、多籤小組等，這些驗證者 / 見證人本質上沒有太大的不同。這種方法的一個明顯的優勢是其可擴展性高，因為它可以被輕松地擴展到任何區塊鏈（採用外部驗證方式的橋是目前跨鏈橋賽道佔比最高的）。

但是值得注意的是，引入外部驗證者集也意味着引入了新的安全假設。這種模式中的安全性是由 A 鏈、B 鏈和外部驗證者集三者中的最低安全性決定的，正因如此這種方式可能會增加系統的薄弱點。

外部驗證協議的示例包括 Wormhole（Portal Bridge），Axelar，Chainlink CCIP，Multichain 等，本質上 LayerZero 採取的方案也屬於外部驗證。

3 本地驗證

（圖表來源：Connext，Arjun Bhuptani）

與上述兩種方法不同， 本地驗證也被稱為點對點驗證，其關注的是交易雙方直接的驗證 。這種方法通常涉及一個哈希時間鎖合約（HTLC），其中交易雙方可以相互驗證對方的交易。由於這種模式下的交易雙方通常具有對抗性的經濟利益，因此合謀的可能性被大大降低。

這種方法的一個顯著優點是其去中心化特性和對於交易雙方的高度信任性。但它也面臨着一些挑战，例如可能需要交易雙方同時在线的問題，以及無法支持鏈與鏈之間的通用數據傳遞（也就是說採用本地驗證方式僅適用於 Swap 橋，主要是以太坊跨層資產橋）。

採用本地驗證的典型案例包括 Connext，cBridge，Hop 等。

總結一下，以上三種跨鏈技術方法各有優勢和限制，同時也只是根據其中一個維度進行的分類介紹。在實踐中，具體應該選擇哪種方法 取決於特定的應用需求、安全性考慮以及所涉及的鏈的性質 。隨着加密領域的持續發展，我們期待更多的創新方法來應對跨鏈交互中的挑战。

Part3 資產跨鏈與跨鏈消息傳遞

上面我們已經介紹了跨鏈的基本概念和跨鏈方案的分類，相信大家已經對於跨鏈技術有了初步的了解，為了讓大家對於資產跨鏈和跨鏈消息傳遞更清晰的理解，本章節將主要介紹兩者之間的區別。

4 資產跨鏈

資產跨鏈是 使得數字資產能夠從一個區塊鏈無縫地遷移到另一個區塊鏈 的技術。也是當前最為普遍且受歡迎的跨鏈應用，因為它解決了一個核心問題：如何在不同的鏈上代表和使用相同的資產。資產跨鏈常見的工作原理如下：

資產鎖定和鑄造（Lock-and-Mint）

在資產跨鏈過程中，最常見的方法是資產鎖定和鑄造。簡單來說，當資產從源鏈移動到目標鏈時，它在源鏈上被鎖定，並在目標鏈上被「鑄造」。（類似的機制還有銷毀和鑄造 Burn-and-redeem，篇幅原因，本文不展开闡述，典型案例 USDC 發行方 Circle 所採取的跨鏈方式）

（圖表來源：web3edge，@0xPhillan）

例如，當 BTC 在以太坊上作為代幣使用時，原始的 BTC 被鎖定，然後在以太坊上生成等價的 Wrapped Bitcoin (WBTC) 代幣。這確保了 BTC 的總供應量不會改變，從而保持了資產的稀缺性。除了 WBTC，以太坊的一些 Layer2 官方橋，例如 Polygon Bridge、Arbitrum Bridge，連接以太坊和 Near 生態的 Rainbow Bridge 也採用鎖倉 + 鑄造 / 銷毀類機制。

流動性置換（Liquidity Pool）

流動性置換涉及使用一種特殊的流動性池來促進跨鏈交易。當用戶進行跨鏈時，用戶可將他們在一條鏈上的資產存入流動性池，並從另一條鏈上的流動性池中提取等值的資產。這種方法的好處是它可以提供快速的交易和兌換，但可能會涉及某些費用，因為流動性提供者（LP）通常希望他們提供的流動性能獲得回報。

（圖表來源：web3edge，@0xPhillan）

從機制上看，這類跨鏈橋的安全風險主要由 LP 承擔。池子一旦被黑客攻擊，LP 所提供的流動性很可能會被黑客盜取。流動性池失去平衡也會導致跨鏈資產價值的憑空蒸發，從而把危機傳導給跨鏈用戶。採用流動性池方式的跨鏈橋主要有 ThorSwap、Hop Exchange、Synapse Bridge 等。

原子兌換（Atomic Swaps）

原子兌換允許兩方在不需要中介的情況下直接交換資產。它通過利用哈希時間鎖合同（HTLC）來實現，確保了交換是「原子性」的，這意味着交易要么全部完成，要么完全不進行。原子兌換類跨鏈橋存取資產都通過私鑰，當一方作惡時，另一方可以通過時間鎖（在規定時間後才可以打开）取回資產，不需要中心化的第三方提供信任保障。採用原子兌換類跨鏈方式的典型項目包括 Connext，cBridge 等。

（圖表來源：web3edge，@0xPhillan）

5 跨鏈消息傳遞

與資產跨鏈不同的是， 跨鏈消息傳遞涉及的不僅僅是資產，還包括了從一個鏈傳遞到另一個鏈的所有信息類型 ，如合約調用、狀態更新等。

狀態同步

一種常見的跨鏈消息傳遞方法是通過狀態同步。這意味着一個鏈的狀態或部分狀態被同步到另一個鏈。例如，Polkadot 的中繼鏈就是負責處理其各個平行鏈狀態的同步。

事件監聽與響應

當一條鏈上發生某事件（如交易被確認或智能合約被調用）時，另一條鏈可以被配置為監聽這些事件，並根據需要作出響應。例如，ChainSafe 的 ChainBridge 就採用了這種方法來處理跨鏈消息。

事實上，無論是資產跨鏈還是跨鏈消息傳遞， 核心的挑战都是確保信息的完整性、安全性和實時性 。隨着技術的發展，新的跨鏈解決方案將不斷出現，為多鏈環境中的互操作提供更為強大和靈活的支持。

Part4 跨鏈的挑战

在區塊鏈的發展和日益成熟的過程中，跨鏈技術已成為重要的研究方向，旨在實現不同區塊鏈間的資產和數據無縫交流。然而，要實現這一目標並非易事。類比單體區塊鏈中的「 不可能三角」 ，在跨鏈互操作領域也存在着「 三難協調 」問題。

按照 Arjun Bhuptani 提出的框架，任何跨鏈方案設計，最多只能滿足以下三者當中的兩者：

• 可擴展性（Extensible） ：支持任意消息傳傳遞
• 無需信任（Trustless） ：不引入新的信任假設
• 易適配性 （Generalizable） ：能夠輕易適配更多區塊鏈

（圖表來源：Connext，Arjun Bhuptani）

當我們無法同時滿足三者時，就需要在三者之間進行取舍和權衡，而這一權衡相對於單體區塊鏈可能具有更高的復雜性，它包括了 安全與信任權衡、統一與多樣化的權衡、包裝資產與原生資產的權衡……等等 ，這些都是未來跨鏈技術繼續發展演進道路中需要面臨的挑战。可以說，各類跨鏈橋項目都在試圖從不同的角度優化乃至破解三難協調困境，並使得綜合性能達到最高。

Part5 總結與展望

跨鏈技術是區塊鏈發展的關鍵領域甚至被認為是區塊鏈領域的聖杯，是 打破區塊鏈「孤島」實現萬鏈互聯互通的關鍵技術 。從資產跨鏈到消息跨鏈，所有的 Web3 Builder 正在努力實現一個聯合、協同工作的區塊鏈生態系統。

然而，正如我們所討論的，跨鏈技術仍然面臨許多挑战。但隨着研究的深入和技術的進步，我們期待在未來能夠克服這些挑战，實現一個更加安全、高效和無縫的跨鏈生態。

參考資料：

[1] The Interoperability Trilemma( https://medium.com/connext/the-interoperability-trilemma-657c2cf69f17)

[2] Master Web3 Fundamentals: Interoperability & Bridges( https://web3edge.io/fundamentals/master-web3-interoperability-bridges#)

[3] Paka Labs 跨鏈研報（3/4）| 將孤島連成大陸：解讀 20 座跨鏈橋及 4 種跨鏈技術範式

[4] 不在深奧的跨鏈橋：一文全解