一文理清網橋（Bridges）、側鏈（Sidechain）和第2層協議（Layer-2）

作為一個社區團體，往往對鏈下協議作為擴展網絡的方式感到無比興奮。它允許大多數交易從第1層區塊鏈轉移至鏈外系統，從而擺脫第1層區塊鏈上的高網絡費用和延遲問題。

但是，什么是網橋（Bridges）？

在本文，我將探討所有鏈下協議的基本知識。一個經常被忽略但對評估資金安全性至關重要的基本組成部分：

網橋負責將資產保存在第1層區塊鏈上，同時，相同的資產在另一（和外部）服務上發布。它定義了誰來托管資金，以及在解鎖資產之前必須滿足的條件。

簡而言之，每當像以太坊這樣的第1層區塊鏈連接到任何其他系統時，都會使用一個網橋。所有網橋都會觸發以下功能：

• 存款（或稱為入金）。用戶可以將資金存入網橋，另一個系統將發行資產的某種表現形式。

• 帳戶余額更新。通知網橋有關新帳戶余額的信息，這可用於輔助取款過程。

• 取款（或稱為出金）。用戶可以根據其在另一系統上的余額從網橋中取出資產，已發行的代幣同時在另一系統上被銷毀。

最常見的橋接類型（人們在使用卻很少意識到的）是單一組織：

大多數加密貨幣交易所（不是全部）提供的是與服務相連的單一組織網橋。

如果我們僅考慮網橋而不是其他任何東西，那么我們可以稱加密貨幣交易所是鏈下協議。用戶可以將資金鎖定到服務中，交易時避免了網絡費用和延遲，並最終將其資金提取至第一層區塊鏈。

除了單一組織網橋外，還有兩種其他類型的網橋依賴一組托管方：

• 多組織網橋，固定數量的一組獨立組織（N中的K個）擁有被鎖定資金的托管權。

• 加密經濟學網橋，組織是可變化的、數量由資產權重決定，行使對資金的托管權。

一個關鍵點是，第1層區塊鏈上的所有三個網橋都無法驗證來自另一個系統的账戶余額是否正確（或者另一個系統中的負債是否超過了網橋中的資產），是否所有提款都按照另一個系統進行處理由托管方確定，他們最終決定資金是否可以被釋放以及誰應該接收。

側鏈和網橋是獨立的

到目前為止，我們討論了用於登陸諸如加密交易所托管服務的網橋。網橋越來越流行的用例是將一個區塊鏈連接到另一個區塊鏈（這就是術語“側鏈”的起源）。

有一些場景下的網橋用例：

• WBTC：將BTC解鎖到以太坊的單一組織網橋。

• 流動網絡或RSK：一個多組織網橋，擁有硬件安全模塊（HSM）的各方聯盟從BTC鎖定/解鎖資金到另一個區塊鏈。

• Polygon橋：加密經濟學網橋，其中鎖定在橋梁中的2/3 + 1權益會定期就Polygon上所有用戶的账戶余額達成協議，用戶可以使用此協議在以太坊上提取資金（實際上，Polygon最終是由小的多籤合同控制的，但是在這裏我們着眼於其長期目標）。

• Rainbow網橋：加密經濟學網橋，網橋合同是可以驗證其他區塊鏈進展的輕客戶端。它不檢查另一個區塊鏈的有效性，資金的安全性最終取決於另一個區塊鏈的持續進展（通過加密經濟學來保證）。

至關重要的是，每個網橋都有自己的安全模型，並且獨立於區塊鏈網絡。我們可以舉一個簡單的案例–WBTC來進一步闡述：

BitGo Trust托管着鎖定在比特幣中的資金，他們負責在以太坊上發行相同數量的WBTC。以太坊上的智能合約會跟蹤WBTC所有轉账的账戶余額。BitGo被信賴的是，它跟蹤並遵守智能合約中記錄的帳戶余額。

WBTC示例中有以下幾個方面需要考慮。

• 單一托管方。WBTC網橋依賴於單個托管方來保證其完整性。他們可以在以太坊上發行比鎖定比特幣更多的WBTC，並且他們可以決定不兌現任何WBTC到比特幣的兌換行為。

• 獨立的安全模型。以太坊擁有自己的獨立於比特幣的安全模型，網橋擁有自己的安全模型，該模型又獨立於兩個區塊鏈網絡。

• 以太坊在這個例子裏充當一個側鏈，交易已從比特幣移到以太坊區塊鏈上。

這三種網橋類型的共同點是它們不檢查側鏈的完整性，並且如果托管方（或側鏈）脫機，沒有自動觸發的應急計劃來保護資金。他們只是基於自身的安全模型運行，而不是網橋所處的第1層區塊鏈。

那第2層協議呢？

第2層可擴展性的承諾是將交易吞吐量從第1層區塊鏈移至另一個鏈下系統，這時我們需要網橋來保存在其他系統上發行的資金。

但是，與本文探討的所有其他橋接類型不同，第2層協議致力於以與1層區塊鏈相同的安全性來保護資金，並且它不能依賴一組托管方（或其他鏈下系統）保護資金。

它需要一種新型的網橋：

第2層網橋（橋接器）。第1層區塊鏈擁有資金的托管權，橋接器必須確保第2層協議沒有被破壞。在最糟糕的情況下，網橋將自動為第二層協議賦能，直到所有資金都可以提取。

第2層網橋是所有網橋中功能最強大的。

它不依靠一組托管方來保護資金。取而代之的是，在釋放資金之前，必須讓網橋確保脫鏈系統完整且運行良好。如果出於某種原因，網橋確認脫鏈系統受到威脅，則該網橋可以直接忽略另一個網絡。

幾家公司正在專注於第2層橋接，並從根本上構建全新的區塊鏈網絡。

這就是第二層協議如此令人興奮的原因，新興公司花了幾年時間才提出解決方案。第2層協議市場的競爭主要集中在如何部署和實現安全的第2層橋接器（而不一定是如何部署其他區塊鏈網絡）。

這是進一步探討技術問題和定義的好機會。我們前面提到過，必須確保第二層協議沒有被破壞，被破壞的情況可以分為四種：

• 數據可用性。網橋如何確認另一個區塊鏈網絡的所有數據都是公开可用的，以便用戶可以獨立地重新計算第2層數據庫？

• 狀態轉換的完整性。如何使網橋確認第二層網絡的所有狀態轉換都格式正確且有效？

• 提款的完整性。如果第二層網絡受到威脅，該網橋如何保證所有合法用戶的資金都能被提取？

• 協議活躍度。橋接器如何保證在第2層協議停止或脫機時仍可以執行交易？

必須解決以上問題，同時橋接合同比鏈下系統具有顯著更少的計算資源，否則，它不是可擴展解決方案。

解決以上問題可以使我們陷入困境。這是鏈上挑战、欺詐證明、有效性證明、將交易數據發布到第1層區塊鏈（Rollups）和鏈外的復雜世界。

盡管本文沒有重點介紹解決方案，但我們強調所有解決方案都不相同。一些即將部署的第2層協議將無法滿足上述安全目標。由於缺少第2層網橋，因此不能說它們是第2層協議。

四個網橋都沒有“錯”

正如我們在整篇文章中所看到的，有四種類型的橋，它們允許將資金鎖定在一個區塊鏈中，並允許資金在另一個鏈外系統（很可能是另一個區塊鏈）中表示。

托管橋。前三個網橋關注的是哪一組托管方控制了鎖定資金。托管方的作用是在允許從橋中撤出任何資產之前驗證脫鏈系統是否正確。假設前提是鏈外系統的完整性是客戶端的問題，並且托管方有足夠的計算資源來處理它。盡管可以減輕托管方的權重並引入加密經濟激勵措施以鼓勵托管方遵循協議，但橋接協議無法完全約束托管方。曾經有幾個丟失用戶資金（例如MtGo）的案例，這是因為網橋的完整性最終取決於人類的信任。

第2層網橋。該網橋取代了托管方的角色，他們負責保管資金並檢查鏈下系統的完整性。問題的核心是，必須確信鏈下系統不會受到損害，但是它缺乏獨立檢查每筆交易的計算資源（否則，它不是可擴展性解決方案）。除了帶來更高的技術挑战外，它也不是免費的。要讓第1層區塊鏈確認鏈下系統的確結構合理且是完整的–需要持續的財務成本。 但是，網橋最終擁有資金托管權，而不是鏈下系統運營商。

總體而言，對於用戶是否真的在乎第2層橋接以及是否應將以太坊的安全模型擴展到鏈下系統，尚無定論。 就像生活中的所有事物一樣，我猜想所有四個網橋都將保留下來，因為它們對於用戶採用至關重要。

我唯一的建議是要小心考慮您喜歡的協議所使用的網橋類型，才能更好地了解您的資金如何免受不良行為的影響。

作者：Infura 內部教授 Patrick McCorry

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