注：原文作者是Connext 創始人Arjun Bhuptani，在這篇文章中，他詳細描述了optimistic 跨鏈橋的工作原理，並將其與其他類型的跨鏈協議進行了一個簡單的權衡對比。作者認為，以Nomad 為代表的optimistic 跨鏈橋提供了非常高水平的安全性，同時保留了現有多重簽名跨鏈橋的簡單性和易部署特性，因此，其代表了跨鍊和跨rollup 通信技術的巨大飛躍。

幾個月前，我們宣布與Nomad 密切合作，這是一種跨鏈通信協議，它使用欺詐證明（類似於Optimistic Rollups）來中繼數據跨鏈。

在這篇文章中，我們將深入探討optimistic 跨鏈橋的工作原理、它們的權衡是什麼，以及為什麼我們會喜歡這類跨鏈橋。

回顧：互操作性三難困境

互操作性三難困境是一個解釋跨鏈橋權衡空間的模型，它對當今存在的跨鏈通信協議類型進行了一個分類。

去年我們在寫到這個三難困境時，我們根據驗證方式，將跨鏈橋分為了三種類型：

本地驗證（原子互換& 快速流動性系統）；

外部驗證（多重簽名、MPC、門限簽名、PoS 和驗證者橋）；

原生驗證（輕客戶端區塊頭中繼、rollup 橋）；

在每種情況下，驗證機制都需要從三個非常理想的屬性中權衡並捨棄一種屬性：

信任最小化：在底層鏈之外不添加任何經濟安全假設；

通用性：支持跨鏈傳遞任意數據；

可擴展性：可部署到很多異構鏈，並且只需最少的定制工作；

Optimistic 驗證

與本地、外部或原生驗證的跨鏈橋不同，Optimistic 跨鏈橋探索了一種新的權衡：延遲。

以下是Optimistic 跨鏈橋的工作方式：

與其他跨鏈橋類似，數據由用戶或dApp 在源鏈上發佈到一個合約函數；

一個名為updater（更新者）的代理者對包含步驟（1）中數據的merkle 根進行簽名，並將其發佈到源鏈。與rollup 定序器類似，在發生欺詐事件時，updater（更新者）綁定的保證金可以被罰沒；

此時，任何中繼系統（例如Gelato、Keep3r、Biconomy 等）都可以在源鏈上讀取此merkle 根，並將其發佈到一個或多個目標鏈；

將數據發佈到目標鏈，會啟動一個30 分鐘的欺詐證明窗口（類似於optimistic rollup 的退出窗口）。在此期間，任何觀察鏈的人（觀察者）都可以證明源鏈上的欺詐行為，並斷開與目標鏈的通信通道。如果發生這種情況，updater（更新者）的保證金將被罰沒，即他們的資金將被拿走並交給發起爭議的觀察者；

如果在30 分鐘內沒有出現欺詐證明，則傳遞到目標鏈的數據可被視為最終確定，並可由應用使用。通常，這是通過讓服務提供商（processor）為跨鏈橋提交數據的merkle 證明，然後利用該數據調用目標鏈上的合約函數來實現的；

因為傳遞的數據完全是任意的，optimistic 跨鏈橋讓我們能夠以最小的信任度構建任何類型的跨鏈應用。這裡舉一些例子：

Lock-and-mint（鎖定和鑄造） 或 Burn-and-mint（燃燒和鑄造）代幣跨鏈傳輸；

在單筆無縫的tx 中跨鏈連接DEX 流動性；

跨鏈金庫策略管理；

關鍵協議操作，例如跨鏈複製/同步全局常量（如PCV）；

在不引入預言機的情況下，將UniV3 TWAP 引入每條鏈；

與鏈無關的veToken 治理；

元宇宙與元宇宙之間的互操作性；

經濟安全模型

與optimistic rollups 和狀態通道網絡類似，optimistic 跨鏈橋設計依賴於一組觀察者來觀察鏈並報告欺詐行為。這是一種與外部驗證跨鏈橋完全不同的安全模型，就像rollup 與側鏈具有完全不同的安全模型一樣。

外部驗證跨鏈橋的加密經濟學

外部驗證（即多重簽名、驗證器、PoS、MPC 或門限簽名）跨鏈橋利用了誠實多數假設，換句話說，系統中的 n 個參與者當中，需要有 m 個正確驗證更新。在加密經濟學術語中，這意味著：攻擊具有 n 個驗證者的外部驗證跨鏈橋的成本，等於破壞或黑掉 m 個驗證者的成本。

需要注意的是，這是一個新的潛在攻擊向量——除非跨鏈橋的經濟安全性大於51% 攻擊的成本，否則這必然意味著外部驗證的跨鏈橋增加了一個（通常很重要的）信任假設。

如果系統能夠（a）可靠地證明欺詐，並且(b) 向用戶全額返還可能在黑客攻擊中損失的所有價值，則可以替代地實現外部驗證跨鏈橋的完全經濟安全。換言之，只有當可罰沒的權益（例如Thorchain 上的RUNE）價值大於或等於整個系統的TVL 時，外部驗證跨鏈橋用戶和LP 的經濟安全才能得到保障。請注意，（a）是一個很強的假設——最終證明欺詐本身，需要一個無需信任的跨鏈通信機制，這使得問題變得有點遞歸。

Optimistic 跨鏈橋的加密經濟學

另一方面，觀察者+ 欺詐證明模式使用了一個誠實者的驗證者假設。換句話說，Optimistic 跨鏈橋只需要係統中 n 個參與者當中的1 個來正確驗證更新。

攻擊具有 n 個驗證者的Optimistic 跨鏈橋的成本，等於破壞或黑掉n 個驗證者的成本。

如果Optimistic 系統（無論是rollup、通道或者跨鏈橋）的觀察者是無需許可的（並且我們假設底層鍊是活動的），那麼攻擊系統的經濟成本就是無限的。

這是因為無法去確保世界上沒有一個匿名觀察者會去證明欺詐。

這有一個非常有趣的結果：

在一個optimistic 跨鏈橋中，嘗試欺詐的EV 總是負的，因為只要底層鍊是安全的，那麼再多的錢也無法保證你的攻擊會成功。因此，updater（更新者）需要綁定的可罰沒權益數量只需要足夠高，就可以防止欺詐企圖。

這就是為什麼Optimistic Rollup 定序器只需要綁定rollup 總TVL 的一小部分。

故障模型

optimistic 跨鏈橋對外部驗證的跨鏈橋所做的最重要的改進，也許是用活性（liveness）換取安全性。換句話說，只要底層鏈本身是安全的，理論上最壞的情況就是系統停機，而不會造成資金損失。

updater（更新者）DoS 攻擊

與rollup 定序器類似，如果系統停止簽署更新，中心化updater（更新者）可能會惡意或意外停止系統。

然而，去中心化Nomad 的updater（更新者）是一項相當簡單的任務。一個簡單的示例構造是擁有多個綁定updater（更新者）（而不是單個updater（更新者）），並使用循環方法對更新進行簽名，如果給定的updater（更新者）錯過了“輪值” ，則使用故障轉移和罰沒機制。

updater（更新者）欺詐

在optimistic 跨鏈橋中中繼跨鏈的任何數據，都必須由updater（更新者）簽名，這意味著系統中的任何欺詐行為，也必然源自updater（更新者）。

在optimistic 跨鏈橋中，欺詐總是可以在源鏈上確定性地證明（類似於ORU 欺詐在L1 上總是可以證明的）。為此，觀察者只需向源鏈合約提交無效更新的證明，然後導致updater（更新者）被罰沒。然後，觀察者在30 分鐘內向目標鏈提交簽名消息，以“斷開”通信通道（在該欺詐數據可以被視為最終確定之前）。

實際上根本不需要證明目標鏈上的欺詐行為。在源鏈上執行此操作，會正確地懲罰updater（更新者），這首先會抑制欺詐行為，隨後斷開通信通道可以減輕任何潛在的損害。也就是說，觀察者任意斷開通信通道的能力，確實打開了DoS 攻擊向量，這一點我們將在下面討論。

觀察者DoS 攻擊

由於任何觀察者都可以在optimistic 跨鏈橋中發起斷開通信通道，因此觀察者有可能通過DoS 攻擊斷開連接以永久停止給定的通信通道。請注意，觀察者這樣做，無法從系統中獲得任何好處（任何資金/數據都是安全的），並且這種風險是按通信通道劃分的（即斷開一個通道不會導致整個系統癱瘓）。

Bill，別再斷開我的通道了！

通過為觀察者引入正確的激勵措施，可以長期緩解這種類型的攻擊向量。由於觀察者在正確爭論時會獲得updater（更新者）的罰沒保證金，我們可以通過為觀察者引入基線稅來減輕觀察者的痛苦，以啟動欺詐證明。該稅需要（a）足夠高以抑制DoS 攻擊，但（b）與updater（更新者）的保證金相比也要足夠低，以便觀察者仍然有強烈的動機啟動有效的欺詐證明。另一個簡單的解決方案是，只需將觀察者生成的斷開連接簽名發佈到源鏈，如果無法證明欺詐行為，則懲罰觀察者。

目前，Nomad 通過許可製觀察者集來處理這個問題。這改變了系統的經濟安全性，因為現在有一組固定/已知的觀察者可能會遭到攻擊（從而限制了攻擊成本）。然而，我們認為這是一個可以接受的權衡解決方案，因為它有一條直接且高度可信的最小化信任路徑。這種方法也反映了其他防欺詐系統的部署方式：

從歷史上看，狀態通道網絡從一個許可製的觀察者集開始，以減輕DoS 攻擊的風險，直到可以建立正確的激勵方式。

Optimistic rollup 項目目前處於同一類型的引導階段，欺詐證明和爭議尚未激活。雖然這意味著當前的rollup 更需要被信任，但社區明白這只是一個臨時的“訓練階段”。

鏈活性失敗

我們上面討論的核心假設，是底層鏈本身能夠接受觀察者的交易。對於任何基於欺詐證明的系統，這個假設都是相同的，其中典型的結構有一些證明窗口，觀察者必須在該窗口內完成交易以將其發佈到鏈上。

Nomad 已根據對攻擊概率確定鏈的成本的現有研究，將他們的延遲時間參數化為30 分鐘。我們將在之後的文章中嘗試分解此參數背後的研究和邏輯。

與其他跨鏈橋協議的對比

每個分佈式系統都會存在某種形式的權衡，跨鏈也沒有免費的午餐。截至目前，optimistic 跨鏈橋系統最明顯的權衡，是增加了30 分鐘的傳輸延遲，儘管我們相信，通過使用模塊化設計，將Connext 分層在Nomad 的頂部，我們可以緩解這一問題（之後會有更多的介紹）。

M of N 跨鏈橋

如上所述，與外部驗證（多重簽名、門限簽名、MPC 或基於驗證器集）跨鏈橋相比，optimistic 跨鏈橋在安全性和信任最小化方面有了巨大的提升。 optimistic 跨鏈橋的 1 of N 安全模型可以緩解與共謀或密鑰洩露相關的破壞性攻擊向量風險。

例如，如果Ronin 網絡使用的是optimistic 跨鏈橋，即使其所有密鑰都被洩露了，黑客也無法獲取到價值6.25 億美元的Ronin 跨鏈橋資產。

類似的方案還有LayerZero，它利用了兩個重疊的m of n 驗證者集，其在功能上只是作為一個更大的m of n 驗證者集（參與者集合大小和共謀向量變得更難推理，除非兩個集合的所有參與者的身份都已知）。

原子互換& 快速流動性

本地驗證系統（例如Connext 當前的nxtp 實現）雖然像optimistic 跨鏈橋一樣無需信任且易於部署，但無法支持跨鏈傳遞任意數據。

從這個意義上說，除了資金轉移和簡單的合約執行之外，本地驗證跨鏈系統的表現都不如optimistic 跨鏈橋。另一方面，本地驗證系統對於減輕optimistic 跨鏈橋的其他權衡（即延遲）來說是非常有用的。

區塊頭中繼

像IBC 這樣的輕客戶端區塊頭中繼系統，通過在鏈A 的VM 內驗證鏈B 的共識來工作。區塊頭中繼為我們提供了理論上最佳的信任假設，因為每個基礎鏈的驗證器集相互驗證，而無需額外引入第三方（與外部驗證的跨鏈橋不同）或關於活性的假設（例如optimistic 跨鏈橋）。這類跨鏈系統也不受optimistic 跨鏈橋的延遲權衡影響。

當然，區塊頭中繼系統並非沒有自己的挑戰：

它們必須為每條新鏈/共識機制構建自定義輕客戶端。

對於以太坊PoW 共識機製而言，驗證共識的成本非常高，因為內存要求很高。

由於回滾風險，區塊頭中繼方法可能不適用於optimistic rollup，但是，這絕對是一個開放的研究領域！

ZK（零知識證明）跨鏈橋

雖然目前還沒有可用的去信任化ZK 跨鏈橋，但我們在理論上可以基於零知識證明構建跨鏈橋，使用與區塊頭中繼相同的策略來驗證跨鏈的數據。

與區塊頭中繼方法類似，ZK 跨鏈橋具有很好的去信任和低延遲屬性，它們也可能比常規的區塊頭中繼系統要便宜得多，因為證明共識不需要在鏈上發生。然而，在這樣做的過程中，ZK 跨鏈橋引入了一些新的權衡：

與輕客戶端區塊頭中繼方法類似，ZK 跨鏈橋必須部署自定義策略來驗證每條鏈的共識，並且它們可能根本不適用於optimistic rollup 二層網絡。對於ZK 跨鏈橋，考慮到並非所有鏈都使用相同的密碼學原語，這一點更具挑戰性。

實際上，不可能在零知識的情況下證明所有共識模型。在這些情況下，需要某種類型的最終性工具，這會增加新的信任假設。

除此之外，ZK 跨鏈橋在驗證成本和數據可用性方面，可能還有其他的缺點，儘管這些缺點尚未得到徹底的研究。

跨鏈的未來是樂觀的

Optimistic 跨鏈橋提供了非常高水平的安全性（信任最小化屬性），同時保留了現有多重簽名跨鏈橋的簡單性和易部署特性。

出於這個原因，我們對Nomad 感到非常興奮，並認為它代表了跨鍊和跨rollup 通信技術的巨大飛躍。