ne 等知名大公司。 跨链解决方案2：预言机与中继 典型项目有LayerZero，通过将消息及消息证明传递和验证 Relayer 传递交易两者做分割，确保跨链过程的安全。 LayerZero 的核心设计思想在于Oracle （预言机）和 Relayer（中继者）的分离，在 LayerZero 中，Relayer 负责传递消息及消息证明，Oracle 负责根据消息所在区块，按需从源链获取区块头，然后目标链上的终端根据 Oracle 获取的区块头验证 Relayer 传递的交易。只要二者不串通，就可以保证跨链的安全。 需要注意，尽管 Layerzero 将其技术方案称为超轻节点（Ultra Light Node），但方案与Light Client有本质上的不同。LayerZero 通过 Oracle 提供的区块头来验证 Relayer 提供的交易证明，验证过程在目标链的终端发生，属于原生验证，但是对区块头本身的验证却是由作为外部验证人的第三方 Oracle 网络来完成的，验证过程发生在链下。 跨链解决方案3：有质押多签 在MPC的基础上增加了一层权益证明，典型项目有Celer, Axelar, deBridge, Hyperlane, Thorchain。 如果作恶，验证者的质押将被大幅削减，在经济上实际增加了验证者的欺骗成本。 PoS 桥要面对的一个问题是验证者的不均衡性，为了缓解该问题，Axelar 采用了二次方投票的方案，签名权重将与验证人质押的 $AXS 数量的平方根成正比；Hyperlane 则采用“可验证欺诈证明”方案，验证人联合作恶将立即被发现并执行 Slash；pNetwork 和 Bool Network 则直接要求所有节点质押相同数额的 Token。 跨链解决方案4：乐观验证（optimistic validation） 运用了博弈论知识，通过用户间的博弈场景提高用户作恶风险，典型项目有 Nomad, Synapse。 乐观验证的基本逻辑是：在外部验证的基础上，设置一批挑战者和一个挑战窗口期，对不正确的验证进行挑战，验证者需要抵押，当其行为不当时，挑战者将提出挑战，并提供欺诈证明。若挑战成功，验证者的抵押金将成为挑战者的赏金。 Nomad项目设置的挑战窗口期是30分钟。对于乐观验证方案，只需要至少有一个挑战者是诚实的，而且有经济激励去进行挑战。这相比外部验证而言，是更小的信任假设，在这样的信任假设下，攻击者无论付出多大的经济代价，都不能保证攻击一定成功。 原本跨链方案到此就结束了，但ZKP零知识证明技术的发展，为跨链桥的安全和效率两难困境带来了新的解决方案。 什么是ZK Bridge？ ZK Bridge是使用零知识证明技术的跨链桥，不引入信任假设，适配多种同构/异构链，链下生成零知识证明，链上只负责验证，大大降低链上计算和存储成本，具有零信任、无许可、可拓展、高效率的特性。 我们先对轻客户端的原理做一个基本概述。轻客户端，也称轻节点，在链上往往以轻智能合约的形式呈现。轻客户端跨链的基本原理是在目标链部署源链的轻节点合约，对源链来的消息进行验证。如果要实现双向跨链，就需要在两条链上互相部署对方链的轻节点合约。 相比全节点，轻节点是轻量化的节点，它不存储完整区块的序列，而仅存储区块头的序列。尽管区块头体积很小，但它包含了对区块中完整数据的密码学概括。当轻节点需要知道某个交易是否被包含在链中时，可以通过该交易所在区块的区块头及该交易的 Merkle 路径，对该交易执行 SPV 验证。 下图中，绿色方块的合集，就是蓝色方块的默克尔路径。 为了维护目标链上部署的源链轻节点，需要由链下代理将源链的区块头不断同步到目标链。轻节点合约对负责同步区块头的链下代理并没有信任假设。因为轻节点合约会对其同步的区块头执行验证，链下代理无法欺骗轻节点。 轻节点验证区块头的逻辑，与全节点、矿工节点别无二致，分为有效性验证和最终性验证两部分。 LK Venture 投研团队认为，对于 PoW 链来说，有效性验证主要是指验证区块的工作量证明，最终性验证则是看该区块头后面有没有更多的有效区块被追加（在 BTC 链中，一般认为 6 个区块的追加可以确认一个区块的最终性，在以太坊中，则一般认为 25 个区块的追加可以确认一个区块的最终性）。 对于 PoS 链而言，有效性验证是指验证该区块是否由被随机选中的出块人生成，最终性验证则是看该区块是否被 2/3 以上投票权重的验证人签名。但 PoS 的轻节点并不需要验证有效性，只需要验证最终性。因为PoS链中，最终的区块一定有效，PoW链则未必。 ZK Bridge的实现，与轻节点加中继的方案流程相同，只是略有变化。ZK Bridge中，依然需要链下的中继者监听源链，将源链的区块信息转发到目标链。但是转发的不仅是区块头，还有使用ZK-SNARK算法生成的有效性证明。而在目标链上，轻节点也不是通过直接根据区块头进行计算去验证交易的有效性，而是根据有效性证明在链上验证，减轻计算负担。 ZK Bridge的实现技术路径 为什么ZK Bridge有望终结跨链大战？ 在目前以完成部署投入使用的跨链桥中，有多个项目都曾经遭受过严重的安全攻击，被盗金额非常巨大，在当时造成大规模的恐慌，时至今日大家仍对各大跨链桥的安全性抱有怀疑态度。人们愈发需要一个安全、零信任、去中心化的跨链桥，为未来的全链生态打下坚实基础。 2022年度部分跨链协议损失资金及追回资金统计 图片来源: DeFiyield (https://defiyield.info/) 在LK Venture 投研团队看来，ZK Bridge为跨链桥的安全和效率难以兼顾的困境带来了新的解决方案，即通过在链下生成对区块头的零知识证明，源链区块头的正确性由ZK-SNARK算法生成的证明去验证，因此没有增加任何外部的信任假设，唯一信任的是数学。 而且，零知识证明在链上的验证过程较原有的轻节点验证方案，将显著降低计算和存储成本。 ZK Bridge部分项目介绍 Succinct by Succinct Labs Gnosis Chain Omnibridge是Ethereum与Gnosis之间的跨链桥，使用的是MPC的主流方案。 Gnosis团队成员希望能够探索不依赖中心化实体的跨链设计，Succinct Labs和Gnosis团队就此展开合作，Gnosis DAO提供grant用于R&D。 以太坊的验证过程主要包括以下内容的验证：区块头的Merkle证明；同步委员会中验证者的Merkle证明；正确轮换同步委员会的BLS签名等。这里的核心思想是使用zk-SNARK（Groth16）生成大小恒定的有效性证明，可以在Gnosis上进行高效的链上验证。 Succinct跨链解决方案图解 图片来源: Succinct官网 (https://www.succinct.xyz/) Succinct Labs的跨链方案能够在任意两条Ethereum兼容的PoS链间传递任意消息。当前实现了Ethereum与Gnosis之间的跨链Demo，Ethereum上部署了bridge deposit合约，允许用户储蓄。bridge deposit会传递消息给arbitrary message bridge (AMB)，AMB在合约中存储该消息。Operator负责获取同步委员会的证明，为有效的BLS签名验证生成SNARK证明，并向Gnosis链轻客户端提交更新。 在Gnosis Chain上，存款交易所在的以太坊区块被确认（通常2 epochs，约12分钟），并且轻客户端已经更新到高度大于或等于该块的区块后，Relayer会自动向Gnosis AMB提交一个executeMessage交易。executeMessage交易包含针对轻客户端已更新的插槽的Merkle存储证明。在executeMessage期间，AMB使用轻客户端获取所请求插槽的以太坊状态根，并验证Merkle存储证明，以显示消息已在AMB的另一侧上send。然后，AMB使用消息中指定的calldata调用接收智能合约。 出于技术栈成熟程度和链上验证开销的考虑，团队选择使用当前最成熟的Circom语言和链上验证最便宜的Groth16证明系统来生成ZK-SNARKs，而没有使用更新更快的PLONK + KZG or FRI。 值得注意的是，该项目虽然上了测试网，但是可用性较差。经作者测试，Goerli测试网的Succincts token经过bridge数量减少，但是Gnosis网络未收到token，同时网站上的dashboard没有bridge记录显示。而且需要注意现在的跨链是单向的。只能从Goerli到Gnosis，而不能反过来。 zkBridge by BerkleyRDI zkBridge通过ZK-SNARKs证明远程区块链的区块头的正确性，因此不会引入任何外部信任假设。事实上，只要连接的区块链和基础轻客户端协议是安全的，并且区块头中继网络中存在至少一个诚实的节点，zkBridge就是安全的。当然，值得注意的是，虽然至少一个诚实节点就能保证安全性，但是不诚实节点过多会显著降低跨链桥的可用性，light client会频繁拒绝传来的proof，而无法获取真实信息。 zkBridge跨链解决方案图解 图片来源: https://rdi.berkeley.edu/zkp/zkBridge/zkBridge.html 具体来说，zkBridge主要由区块头中继网络Block Header Relay Network和更新者合约Updater Contract组成。在区块头中继网络中，中继从发送者区块链 C1 中检索区块头，生成区块头有效性证明，并将区块头及证明发送到设置在接收者区块链 C2 上的更新器合约中。对于更新器合约，一旦相关证明通过验证，C1 的相应区块头将被存储。此外，更新器合约还维护一个轻客户端状态。一旦添加新的区块头，合约就像 C1 上的其他轻客户端一样更新轻客户端状态，并更新 C1 的当前主链。更新器合约还向应用程序公开一个功能，通过该功能，C2 上的应用程序可以获取 C1 上给定高度的区块头。在获得区块头信息后，应用程序可以进行更多的验证（例如特定交易）并构建自己的应用。 为了使底层 zk-SNARK 系统与链上使用兼容，需要快速证明生成和低链上证明验证成本。zkBridge 的主要创新是： deVirgo：采用分布式的方法来生成 ZK-SNARK 证明，且无需信任假设。deVirgo方法通过将计算工作进行拆分，分配给更多的设备，大幅度提升了在链下生成 ZK-SNARK 证明的时间。 递归证明：为了降低链上成本，zkBridge 使用递归证明，通过两次递归，将 ZK-SNARK 证明的体积压缩到 131 字节左右。第一步生成deVirgo证明，第二步使用Groth16证明生成器进行压缩。Groth16验证器生成执行deVirgo电路的完整性证明。 批处理：zkBridge 实现了一个区块头的更新合约，它以区块高度为输入，返回相应区块头。但 zkBridge 并不会在每个新区块产生时，调用更新合约，证明者可以先收集 N 个区块头，生成一个单一的证明。N 值可以设置，N 越大，用户等待时间越长但系统运行成本越低。 目前 zkBridge 已经以 Solidity 在以太坊上实现了一个 Cosmos Client 的实例，据测试，可以在 2 分钟内生成一个 Cosmos Zone 区块头的 ZK-SNARK 证明，然后在以太坊端，验证费用是小时230k gas的常量，对比来看，如果不用 ZK-SNARK 证明，这个费用将是 64 Million Gas 。 需要注意，中继网络计算将遭受与MPC相同的通信复杂性，这将严重影响证明时间。 GKR多层求和检查协议的通信复杂度为O(N log2(签名数量))，其中N台机器在中继网络中。即使对于32个签名的情况，中继网络中有32台机器，也可能导致网络中大量顺序通信，损害分布式计算带来的性能。 zkIBC by Electron Labs 具体而言，zkIBC希望模拟Cosmos主权链使用的无信任通信协议——Inter Blockchain Communication Protocol (IBC)，并将使用拓展到Ethereum。 zkIBC使用ZK-SNARKs进行轻客户端状态验证，快速证明Ethereum上交易，跟上Tendermint共识链的出块时间。 主要的难点在于在Cosmos SDK中使用的Tendermint轻客户端运行在Ed25519曲线上，而以太坊区块链不支持该曲线，在以太坊的BN254曲线上验证Ed25519签名昂贵和低效。 项目路线图分为五个阶段：调研-ed25519签名证明的实现-测试网-递归Snark实现减少冗余-主网。2023年2月2日，Positron testnet正式面向公众上线，支持Near和Ethereum之间的跨链。当前的测试网需要等待约20-30分钟才能实现最终性，其中包括Goerli网络最终性（15-20分钟）、ZK-Proof生成（5-8分钟）、Near链上铸造（10-20秒）。 该项目宣称完全开源，经过测试，跨链过程使用流畅，UI/UX设计良好，且支持双向跨链。 思考 区块链技术发展到一定阶段，通常会演化成为关于取舍的哲学。在公链中，有着安全-可拓展-去中心化的三难困境；而在跨链中，可能也存在着安全-效率的两难困境：追求效率，则会引入第三方信任假设，导致安全性受损；追求安全，使用完全轻节点与中继的方案，则会招致高昂的链上严重费用。 但是实际上，从制度设计上来看，即使是信任程度最高的无质押MPC方案，其实也在绝大多数情况下保证了跨链桥的安全。之所以多个跨链桥被盗，反而是因为追求透明将代码开源，复杂代码中隐藏的漏洞让黑客有了可乘之机。 LK Venture认为，随着技术不断进步，ZK方案可用性逐渐增强，ZK Rollup有望在2023年下半年将投入大规模使用，ZK Bridge也方兴未艾。希望ZK Bridge技术的成熟，能够打破跨链当前面临的安全-效率两难困境，让万链互联的愿景得以实现。 关于LK Venture： 蓝港互动 (08267.HK) 旗下聚焦Web3领域的加密投资与研究机构，前身为共识实验室（Consensus Lab），侧重投资市场前沿的基础设施、交易平台、技术协议和金融工具，曾投资FTX、Polkadot、Filecoin、Casperlabs、Coin98等来自北美、亚洲、欧洲等国家地区的百余个项目。 参考资料： 1. zkBridge: Trustless Cross-chain Bridges Made Practical（https://rdi.berkeley.edu/zkp/zkBridge/zkBridge.html） 2. Bridging the Multichain Universe with Zero Knowledge Proofs（https://medium.com/@ingonyama/bridging-the-multichain-universe-with-zero-knowledge-proofs-6157464fbc86） 3. Exploring ZK Bridges（https://zkvalidator.com/exploring-zk-bridges/） 4. Overall Comaprison Between Multiple Blockchains（https://dune.com/springzhang/cross-blockchain-comparison-overview） 免责声明： 本文介绍的信息及资料均源于公开渠道，本公司对其准确性和完整性不作任何保证。涉及对未来情况的描述或者预测均属前瞻性陈述，任何建议及观点仅供参考，不构成对任何人的投资建议或者暗示。本公司可能采取的策略，与读者根据本文自行推测的策略，可能相同、相反或者毫无关系。 来源：金色财经lg...
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