Bitcoin Bridge：治愈还是诅咒？

1. 引言

主要参考：

  • Bitcoin Bridges: Cure or Curse?

2. 为何需关注Bitcoin bridge？

当前的Bitcoin bridge，其所谓bridge，实际是deposit：
在这里插入图片描述
在其它链上的BTC情况为：
在这里插入图片描述
尽管当前约有43.7万枚BTC在其它链上，但其去中心化程度不足0.3%。
在这里插入图片描述

3. Bitcoin bridge 101

Bitcoin bridge的目标是：

  • 将BTC存入某appchain（“application chain”）内
  • 在appchain内，将BTC用作某原生资产
  • 将BTC赎回到Bitcoin
  • 用户体验（UX，User Experience）：与在中心化交易所内使用BTC一样
  • 安全性（Security）：总是能拿回你的BTC

但是需注意：

  • 在Bitcoin和appchain上，二者的信任模型是有差异的
Bitcoin链上的BTC其它appchain上的BTC
所需资源？Bitcoin钱包Bitcoin钱包、appchain钱包、bridge BTC的方式
所需信任？Bitcoin网络是安全的、钱包未损坏Bitcoin网络是安全的、appchain网络是安全的、钱包未损坏、（可能是中心化的）bridge未损坏
如何检查？开源代码开源代码、中心化bridge的声誉

在这里插入图片描述

3.1 Wrapping

BTC仅存在于Bitcoin链上。

所谓Wrapping，是指：

  • 在另一条链上，创建1:1的BTC原生token表示。

在计算机科学属于中：

  • 获取某UTXO state的write lock，并确保在该write lock释放之前，在其它链上完成（applied） 该 updates。

3.2 为何bridge如此难？

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这是一个好的、老的公平交易问题：

  • Alice有BTC，Bob有苹果，如何确保二者交易总是公平的？
    在这里插入图片描述

在数字世界中，总是有某人先做动作，为确保所有情况下的100%公平性：

  • 需引入可信第三方
    在这里插入图片描述

这与bridge的关系为：

  • Wrapping：将BTC，替换为，wrapped BTC
  • Unwrapping：将wrapped BTC，替换为，BTC

即，需有人在Bitcoin链上做BTC的锁定和解锁。

bridge的难点在于：

  • 如何确保在锁定的同时，同步，在appchain上mint wrapped BTC？即保证整个bridge操作的原子性。
    在这里插入图片描述

bridge的挑战在于：

  • 选择合适的custodian（监护人）
    • 中心化实体
    • 委员会/联盟
    • 第三方网络的共识
    • 所关联链的共识

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3.3 bridge最好情况：链共识

bridge最好情况：链共识，即继承目标链的安全性/去中心化。
在这里插入图片描述

如：

  • 以太坊，验证，Bitcoin SPV proof
  • Bitcoin，验证，以太坊SPV proof
  • 需有一个在线方负责relay proofs

但这需要引入新的Bitcoin opcode，来验证其它网络/系统的lock/unlock。

3.4 当今的BTC bridge：hard模式

希望能实现的目标为：

  • 根据其它链上的事件，来lock/unlock Bitcoin链上的BTC

问题在于：

  • Bitcoin链并不知道其它链上的事件。

因此，需要有人来处理BTC的lock/unlock。
当前大多数（中心化）BTC bridge的mint和redeem操作流程为：
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但是，这样的中心化bridge，没有防盗/扣押/审查/丢失保护。
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3.5 如何在不改变Bitcoin的情况下，实现去中心化bridge？

在这里插入图片描述
如何在不改变Bitcoin的情况下，实现去中心化bridge？
可采用如下措施：

  • 1）支持任何人成为operator/custodian。
  • 2）意识到情况更糟……则将BTC发送给网络上的随机用户。
  • 3）使用与Bitcoin相同的工具来解决：
    • 激励措施：operator锁定抵押
    • 惩罚：若operator行为不端，则slash抵押（且 补偿受害者）

如interBTC：

  • 1）任何人都可在interlay网络注册运行vaults，并存入抵押
  • 2）若用户锁定BTC，其锁定值应小于抵押值（即要求过度抵押）
    在这里插入图片描述
  • 3）则interlay网络为用户mint iBTC。
  • 4）若用户想要赎回BTC，Good Vault情况下，则：
    • 用户先返还iBTC，
    • 然后Vault将BTC返还给用户，
    • Vault的抵押解锁
  • 5）若用户想要赎回BTC，Bad Vault情况下，则：
    • 用户先返还iBTC，
    • 然后Vault fails，
    • 用户被偿付（或，尝试不同的Vault）
      在这里插入图片描述

其中，可采用如下方式来验证Bitcoin payment：【用于验证BTC锁定，以及BTC赎回完成】

  • 将Bitcoin light client (SPV) 作为智能合约部署
    • 可跟踪所有Bitcoin区块头
    • 可验证Bitcoin交易
  • 其安全模型为：若在Bitcoin主链上存在，则必须有效（与任何手机钱包一样）
  • 需有人负责持续更新该light client为最新
    在这里插入图片描述
    总之，interBTC bridge中：
  • issuer为智能合约
  • 任何人可参与的，由Vaults组成的无需许可的网络
  • 作为安全保证，Vaults需过度抵押
  • 验证：SPV light client
  • 安全假设：总是能拿回BTC，或者被偿付。
    在这里插入图片描述
    在此，忽略了：
  • 抵押管理和流动性
    • Vault抵押市值可能会下降
    • 与lending协议一样，会top up或被清算
  • 如何获得BTC报价？
    • 需要oracle
    • 可混合中心化交易所和去中心化交易所报价

还存在其它扩展：

  • Vault模式
    • Single key
    • Vault = multisig (plain, musig, MPC threshold sig,…)
    • Free for all vs pre-defined group vs one big Vault
  • 抵押类型及金额
    • Full / partial
    • Diversified (USDC, ETH,…) vs native token (risky)
  • 安全假设
    • Pessimistic / optimistic
  • 验证类型
    • Light client / 3rd party oracle / coinvote（共同投票）

4. 现有Bitcoin bridge方案对比

现有Bitcoin bridge方案对比为：

BTC保管/安全模型是否抵押？
RSK由第三方群体组成的多签否
Stacks xBTC中心化第三方保管否
Stacks sBTC由STX质押者组成的多签，会轮换是，但仅抵押STX token
tBTC v2由大量（50/100）第三方组成的多签，会轮换否
Liquid由侧链（联盟系统）operators组成的多签。否
Fedmint由mint（联盟系统）operators组成的多签。否
CashuSingle Key，为mint（保管系统）operator。否
Interlay iBTC由抵押过的第三方保管人组成的去中心化网络是（多种抵押物）

在这里插入图片描述

5. 其它bridge模式

5.1 miners强化的bridge

所谓miners强化的bridge，是指：

  • 由Bitcoin miners验证bridge，确保locking/unlocking处理正确。

如：

  • BIP300：基于很长一段时间，miners对peg-in和peg-out交易进行投票。
    • 缺点是：需要硬分叉

更多细节，可参看：

  • https://layertwolabs.com/（https://github.com/LayerTwo-Labs）

5.2 基于zkRollup实现的bridge

所谓基于zkRollup实现的bridge，是指：

  • Bitcoin通过检查cryptographic proof，来验证appchain上的lock/unlock是否正确。

如：

  • 将appchain上状态的验证编码为一个opcode。验证ZK proofs是非常高效的（创建ZK proofs是昂贵的）。
    • 缺点是：需要分叉
    • 需要ZK技术的成熟

更多细节，可参看：

  • Validity Rollups on Bitcoin（https://github.com/john-light/validity-rollups）

6. 总结

Bridge问题，等价为，安全保管问题。

Cure（治愈）：

  • 更多应用场景和BTC使用，不对Bitcoin造成安全风险。
  • 若使用安全bridge，客观上比中心化交易所更安全。

Curse（诅咒）：

  • 99%的BTC bridge是中心化的，且错误营销的
  • 去中心化很难，而且是有代价的（资本效率）
  • 其他链上增加手续费，而不是Bitcoin

6.1 走向非保管bridge

完全的non-custodial bridge是不可能的。
可能的是：为专有应用设置的non-custodial bridge。

如：

  • Lending：
    • 用户BTC与第三方多签管理
    • 仅当用户贷款时，第三方才能获得其BTC

具体实现方式为：

  • DLC（discrete log contracts）：基于交易汇率，编码不同的outcomes。
  • 另一 第三方：oracle基于outcome签署交易（理想情况下，应使用“blind”盲签名）。

但是：

  • 这需要信任oracle。“但是”大多数去中心化的金融应用程序都是这样。

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参考资料

[1] Interlay合伙人Alexei Zamyatin Bitcoin Bridges: Cure or Curse?

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