背景

从2020年的夏天开始，以太坊之外的公链赛道生态迅速发展。诸多新兴公链（如：BSC、Solana、Near、Avalanche、Terra、Fantom等）在可扩展性方面进行了补充和扩展，提供了明显更低的费用、更短的交易确认时间和一些额外的功能。各大公链在早期为了吸引更多的用户，纷纷通过高额的APY来吸引用户，区块链进入百家争鸣时代。

图1. 各大区块链锁仓示意图

根据DefiLlama数据，截止至2021年12月8日，虽然以太坊上的锁仓量仍占65%以上，但是BSC，Terra, Avalanche, Solana等公链都有百亿以上的资金规模，不容小觑。多链并存是当下市场的格局，并且随着公链和Layer 2项目数量的增加以及各自生态的逐渐完善，链上用户资产跨链的需求也会快速增长，跨链桥势必会成为刚需。

图2. “鹊桥”是区块链共情的基础设施

什么是跨链桥

首先要更正一个误区就是跨链 ！= 跨链桥。跨链技术是指数据和资产可以在不同的区块链上自由流转，比如波卡的平行链，Bifrost链上的数据和资产可以通过平行链跨链技术跟Acala链上的合约交互。但是波卡的平行链本质上是使用统一框架的链，具备较高的互操作性，同时对框架外的链，不具备任何的跨链优势。我们这里说的跨链桥是链接不同框架的区块链，比如波卡和以太坊，又或是Solana和BSC。

简单的理解，跨链桥是一种链与链连接的桥梁工具，允许将代币、资产从一条链转移到另一条链。两条链可以有不同的协议、规则和治理模型，而桥提供了一种相互通信和兼容的方式来安全地在双方进行互操作。

由于跨链桥涉及到至少两个区块链（A-B），因此大多数跨链桥的设计都包括两个主要部分和两个辅助部分。

主要部分：

监控：通常有一个参与角色，或者叫预言机（Oracle）、或者叫验证器（Validator）或中继器（Relayer），负责监控A链上的状态。

消息传递/中继：监控角色接收到事件后，需要将信息从A链传输到B链。

辅助部分：

共识：在某些模式中，该信息中继到B链之前，需要在监控A链的参与者之间达成共识。

签名：参与者需要个体或作为多重签名的一份子，对发送到目标链的信息进行加密签名。

根据来自1kx Dmitriy Berenzon的不完全统计，市面上比较流行的40多个跨链桥项目总结如下图：

图3. 跨链桥项目的不完全统计

由@eliasimos在Dune Analytics收录的信息显示，截止2021年11月1日，目前以太坊上与跨链桥项目交互过的独立地址数，已经达到了203,426个。

跨链桥的分类

1）中心化交易所（CEX）

在跨链桥兴起之前，用户如果需要在不同链之间进行资产跨链，最原始的方法往往都会借助到诸如Binance、Huobi等中心化交易所。CEX的跨链过程只涉及跨链桥上各类资产余额的变动，而不涉及资产的铸造和销毁。选择这种方式跨链，相当于是选择了相信背后的中心化交易所，但是没有人能保证其永远不会出错。

图4. 通过CEX实现资产跨链

2）外部验证

外部验证又分为单点外部验证和多点外部验证。通常有一个或一组验证器监控A链上的特定地址。在资产跨链的过程中，用户先向A链特定地址发送资产，然后锁定。第三方验证器会对这些信息进行验证，需要达成共识。一旦达成共识，则会在B链上铸造等量的资产。这些验证器一般会使用不同的代币作为抵押，以此保证安全性。外部验证技术通常的表现形式有：安全多方计算（MPC）系统、预言机网络、门限签名等。

单点外部验证典型的代表就是wBTC。多点外部验证的代表有Anyswap、Synapse、PolyNetwork等，整体上与单点外部验证类似，只不过在资产质押+博弈的条件下，他们集体“出错”的可能性更低，理论上会比单点验证更加靠谱，实际上的效果需要看机制的设计和参与者。

3）原生验证

原生验证，从字面的意思理解就是由A链上的验证者（矿工/节点）进行见证和担保，无需依靠第三方的验证器、也不需要质押资产。提高了资产利用率，并且由于省却了第三方验证器，也提高了安全性能。

这种模式最大的好处是无需信任，它通过在B链的虚拟机内运行A链的轻客户端（智能合约）完成验证。跨链桥的参与者对A链上的消息进行监控，然后将包括加密证明的监控记录和区块头转发到B链上的合约。在对记录的事件进行验证之后，在B链上执行操作。此外在A链与B链两边矿工的见证下，用户不仅能够实现资产转移，还可以实现通用化的信息转移。

不过缺点也很明显，任何两条链之间部署这种原生验证桥，需要AB链都支持智能合约。开发者需要在B链上开发部署新的轻客户端智能合约，以对A链的信息进行验证。同时这种验证本身在B链的智能合约里执行，也会产生比较昂贵的gas费用。另外这种跨链桥只适合点对点的AB链，可扩展性差，如果C链也想加入则需要另外开发。

因此，其不足主要在于费用高、速度慢、不容易拓展到更多链，在早期也会有一定的限制。

像Cosmos的IBC、Near的彩虹桥（Rainbow Bridge）、波卡SnowBridge、LayerZero、Movr、Optics、Gravity Bridge等项目都是采用原生验证的方案。

4）本地验证（流动性网络）

本地验证是局部验证模式，它也是点对点的流动性网络。

像现在很多新推出的跨链桥项目，都是采用这种模式，比如：Hop、Connext、Celer以及一些简单的原子交换系统等。这种点对点的模式在安全性上表现不错。同时，其费用、速度和多链的连接扩展也还可以。不过，其主要缺点在于传递信息方面有局限，无法做到通用化（只能转移资产，无法传递数据）。

举个简单的例子，通过流动性网络把多条链连接起来，可实现该架构中任意两条链之间的跨链，比如跨链协议接入了以太坊和BSC，这时候如果它接入Polygon，就可以提供Polygon 与以太坊、Polygon 与BSC 间的跨链，无需再一一建桥。这种流动性网络的跨链桥形式，可能会催生出一个或多个跨链底层协议：对于想要提供跨链功能的协议或Dapp，只需接入这些跨链协议即可支持跨链。

图5. 跨链桥项目不完全分类

值得注意的是，因为跨链是双向的，所以可能存在A -> B是一种技术，而B -> A采用另外一种技术的情况。这种属于混合模型，如 Gravity、Interlay 和 tBTC，它们都在一个方向有轻客户端，在另一个方向有验证器。

跨链桥的比较

跨链桥发展的核心主要有以下几点：

1）安全性（Security）：信任和活跃度假设、对恶意行为者的容忍度、用户资金的安全性和反身性；

2）速度（Speed）：完成交易的延时性，以及最终性保证。通常需要在速度和安全性之间进行权衡；

3）可扩展性（Connectivity）：为用户和开发者选择目标链，以及集成额外目标链的不同难度级别；

4）资本效率（Capital efficiency）：经济学概念，包括确保系统安全所需的资本和资产转移的交易成本；

5）状态性（Statefulness）：能够转移特定资产、更复杂的状态和 / 或执行跨链合约调用。

表1. 跨链桥种类比较

跨链桥不同模式权衡不同。不同资金规模的用户对资金效率和安全系统的考量也不尽相同，各个桥着重的领域，都有相应的用户需求。因此，跨链桥未来大概率不会一家独大，更可能是多桥共同发展的一个局面。

跨链桥衍生应用

1> 跨链桥聚合器

聚合所有或者是主流的跨链桥，并根据用户的实际需求帮用户进行自动匹配和推荐最佳的跨链桥方案。

FundMovR https://www.movr.network/

Li Finance https://li.finance/

Chainflip https://chainflip.io/

假设 Alice想把Ethereum上的ETH换成Polygon上的MATIC，那么她有多种途径来实现：

1）通过Hop把ETH从Ethereum换到Polygon, 然后通过1inch，把ETH换成MATIC；

2）通过Paraswap，把ETH换成 DAI ，然后通过HOP将DAI从Ethereum换到Polygon, 再通过1inch把DAI换成MATIC；

3）通过1inch，把ETH换成MATIC，然后通过HOP把ETH从Ethereum换到Polygon；

4）通过1inch，把ETH换成USDT, 然后通过HOP把USDT从Ethereum换到Polygon， 再通过1inch把USDT换成MATIC；

5）通过1inch把ETH换成USDC，通过HOP把USDC从Ethereum换到Polygon，再通过1inch把USDC换成MATIC。

系统会自动找到所有可用的路线，并分别以三条标准进行排序：1）目标链上的最大输出；2）最低Gas费用；3）最短时间。

图 6. 跨链聚合器示例

2> 跨链交易聚合器

cowswap可以完美地聚合多笔单链交易，类似概念可以用来聚合跨链交易。

Cowswap聚合交易示例：

https://etherscan.io/tx/0x755a66da5b4ea0575d9060eeddd2dde0eed19c3f9550039734b9fe5fe4c2fa11

图7. Cowswap聚合交易示例

假设 Alice 想将 100 DAI 从 Optimism 转移到 Arbitrum，而 Bob 想将 50 DAI 从 Arbitrum 转移到 Optimism。跨链交易聚合器可以将DAI相互清算 ，并将剩余的 50 个 DAI 从 Optimism 转移到 Arbitrum。

参考：

https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8

https://asset.first.vip/uploads/20211206/6_%E8%B7%A8%E9%93%BE%E6%A1%A5_211119-21576438-54278196.pdf

https://messari.io/pdf/messari-report-crypto-theses-for-2022.pdf