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：

在其它链上的BTC情况为：

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%。

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

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？

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
  

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。
  

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

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。

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：

但是，这样的中心化bridge，没有防盗/扣押/审查/丢失保护。

3.5 如何在不改变Bitcoin的情况下，实现去中心化bridge？

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）
  
• 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）
    

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
  
  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
Cashu	Single 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）

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。

参考资料

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