zkBridges 如何为 Web3 创建安全的多链未来

大家都有目共睹，2022 年对于加密行业来说是艰难的一年，但许多人还没意识到黑客在其中扮演了多大的角色。

尽管许多人都清楚地记得 Terra/Luna 的崩溃，但到 2022 年 8 月，跨链桥黑客攻击约占当年同期所有损失的 69%（https://blog.chainalysis.com/reports/cross-chain-bridge-hacks-2022/）。到今年年底，跨链桥黑客攻击将造成超过 16 亿美元的损失（https://zkvalidator.com/exploring-zk-bridges/ ）。仅 Ronin 桥黑客事件（https://cointelegraph.com/news/the-aftermath-of-axie-infinity-s-650m-ronin-bridge-hack ）就有 6.5 亿美元的 ETH 被盗。Horizon Bridge 黑客攻击（https://tcrn.ch/3OkZedY）使 Harmony 从排名前 30 的链跌至目前的 100 名左右。

损失的规模表明了跨链桥的脆弱性，但也表明了区块链跨链桥作为基础设施的必要性。跨链桥拥有大量流动性，因为 Web3 社区非常重视多链未来的愿景。事实上，不同的区块链具有不同的优势，它们需要能够相互通信以构建新的分布式网络版本。

那么可以采取哪些措施来确保跨链桥的安全，为多链未来做好准备呢？答案在于 zkBridges。

跨链桥和零知识证明的基础知识

首先，了解一下零知识证明和跨链桥的基础知识。

跨链桥的基础知识

区块链跨链桥（https://www.coindesk.com/learn/what-are-blockchain-bridges-and-how-do-they-work/）允许数据从一条链传输到另一条链。无论是交易还是简单的消息，桥都有助于以可信的方式将数据从一个区块链转换到另一个区块链。

转移通证的典型方式是通过锁定 / 解锁系统或燃烧 / 铸币系统。例如，当将通证从以太坊转移到 BNB 链时，资产将在一侧被锁定（或烧毁），而在另一侧则解锁或铸造等量的资产。

来自 MakerDAO 的基本区块链跨链桥基础设施图片

然而，这个过程并不容易。必须指定发送链上的中继者来验证交易并更新状态数据。接收链上的中继必须不断侦听来自发送中继的消息，验证这些交易，并使用这些数据来更新接收链上的状态。Burn 钱包或金库由多重签名钱包控制，其签名者通常是核心贡献者。换句话说，桥梁的计算成本很高，是中心化的，并且依赖于信任少数参与者的良好意图。

鉴于桥未能遵循 Web3 的一些核心原则（例如原子性、一致的状态更改和去中心化），难怪它们会成为黑客的攻击目标。它们很复杂并且攻击面很大。幸运的是，零知识证明（ZKP）的性质可以缓解其中许多问题。

零知识证明的基础知识

相比之下，零知识证明往往通过更多地依赖代码而不是信任来实现 Web3 的精神。

ZKP 是一种验证某些数据真实性的方法，同时揭示有关数据本身的“零知识”。证明的工作原理是通过专门的 zk 电路运行验证，其路径旨在验证数据。

典型的例子是一个圆形洞穴，另一端有一扇门，只能用密码打开。Bob 想向他的朋友 Alice 证明他知道密码，但又不想透露该密码是多少。他能这么做呢？

Bob 在 Alice 看不到的情况下进入了洞穴，并沿着两条路中的一条走了一小段路。然后他告诉 Alice 喊出她想让他从哪条路出来。这样做 20 次后，从数学上来说，Bob 在进入 A 后不使用密码从 B 退出是不可能的，反之亦然。

在这个例子中，洞穴就像一个 zk 电路，这是一个为了证明某些数据是真实的而设置的环境，而不泄露数据本身。不需要信任，没有数据被泄露，也不存在怀疑数据真实性或有效性的余地。

什么是 zkBridge？

zkBridge 将零知识证明应用于区块链跨链桥。它使用轻客户端和 zkSNARKS 创建一个安全、无需信任和去中心化的桥接系统，该系统比当前的桥接实现更符合 Web3 的精神。

zkBridge 不使用中继器来传递状态数据，而是使用轻客户端发送交易数据。轻客户端是一些软件，用于验证证明并与完整节点通信以更新状态数据。当交易通过 zkBridge 发送时，交易的标头中会包含某种类型的证明（称为“zkSNARK”），可以通过轻客户端中的 zk 电路进行验证。

什么是 zkSNARK？“SNARK”代表“简洁的非交互式知识论证”，一种特定类型的 ZKP，非常适合可扩展性和使用无需信任的设置。它们被称为“简洁”，因为它们将复杂的数据压缩为单个证明，使它们成为验证大量数据的更有效的方法。

通过使用轻客户端和 zkSNARK，zkBridge 可以变得更加去中心化、去信任化和安全。让我们深入了解 ZKP 如何改进区块链跨链桥的细节。

Zk 能为跨链桥做什么？

通过无信任设置提高安全性

当前 Web3 中桥的一个主要弱点是它们信任良好的意图，而不是代码。许多跨链桥黑客攻击都是桥接中继者故意发送错误交易、完成交易并快速转移资金的结果。但 zkBridges 提供了一种信任数学（https://polygon.technology/blog/announcing-polygon-bridge-for-polygon-zkevm-2）而不是信任人的方式。

因为它们使用 zkSNARK 来验证轻客户端发送的块头，所以桥本身可以判断交易是否有效，即使大多数节点对有效性撒谎。只需要一个经过验证的诚实节点即可无可争议地验证一笔交易。

正如伯克利大学的研究人员（https://rdi.berkeley.edu/zkp/zkBridge/zkBridge.html）所写：

远程区块链上块头的正确性由 zk-SNARK 证明，因此没有引入外部信任假设。事实上，只要连接的区块链和底层轻客户端协议是安全的，并且块头中继网络中至少存在一个诚实节点，zkBridge 就是安全的。

换句话说，zkBridges 使证明交易有效变得更加容易，而且更重要的是，使证明交易无效变得更加容易。这减少了攻击向量并创造了一个更安全、无需信任的未来。

去中心化控制

任何人都可以启动验证器节点的去中心化链是 Web3 的核心。用户希望应用程序和项目尽可能去中心化，但跨链桥本质上与这种精神相矛盾。

目前，跨链桥高度中心化。跨链桥项目的核心成员指定中继者并控制管理运营的多重签名钱包。毫不奇怪，这种中心化已被证明是一种巨大的负担。

ZkBridges 更加去中心化（https://crosschainbridges.blog/2023/02/10/zero-knowledge-bridging/ ）。任何人都可以设置一个提交交易进行验证的节点。验证并不依赖于发送链和接收链的共识，而是依赖于任何人都可以部署的轻客户端。这剥夺了中心化的控制权，并允许任何人使用桥并启动节点来验证交易。

为 dApp 开发人员增加了灵活性

通过依赖轻客户端，zkBridges 简化了两条链之间以及桥和 dApp 之间的通信过程。DApp 只需查看已验证的块头，而不是直接与桥的操作逻辑集成。最终结果是开发人员可以更轻松地在桥上构建 dApp，从而赋予他们更大的灵活性。

更强的互操作性

使用轻客户端还可以使互操作性变得更加容易。ZkSNARK 是“简洁的”，这意味着它可以减少桥接所需的计算负载。反过来，这可以更容易地在两个不兼容的生态系统之间搭建桥梁。使两个链相互通信所需要的只是每个链都支持一个轻客户端。

例如，Electron Labs （https://www.zkibc.com/）正在致力于 Cosmos SDK 项目和以太坊之间的连接。这个想法是将区块链间通信协议（IBC）转变为“zkIBC”，从而扩展 Cosmos dApp 与以太坊的兼容性。他们还推出了连接以太坊和 Near 的跨链桥（https://mainnet.electronlabs.org/bridge ）。

内置隐私

ZkBridges 还可以将隐私内置到其功能中。可以建立一座桥梁，帮助打破发送者和接收者之间的链接，同时使用 zkSNARK 来防止双重支出并保持交易的完整性。

ZkBridges 和多链未来

看到跨链桥黑客造成的破坏，人们很容易就会完全放弃这项技术。然而，这不是一种选择。

目前没有任何一条链能够满足 Web3 的所有需求和愿景。对于能够支持现实世界功能的去中心化、基于区块链的网络版本来说，互连的生态系统是必要的。此外，几乎每条链都有进出其平台的桥梁，这一事实表明跨链桥已经变得多么根深蒂固。

黑客攻击的规模本身就表明了 Web3 社区成员对跨链桥的重视程度。绝大多数人认识到未来需要一个互连、可互操作的 Web3 版本。

这就是 zkBridges 如此重要的原因。它们的无需信任和去中心化性质使它们比现有的桥接选项安全得多。因为它们更多地依赖数学而不是人性，所以它们将成为安全、多链未来的关键组成部分。

它们可能不是安全多链未来的唯一解决方案。但毫无疑问，他们将发挥重要作用，为我们指明前进的方向，表明前进的道路在于更先进的加密技术，而不是更中心化。

更多资源

了解有关 zkBridges 及其潜力的更多信息：

什么是区块链跨链桥以及为什么它们对 DeFi 很重要 – 来自 MakerDAO

https://blog.makerdao.com/what-are-blockchain-bridges-and-why-are-they-important-for-defi/ 

ZK 基础知识 – Ethworks.io

https://ethworks.io/assets/download/zero-knowledge-blockchain-scaling-ethworks.pdf 

无需信任、保护隐私的区块链桥梁——Drew Stone

https://arxiv.org/pdf/2102.04660.pdf 

用零知识证明架起多链宇宙的桥梁 – Ingonyama

https://medium.com/@ingonyama/bridging-the-multichain-universe-with-zero-knowledge-proofs-6157464fbc86 

ZK 能为 Web3 做什么

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