作者：Faust & Abyss，极客 Web3
摘要：自从各种跨链桥横空出世以来，紧随的各种黑客攻击事件几乎从未停止，2022年Axie官方跨链桥被盗6.2亿美元一事更是震撼了世人，无数人开始思考如何解决跨链桥的安全与免信任，但时至今日，这个领域依然存在许多悬而未决的问题。
但与公链赛道一样，跨链桥在设计思路上同样存在“不可能三角”，而且实质今日仍然无法打破。为了在成本与UX上具备优势，绝大多数跨链桥都采用了类似于多签的见证人模型，而这种方案从落地的第一天起，就是黑客眼中的香饽饽。
惨痛的历史经验告诉我们，没有添加防护措施的见证人桥迟早会出事，但这种桥在整个比特币生态已然是家常便饭，让人感到毛骨悚然。
本文将要介绍的Bool Network，在为跨链桥项目方提供动态轮换的见证人基础上，结合隐私计算和TEE封装密钥，尝试在传统见证人桥的安全模型上进一步优化，解决跨链桥的去中心化问题，这也许能为比特币跨链桥带来破局的希望。
跨链桥的本质，是向B链证明A链上有人发起了跨链请求，且当事人按照规定支付了费用。要证明这件事，可以有不同的实现路径。
轻客户端桥往往在链上部署智能合约，在链上Native的验证跨链消息，这种桥的安全性最高，但成本也最高昂，而且无法在比特币链上实现（目前打着比特币ZK桥旗号的项目方，只能保证BTC跨到其他链时走ZK桥，BTC再跨回去时无法通过ZK桥来实现）。
以BitVM为代表的乐观桥，通过欺诈证明来确保跨链消息被如实处理，但这种方案落地难度极大。绝大多数比特币跨链桥最终都采用了见证人的模式，在链下指定几个见证人，由见证人验证并确认所有的跨链消息。
DLC.link为代表的DLC桥，虽然在预言机/见证人多签基础上引入支付通道的思路，最大程度限制见证人作恶的场景，但还是无法在根源上彻底抹除多签的隐患。
最终我们会发现，在BitVM落地前，除了闪电网络/支付通道或RGB 这类基于客户端验证或同构绑定的项目以外，其他的比特币跨链桥骨子里都是多签。
历史早已证明，如果不解决多签跨链桥乃至于大型资管平台的去信任问题，出现资金被盗事件将只是时间问题。
对此，一些项目方让见证人超额抵押资产，以潜在的Slash来作为惩戒条件，或是让大机构充当见证人提供信用背书，弱化跨链桥的安全隐患。但归根结底，基于见证人模式的桥，安全模型和多签钱包基本一致，最终都要按照阈值，比如M/N来判定其信任模型，容错率比较有限。
如何设置和处理多签，如何让多签尽可能去信任，如何杜绝见证人做恶或抬高外界的攻击成本，将是比特币二层跨链桥需要长期思考的议题。
有没有什么办法可以让多签参与者难以串谋作恶，并且让黑客难以从外界盗取密钥？Bool Network尝试通过一套基于ZKP-RingVRF算法和TEE的综合方案来解决见证人桥的安全问题。
其实，无论是KYC或是POS或是POW，本质都是为了去中心化和反女巫，防止重要的管理权限集中在少数人手上。在POA和KYC之上使用多签/MPC方案，虽然可以通过大机构的信用背书来缓解安全风险，但这种模式和中心化交易所没有本质区别，你还是要信任这些被钦定的见证人不挪用跨链桥资金池里的钱，这其实就是联盟链，从根本上违反了区块链的Trustless精髓。
基于POS的多签/MPC方案比POA更去信任，准入门槛远比后者低，但还是会面临各种各样的问题：比如节点的隐私泄露。
假设现在有几十个节点组建的见证人网络，专门服务于某个跨链桥，由于这些节点需要频繁的交换数据，其公钥和IP地址或是其他的身份信息容易对外暴露，攻击者可以针对性的构建攻击路径，最终往往会导致某些节点的密钥被盗。此外，见证人也可能内部串谋，当节点数量比较少时，这种事很容易发生。
那么我们该如何解决上述问题？你可能会本能的联想到，要加强密钥的保护措施，防止被外界窥探到。一种比较可靠的方法是把密钥封装在TEE（可信执行环境）当中。
TEE允许节点设备在本地的安全区域内运行软件，系统中的其他组件无法访问其数据，你可以把私密数据或程序隔离在安全的执行环境中，防止机密数据被泄露或是被恶意操纵。
这里的问题是，如何保证见证人的确是在TEE中存放密钥并生成签名的？其实只要让见证人出示TEE的远程证明信息，就可以验证它是否跑在TEE里，我们只需要在任意一条链上验证TEE证明即可，成本几乎可以忽略不计。
当然，除了TEE之外，问题还没完。就算你引入了TEE，假如见证人的总量不多，比如说只有5个，我们还是会遇到各种问题，即便封装在TEE中的密钥无法被“看到”，由少数人组成的见证人委员会还是无法保障抗审查性和可用性。比如上述5个节点如果集体跑路，让跨链桥陷入瘫痪，这个时候桥接资产无法顺利的lock-mint或赎回，基本等价于永久冻结。
在综合考量了兼容性、去中心化、成本等因素后，Bool Network提出了这样一种构想：
我们通过资产质押的方式，构建出一个Permissionless的候选见证人网络，只要你质押足额的资产就可以加入进来；当网络规模足够大，比如说接入了几百上千台设备后，我们定期从网络中随机抽取一些节点充当跨链桥的见证人，以此来规避见证人“阶级固化”的问题（这种思路在现在的POS以太坊身上也有体现）
那么该如何让抽签算法具备随机性呢？传统的POS公链如Algorand、Cardano通过引入VRF函数，周期性的让VRF函数输出伪随机数，通过输出结果抽取出块人。但传统VRF算法往往无法保护隐私，有哪些人参与了VRF计算过程、VRF输出的随机数关联着的被选中者都有谁，几乎暴露在阳光下。
而跨链桥的动态见证人与POS公链动态选拔出块人要考虑的问题不同，公链的出块人即便身份泄露了，往往也无伤大雅，因为攻击者的作恶场景有限，会受到许多限制条件的约束；
而跨链桥见证人身份一旦泄露，黑客只要获取到其密钥，或是这些见证人内部勾结，就会让整个桥接资产资金池彻底陷入危机。Anyway，跨链桥和POS公链的安全模型是差了十万八千里的，必须更重视见证人的身份保密。
我们本能的想法是，最好把见证人名单隐藏起来，而Bool Network在这方面采用了原创的环状VRF算法，把选中的见证人身份隐藏在全体候选人中，其整体细节比较复杂，我们将其简化后表述如下：
1.所有的候选人在进入Bool网络前，先在以太坊或Bool自己做的一条链上质押资产，留下一个公钥作为注册信息。这个公钥又称为“永久公钥”。全体候选人的“永久公钥”构成的集合，在链上公开可见。这个永久公钥说白了就是每个人的身份信息；
2.每过几分钟~半小时，Bool网络会通过VRF函数，随机挑选出几个见证人。不过在此之前，每个候选人要在本地生成一次性的“临时公钥”，同时生成ZKP，证明该“临时公钥”与链上有记录的“永久公钥”有关联；换句话说，通过ZK证明自己存在于候选人名单中，但又不透露是哪一个人；
3.“临时公钥”的作用在于什么？正是为了隐私保护。如果直接从“永久公钥”集合中抽签，公布抽签结果时，大家会直接知道哪些人当选，这个时候安全性会大打折扣。
如果大家都临时提交一次性的“临时公钥”，再从“临时公钥”集合中选出几个中签者，你最多只知道自己中签，因为你不知道其他中签的临时公钥对应着谁。
4.这还不算完。Bool 网络打算这么搞：直接让你不知道自己的“临时公钥”是啥。这该怎么做呢？只要把临时公钥明文放在TEE里加密成“乱码”后再发出去就行。
我们可以把“临时公钥”的生成也放到TEE里执行，由于TEE可以把数据和计算加以保密，你根本不知道TEE里发生了啥。当“临时公钥”生成完毕后，会加密成“乱码”再发到TEE外部，这时你根本不知道自己的“临时公钥”的原文是啥，只能看到一个加密后的密文（需要注意，第二段提到的，证明临时公钥和某个永久公钥有关联的ZKP，也和临时公钥一起被加密了）。
5.候选人要把乱码形态的“临时公钥”密文，发送给指定的Relayer节点。Relayer负责解开这些乱码形态的密文，从中还原出全部的“临时公钥”原文。
这里有个问题，就是Relayer知道每个密文的发送者是谁，只要他把每个密文解析成“临时公钥”，自然而然就知道了每个“临时公钥”对应着哪个人。所以，上述工作也要在TEE里做，几百人的公钥密文进入TEE，出来后变成了公钥原文，就像混币器一样，可以有效保护隐私。
6.Relayer得到了原始的“临时公钥”后，把它们统一归集，提交给链上的VRF函数从中抽选出中签者，也就是从这些“临时公钥”中挑出几个中签人，组建下一届的跨链桥见证人委员会。
这样一来整体的逻辑其实就清晰了：我们定期的从见证人临时公钥集合中随机挑选几个，充当跨链桥的临时见证人，这个设计被命名为DHC（动态隐藏委员会）。
因为每个节点都运行TEE，MPC/TSS的私钥片段，还有见证人运行的核心程序、所有的计算过程，都隐藏在TEE环境内，每个人都不知道具体的计算内容包括什么，就连被选中的人自己都不知道被选中，这样可以从根本上防止串谋或者外部攻破。
在介绍完了Bool隐藏见证人身份和密钥的大体思路后，让我们来梳理下Bool Network的工作流程。我们假设左边是源链右边是目标链，上面的整个图构成了资产从源链到目标链的全流程生命周期，由此我们从数据流转的角度剖析一下Bool Network跨链的4个过程：
首先，提款人在源链发起提款动作后，消息被Realyer发送到Messaging Layer层；消息在到达Messaging Layer层后，由动态委员会对消息进行验证，确定消息在源链确实存在且有效，然后进行签名。
可能有人要问，既然前面提到，每个人都不知道自己有没有被选到见证人委员会里，怎么才能把消息传递给指定的人并让他们签名呢？其实这很好解决，既然不知道有谁是选中的见证人，那我们干脆就全网广播，把待处理的跨链消息传递给每一个人。
最开始我们曾提到，每个人的临时公钥都是在本地TEE里生成和封装的，在TEE外部看不到临时公钥。要验证自己的临时公钥是否被选中，这部分逻辑直接部署在TEE内，只要把待处理的跨链消息输入TEE，TEE内部的程序就会确定是否要对消息进行签名确认。
在TEE内对跨链消息签名后，还不能直接把数字签名发出去，因为如果你把签名直接往外发，大家会发现你对跨链消息附加了签名，猜到你是选中的见证人之一。所以，要想办法让外界不知道你是否对跨链消息签名了，最好的办法就是对签名信息本身加密，就和前面提到对临时公钥加密的思路类似。
总结就是：Bool Network会通过P2P传播，把待签名的跨链消息传递给所有人，选中的见证人在TEE内对消息进行验证和签名，然后把加密后的密文广播出去，其他人收到了密文后，再放进TEE内解密，重复上述流程，直到所有被选中的见证人都签名完毕，最后被Relayer解密成TSS签名的原始格式，完成跨链消息的确认和签名流程。
核心在于，几乎所有的活动都在TEE内进行，从外部看根本不知道发生了什么。每一个节点都不知道见证人有谁，不知道自己是不是选中的见证人，从根本上防止了串通作恶，并大幅度增加了外部攻击的成本。
要攻击基于Bool Network的跨链桥，你需要确定动态委员会里的见证人都有谁，但你根本就不知道它们是谁，这时你只有攻击整个Bool网络才行。像ZetaChain等单纯基于POS和MPC的跨链桥基础设施，其见证人身份全部暴露，假设阈值门限是100/200，你最少只需要攻击网络中一半的节点。
但换到Bool身上后，因为有了隐私保护，理论上你必须攻击所有的节点才行。再加上Bool所有节点都运行着TEE，此时的攻击难度会再度抬升。
并且，Bool Network本质还是见证人桥，见证人桥只需要在目标链上提交一个签名，就可以完成跨链处理流程，成本最低。由于没有Polkadot那样多余的中继链设计，避免了二阶验证的冗余，Bool的跨链速度可以很快。这种跨链模式同时兼备了资产跨链和消息跨链的需求，有着较好的兼容性。
这里我们抛出两个观点，首先资产跨链是ToC的产品，其次跨链桥是竞争大于合作的。从长期看，因为跨链协议的壁垒较高，需求较为同质化，跨链桥相关的资金集中度会越来越高，这是因为跨链协议有着较为强大的护城河壁垒，包括规模效应和转换成本。
Bool身为比跨链桥更底层的专用基础设施，实际上比上层的跨链桥项目方的商业前景更广阔，它甚至还可以承担预言机的功能，而不仅仅把场景局限在跨链消息验证，理论上还进入全链oracle的赛道，真正的构建去中心化oracle并提供隐私计算服务。
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