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跨链资产桥机制浅析 : Polygon vs Rollups

degate_team · 于 发布 · 181 次阅读

概述

近期,Polygon 生态 TVL 持续走高。随着 TVL 的快速放大,Polygon 市值也急速攀升,一度进入加密货币总市值的前 10,超越了 UNI、LINK 等老牌明星项目,这也使的社区对 Polygon 的安全性产生了讨论。

Polygon 希望成为首个以太坊扩容方案聚合器,同时支持多种 Layer 2、侧链等扩容方案。目前,Polygon 拥有一条基于 Plasma 框架和 PoS 共识机制的侧链以及配套的 PoS Bridge、Plasma Bridge 两座桥。

在所有侧链 和 Layer 2 的系统中,无疑 Bridge 的安全性是最重要的,因为所有的资产都被托管在一个 Layer 1 的智能合约中,该合约是否保留管理员权限,是否有紧急退出机制一般是衡量一个 Layer 2 系统是否无需信任的重要标志。本文将对并 Polygon 与 Rollup 方案的 Bridge 在安全性等方面进行对比。

Polygon Bridge

桥是侧链和 Layer2 等扩容方案的核心组件之一,资产必须通过桥才可以在以太坊主链和子链(侧链或 Layer 2)之间进行迁移,同时桥的具体实现机制也决定了扩容方案的安全性。Polygon 同时支持 PoS Bridge 和 Plasma Bridge 两种桥机制。

PoS Bridge 流程机制:

  1. 资产(ERC20/ERC721/ERC1155)的所有者首先必须 approve PoS 桥上的托管合约,用来转入一定数量 token,这个合约部署在以太坊主网上,事实上它会锁定所有存入的 token;
  2. 一旦 approve 完成,接下来就是存入资产,这会对 RootChainManager 合约进行函数调用,由于状态同步机制的存在,进而触发 Polygon 链上的 ChildChainManager 合约;
  3. ChildChainManager 内部调用子 token 合约的存款函数,并铸造相应数量的 token 资产存入特定用户的 Polygon 账户,值得注意的事,只有 ChildChainManager 才可以调用子 token 合约的存款函数;
  4. 一旦用户的账户存入了 token,他们可以立刻在 Polygon 网络使用这些 token;
  5. 提取 token 回以太坊分成了两步,第一步是在 Polygon 网络销毁这些 token,之后是将销毁交易的证明传回以太坊主网;
  6. 需要花费 10-30 分钟,销毁交易的证明才会被加入一个 checkpoint,并传回以太坊主网,这是由 PoS 验证者完成的。
  7. checkpoint 被传回主网后,会调用 RootChainManager 合约的 exit 函数,并传入销毁交易的证明;
  8. exit 函数将验证这个 checkpoint 中的所有销毁交易,验证通过后触发托管合约;
  9. 最后托管合约将之前锁定的 token 释放,并退还到用户的以太坊账户中。

Plasma Bridge 流程机制:

  1. 用户在以太坊上的 Polygon 合约中存入 token;
  2. 一旦以太坊主网确认了存款成功,Polygon 网络就会铸造相同数量的 token 并存入用户的 Polygon 账户,用户可以立刻使用这些 token;
  3. 用户可以随时提取 Polygon 上的 token 到以太坊上,一旦提交请求,需要等待 5 分钟的 checkpoint 时间;
  4. 当这个 checkpoint 被提交到以太坊主网后,将铸造一个相同价值的退出 NFT (ERC721)作为凭证;
  5. 用户需要等待 7 天的挑战期,这由 Plasma 安全机制决定;
  6. 一旦挑战期完成,可以使用退出 NFT claim 你的 token 资产,完成提款。

PoS Bridge 是官方推荐使用的桥,它具有更快的提款时间,支持更多的以太坊资产标准,而 Plasma Bridge 提款时需要等待 7 天的挑战期,但是它在安全级别上会更高。两者主要对比如下:
跨链资产桥机制浅析 : Polygon vs Rollups

Bridge 安全性对比

Bridge 安全性的核心其实在于用户是否可以无需信任的存入和提取资产,包括当 Layer 2 节点不可用甚至作恶时,Layer 1 能否独立的恢复 Layer 2 上的交易数据和用户在 Layer 1 上的资产余额(数据可用性),本节我们将 Polygon Bridge 和 Rollup Bridge 进行对比。

Polygon PoS Bridge

Polygon PoS Bridge 由一组外部验证者来保证安全性。在一般的 PoS 系统中,一般安全性是由验证者 bond 的资产和惩罚机制来保证的。

此外,该 Bridge 合约留有了管理员权限,由一个多签钱包通过代理控制,这个多签钱包起初是 2/3 多重签名,现在则升级为 5/8 方案。在这 8 个签名者中,4 个是 Polygon 联合创始人,另外 4 个则是来自其他 Polygon Defi 项目的主要成员。

通过我们对合约代码的检查,合约的 Owner 可以随时升级替换合约(没有延迟期),也即意味着 Owner 具备随时提取合约中所有用户资产的能力,这无疑是一个潜在的安全风险。所以 Polygon 通过 Pos Bridge 转移至 Polygon 网络的资产现阶段并不是无需信任的。

Polygon Plasma Bridge

Polygon Plasma Bridge 的退出机制基于 Plasma exit mechanism,由于同样使用了欺诈证明,用户提现时和 Optimistic Rollup 一样都需要等待 7 天的挑战期。

但 Plasma 方案相比 Rollup 方案的一个重要不足是数据不可用(data unavailability),即 Plasma 的 operator 只会把交易数据生成一个 hash 值存储到 Layer 1 上,因此 Layer 1 是不具备可用的数据来验证 operator 是否作恶以及恢复 Layer 2 上的所有交易的。

Optimistic Rollup Bridge

在 Optimistic Rollup 方案中,主要由第三方的 sequencer 负责 Layer 2 与 Layer 1 之间的交互。当用户在 Layer 1 存入资产时,由 Sequencer 在用户的 Layer2 账户中计入相应资产;与此同时,sequencer 周期性的将它在二层上收到的交易生成新状态根发布到以太坊上。当用户提现时,只要提供一个基于最新发布的状态根得到的,自身账户拥有足够多资产的默克尔证明,即可完成提现。为了防止 sequencer 提交无效的状态转换,Optimistic Rollup 引入了 verifier 和挑战期的概念,任何一个 sequencer 发布的新状态根都不会立刻生效,而是需要经过一个 7 天的挑战期,在挑战期内,只要 verifier 发现其中一个状态转换无效时,就可以发布欺诈证明,如果证明成功,就会取消这个状态转换,并且将 sequencer 的押金奖励给 verifier。

同时,为了避免 sequencer 作恶或者离线,sequencer 被要求将 Layer 2 所有的交易数据保存到 Layer 1 的 calldata 中,这样即使这个 sequencer 消失,一个新的 sequencer 也可以基于这些数据还原所有的 Layer 2 上发生的交易,并从中断处重新开始工作。

zkSync Bridge

Rollup 方案都会将 Layer 2 上的交易压缩提交到 Layer 1 上的 calldata 中,这首先确保了 Layer 2 网络数据在 Layer 1 上的数据可用性。

  1. 同时当 zkSync 整个系统不可用的时,比如 Layer 2 无法收到用户的签名,Layer 2 不再将交易数据提交到 Layer 1 时,任何人都可以触发进入紧急退出模式:
  2. 任何用户都可以在 Layer 1 通过调用 requestFullExit,发起提现请求,请求顺序存储,且有超时时间(目前设计为 3 天);
  3. 当 1 中请求序列中的第 1 个请求过了超时时间还未被 zkSync 的 operator 处理时,任何用户都可以通过调用 activateExodusMode 来激活 Exodus Mode;
  4. 在链下可以使用官方提供的的工具通过爬取 Layer 1 上的 calldata 数据来最终同步到 Exodus Mode 时的 zkSync 状态, 并基于此状态对用户拥有的资产产生 zkProof;
  5. 最后,用户通过调用 performExodus, withdrawPendingBalance 两个方法来完成最后的提现(需要用到第 3 步中产生的 zkproof 和一些数据做为参数)。

可见,zkSync 设计了非常完善的退出机制,即使 Layer 2 节点彻底不可用,用户仍然可以利用 Layer 1 上的 calldata 数据提取桥中存储的资产。

详情请阅读 : A Test of zkSync 1.0’s Exodus Mode on Ropsten

三者的主要对比:
跨链资产桥机制浅析 : Polygon vs Rollups

最后

DeGate 致力于打造以太坊 Layer2 上,交易体验最佳的去中心化交易所,团队将深入研究市面上的各种 Layer2 方案,并综合性能、安全性、用户体验等指标,选择在其中一个或多个方案上部署 DeGate 产品。

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