撰文：Wormhole
到目前为止，我们究竟有多少条公链（L1s & L2s）？
也许没有人能够立刻准确的回答这个问题。据 DefiLlama 统计，目前已被其收录的公链多达 225 条，除此之外还有大量尚未被收录的新链、未上线的链，可以说加密世界是一个由多链构成的混沌世界。
在这个多链并存的加密世界中，每条链都有其独特的技术特点、社区支持、开发工具和生态系统。例如，有以 Bitcoin 为首的 POW 公链，有以 Ethereum 为代表的 EVM 系公链及一众 L2，有像 Solana 这样独树一帜的高速公链，也有以 Aptos、Sui 为代表的 Move 系公链。这样的多样性确实为去中心化应用（DApps）和金融创新提供了更多的可能性。但与此同时，这也带来了一系列的挑战。
互操作性，即不同区块链间的资产和信息交互，成为了一个亟待解决的问题。在过去，不同的区块链系统相互之间如同孤岛，它们各自拥有大量的资产和数据，但又无法有效地与其他链进行互动。这对于希望实现真正去中心化的加密世界来说，无疑是一个巨大的阻碍。
为了解决这个问题，跨链技术应运而生，它试图打破这些孤岛，使不同的区块链系统能够流畅地交换资产和信息。对于开发者和用户来说，跨链不仅意味着更大的流动性和选择，还意味着一个更加开放和互联的区块链世界。
本文我们将探讨为什么我们需要跨链，跨链技术的核心概念、分类、实现方法和挑战，以及它如何塑造我们未来的加密世界。
Part1 跨链的需求
跨链技术真的是我们达到一个真正去中心化的、互联互通的区块链未来所必需的吗？
我相信很多人对此会有不同的答案，受此前跨链领域出现的一连串安全事故的影响，一部分人甚至成了「巴甫洛夫的狗」，提到跨链就自动识别为「伪命题」、「陷阱」，这是这些人的悲哀也是整个行业的悲哀。
但不得不承认的是，多链并存是当下市场的格局，并且随着公链和 Layer2（Rollups）数量的增加以及各自生态的逐渐完善，跨链势必会成为当下市场格局中的刚需。从下面两个方面的阐述中，你也许会找到答案：
首先，互操作性问题成为了一个日益明显的痛点。在 225 条以上的公链中，每一条都可能有其特定的应用、资产和用户。但在这些链上创建的价值，如果无法流转到其他链上，其潜力将会受到严重限制。这不仅仅是资产交易的问题，还涉及到数据、逻辑以及应用的互用性。
这正是目前的区块链世界面临着「孤岛」问题。这些孤岛之间有丰富的资源，但由于相互隔离，无法充分利用。想象一下，如果互联网的各大平台之间不能互相通讯，那么我们的在线体验将会大打折扣，区块链上的情况也类似。
其次，资产流动性是金融系统的核心。在传统金融世界中，资产可以在各大交易所、银行和金融机构之间自由流动。然而，在目前的区块链领域，不同链上的资产流动性受到了限制。这不仅影响了用户的交易体验，也限制了去中心化金融（DeFi）的进一步发展。
因此，无论是从互操作性问题还是资产流动性问题上考虑，我们都对跨链有着切实的需求，这既包括传统的资产跨链桥（Bridge），也包括互操作协议（Interoperability Protocol）。在下面的章节中我们将尝试从技术的角度对所有的跨链方案进行分类，并针对这两个类别做单独的介绍以便读者有更好的理解。
Part2 跨链方案的分类
跨链技术在近些年迅速发展，为我们提供了一系列的方法来解决链与链之间的交互问题。这些跨链解决方案根据不同的维度有着不同的分类方法，这里我们引入 Connext 创始人 Arjun Bhuptani 提出的跨链分析框架，根据互操作协议（跨链桥）的消息验证方式将其分为三大类别：原生验证、外部验证和本地验证。
1 原生验证
（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）
在原生验证的模型中，目标链上运行一个源链的轻客户端或轻节点，以便在目标链上验证来自源链的消息。这种方法的主要优势是其高度的信任性和去中心化特性。因为轻客户端的验证逻辑与其他类型的节点对区块的验证逻辑是完全相同的，因此它提供了一个健壮的跨链验证机制。
这种机制中的关键角色是 Head Relayer，它负责将源链的区块头信息传递到目标链上的轻客户端进行验证。这种方法的挑战在于其对底层共识机制的依赖性，以及可能涉及的复杂性，特别是在需要处理的链的数量增加时。
采用原生验证的项目包括 Cosmos IBC，Near Rainbow Bridge，Snowbridge 等，其中 Rollup 的进入 / 退出也是原生验证的一种特殊形式。
2 外部验证
（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）
外部验证的方法是通过引入一个外部验证者集来负责验证跨链消息，这个外部验证者集通常由多个实体组成，外部验证者有多种形式包括多方计算系统（MPC）、预言机（Oracle）、多签小组等，这些验证者 / 见证人本质上没有太大的不同。这种方法的一个明显的优势是其可扩展性高，因为它可以被轻松地扩展到任何区块链（采用外部验证方式的桥是目前跨链桥赛道占比最高的）。
但是值得注意的是，引入外部验证者集也意味着引入了新的安全假设。这种模式中的安全性是由 A 链、B 链和外部验证者集三者中的最低安全性决定的，正因如此这种方式可能会增加系统的薄弱点。
外部验证协议的示例包括 Wormhole（Portal Bridge），Axelar，Chainlink CCIP，Multichain 等，本质上 LayerZero 采取的方案也属于外部验证。
3 本地验证
（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）
与上述两种方法不同，本地验证也被称为点对点验证，其关注的是交易双方直接的验证。这种方法通常涉及一个哈希时间锁合约（HTLC），其中交易双方可以相互验证对方的交易。由于这种模式下的交易双方通常具有对抗性的经济利益，因此合谋的可能性被大大降低。
这种方法的一个显著优点是其去中心化特性和对于交易双方的高度信任性。但它也面临着一些挑战，例如可能需要交易双方同时在线的问题，以及无法支持链与链之间的通用数据传递（也就是说采用本地验证方式仅适用于 Swap 桥，主要是以太坊跨层资产桥）。
采用本地验证的典型案例包括 Connext，cBridge，Hop 等。
总结一下，以上三种跨链技术方法各有优势和限制，同时也只是根据其中一个维度进行的分类介绍。在实践中，具体应该选择哪种方法取决于特定的应用需求、安全性考虑以及所涉及的链的性质。随着加密领域的持续发展，我们期待更多的创新方法来应对跨链交互中的挑战。
Part3 资产跨链与跨链消息传递
上面我们已经介绍了跨链的基本概念和跨链方案的分类，相信大家已经对于跨链技术有了初步的了解，为了让大家对于资产跨链和跨链消息传递更清晰的理解，本章节将主要介绍两者之间的区别。
4 资产跨链
资产跨链是使得数字资产能够从一个区块链无缝地迁移到另一个区块链的技术。也是当前最为普遍且受欢迎的跨链应用，因为它解决了一个核心问题：如何在不同的链上代表和使用相同的资产。资产跨链常见的工作原理如下：
资产锁定和铸造（Lock-and-Mint）
在资产跨链过程中，最常见的方法是资产锁定和铸造。简单来说，当资产从源链移动到目标链时，它在源链上被锁定，并在目标链上被「铸造」。（类似的机制还有销毁和铸造 Burn-and-redeem，篇幅原因，本文不展开阐述，典型案例 USDC 发行方 Circle 所采取的跨链方式）
（图表来源：web3edge，@0xPhillan）
例如，当 BTC 在以太坊上作为代币使用时，原始的 BTC 被锁定，然后在以太坊上生成等价的 Wrapped Bitcoin (WBTC) 代币。这确保了 BTC 的总供应量不会改变，从而保持了资产的稀缺性。除了 WBTC，以太坊的一些 Layer2 官方桥，例如 Polygon Bridge、Arbitrum Bridge，连接以太坊和 Near 生态的 Rainbow Bridge 也采用锁仓 + 铸造 / 销毁类机制。
流动性置换（Liquidity Pool）
流动性置换涉及使用一种特殊的流动性池来促进跨链交易。当用户进行跨链时，用户可将他们在一条链上的资产存入流动性池，并从另一条链上的流动性池中提取等值的资产。这种方法的好处是它可以提供快速的交易和兑换，但可能会涉及某些费用，因为流动性提供者（LP）通常希望他们提供的流动性能获得回报。
（图表来源：web3edge，@0xPhillan）
从机制上看，这类跨链桥的安全风险主要由 LP 承担。池子一旦被黑客攻击，LP 所提供的流动性很可能会被黑客盗取。流动性池失去平衡也会导致跨链资产价值的凭空蒸发，从而把危机传导给跨链用户。采用流动性池方式的跨链桥主要有 ThorSwap、Hop Exchange、Synapse Bridge 等。
原子兑换（Atomic Swaps）
原子兑换允许两方在不需要中介的情况下直接交换资产。它通过利用哈希时间锁合同（HTLC）来实现，确保了交换是「原子性」的，这意味着交易要么全部完成，要么完全不进行。原子兑换类跨链桥存取资产都通过私钥，当一方作恶时，另一方可以通过时间锁（在规定时间后才可以打开）取回资产，不需要中心化的第三方提供信任保障。采用原子兑换类跨链方式的典型项目包括 Connext，cBridge 等。
（图表来源：web3edge，@0xPhillan）
5 跨链消息传递
与资产跨链不同的是，跨链消息传递涉及的不仅仅是资产，还包括了从一个链传递到另一个链的所有信息类型，如合约调用、状态更新等。
状态同步
一种常见的跨链消息传递方法是通过状态同步。这意味着一个链的状态或部分状态被同步到另一个链。例如，Polkadot 的中继链就是负责处理其各个平行链状态的同步。
事件监听与响应
当一条链上发生某事件（如交易被确认或智能合约被调用）时，另一条链可以被配置为监听这些事件，并根据需要作出响应。例如，ChainSafe 的 ChainBridge 就采用了这种方法来处理跨链消息。
事实上，无论是资产跨链还是跨链消息传递，核心的挑战都是确保信息的完整性、安全性和实时性。随着技术的发展，新的跨链解决方案将不断出现，为多链环境中的互操作提供更为强大和灵活的支持。
Part4 跨链的挑战
在区块链的发展和日益成熟的过程中，跨链技术已成为重要的研究方向，旨在实现不同区块链间的资产和数据无缝交流。然而，要实现这一目标并非易事。类比单体区块链中的「不可能三角」，在跨链互操作领域也存在着「三难协调」问题。
按照 Arjun Bhuptani 提出的框架，任何跨链方案设计，最多只能满足以下三者当中的两者：
- 可扩展性（Extensible）：支持任意消息传传递
- 无需信任（Trustless）：不引入新的信任假设
- 易适配性 （Generalizable）：能够轻易适配更多区块链
（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）
当我们无法同时满足三者时，就需要在三者之间进行取舍和权衡，而这一权衡相对于单体区块链可能具有更高的复杂性，它包括了安全与信任权衡、统一与多样化的权衡、包装资产与原生资产的权衡……等等，这些都是未来跨链技术继续发展演进道路中需要面临的挑战。可以说，各类跨链桥项目都在试图从不同的角度优化乃至破解三难协调困境，并使得综合性能达到最高。
Part5 总结与展望
跨链技术是区块链发展的关键领域甚至被认为是区块链领域的圣杯，是打破区块链「孤岛」实现万链互联互通的关键技术。从资产跨链到消息跨链，所有的 Web3 Builder 正在努力实现一个联合、协同工作的区块链生态系统。
然而，正如我们所讨论的，跨链技术仍然面临许多挑战。但随着研究的深入和技术的进步，我们期待在未来能够克服这些挑战，实现一个更加安全、高效和无缝的跨链生态。
参考资料：
[1] The Interoperability Trilemma( https://medium.com/connext/the-interoperability-trilemma-657c2cf69f17)
[2] Master Web3 Fundamentals: Interoperability & Bridges( https://web3edge.io/fundamentals/master-web3-interoperability-bridges#)
[3] Paka Labs 跨链研报（3/4）| 将孤岛连成大陆：解读 20 座跨链桥及 4 种跨链技术范式
[4] 不在深奥的跨链桥：一文全解
