以太坊与跨链（总览+原生验证）

跨链及其分类

• 目标：实现相互独立的不同区块链间的信息传递，例如：使用1BTC换100ETH、通过 burn/lock 和 mint 进行资产映射、跨合约调用等

• 核心：实现区块链之间信息的可信传递以及验证

Connext 创始人 Arjun Bhuptani 提出的一个跨链分析框架，将跨链桥按照信息验证的方式分为三类：

• 原生验证，目标链拥有验证者 （最安全）
• 外部验证，第三方验证者 （最通用）
• 本地验证，只有交易参与者验证（最简单）

原生验证桥

概述：

• 具体的说，原生验证指在目标链部署源链的轻节点，然后使用轻节点对源链的交易信息进行验证。

• 验证分为：有效性验证和最终性验证（PoW，PoS）

• 典型原生跨链桥：BTC-Relay，Rainbow Bridge

举例1：BTC-Relay

BTC-Relay 是最早的轻节点合约，也是最早的原生验证跨链桥。其工作原理是在以太坊上部署一个 BTC 的 SPV 轻节点，用于对 BTC 链上的交易做 SPV 验证。

跨链流程：

1. 链下 Relayer 负责不断的将 BTC 链的区块头传递到轻节点合约，轻节点合约在对区块头进行验证：

   • 有效性验证是以验证工作量证明为核心

   • 最终性验证则是等待该区块头后面被追加了 6 个以上的有效区块

2. 链下的 Relayer 无需信任假设，任何人都成为 Relayer 传递 BTC 的区块。

举例2：Rainbow bridge

Rainbow bridge 是 Near 开发的连接 Near 生态与以太坊生态的官方跨链桥。Rainbow Bridge 的核心组成部分是两个链上合约和三个链下代理：

PS：彩虹桥这个例子主要关注典型PoS链的轻节点实现，以太坊（PoS）轻节点的实现目前较少，想要了解可以参考 Eth Client On Darwinia Chain

组件介绍：

一、下述组件1和2实现 ETH -> Near 跨链：

• 流程：Near 链上的以太坊(PoW)的轻节点合约跟踪以太坊每个区块头，实现对以太坊交易的验证，对中继者无信任假设，与BTC-Relay原理一致

1. EthOnNearClient：Near 链上部署的以太坊轻节点

2. Eth2NearRelay：负责将以太坊的区块头中继到 Near

二、上述组件3 4 5实现 Near->ETH 跨链:

• 流程：以太坊链上的Near(PoS)轻节点合约对Near的每个Epoch跟踪一个区块头，因为Near速度比ETH快很多，每个区块头都同步是不现实的，同时Near的验证人集合每个 Epoch 才会变一次，因此每个Epoch跟踪一次验证者改选的区块就可以使轻节点具备验证Near交易的能力。（PoS轻节点的典型实现）

3. NearOnEthClient：以太坊上部署的Near轻节点

4. Near2EthRelay: 负责将Near区块头中继到以太坊

5. Watchdog: 负责向提交无效区块头的 Near2EthRelay 提出挑战

特殊点说明：

以太坊不兼容 Near 所采用的 Ed25519 签名格式，以太坊验证Near较麻烦，因此引入乐观验证，留4小时给 Watchdog挑战Relay，挑战成功则没收Relay的质押；这种方式带来了新的信任假设：至少有一个 Watchdog 是忠实的。

小结：

原生验证桥小结：

1. PoW 和 PoS 类型的区块链都有其各自的典型范式；

2. 可信程度最高，信任假设很弱，甚至可以做到无信任假设；

3. 通用性较差，跨链双方都要实现对方的轻节点，随着链的增加边际成本不会下降；链的升级可能导致轻节点也要升级；

4. 各原生验证桥与以太坊的对接过程中有不同的轻节点优化方案：乐观验证（RainbowBridge）、验证者集抽样（SnowBridge）、链下生成零知识证明（zkBridge）等；

5. 以太坊 Altair 升级和 Polkadot 开发 Beefy 模块都是为了更好兼容原生验证；

值得注意的是：

• Cosmos IBC 是一套较为优秀的同构跨链协议，使用其 Cosmos SDK 构建的区块链天然支持同构链间的原生验证跨链；