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。

比特币生态的现状：到处都是多签
 
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。



（跨链桥不可能三角主要指：1. 可扩展性：能否支持任意消息的传递 2. 无需信任：不引入或尽量少引入信任假设 3. 易适配性：落地难度，能适配包括比特币在内的不同公链）

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。

Bool 网络：专为跨链桥等设计的隐私计算基础设施

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。

（前不久 Scroll 也宣布采用 TEE 作为 ZKEVM 之外的辅助证明器，并验证了其 Sepolia 测试网上的全部区块）



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。



Bool Network 跨链消息的生命周期
 
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。

如何评价 Bool 的产品设计思路？

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。