基于zkBridge的比特币网络跨链消息传输协议

时间：2023-12-18

Polyhedra Network 推出了基于 zkBridge 的比特币跨链消息协议，以显著提高比特币网络的互操作性。这项创新旨在使比特币网络能够与其他一层(layer-1)与二层(layer-2)区块链网络进行高效且安全的跨链互操作。比特币网络作为发送链：使用 zkBridge 无需信任地访问比特币网络上的任何数据和协议。

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为了促进比特币与其他区块链网络间的互操作，实现比特币网络既作为发送链又作为接收链的跨链协议至关重要。在比特币网络作为发送链的方向上，比特币网络与 Polyhedra Network 的 zkBridge 框架完全兼容。zkBridge 使接收链上的更新器合约(即轻客户端合约)能够直接验证比特币的共识机制以及通过验证 Merkle 证明来核实比特币上的每笔交易。这种兼容性确保了 zkBridge 能全面覆盖比特币网络的 PoW 共识证明和每笔交易 Merkle 证明。

比特币网络的 zkBridge 显著地增强了比特币生态系统的互操作性。我们的 zkBridge 系统允许将比特币上的所有当前和历史数据传输到任何的一层(layer-1)和二层(layer-2)区块链网络(例如以太坊、BNB Chain 和 Arbitrum)以及任何应用程序。我们的解决方案还与比特币网络上的最新创新协议(如 Ordinals、BRC-20 和 Atomicals 等)相兼容。这使得其他区块链网络上的智能合约能够无需信任地访问比特币网络上的任何数据和协议，并实现各种计算逻辑，系统安全性由零知识证明系统保障。

比特币网络作为接收链：通过去中心化和加密经济的信任模型将其他链上数据写入比特币网络

基于 zkBridge 的比特币网络互操作协议可以显著优化比特币网络的互操作性，并增强整体区块链世界的安全性。然而，在将消息和资产从其他区块链跨链传输到比特币网络时，我们将会面临一个重大挑战：比特币网络缺乏原生智能合约功能的支持。因此，比特币网络不能作为标准的 zkBridge 接收链，因为我们无法在比特币网络上构建轻客户端合约来对发送链的状态进行验证。因此我们需要新的模型可以使得其他区块链的数据可以安全地写入比特币网络。为了简化接下来的讨论，在本文中，我们将以太坊作为代表性的发送链，比特币作为接收链来探讨我们是如何实现将其他链的数据传输到比特币网络的。

为了确保这些跨链交易的安全，我们采用了一种类似权益证明(PoS)的机制。这包括邀请验证者质押以太坊原生 ETH 代币。如果发送链是 BNB 链，那么验证者需要质押 BNB 代币。这些质押所有者随后被授权在比特币网络上写入数据。为了达成正确消息发送的共识，这些验证者将使用多方安全计算(MPC)协议。值得注意的是，使用 MPC 协议旨在增强我们协议的鲁棒性和可靠性。

我们提案的核心特性是：我们协议的安全性并不依赖于多方安全计算(MPC)协议的准确性。即使是在恶意实体控制大部分 MPC 协议成员并篡改正确信息的情况下，我们的协议依然可以为用户提供足够的安全保障。如果恶意实体控制了 MPC 协议，用户可以自动发起 zkBridge 请求，将这个写入比特币网络的恶意消息从比特币网络发送到以太坊并通过 zkBridge 进行验证。接收到消息后，以太坊上的罚没(slash)合约将会评估其有效性(即验证该消息是否真的是一条恶意消息)，并在必要时对 MPC 委员会实施罚没(slash)。罚没的部分质押资金随后将会补偿给遭受损失的用户。通过引入基于质押/再质押机制的去中心化和加密经济信任，我们的解决方案确保了用户资产在 MPC 协议存在潜在的不法行为下仍然是足够安全的，这样就保证了任何区块链网络的数据都可以通过 zkBridge 协议被安全地写入比特币网络。

详细方案

1、质押者最初在以太坊上存入 ETH 代币作为质押。

2、在这种情况下，如果有质押者进行恶意行为，任何诚实的质押者或用户都可以在以太坊上报告这种欺诈行为。然后我们利用 zkBridge 将写入比特币网络上的相关数据传递到以太坊。。特别地，如上文介绍，以比特币作为发送链的单向 zkBridge 结构非常简单。我们的 zkBridge 包含了一个去中心化的零知识证明生成网络。网络中的任何节点都可以将比特币网络的当前区块头及其零知识证明传递到以太坊上。然后以太坊可以用这些区块头验证在比特币网络上出现的任何跨链交易。

3、同时，以太坊上有一个专门的智能合约随时准备自动验证从比特币网络传输的消息的有效性。一旦发现并确认恶意消息，该合约将会自动执行罚没 (slash) 不诚实质押者的 ETH 存款的操作。

4、这确保了只要比特币网络上至少有一个委员会成员或一个用户保持诚实，我们的质押机制就能保持其具备安全、无需信任和去中心化的性质。

本质上讲，我们引入的质押/再质押机制不仅增强了比特币的实用性，还加强了权益证明(PoS)区块链间的信任和安全性，标志着数字资产和去中心化金融领域的重大进步。

总结

综上所述，Polyhedra Network 引入的比特币互操作性协议在区块链技术中标志着一次重大飞跃。通过使比特币网络既能作为发送方也能作为接收方，结合 zkBridge，我们的互操作协议为比特币与各种区块链网络之间前所未有的互动铺平了道路。对于比特币网络作为发送链的情形，zkBridge 允许将比特币网络上的所有当前和历史数据无需信任地传输给任何一层(layer-1)和二层(layer-2)区块链网络。对于比特币网络作为接收链的情形，我们的系统不仅通过质押和罚没机制确保了强大的安全性，还增强了比特币的实用性和覆盖范围。这一创新不仅挖掘了闲置比特币的潜力，还加强了权益证明区块链间的信任和安全性，预示着融入比特币生态的数字资产和去中心化金融的新时代。