撰文：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）
（Bool Network 节点设备内部构造示意图）
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，中签者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，因为你只知道自己的临时公钥被选中了，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。
