作者:Zeke,YBB Capital 来源:medium 翻译:善欧巴,金色财经
前言在以以太坊为首的模块化区块链时代,通过整合数据可用性(DA)层来提供安全服务已经不再是一个新鲜的概念。目前,通过质押引入的共享安全概念为模块化空间提供了新的维度。它利用“数字金银”的潜力,为众多区块链协议和公链提供从比特币或以太坊到安全的保障。这个故事相当宏大,因为它不仅释放了价值数万亿美元资产的流动性,而且还是未来扩展解决方案的关键要素。例如,最近比特币质押协议 Babylon 筹集了 7000 万美元的巨额资金,以太坊重新质押协议 EigenLayer 筹集了 1 亿美元的资金,这说明了领先风险投资公司对该领域的大力支持。
然而,这些事态发展也引起了人们的严重担忧。如果模块化是扩展的最终解决方案,并且这些协议是该解决方案的关键组成部分,那么它们很可能会锁定大量的 BTC 和 ETH。这带来了协议本身的安全性问题。众多LSD(Liquid Stake Derivatives)和LRT(Layer 2 Rollup Tokens)协议形成的复杂分层会成为区块链未来最大的黑天鹅吗?他们的商业逻辑合理吗?由于我们已经在之前的文章中分析了 EigenLayer,因此下面的讨论将主要集中在 Babylon 上来解决这些问题。
扩大安全共识比特币和以太坊无疑是当今最有价值的公共区块链。它们多年积累的安全性、去中心化、价值共识,是它们始终屹立于区块链世界巅峰的核心原因。这些是其他异构链难以复制的罕见品质。模块化的核心思想是将这些品质“出租”给有需要的人。在当前的模块化方法中,有两个主要派别:
第一派使用足够安全的第 1 层(通常是以太坊)作为 Rollups 的底部三层或部分功能层。该方案具有最高的安全性和合法性,可以吸收主链生态系统的资源。但对于特定的 Rollups(应用链、长尾链等)来说,在吞吐量和成本方面可能并不是特别友好。
第二派旨在创造一个接近比特币和以太坊安全性但性价比更好的存在,比如Celestia。Celestia 通过使用纯 DA 功能架构、最小化节点硬件要求和较低的 Gas 成本来实现这一目标。这种简化的方法旨在创建一个与以太坊的安全性和去中心化相匹配的 DA 层,同时在尽可能短的时间内提供强大的性能。这种方式的缺点是其安全性和去中心化性还需要一段时间才能充分发挥,并且在与以太坊直接竞争时缺乏合法性,导致以太坊社区的拒绝。
该派系中的第三种类型包括巴比伦和特征层。他们利用权益证明(POS)的核心概念,通过利用比特币或以太坊的资产价值来创建共享安全服务。相比前两种,这是一种更加中性的存在。其优势在于继承了合法性和安全性,同时也为主链的资产提供了更多的实用价值,并提供了更大的灵活性。
数字黄金的潜力无论任何共识机制的底层逻辑如何,区块链的安全性很大程度上取决于支持它的资源。PoW 链需要大量的硬件和电力,而 PoS 则依赖于质押资产的价值。比特币本身由一个极其庞大的 PoW 网络支持,使其成为整个区块链领域中最安全的存在。然而,作为一条流通市值1.39万亿美元、占据区块链市场半壁江山的公链,其资产效用主要仅限于转账和gas支付。
对于区块链世界的另一半来说,尤其是以太坊在上海升级之后转向PoS之后,可以说大多数公链都默认使用不同的PoS架构来达成共识。然而,新的异构链往往无法吸引大量资本质押,从而引发对其安全性的质疑。在当前的模块化时代,Cosmos 区域和各种 Layer 2 解决方案可以使用各种 DA 层来进行补偿,但这往往是以自治为代价的。对于大多数旧的 PoS 机制或联盟链来说,使用以太坊或 Celestia 作为 DA 层通常也是不切实际的。Babylon 的价值在于通过使用 BTC 质押为 PoS 链提供保护来填补这一空白。正如人类使用黄金来支持纸币的价值一样,比特币非常适合在区块链世界中扮演这一角色。
从0到1释放“数字黄金”一直是区块链领域最雄心勃勃但最难实现的目标。从早期的侧链、闪电网络、桥接代币到如今的 Runes 和 BTC Layer 2,每种解决方案都有其固有的缺陷。如果巴比伦旨在利用比特币的安全性,那么必须首先排除引入第三方信任假设的中心化解决方案。剩下的选项中,符文和闪电网络(受限于开发进度极慢)目前仅具备资产发行能力。这意味着 Babylon 需要设计自己的“扩容解决方案”,以实现原生比特币质押从 0 到 1。
细分目前比特币可用的基本元素,本质上有以下几个:1. UTXO 模型,2. 时间戳,3. 各种签名方法,4. 基本操作码。鉴于比特币的可编程性和数据承载能力有限,Babylon 的解决方案基于极简主义原则。在比特币上,只需要完成质押合约的基本功能,这意味着BTC的质押、削减、奖励和检索都在主链上处理。一旦实现了这个 0 到 1,Cosmos 区域就可以处理更复杂的需求。然而,一个关键问题仍然存在:如何将PoS链数据记录到主链上?
远程质押UTXO(Unspent Transaction Outputs)是中本聪为比特币设计的交易模型。核心思想非常简单:交易只是资金的进出,因此整个交易系统可以用输入和输出来表示。UTXO 代表进入但未完全花费的资金部分,因此保留为未花费的交易输出(即未支付的比特币)。整个比特币账本本质上是UTXO的集合,记录每个UTXO的状态来管理比特币的所有权和流通。每笔交易都会花费旧的 UTXO 并生成新的 UTXO。由于其固有的可扩展性潜力,UTXO 自然成为许多原生扩展解决方案的起点。例如,
Babylon 还需要利用 UTXO 来实现 Stake 合约(Babylon 称为远程 Stake,即通过中间层将比特币的安全性远程传递到 PoS 链)。合约的实现可以分为四个步骤,巧妙地结合了现有的操作码:
锁定资金
用户将资金发送到由多重签名控制的地址。通过 OP_CTV(OP_CHECKTEMPLATEVERIFY,允许创建预定义的交易模板,确保交易只能根据特定的结构和条件执行),合约可以指定这些资金只能在某些条件下使用。一旦资金被锁定,就会生成一个新的 UTXO,表明这些资金已被质押。
条件验证
通过调用OP_CSV(OP_CHECKSEQUENCEVERIFY,允许根据交易的序列号设置相对时间锁,表示UTXO只有在一定的相对时间或块数之后才能被花费),可以实现时间锁。结合OP_CTV,可以实现质押、取消质押(允许质押者在质押期限满足后花费锁定的UTXO)和削减(如果质押者恶意行为,则强制将UTXO花费到锁定地址,使其不可花费) ,类似于黑洞地址)。
状态更新
每当用户质押或提取质押资金时,都涉及创建和花费 UTXO。新的交易输出生成新的 UTXO,旧的 UTXO 被标记为已花费。这样,每笔交易和资金流动都会准确记录在区块链上,确保透明度和安全性。
奖励分配
合约根据质押金额和质押期限计算奖励并通过生成新的 UTXO 进行分配。一旦满足特定条件,这些奖励就可以通过脚本条件解锁和花费。
时间戳建立原生 Stake 合约后,自然要考虑从外部链记录历史事件的问题。在中本聪的白皮书中,比特币区块链引入了 PoW 支持的时间戳概念,为事件提供了不可逆转的时间顺序。在比特币的原生用例中,这些事件是指在分类账上执行的各种交易。如今,为了增强其他 PoS 链的安全性,比特币还可以用于为外部区块链上的事件添加时间戳。每次发生此类事件时,都会触发发送给矿工的交易,然后矿工将其插入比特币分类账中,从而为该事件添加时间戳。这些时间戳可以解决区块链的各种安全问题。为父链上的子链中的事件添加时间戳的一般概念称为“检查点”,用于添加时间戳的交易称为检查点交易。具体来说,比特币区块链中的时间戳具有以下重要特征:
时间格式:时间戳记录自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC 以来的秒数,这种格式称为 Unix 时间或 POSIX 时间。
用途:时间戳的主要用途是标记区块生成时间,帮助节点确定区块的顺序,协助网络的难度调整机制。
时间戳和难度调整:比特币网络大约每两周或每 2016 个区块调整一次挖矿难度。时间戳在此过程中发挥着至关重要的作用,因为网络根据最近 2016 个区块的总生成时间来调整难度,以确保大约每 10 分钟生成新区块。
有效性检查:当节点收到新块时,它会验证时间戳。新区块的时间戳必须大于之前几个区块的中位时间,并且不得超过网络时间超过 120 分钟(未来 2 小时)。
时间戳服务器是Babylon定义的新原语,可以通过PoS区块中的Babylon检查点分配比特币时间戳,保证时间序列的准确性和不可篡改。该服务器作为Babylon整个架构的最顶层,是信任的核心来源。
如图所示,Babylon 的整体架构可以分为三层:比特币(作为时间戳服务器)、Babylon(作为中间层的 Cosmos Zone)以及作为需求层的 PoS 链。Babylon 将后两者称为控制平面(Babylon 本身)和数据平面(各种 PoS 消费链)。
了解了协议的基本去信任实现后,让我们深入研究 Babylon 本身如何使用 Cosmos 区域连接两端。根据斯坦福大学 Tse Lab on Babylon 的详细解释,Babylon 可以接收来自多个 PoS 链的检查点流,并将这些检查点合并到比特币上发布。通过使用来自 Babylon 验证器的聚合签名,可以最小化检查点大小,并且通过允许 Babylon 验证器每个时期仅更改一次来控制这些检查点的频率。
来自各个 PoS 链的验证者下载 Babylon 区块,以检查其 PoS 检查点是否包含在经过比特币检查的 Babylon 区块中。这使得 PoS 链能够检测到差异,例如 Babylon 验证器是否创建了一个由比特币验证的不可用区块,并对其中包含的 PoS 检查点撒了谎。该协议的主要组成部分如下:
· 检查点:比特币仅验证巴比伦纪元的最后一个区块。检查点由区块的哈希值和单个聚合的 BLS 签名组成,对应于在区块上签署最终确定性的三分之二多数验证者的签名。巴比伦检查站还包括纪元号。PoS 区块可以通过 Babylon 检查点分配比特币时间戳。例如,前两个 PoS 区块由 Babylon 区块设置检查点,然后由时间戳为 t_3 的比特币区块设置检查点。因此,这些 PoS 区块被分配了比特币时间戳 t_3。
· 规范PoS链:当PoS链分叉时,时间戳较早的链被认为是规范PoS链。如果两个分叉具有相同的时间戳,则平局将被打破,有利于巴比伦上较早检查点的 PoS 区块。
· 提现规则:要提现,验证者向 PoS 链发送提现请求。然后,包含提款请求的 PoS 区块将由 Babylon 进行检查点,随后由比特币进行检查,并为其分配时间戳 t_1。一旦时间戳为 t_1 的比特币区块达到 k 深度,PoS 链上就会批准提款。如果撤回权益的验证者尝试进行远程攻击,则攻击链上的区块只能分配晚于 t_1 的时间戳。这是因为时间戳t_1的比特币区块一旦达到深度k,就无法回滚。通过观察比特币上这些检查点的顺序,PoS 客户端可以区分规范链和攻击链并忽略后者。
· 削减规则:如果验证者在检测到攻击后不撤回其权益,他们可能会因为双重签名冲突的 PoS 区块而被削减。恶意 PoS 验证者知道,如果他们等到提款请求被批准后再发起远程攻击,他们就无法欺骗可以参考比特币来识别规范链的客户。因此,他们可能会分叉 PoS 链,同时将比特币时间戳分配给规范 PoS 链上的区块。这些 PoS 验证器与恶意 Babylon 验证器和比特币矿工合作,对 Babylon 和比特币进行分叉,将时间戳为 t_2 的比特币区块替换为另一个时间戳为 t_3 的区块。在后来的 PoS 客户端看来,这将把规范的 PoS 链从顶链改为底链。尽管这是一次成功的安全攻击。
· PoS检查点暂停规则不可用:PoS 验证者在观察到巴比伦上不可用的 PoS 检查点时必须暂停其 PoS 链。不可用的 PoS 检查点被定义为由三分之二的 PoS 验证者签名的哈希值,据称对应于无法观察到的 PoS 区块。如果 PoS 验证器在观察到不可用的检查点时没有暂停 PoS 链,则攻击者可以揭示以前不可用的攻击链,从而在以后的客户端视图中更改规范链。这是因为后来揭示的影子链的检查点出现在巴比伦的时间更早。上述暂停规则解释了为什么我们要求作为检查点发送的 PoS 区块哈希值由 PoS 验证器集签名。如果这些检查点未签名,任何攻击者都可以发送任意哈希值,声称它是巴比伦上不可用的 PoS 区块检查点的哈希值。PoS 验证器随后必须在检查点暂停。请注意,创建不可用的 PoS 链具有挑战性:它需要妥协至少三分之二的 PoS 验证者才能在 PoS 区块上签名,而不向诚实的验证者提供数据。然而,在上面假设的攻击中,恶意对手暂停了 PoS 链,而没有损害单个验证器。为了防止此类攻击,我们要求 PoS 检查点由三分之二的 PoS 验证者签名。因此,除非三分之二的 PoS 验证器受到损害,否则 Babylon 上不会出现不可用的 PoS 检查点,由于损害 PoS 验证器的成本,这种可能性极小,并且不会影响其他 PoS 链或 Babylon 本身。它需要妥协至少三分之二的 PoS 验证者才能在 PoS 区块上签名,而不向诚实的验证者提供数据。然而,在上面假设的攻击中,恶意对手暂停了 PoS 链,而没有损害单个验证器。为了防止此类攻击,我们要求 PoS 检查点由三分之二的 PoS 验证者签名。因此,除非三分之二的 PoS 验证器受到损害,否则 Babylon 上不会出现不可用的 PoS 检查点,由于损害 PoS 验证器的成本,这种可能性极小,并且不会影响其他 PoS 链或 Babylon 本身。它需要妥协至少三分之二的 PoS 验证者才能在 PoS 区块上签名,而不向诚实的验证者提供数据。然而,在上面假设的攻击中,恶意对手暂停了 PoS 链,而没有损害单个验证器。为了防止此类攻击,我们要求 PoS 检查点由三分之二的 PoS 验证者签名。
· 巴比伦检查站暂停规则不可用:PoS 和 Babylon 验证器都必须在观察到比特币上不可用的 Babylon 检查点时暂停区块链。不可用的 Babylon 检查点被定义为具有三分之二 Babylon 验证器的聚合 BLS 签名的哈希值,据称该哈希对应于无法观察到的 Babylon 区块。如果 Babylon 验证者不暂停 Babylon 区块链,攻击者就可以泄露之前不可用的 Babylon 链,从而在以后的客户端视图中更改规范的 Babylon 链。类似地,如果 PoS 验证器不暂停 PoS 链,攻击者可以揭示之前不可用的 PoS 攻击链和之前不可用的 Babylon 链,从而在以后的客户端视图中更改规范的 PoS 链。这是因为后来披露的巴比伦深层链在比特币上有更早的时间戳,并且包含后来披露的 PoS 攻击链的检查点。与在不可用的 PoS 检查点暂停的规则类似,该规则解释了为什么我们要求作为检查点发送的 Babylon 区块哈希值具有聚合的 BLS 签名,以证明三分之二的 Babylon 验证者的签名。如果巴比伦检查点未签名,任何对手都可以发送任意哈希值,声称它是比特币上不可用的巴比伦区块检查点的哈希值。然后,PoS 验证器和 Babylon 验证器必须等待其原像中没有不可用的 Babylon 或 PoS 链的检查点。创建一条不可用的巴比伦链需要损害至少三分之二的巴比伦验证者。然而,在上面假设的攻击中,对手暂停系统中的所有链,而不会影响单个 Babylon 或 PoS 验证器。为了防止此类攻击,我们要求巴比伦检查点通过聚合签名进行证明;因此,除非三分之二的验证器受到损害,否则不会有不可用的巴比伦检查点,由于损害巴比伦验证器的成本,这种可能性极小。但在极端情况下,它会迫使所有 PoS 链暂停,从而影响它们。
BTC 中的特征层从用途上来说,Babylon 与 Eigenlayer 类似,但它远不是 Eigenlayer 的简单“分叉”。鉴于目前无法在 BTC 主链上原生使用 DA,Babylon 的存在相当重要。该协议不仅为外部 PoS 链带来安全性,而且对于内部振兴 BTC 生态系统也至关重要。
用例Babylon 提供了许多潜在的用例,其中一些已经实现或将来可能有机会实现:
缩短质押周期并增强安全性:PoS 链通常需要社会共识(社区、节点运营商和验证者之间的共识)来防止远程攻击。这些攻击涉及重写区块链历史以操纵交易记录或控制链。远程攻击在 PoS 系统中尤其严重,因为与 PoW 不同,PoS 系统不需要验证器消耗大量计算资源。攻击者可以通过控制早期抵押者的密钥来重写历史。为了保证区块链网络共识的稳定性和安全性,一般需要较长的质押周期。例如,Cosmos 需要 21 天的解绑期。然而,有了Babylon,PoS链历史事件就可以被纳入BTC时间戳服务器中,用BTC作为信任源来取代社会共识。这可以将解绑时间缩短至一天(相当于约 100 个 BTC 区块)。此外,PoS 链可以通过原生代币质押和 BTC 质押实现双重安全。
跨链互操作性:通过IBC协议,Babylon可以接收来自多个PoS链的检查点数据,从而实现跨链互操作性。这种互操作性允许不同区块链之间的无缝通信和数据共享,从而提高区块链生态系统的整体效率和功能。
整合BTC生态系统:当前BTC生态系统中的大多数项目,包括Layer 2、LRT和DeFi,都缺乏足够的安全性,并且往往依赖于第三方信任假设。这些协议还在其地址中存储了大量的 BTC。未来,Babylon 可能会开发一些与这些项目高度兼容的解决方案,创造互惠互利,最终形成一个类似于以太坊内 Eigenlayer 的强大生态系统。
跨链资产管理:Babylon协议可用于跨链资产的安全管理。通过为跨链交易添加时间戳,保证不同区块链之间资产转移的安全性和透明性。该机制有助于防止双花和其他跨链攻击。
巴别塔巴别塔的故事源自《圣经》创世记 11:1-9,是人类试图建造通天塔却遭到上帝阻挠的经典故事。这个故事象征着人类的团结和共同的目标。Babylon 协议旨在为各种
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