跨链资产桥机制浅析 : Polygon vs Rollups

概述

近期，Polygon生态TVL持续走高。随着TVL的快速放大，Polygon市值也急速攀升，一度进入加密货币总市值的前10，超越了UNI、LINK等老牌明星项目，这也使的社区对Polygon的安全性产生了讨论。

Polygon希望成为首个以太坊扩容方案聚合器，同时支持多种Layer 2、侧链等扩容方案。目前，Polygon拥有一条基于Plasma框架和PoS共识机制的侧链以及配套的PoS Bridge、Plasma Bridge两座桥。

在所有侧链 和 Layer 2 的系统中，无疑Bridge的安全性是最重要的，因为所有的资产都被托管在一个Layer 1的智能合约中，该合约是否保留管理员权限，是否有紧急退出机制一般是衡量一个 Layer 2系统是否无需信任的重要标志。本文将对并Polygon与Rollup方案的Bridge在安全性等方面进行对比。

Polygon Bridge

桥是侧链和Layer2等扩容方案的核心组件之一，资产必须通过桥才可以在以太坊主链和子链（侧链或Layer 2）之间进行迁移，同时桥的具体实现机制也决定了扩容方案的安全性。Polygon同时支持PoS Bridge和Plasma Bridge两种桥机制。

PoS Bridge流程机制：

1.资产（ERC20/ERC721/ERC1155）的所有者首先必须approve PoS桥上的托管合约，用来转入一定数量token，这个合约部署在以太坊主网上，事实上它会锁定所有存入的token；

2.一旦approve完成，接下来就是存入资产，这会对RootChainManager 合约进行函数调用，由于状态同步机制的存在，进而触发Polygon链上的ChildChainManager合约；3.ChildChainManager内部调用子token合约的存款函数，并铸造相应数量的token资产存入特定用户的Polygon账户，值得注意的事，只有ChildChainManager才可以调用子token合约的存款函数；

4.一旦用户的账户存入了token，他们可以立刻在Polygon网络使用这些token；

5.提取token回以太坊分成了两步，第一步是在Polygon网络销毁这些token，之后是将销毁交易的证明传回以太坊主网；

6.需要花费10-30分钟，销毁交易的证明才会被加入一个checkpoint，并传回以太坊主网，这是由PoS验证者完成的。

7.checkpoint被传回主网后，会调用RootChainManager合约的exit函数，并传入销毁交易的证明；

8.exit函数将验证这个checkpoint中的所有销毁交易，验证通过后触发托管合约；

8.最后托管合约将之前锁定的token释放，并退还到用户的以太坊账户中。

Plasma Bridge流程机制：

1.用户在以太坊上的Polygon合约中存入token；

2.一旦以太坊主网确认了存款成功，Polygon网络就会铸造相同数量的token并存入用户的Polygon账户，用户可以立刻使用这些token；

3.用户可以随时提取Polygon上的token到以太坊上，一旦提交请求，需要等待5分钟的checkpoint时间；

4.当这个checkpoint被提交到以太坊主网后，将铸造一个相同价值的退出NFT（ERC721）作为凭证；

5.用户需要等待7天的挑战期，这由Plasma安全机制决定；

6.一旦挑战期完成，可以使用退出NFT claim你的token资产，完成提款。

PoS Bridge是官方推荐使用的桥，它具有更快的提款时间，支持更多的以太坊资产标准，而Plasma Bridge提款时需要等待7天的挑战期，但是它在安全级别上会更高。两者主要对比如下：

Bridge 安全性对比

Bridge安全性的核心其实在于用户是否可以无需信任的存入和提取资产，包括当Layer 2节点不可用甚至作恶时，Layer 1能否独立的恢复Layer 2上的交易数据和用户在Layer 1上的资产余额（数据可用性），本节我们将Polygon Bridge和Rollup Bridge进行对比。

Polygon PoS Bridge

Polygon PoS Bridge由一组外部验证者来保证安全性。在一般的PoS系统中，一般安全性是由验证者bond的资产和惩罚机制来保证的。

此外，该Bridge合约留有了管理员权限，由一个多签钱包通过代理控制，这个多签钱包起初是2/3多重签名，现在则升级为5/8方案。在这8个签名者中，4个是Polygon联合创始人，另外4个则是来自其他Polygon Defi项目的主要成员。

通过我们对合约代码的检查，合约的Owner可以随时升级替换合约（没有延迟期），也即意味着Owner具备随时提取合约中所有用户资产的能力，这无疑是一个潜在的安全风险。所以Polygon通过Pos Bridge转移至Polygon网络的资产现阶段并不是无需信任的。

Polygon Plasma Bridge

Polygon Plasma Bridge的退出机制基于Plasma exit mechanism，由于同样使用了欺诈证明，用户提现时和Optimistic Rollup一样都需要等待7天的挑战期。

但Plasma方案相比Rollup方案的一个重要不足是数据不可用（data unavailability），即Plasma的operator只会把交易数据生成一个hash值存储到Layer 1上，因此Layer 1是不具备可用的数据来验证operator是否作恶以及恢复Layer 2上的所有交易的。

Optimistic Rollup Bridge

在Optimistic Rollup方案中，主要由第三方的sequencer负责Layer 2与Layer 1之间的交互。当用户在Layer 1存入资产时，由Sequencer在用户的Layer2账户中计入相应资产；与此同时，sequencer周期性的将它在二层上收到的交易生成新状态根发布到以太坊上。当用户提现时，只要提供一个基于最新发布的状态根得到的，自身账户拥有足够多资产的默克尔证明，即可完成提现。为了防止sequencer提交无效的状态转换，Optimistic Rollup引入了verifier和挑战期的概念，任何一个sequencer发布的新状态根都不会立刻生效，而是需要经过一个7天的挑战期，在挑战期内，只要verifier发现其中一个状态转换无效时，就可以发布欺诈证明，如果证明成功，就会取消这个状态转换，并且将sequencer的押金奖励给verifier。

同时，为了避免sequencer作恶或者离线，sequencer被要求将Layer 2所有的交易数据保存到Layer 1的calldata中，这样即使这个sequencer消失，一个新的sequencer也可以基于这些数据还原所有的Layer 2上发生的交易，并从中断处重新开始工作。

zkSync Bridge

Rollup方案都会将Layer 2上的交易压缩提交到Layer 1上的calldata中，这首先确保了Layer 2网络数据在Layer 1上的数据可用性。

同时当zkSync 整个系统不可用的时，比如Layer 2无法收到用户的签名，Layer 2不再将交易数据提交到Layer 1时，任何人都可以触发进入紧急退出模式：

1.任何用户都可以在Layer 1通过调用requestFullExit，发起提现请求，请求顺序存储，且有超时时间（目前设计为3天）；

2.当1中请求序列中的第1个请求过了超时时间还未被zkSync的operator处理时，任何用户都可以通过调用activateExodusMode来激活Exodus Mode；

3.在链下可以使用官方提供的的工具通过爬取Layer 1上的calldata数据来最终同步到Exodus Mode时的zkSync状态， 并基于此状态对用户拥有的资产产生zkProof；

4.最后，用户通过调用performExodus, withdrawPendingBalance 两个方法来完成最后的提现（需要用到第3步中产生的zkproof和一些数据做为参数）。

可见，zkSync设计了非常完善的退出机制，即使Layer 2节点彻底不可用，用户仍然可以利用Layer 1上的calldata数据提取桥中存储的资产。

详情请阅读: A Test of zkSync 1.0’s Exodus Mode on Ropsten

三者的主要对比：

最后

DeGate致力于打造以太坊Layer2上，交易体验最佳的去中心化交易所，团队将深入研究市面上的各种Layer2方案，并综合性能、安全性、用户体验等指标，选择在其中一个或多个方案上部署DeGate产品。

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编译者/作者：DeGate爱好者

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