解析 Tokenbridge 工作原理及如何保证可靠性和安全性

tokenbridge作为主链和侧链之间的桥梁,对于资产和数据的转移起到了决定性的作用。

前段时间,Axie Infinity的底层区块链网络Ronin Network失窃6亿美金,直到用户无法从跨链桥Ronin Bridge提款后盗窃案才被发现。跨链桥的资产安全问题再次引发热议。

事后,Sky Mavis COO Alexsander Larsen表示,“Ronin Bridge被攻击不是因为智能合约存在漏洞,而与社会工程和人为错误有关”。Axie Infinity的投资方Animoca Brands联合创始人Yat Siu曾在采访中提到,“如果一座桥梁能够铸造代币,那它就像铸造机一样……桥梁是权威,但如果它们设计不当或存在漏洞,就会对生态系统构成巨大风险。”

本文我们具体聊聊Tokenbridge的工作原理以及如何保证可靠性和安全性。

一、Tokenbridge的特性和模型

在ethereum生态中,tokenbridge允许用户在两条链上传输数据,并且提供了快速和安全的链接。tokenbridge作为主链和侧链之间的桥梁,对于资产和数据的转移起到了决定性的作用。

1. 链与网络的定义

Native(Home):本地链(侧链)是一个快速并且便宜的网络,所有收集validator的bridge操作都在native这一侧执行。

Foregin(主链):这边可以是任何链,但通常是指以太坊的主网。

ERC20:在ERC20-ERC20bridge模式中,ERC667作为ERC20的实现可以在NativeSide端被创建和销毁。

2. Bridge Modes

bridge可以被配置成多种网络方式。当前支持的方式包括Native-to-ERC20 模式,ERC20-to-ERC20 模式,ERC20-to-Native模式和AMB(arbitrary message bridge)模式。

ERC20 to ERC20 : 兼容的ERC20 token被锁在 foreign network,同时在native边创建erc20token(erc677 token);当从navtive向foregin转移时,erc677token被销毁,erc20token(foregin)被unlock。

ERC20 to Native :coins被锁在foregin边,同时在native边创建erc20token。xDai用的是这种模式。

AMB Bridge :在两个链之间可以传递任意的数据。例如,允许传输nft token以及它们的metadata。

3. Bridge Components

bridge也包括一些组件,内容如下:

tokenbridge:监听事件,发送交易去授权资产传输;

bridge ui application:在链之间传输tokens和coins的dapp gui工具;

bridge monitor: 检查余额和未处理的events的工具;

bridge deployment playbooks:可选的playbook。对于远程部署,可以管理token bridge的配置;

bridge smart contract:管理bridge的validator,收集签名和确认资产传递和丢弃。

为了方便理解,我们看一个user case:

解析 Tokenbridge 工作原理及如何保证可靠性和安全性

这个ERC20-to-ERC20模式的token bridge,展现了用户如何在主链和侧链直接相互转账。具体流程如下:

1. 用户通过交易所购买了需要的tokens;

2. 用户把购买的token 锁在 foregin bridge的智能合约里面,同时这个event会通过 token bridge进行传递,在native bridge contract中会创建erc677标准的token,同时发送到用户账号上;

3. 用户通过sidechain提供的dapp,使用dapp;

4. 用户想把sidechain的资产转移回主链,通过燃烧erc677 的token,token bridge把消息传递到foreign bridge contract,智能合约解锁token;

5. 用户把解锁后的token,通过交易所卖掉。

token bridge的基本定义,概念,流程都介绍完成了,那么如何去管理一个token bridge呢?包括对于token bridge的升级,维护,配置等等。这里就需要介绍token bridge中的角色。

二、Token Bridge Roles

tokenbridge上的管理员负责bridge的安全,升级和智能合约的部署。管理员的操作都是通过多签名来确保安全的。   

Administrative Groups and Roles

管理员负责管理bridge的智能合约,并负责validator的管理。管理员分为以下三个组:

1. Group A – 负责管理validator的集合

  • 添加或者删除validators;
  • 对于validators设置最小所需要的签名数量。

 2. Group B – 负责管理bridge的参数

  • 对于user和validators设置每日限制;
  • 设置每个transaction的min和max的限制;
  • 设置gas price的fallback;
  • 设置终止阈值。

 3. Group C – 管理升级

  • 智能合约的升级;
  • 解锁funds。

Validators Roles

提供100%的正常时间用于传递transactions;

  • 在native side监听UserRequestForSignatures的事件,并签署一个批准对于传递的资产在foreign side;
  • 在native side监听CollectedSignatures。一旦收集到了足够的签名,传输所有收集到签名给foregin side;
  • 在foreign side监听UserRequestForAffirmation or Transfer事件并对于资产从foregin到native,发送一个准许给native side。

validator的主要作用一方面是监听两边的时间,另外一方面对于交易的传递做校验和传递。

Ronin被盗事件中,攻击者就是通过控制验证节点的方式盗取资产。Ronin链有9个验证节点,存、取加密资产需要9个验证者签名中的5个。攻击者设法控制了Sky Mavis的4个Ronin验证器,另一个被控制的是由Axie DAO运行的第三方验证器。Sky Mavis是Axie Infinity的开发商。

了解了跨链桥的工作机制后,对于如何规避Ronin事件类似的跨链桥安全问题的再度发生,从社会工程的角度,我们有以下几点思考:

  1. 跨链桥项目要关注签名验证节点的安全性,确保敏感信息安全存储;
  2. 如果跨链桥项目的签名是在线下进行的,网络必须更新签名的安全策略,关闭相关的服务模型,同时要考虑签名账户地址被泄漏的风险;
  3. 验证签名不仅要采取多重签名的方式,还要确保多签事实上属于执行隔离,签名内容的验证过程必须独立进行。

User Roles

这里就不做过多解释了,主要就是在主链和侧链之间发起资产传递的请求。

三、Component – Monitor

token bridge monitor的主要作用是识别tokenbridge oracle过程中出现的数据不一致和异常情况。monitor从tokenbridge contract 获取数据以及bridge中的transation,分析他们的健康状态,并通过Json的数据格式展现出来。

四、总结

我们从另外一个视角分享了sidechain和mainchain的关系,在两条链中资产和数据的传输是通过token bridge来保证的:

  • tokenbridge通过权限角色模型并借助多签的方式,管理bridge的角色和配置;
  • validators负责两边transaction的确认和传输;
  • monitor负责监控数据的一致性和异常情况。

但是这也暴露了一个问题,tokenbridge的管理权限在admin手中,而admin使用是通过多签的方式保证安全的,是一种弱中心化的管理方式。所以,对于admin私钥安全性的管理就成为整个tokenbridge最核心的安全问题。

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