如何用去中心化的方式把比特幣引入以太坊：讀懂tBTC資產跨鏈方案與漏洞補救
編者按：本文來自鏈聞ChainNews（ID：chainnewscom），撰文：潘致雄，鏈聞研究總監，經授權發布。
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以去中心化實現比特幣資產跨鏈的方案中，tBTC 是近期最受矚目的項目。當BTC 可以安全且無需信任地遷移到以太坊網絡之後，相當於BTC 能享受到圖靈完備的智能合約，想像空間更大。比如，這樣以來，比特幣資產可以應用在去中心化金融（DeFi）生態中——畢竟比特幣擁有最多的用戶、最高的市值、最顯著的網絡效應。
另外Summa 和Cross-Chain Group 也是tBTC 項目的參與方。按照介紹，這些合作方是這樣分工的：
Keep 將ECDSA 門限簽名運用在比特幣去中心化託管的邏輯中，且tBTC 的原生代幣使用的是KEEP；
Summa 專注跨鏈解決方案，也就是tBTC 協議中負責如何在以太坊區塊鏈中驗證比特幣交易的部分（SPV 方案）；
Keep 的投資者包括了數家美國的主流機構，如Polychain Capital、a16z、Draper Associates、Fabric Ventures、Distributed Capital Partners 等。其中a16z 還是多家DeFi 協議的投資者，包括穩定幣協議Maker、借貸協議Compound、交易協議dYdX 等，這三家也是目前DeFi 協議中的頭部項目，如果他們後續能集成tBTC，或許是一個雙贏的策略：比特幣可以支持DeFi，DeFi 可以使用比特幣。
一級標題
目前集成tBTC 的項目
在tBTC 之前，加密資產的跨鏈、尤其是比特幣資產的跨鏈方案，絕大多數都是通過中心化機構託管方式實現的，比如WBTC、imBTC 或HBTC。雖然這些方案也考慮到了安全性和透明度，但對於加密貨幣社區而言，人們更想要一個完全去中心化、非託管、無准入門檻、無需許可的資產跨鏈基礎設施。畢竟，資產從一個地方挪到另一個地方是一個很基礎的權利，不應該牽扯到其他因素、不應該增加額外風險、也不應該犧牲隱私。
總體而言，tBTC 的兩個最重要的優勢為：
一級標題
由原資產抵押：由於tBTC 通過質押比特幣而跨鏈生成的等價TBTC 代幣，所以不會產生額外的比特幣。相反的，像Synthetix 這類資產合成協議，是通過其他代幣鑄造出「模擬」比特幣價值的代幣sBTC，事實上增加了比特幣的流通量。
從上述兩個角度來看，目前與tBTC 類似的項目可以這麼分類：
BTC ->一級標題
tBTC 是如何運作的？
畢竟對於大多數tBTC 系統或者是TBTC 代幣的使用者而言，並不需要接觸到這麼多繁雜的邏輯。只有對於系統的深度參與者或者原生代幣的交易者而言，才應該徹底了解整個系統的運作機制，就算很費時間也需要仔細讀一讀他們的白皮書。
二級標題
不過，在此之前，也可以將本文作為了解tBTC 的入門手冊，以快速建立起對tBTC 協議的概念和系統運作的核心工作流程。簡而言之，這裡主要解答的是這個問題：為什麼tBTC 可以安全且去中心化地進行資產跨鏈？
先做一些說明和解釋：
在tBTC 的方案中，涉及到這幾方：
二級標題
存款人（depositor）：希望把BTC 挪到以太坊上的用戶；
贖回者（redeemer）：希望把以太坊上的TBTC 換成真正BTC 的用戶。
BTC ->二級標題
TBTC 鑄造流程
對於比特幣與以太坊的資產跨鏈解決方案，兩個主要的挑戰是：
如何在以太坊的鏈上確認比特幣的交易和所有權：tBTC 採用了由Summa 設計的SPV （簡單支付驗證）技術實現跨鏈的交易驗證。
所以，從BTC 換成TBTC 的流程分為兩大步驟：
2. 轉賬至比特幣託管地址的6 個區塊後，存款人向協議提交已完成轉賬的證明，然後就可以鑄造相應數量的TBTC 了。
二級標題
當然，在協議的設計中還需要考慮其他可能的問題以及相應的處理方式，最常見的是如果ETH 價值相比BTC 價值貶值後，可能會產生驗證人抵押不足的情況，導致驗證人就有動機作惡了，所以tBTC 設計了相應的清算模塊以應對。
tBTC 協議包含了預清算和強制清算兩個階段，和其他的清算系統的設計目標類似，在強制清算階段將會啟動拍賣流程，將ETH 以折扣價拍賣給TBTC 的持有者以保證抵押品ETH價值大於TBTC （也就是BTC）的價值。而如果清算後還有剩餘資金，則根據不同的情況進行收益分配。
TBTC 贖回流程
贖回流程相比較而言簡單一些，當用戶希望將持有的TBTC 換回BTC 時，只需將TBTC 以及一小筆「費用」提交給以太坊的智能合約，同時附上收款的比特幣地址，三位驗證人就必須共同簽署一筆比特幣鏈上交易，將BTC 轉至規定的地址。如果有驗證人不配合呢？那抵押的ETH 就只能被清算了。
一級標題
也正因為驗證人提供了聯合的託管業務，並付出了ETH 抵押資產，所以贖回者需要支付一小筆額外的費用給他們作為經濟激勵。
所以作為驗證人，可以將tBTC 系統作為一種收益穩定的資產管理工具。據白皮書計算，驗證人的年化收益約為1.875%，考慮到150% 的抵押率，真實的年化收益約為1.25%。這是讓社區中不少人吐槽tBTC 的地方：很多人認為目前設定的收益率較低，可能會導致驗證人的參與動機不足。當然，這也就意味著目前參數設定，對於存款人和贖回者更友好一些。
KEEP 代幣：付出勞動才能獲得回報
一級標題
在tBTC 的系統裡，原生代幣KEEP 是一種工作型代幣，這也就意味著持有KEEP 不能帶來任何收益，但是在持有KEEP 的同時又付出勞動，才能因此獲得收益。
回顧一下鑄造TBTC 的環節，在「步驟2」中，tBTC 系統需要從包含一群驗證人的池子中抽取其中的三個，是以什麼作為依據抽取的？沒錯，就是按照KEEP 代幣持有量作為依據的。舉個例子，持有1000 枚KEEP 的人是持有100 枚KEEP 的人被抽中概率的十倍，也就是如果放在一個很長的時間跨度中，前者乾活的數量是後者的十倍。
持有更多KEEP 意味著驗證人可以更多的參與託管BTC，也就有機會獲得更多的潛在收益。
上線兩天就被發現的Bug，怎麼回事？
在tBTC 上線的兩天后，官方發現了一個協議的嚴重問題，於是按下了之前預留的全局開關，將整個系統的充值功能暫停10 天。
在此之前需要先介紹一個背景知識，比特幣在10 多年的發展過程中，隨著技術的演進誕生了多種地址類型，由不同類型的腳本生成：
後來誕生了由「3 開頭」的地址，這類腳本稱為P2SH （Pay to Script Hash），功能比較強大，支持多簽以及可以和後來的隔離見證組合；
一級標題
最後誕生的是原生隔離見證地址，由「bc1 開頭」，這類腳本稱為P2WPKH （Pay To Witness Public Key Hash），也會被稱為Bech32。
最初tBTC 在協議設計時，限定並強制要求贖回的地址必須是P2WPKH （bc1 開頭）。但是到了今年2 月，tBTC 的工程負責人提交了一個變更，放鬆了這個限制，也就是支持了P2WPKH 之外的腳本（1 或3 開頭）。
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問題未被發現的一整個流程為：
tBTC 協議設計中僅支持P2WPKH 地址—> 臨時決定放鬆對P2WPKH 限制—> 但係統未做相應調整—> 測試用例未覆蓋—> 其他功能漏洞導致誤認為測試通過了。
這些問題堆積在一起，導致了tBTC 帶著漏洞上線主網。
後續如何改進？
在該事件的回顧報告中，tBTC 項目表示將優化他們工作流程，還將與安全團隊Trail of Bits合作，為tBTC 規劃更多的自動化集成測試和系統測試。
補充一下，軟件開發流程中，在發布某個正式版之前，通常會先發布數個版本稱之為「發布候選版」（Release candidates），如果未發現任何漏洞，最後一個Release candidates （RC）就會成為最終的正式版，比如比特幣的下一個大版本0.20.0 就已經發布了兩個RC 版本。
tBTC 認為，另外一個可以有效降低項目風險的機制是限制整個系統的容量。也就是他們限制了BTC 可以換成TBTC 的最大數量，這樣就算出現嚴重問題，損失的也就是可控範圍內的比特幣或以太坊。
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