HashKey：理解比特币资产桥映射代币模型及其演进

作者：曹一新，就职于HashKey Capital Research

继上一篇文章对互操作性的介绍之后ERC20代币地址与以太坊地址，我们开始介绍资产桥的最新进展。 区块链互操作性和跨链交易的理论研究从2015年左右开始就被热议，并且有很多设计方案。 我们资产桥的范围仅限于已经实现的在不同系统之间转移资产的方法，不包括在目标系统中创建锚定源系统资产价格但不具有赎回权的衍生品通过合成等方式实现标的资产的功能。 本文重点分析比特币在区块链网络之间的迁移过程。 通过观察比特币在不同系统间的真实迁移规模，我们可以了解当前比特币资产桥的主要需求来源和相应解决方案的演化过程：映射代币模型的成功落地和去中心化的提升。

比特币资产桥的背景

比特币是第一个真正落地的虚拟货币，也是经过十余年考验的最古老的区块链应用产品。 比特币的价值来自其划时代的技术独创性、有限的流通总量和比特币社区的强烈共识。 然而，试图取代法定货币支付系统并专注于点对点转账功能的比特币协议在支持更复杂的金融应用方面并不那么好用。 今天出现的DeFi生态。

以太坊网络中的原始资产是以太坊，以太坊的基本功能是作为以太坊网络的功能代币，为计算、存储、带宽资源支付gas费用。 在 DeFi 发展之前，以太坊的价值基础并不牢固，在最初的代币发行应用泡沫破灭后，其市场价格一度跌至 80 美元。

此时，DeFi的早期应用，无论是借贷产品还是DEX，都缺乏投资者喜欢或习惯持有的流动性资产，导致流动性不足。 当时，中心化交易所的大部分交易量是由与比特币和稳定币相关的交易对贡献的。 因此在随后的发展中，以太坊网络陆续发行了大量锚定美元价格的稳定币，以WBTC为主的比特币映射代币开始出现。

地图代币模型

早在比特币时代，就有通过锚定链下资产发行映射代币的先例。 Tether推出的Tether（USDT）是这方面最成功的鼻祖。 USDT采用中心化的方式，简单粗暴地将美元计价单位引入虚拟货币交易市场，击败其他精心设计的早期算法稳定币，流通市值依然占据头把交椅。

技术上，USDT利用嵌入比特币网络全协议层的元数据实现分布式记账。 全网流通的USDT结算性能和费用支付效仿比特币网络，即10分钟左右出块。 在以太坊生态繁荣之后，Tether 开始以 ERC20 代币的形式在以太坊网络上发行 USDT。

USDT成功的商业模式吸引了一批效仿者，如USDC、PAX、GUSD等。 他们抓住了USDT增发的丑闻，通过寻求更高的合规性与之竞争。 经过一番较量ERC20代币地址与以太坊地址，币安和Paxos联合发行的USDT、USDC、BUSD最终瓜分了稳定币市场蛋糕。 表1列出了这些稳定币在各自网络中的流通市值（略去1亿美元以下的情况），以及链上原生稳定币DAI（通过超额抵押以太坊等数字资产发行）上市比较。

表1.流通中主要稳定币市值对比表（单位：亿美元，2021-8-18）

从表1可以看出，约有1040亿美元的链下资产以储备托管的形式映射到区块链网络，需求的主要来源是以太坊用户（66%）。 稳定币是重振 DeFi 应用的主要流动资产。 也可以认为这种映射通证模型通过中心化托管操作，成功地将储备资产从链下系统迁移到区块链系统。

然而，最初验证了映射代币模型可行性的Omni-USDT，由于比特币性能有限（最近一次增发发生在2020年4月23日），遇到了明显的发展瓶颈。 波场TRON以低廉的交易手续费成为20多家中心化交易所的推荐渠道，为客户快速充提USDT。 从波场浏览器可以发现，前十名的 USDT 持有者中，大部分（78%）为中心化交易所。

相比之下，原生稳定币DAI在链上的规模其实是比较有限的，尤其是你了解到目前DAI流通量的60%是投资者借出作为抵押品的USDC（这部分DAI可以看作是USDC的映射资产） ).

另外需要注意的是，以太坊相关公链BSC上流通的BUSD（40.8亿美元）、USDT（33.6亿美元）、USDC（17.7亿美元）并未在各自发行方的透明度报告中上架，说明这些稳定币是币安认可和运营的稳定币映射代币（二次映射）。 通过Binance的hub，将其他链上的稳定币迁移到BSC。

比特币的第一个镜像代币

WBTC以映射代币的方式实现了首个比特币资产桥接。 其运作方式与上述稳定币非常相似。 它还采用中心化托管操作的方式，将比特币网络的比特币作为储备锁定，存储在以太坊中。 可1:1兑换的ERC20代币WBTC在互联网上发行，供用户持有比特币风险敞口，在以太坊网络上实现关联交易。 目前总发行量约为87亿美元。

如图1所示，WBTC主要锁定在三大DeFi借贷产品和几家DEX的智能合约中，7.5%的WBTC也通过资产桥传输到Polygon。

图 1. WBTC 在以太坊网络中的分布（etherscan.io，2021-8-18）

但是，为了规避单点攻击的风险，WBTC采用了托管人和运营商联盟的两层架构。 主要参与角色如下：

图 2. WBTC 的两层运营结构（WBTC 白皮书）

两层结构还可以节省用户的兑换时间，因为出于安全考虑，铸造和赎回过程中往往涉及托管人的冷钱包和多重签名操作，商家可以根据供需情况提前预留流动性作为缓冲情况。 用户与商家之间的交易是基于商家的信誉。 为了提高用户体验，通常需要几分钟才能到达帐户。

商家和托管人之间的交易是透明的和可审计的。 WBTC 的接收方仅限于智能合约白名单中列出的商户地址。 多重签名管理的托管人一般会在商家提交申请后48小时内完成铸造或赎回。 这些措施在一定程度上可以通过DAO的监督和治理来避免恶意增发。

WBTC 的替代品

接下来，把目光从 WBTC 稍微远一点，看一下 BTC 传输到以太坊网络的整体量。 如图 3 所示，自 2020 年 5 月以来，BTC 向以太坊网络的迁移一直在增加，目前约为 120 亿美元。 虽然 WBTC 仍然是比特币和以太坊之间的主要资产桥梁，但还有其他选择。

图3 BTC映射代币整体规模及细分比例（DeBank，2021-8-18）

HBTC和BBTC

HBTC是火币于2020年2月在以太坊推出的H系列映射代币之一，让比特币持有者可以通过火币交易所轻松参与以太坊DeFi项目。 其运行模式与WBTC基本相同，同样采用用户代理的两层运行模式。 HBTC的优势在于交易所自身的客户流量和现成的退出通道（通过中心化交易所出售比特币）。

无独有偶，币安也推出了B系列映射代币，比如BBTC。 虽然没有明确说明采用哪种运营模式，但本质上是一种源链资产集中托管、服务链代币1:1发行的模式。 Binance Exchange作为实现跨链的交换枢纽。

仁比特币

与其他替代方案不同的是，renBTC 向 WBTC 发起了差异化竞争，这可能也是 Curve 很早就为其开放流动性池的原因。 目前，renBTC 的 60% 被锁定在 Curve 中间的两个流动性合约中。

根据任正非的官方资料，该项目有远大的目标，打算使用一种去信任和非许可的方式在任何链之间的任何应用程序之间创建任意数量的资产转移（通用互操作性），并计划开发隐私交易技术。 renBTC只是其中的一个子产品。 Ren协议原则上支持任何使用ECDSA加密算法的数字资产，未来计划按需支持其他加密算法。

事实上，Ren 将 WBTC 等解决方案中的中心化托管人和运营商替换为由去中心化 BFT 网络节点（称为 Darknodes）维护的虚拟机 RenVM。 赎回过程由智能合约中的算法自动执行，主要依靠以下两个特性实现免信任和非许可：

安全多方计算+门限签名

想要将 BTC 跨链到以太坊的用户仍然需要将 BTC 发送到 RenVM 指定的比特币托管地址。 这个地址的不同之处在于它的 ECDSA 私钥是通过称为 RZL 的安全多方计算 (MPC) 传递的。 )，以私钥分片的形式分布在Darknodes中（任何节点都无法知道完整的私钥），通过要求三分之一以上的节点参与门限签名来提高链上交易的可靠性。

节点分片

上述私钥生成和签名过程结合了基于Tendermint共识引擎的BFT共识算法。 为了避免节点下线带来的安全性和可用性问题，暗节点每天会随机轮换一次，形成节点分片，轮换分片中的节点（至少100个）负责相关的计算和验证工作。

基于以上特点，实现了无信任、无许可的安全运行。 关键依赖包括RZL MPC算法的安全性、RenVM的节点规模、节点激励的可持续性。 RZL MPC算法的安全性需要专业人士进行评估。 本文简要讨论了 RenVM 的节点规模和激励机制。

节点大小

目前Ren项目的开发处于次零阶段，由核心开发者负责共识和验证，也会引入非许可节点负责通信和存储。 Ren节点官网显示，RenVM目前有1974个注册节点，每个节点抵押100,000个REN代币注册参与，Ren进入归零阶段后，将对非授权节点开放共识和验证过程，并采用slash惩罚机制将实施打击恶意行为。

激励措施

Darknodes提供算力和存储资源的回报是分享Ren系统跨链转账的手续费，每28天结算一次。 根据当前REN代币价格和最近一个周期的手续费收入，不考虑设备成本，Darknodes的年收益约为12.6%，入门门槛约为5万美元。

该收益受REN代币本身价格波动等因素影响，不稳定。 收益形式直接取决于跨链币种，退出阶段存在流动性风险。 节点收益的可持续性主要在于收益来源的增值预期，这与跨链转移的规模以及Ren未来计划开发的隐私计算服务相关联。

就现有业务规模而言，任系的网络效应有限。 Ren协议虽然打通了从7个数字资产到6个区块链的资产桥梁：Ethereum、BSC、Fantom、Polygon、Solana、Avalanche，但总锁仓不足8亿美元，其中7.7亿是renBTC，这可能与 Ren 协议目前支持的比特币以外的资产（ZEC、DOGE、BCH、DGB、FIL、LUNA）都不是其他链上需求量大的流动性资产有关。

虽然Ren协议实现的资产桥接转账规模比WBTC小一个数量级，但它是目前支持多链多资产的去中心化转账方案中最大的落地产品。 尚未发生攻击事件，产品规划具有较高的功能扩展性和与DeFi应用的可组合性，例如用户可以直接通过支持RenBTC的DeFi产品入口完成BTC跨链，参与流动性挖矿交易。

哈希时间锁

最后讨论一下前面提出的Hash Time Lock Technology Solution（HTLC）。 哈希时间锁最大的特点是利用哈希锁和时间锁机制实现交易双方资产的原子互换，无需可信第三方作为中介，可用于多跳支付和跨链交易。 哈希时间锁的技术原理在万向区块链研究报告2020年第34期《跨链技术在金融基础设施中的应用》中已有介绍，此处不再展开。

与前述资产桥接方案相比，哈希时间锁通常作为技术点集成到其他方案中，如比特币闪电网络，单独作为资产桥接服务零售客户的实例不多。 主要原因是哈希时间锁的功能单一，对应多链场景的扩展性比较差，原子交换是以牺牲时间成本为代价的。 比交易对手倾斜和毁约更好。 因此，尽管哈希时间锁一直受到各国央行的重视，多次出现在央行数字货币中用于跨账本债券支付、同步跨境转账等PoC方案，但仍存在缺陷需要进一步改进。

思考与总结

本文从比特币迁移的角度，回顾了区块链网络之间资产桥接所产生的力量的原始来源，以及解决方案的结果和演变。

目前，比特币迁移的主要需求方是希望参与以太坊生态DeFi项目的比特币持有者，以寻求资产增值和交易便利。 总共约有120亿美元的比特币被锁定并映射到以太坊流通。 虽然目前仅占比特币总流通量的1.4%，但从历年迁移规模增长曲线来看，自2020年5月以来总体呈快速增长态势，预计将有更多比特币转移至其他领域块在未来。 链网迁移。 这些映射的代币主要用于参与领先的 DeFi 项目，例如借贷和 DEX。 当比特币源链性能和应用开发滞后时，比特币持有者对资产增值的需求将始终存在。

以USDT和WBTC为代表，中心化机构托管运营的映射代币模式是目前最成功的资产桥接方式。 它的运作原理很容易理解，并且在向合规性过渡方面几乎没有复杂性。 renBTC作为Ren协议的主体案例，从去中心化和可扩展性的解决路径上寻求差异化竞争，提出了一种适用于任何链的免信任、免许可、通用的互操作性解决方案。 目前已经积累了大约十个WBTC迁移量的三分之一。 RenVM所依赖的密码算法的安全性需要在实践中进行检验。 网络效应的形成还取决于节点激励的可持续性和应用用户体验的提升。 与其他WBTC替代品相比，具有明显的创新优势和发展潜力。

参考：

[1] Vitalik Buterin，链互操作性。 技术报告。 R3 科尔达。 2016.

[2] Belchior 等人，区块链互操作性调查：过去、现在和未来趋势。 arXiv:2005.14282。