[论文解读] LayerZero: Trustless Omnichain Interoperability Protocol

Ryan Zarick, Bryan Pellegrino+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 7被引用 11

一句话总结

LayerZero 提出首个无信任、全链互操作协议，实现任意区块链之间的直接、原生跨链交易，无需中介、验证者或封装代币。通过利用两个独立的链下实体——预言机和中继器，它借助密码学证明确保消息的有效传递，实现对 Layer 1 和 Layer 2 链的低信任安全通信。

ABSTRACT

The proliferation of blockchains has given developers a variety of platforms on which to run their smart contracts based on application features and requirements for throughput, security, and cost. However, a consequence of this freedom is severe fragmentation; Each chain is isolated, forcing users to silo their liquidity and limiting options to move liquidity and state between walled ecosystems. This paper presents LayerZero, the first trustless omnichain interoperability protocol, which provides a powerful, low level communication primitive upon which a diverse set of cross-chain applications can be built. Using this new primitive, developers can implement seamless inter-chain applications like a cross-chain DEX or multi-chain yield aggregator without having to rely on a trusted custodian or intermediate transactions. Simply put, LayerZero is the first system to trustlessly enable direct transactions across all chains. Allowing transactions to flow freely between chains provides opportunities for users to consolidate fragmented pockets of liquidity while also making full use of applications on separate chains. With LayerZero, we provide the network fabric underlying the fully-connected omnichain ecosystem of the future.

研究动机与目标

• 通过实现隔离区块链之间的无缝、无信任通信，解决区块链生态系统碎片化问题。
• 通过消除对保管人、封装代币或中间共识层的依赖，解决跨链交易信任的根本问题。
• 设计一种轻量级、可组合的通信原原子，支持跨链去中心化交易所和多链收益聚合器等多样化应用。
• 通过两个独立的链下实体进行密码学验证，确保跨链消息的安全性和最终性。
• 使开发人员能够原生构建跨链应用，而无需修改底层链语义或在 Layer 1 链上产生高昂成本。

提出的方法

• 采用两级信任模型：预言机提供源链的区块头，中继器提供交易证明，两者均不可信但假设不会合谋。
• 采用密码学验证——特别是默克尔-帕特里夏树证明——以验证交易已在源链上提交。
• 引入 LayerZero Endpoint，一种轻量级、可扩展的接口，抽象化跨链消息传递，对任何区块链支持最小开销。
• 依赖 Chainlink 去中心化预言机网络的参考实现，以提供生产级的可靠性和可用性。
• 使用标准化的数据包格式对 EVM 特定数据（包括智能合约地址）进行编码，以实现跨链消息传输。
• 仅在区块头和交易证明均独立验证并通过密码学一致性确认后，才确保消息送达。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不依赖中间链或托管实体的情况下，实现无信任的跨链交易？
• RQ2 何种架构模式可仅通过链下组件实现异构区块链之间的安全、直接通信？
• RQ3 能否构建一个统一的消息传递原原子，以在最小信任和低成本下支持 Layer 1 和 Layer 2 链？
• RQ4 如何组合来自独立来源的密码学证明，以在不需链上状态机复制的情况下保证消息有效性？
• RQ5 现有区块链应用（如去中心化交易所和收益聚合器）在采用原生跨链消息传递后，其增强程度如何？

主要发现

• LayerZero 无需中间代币或侧链，成功实现了任意一对区块链之间的直接、无信任跨链交易。
• 通过使用两个独立的链下实体（预言机和中继器）进行密码学验证，确保交易已提交，且无需合谋，实现有效交付。
• LayerZero 库的 EVM 特定实现利用开源基础，实现高效的默克尔-帕特里夏树验证，确保正确性与性能。
• 该设计支持原生资产转移，使跨链去中心化交易所可实现 1:1 定价，无需封装代币或中间链上的流动性池。
• 基于 LayerZero 构建的多链收益聚合器可同时访问所有链上的最佳收益机会，相比单链方案显著提升潜在回报。
• 使用 LayerZero 的借贷协议允许用户在一条链上借入资产，同时使用另一条链上锁定的原生资产作为抵押，消除桥接和兑换费用，同时保持资产完全控制权。