[论文解读] Transwarp Conduit: Interoperable Blockchain Application Framework

Shidokht Hejazi-Sepehr, Ross Kitsis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 4被引用 4

一句话总结

Transwarp-Conduit (TWC) 是一种基于公证人的框架，可在不修改底层协议的前提下，实现独立区块链之间的安全、互操作性消息传递。开发者通过部署兼容的智能合约并运行 TWC 节点，即可构建跨链 dApp，实现基于因果关系的互操作性，以适度的中心化为代价，获得比基于时间锁或中继的系统更优的可靠性和功能扩展。

ABSTRACT

Transwarp-Conduit (TWC) is a protocol for message transfers between two smart-contract enabled blockchains. Furthermore, we specify an application framework (leveraging the TWC protocol) that enables developers to define arbitrarily complex cross-blockchain applications, simply by deploying framework-compliant smart contracts and hosting a TWC node (daemon process).The TWC protocol is implementable without additional effort on part of the base blockchain protocol.

研究动机与目标

• 解决自 2018 年以来超过 600 条公共区块链之间日益增长的互操作性挑战。
• 通过在不同区块链上的事件之间建立因果关系，实现去中心化、跨链应用（如无信任交易所和可移植资产）的构建。
• 提供一种通用且可扩展的框架，简化跨链开发，同时保持安全性和可靠性。
• 为基于时间锁的原子互换和中继机制提供一种实用的替代方案，平衡交互性、功能性和去中心化程度。
• 定义一种安全、容错的跨链通信模型，通过密钥分离和信任模型最小化系统性风险。

提出的方法

• TWC 协议使用多重签名公证人方案，在不同区块链上的交易之间建立因果关系，确保消息完整性和最终性。
• 开发者在目标区块链上部署 TWC 兼容的智能合约，并运行 TWC 节点（守护进程）以中继和验证跨链消息。
• 该框架依赖于一个网桥和一组签名方（公证人），他们共同验证并签署消息，从而实现对跨链状态转换的信任。
• 每个 TWC 节点维护本地状态，并通过与每条区块链上的适配器通信，基于密码学证明验证和中继消息。
• 系统强制实施密钥分离：用于合约部署、消息中继和适配器操作的密钥彼此独立，以在发生泄露时限制攻击面。
• 该框架支持正向和反向因果关系，实现区块链之间的双向通信，以支持复杂 dApp 工作流。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在两个独立且互不兼容的区块链上的交易之间可靠地建立因果关系？
• RQ2 在跨链通信中，时间锁、中继和公证人方案之间的架构权衡是什么？
• RQ3 能否构建一个通用且可扩展的框架，使开发者无需修改底层区块链协议即可实现复杂的跨链 dApp？
• RQ4 在基于公证人的跨链消息系统中，中心化带来的安全影响是什么？
• RQ5 如何在保持系统可用性和正确性的前提下，减轻多方共谋的风险？

主要发现

• TWC 框架使用基于公证人的模型，在独立区块链之间实现跨链消息传递，实现了无需协议层更改的交易间因果关系。
• 该系统在去中心化与功能性之间提供了实用的权衡，在表达能力和可靠性方面优于基于时间锁和中继的方法。
• 单个 TWC 节点或密钥被攻破不会危及整个系统，因为采用了密钥分离和模块化设计，从而限制了攻击面。
• 然而，若网桥和签名方集合遭到多方共谋攻击，则存在高风险，可导致在目标链上创建带有有效签名的恶意交易。
• 该框架对深度链重组具有弹性，但系统管理员需在发生此类事件时准备手动干预。
• 该系统通过支持无信任的跨链状态协调，使去中心化交易所和可移植资产等关键用例成为可能。