tBTC 是如何做到安全且去中心化地進行比特幣資產跨鏈？主網上線後的漏洞是如何被修復的？
撰文：潘致雄，鏈聞研究總監
以去中心化實現比特幣資產跨鏈的方案中，tBTC 是近期最受矚目的專案。當 BTC 可以安全且無需信任地遷移到以太坊網路之後，相當於 BTC 能享受到圖靈完備的智慧合約，想象空間更大。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使用者、最高的市值、最顯著的網路效應。
tBTC 是由 Thesis 公司旗下 Keep Network 開發的一個子專案，這甚至有點像是他們「不務正業」推出的實驗專案。原本 Keep Network 是一個為以太坊提供隱私層的方案，利用鏈下的容器存放隱私資料；而 tBTC 則是一個比特幣跨鏈方案，聽起來好像與 Keep 本身的方向毫無關聯。不過，兩者還是存在一些交集的，比如利用了相同的代幣 KEEP 和多簽名機制等。
另外 Summa 和 Cross-Chain Group 也是 tBTC 專案的參與方。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）；
Cross-Chain Group 則負責跨鏈技術的研究、設計和實施。
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 協議中的頭部專案，如果他們後續能整合 tBTC，或許是一個雙贏的策略：比特幣可以支援 DeFi，DeFi 可以使用比特幣。
目前整合tBTC的專案
在 tBTC 之前，加密資產的跨鏈、尤其是比特幣資產的跨鏈方案，絕大多數都是透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，但對於加密貨幣社羣而言，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。
雖然 tBTC 已完成審計並上線主網，但專案仍處於早期階段，仍有很多未知風險等待早期使用者探索。而且 tBTC 的整套機制也存在一些爭議，比如引入了預言機這個外部不可控的因素。此外，tBTC 網路的參與者的質押率較高資金效率較低，這也會帶來參與者的參與動機較弱。不過 tBTC 專案還是有機會對這些現有的問題進行最佳化和調整的。
總體而言，tBTC 的兩個最重要的優勢為：
由原資產抵押：由於 tBTC 透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，是透過其他代幣鑄造出「模擬」比特幣價值的代幣 sBTC，事實上增加了比特幣的流通量。
由去中心化協議託管：在 tBTC 協議內的比特幣資產是被去中心化的協議託管的，而且也設定了一系列的安全機制確保整個流程無法作惡。
從上述兩個角度來看，目前與 tBTC 類似的專案可以這麼分類：
tBTC 是如何運作的？
像穩定幣協議 Maker 為了維持價格所設計的各種機制一樣，tBTC 在整套方案中也考慮到了各種可能會對系統安全帶來的特殊情況，如果將這些模組一一拿出解釋或輔以案例說明，可能是一篇論文的長度，或不亞於白皮書。
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，才應該徹底瞭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。
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：
tBTC 是這個專案和協議的名稱，而 TBTC 是由比特幣跨鏈後在以太坊上流通的代幣名，也就是 TBTC = BTC。
在 tBTC 的方案中，涉及到這幾方：
存款人（depositor）：希望把 BTC 挪到以太坊上的使用者；
驗證人 / 簽署人（signer）：維護 tBTC 網路安全且能賺取收益的使用者；
贖回者（redeemer）：希望把以太坊上的 TBTC 換成真正 BTC 的使用者。
BTC -> 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：
使用者如何確保抵押的資產不會被盜：tBTC 選擇的方案是將資產儲存在由 3 人共同保管的多簽名地址中（由 Keep 實現的技術），沒有任何一個人可以挪動資產，且需要抵押超額資產。
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：
1. 存款人申請資產跨鏈，在 tBTC 協議的分配下由驗證人輔助負責資產託管，然後存款人將比特幣轉至由三個人共同託管的比特幣地址中。
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。
簡單介紹一下 TDT：tBTC 系統為了記錄不同存款人不同的託管數量或者時間，在鑄造 TBTC 之前還會發行一枚非同質化代幣（NFT），稱為 TDT （tBTC Deposit Token）。雖說叫代幣，但其實類似於一張「憑證」，不可分割且獨一無二，後續贖回 BTC 需要用到這張憑證。
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組以應對。
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。
BTC -> TBTC 贖回流程
贖回流程相比較而言簡單一些，當使用者希望將持有的 TBTC 換回 BTC 時，只需將 TBTC 以及一小筆「費用」提交給以太坊的智慧合約，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。
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%。這是讓社羣中不少人吐槽 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，這也就意味著目前引數設定，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
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，前者幹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 上線的兩天後，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域性開關，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型別，由不同型別的指令碼生成：
最初的比特幣地址以「1 開頭」，這類指令碼稱為 P2PKH （Pay to Public Key Hash）；
後來誕生了由「3 開頭」的地址，這類指令碼稱為 P2SH （Pay to Script Hash），功能比較強大，支援多籤以及可以和後來的隔離見證組合；
最後誕生的是原生隔離見證地址，由「bc1 開頭」，這類指令碼稱為 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，也就是支援了 P2WPKH 之外的指令碼（1 或 3 開頭）。
這個調整可以提升使用者體驗，贖回者可以以任意地址贖回，畢竟 Bech32 的普及程度並不高。據 txstats 的資料顯示，目前儲存在 Bech32 中的 BTC 數量約 3%。但 tBTC 的系統卻沒有因為增加支援其他指令碼而做相應的調整。
不過這樣也不一定會產生問題，軟體開發中設定的測試流程，就是為了及早發現這樣的問題，但他們表示，測試用例中竟然沒有覆蓋到「非 P2WPKH」指令碼。雖然後來在測試網中總算測試了 P2SH 地址（3 開頭），但是又由於贖回 DApp 流程中的前端漏洞，導致團隊誤認為該測試透過了。
問題未被發現的一整個流程為：
tBTC 協議設計中僅支援 P2WPKH 地址—> 臨時決定放鬆對 P2WPKH 限制—> 但系統未做相應調整—> 測試用例未覆蓋—> 其他功能漏洞導致誤認為測試透過了
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 專案表示將最佳化他們工作流程，還將與安全團隊 Trail of Bits 合作，為 tBTC 規劃更多的自動化整合測試和系統測試。
隨後，為了進一步減少專案的整體風險，tBTC 重新定義了他們的軟體釋出流程。原來上線主網的 tBTC「正式版」將回退至「釋出候選版」（Release candidates），版本號為 RC0，所以下一個版本是 RC1。
補充一下，軟體開發流程中，在釋出某個正式版之前，通常會先發布數個版本稱之為「釋出候選版」（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專案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。
具體來說，在 RC1 版本中，第一個月的系統容量被設定為 100 BTC，之後按月增加，分別是 250 BTC、750 BTC、1000 BTC，這些邏輯也都是按照智慧合約預設的執行即可。5 個月後，該限制將自動解除，而且如果 12 個月後未發生事故，團隊將禁用緊急暫停按鈕，也就是保護了這次系統沒有受到更多損失的預留「後門」。
最後，tBTC 還表示除了 ConsenSys 和 Trail of Bits 的安全審計外，還將組織第三次安全審計，專門針對涉及 BTC 交易和跨鏈通訊的部分。同時，tBTC 還將漏洞賞金計劃的最高獎勵提高了 10 倍，至 100 萬個 KEEP 代幣。
激勵初始化流動性：「質押空投」
考慮到很多潛在的驗證人可能暫時沒有 KEEP 代幣，tBTC 發起了一個為期 6 至 12 個月的「質押空投」（Stakedrop）活動，為專案進行額外的激勵，促進專案的初始化和流動性。
活動中將分發 KEEP 代幣總量的20%，期間使用者可以僅依靠質押 ETH 成為tBTC 網路的驗證人，為資產跨鏈提供去中心化託管服務，而活動結束後，就會按照之前的方案，以 KEEP 代幣作為抽籤依據。
所以對於驗證人而言，這個期間內將獲得除了 1.25% 年化收益率之外的 KEEP 代幣獎勵，而數量要參考參與 tBTC 網路的具體表現，更多細節後續也會公佈。
值得長期觀察
雖然 tBTC 在機制設計、協議治理以及開發流程還有很大的改進空間，比如：改用去中心化預言機、透過系統治理調整引數等，但他們設計的去中心化跨鏈解決方案依舊是目前比較完整的，且產品的實現速度也較快。
再加上該專案由三個團隊合作推進各司其職，以及背後投資方有強大的資源支援，未來該協議的普及應該不是問題，被加到各種 DeFi 協議內也是遲早的事情。
更何況 tBTC 的未來將不僅限於以太坊。採用了 Keep 和 Summa 技術的開放式區塊鏈專案，或許都可以實現比特幣的資產跨鏈，因為這將是各個區塊鏈之間互聯互通的重要基礎設施。因此，tBTC 這類資產跨鏈專案值得長期關注。
