CAKE框架简介

摘要

• 如今，默认的加密用户体验是让用户始终知道他们正在与哪个网络进行交互。然而，互联网用户不必知道他们正在与哪个云提供商进行交互。将这种方法引入区块链就是我们所说的链抽象。
• 本文介绍了 CAKE 框架，即链抽象关键要素（Chain Abstraction Key Elements）。它由四层组成：应用层、权限层、求解器层和结算层，共同促进用户无缝的跨链操作。
• 实现链抽象需要使用一套复杂的技术，用于提供可靠、成本高效、安全、快速和私密的执行。
• 我们将链抽象中的跨链权衡空间定义为三难困境，并提出了六种设计，每种设计都具有独特的优势。
• 为了成功地实现向链抽象未来的飞跃，作为一个行业，我们必须定义并采用 CAKE 各层之间消息传递的通用标准。一个好的标准将起到锦上添花的作用。 🎂

前言

2020 年，以太坊网络转变为以汇总为中心的路线图，以进行扩张。自做出该决定四年以来，已有 50 多个汇总协议 (L2) 投入生产。虽然汇总为 EVM 块空间提供了急需的水平扩展，但它已彻底破坏了用户体验。

用户不应该关心也不知道他们正在与哪个汇总进行交互。加密货币用户知道他们正在与哪个汇总（Optimism 或 Base）进行交互，相当于 web2 用户知道他们正在与哪个云提供商（AWS 或 GCP）进行交互。链抽象是一种将链信息从用户那里抽象出来的愿景。用户只需将钱包连接到 dApp 并签署预期操作，确保用户在目标链上拥有正确的余额，然后执行预期操作的细节发生在幕后。

在本文中，我们将观察到链抽象是一个真正的多学科问题，涉及与应用层、权限层、求解器层、结算层的交互。我们将介绍链抽象关键元素（CAKE🎂）框架，然后深入研究链抽象系统的设计权衡。

关于 CAKE 框架

在链抽象世界中，用户访问 dApps 网站，连接钱包，签署预期操作并等待最终结算。获取目标链所需资产和最终结算的所有复杂性都从用户手中抽象出来，发生在 CAKE 的基础设施层中。CAKE 共有三个基础架构层：

1. 权限层： 用户将钱包连接到 dApp，并根据用户意图请求报价。意图是指用户在交易结束时期望的（即输出），而不是交易的最终路径。它可以将 USDT 转移到 Tron 地址，或者将 USDC 存入 Arbitrum 上的收益生成策略。钱包应能够了解用户资产（即读取状态）并在目标链上执行交易（即更新状态）。
2. 求解器层： 求解器层根据用户的初始余额和意图来估计费用和执行速度。这个过程，简称为求解，在跨链设置中至关重要，因为交易变得异步并且子交易在执行过程中可能会失败。异步性的引入造成了跨链的三难困境，涉及费用、执行速度和执行保证。
3. 结算层： 用户使用私钥批准交易后，结算层确保其执行。它涉及两个步骤：将用户的资产桥接到目标链上，然后执行交易。如果协议使用复杂的求解器进行某些操作，它们可以带来自己的流动性并代表用户执行操作，而无需桥接。

实现链抽象意味着将上述三个基础设施层组合成一个统一的产品。组合这些层时的一个重要想法是传输信息与传输价值之间的区别。链之间的信息传输应是无损的，因此需要依赖最安全的路径。假设用户正尝试在从一条链到另一条链的治理投票中投选“Yes”，他们不希望自己的投票转换为“Maybe”。另一方面，根据用户的偏好，转移价值可能会有损失。可以利用成熟的第三方为用户提供更快、更便宜或有保证的价值转移。请注意，95% 的以太坊区块空间（按支付给验证者的费用加权）被消耗用于转移价值。

关键设计决策

上述三层介绍了 CAF 需要采取的关键设计决策。它们涉及谁控制意图执行的权力、应向求解器透露哪些信息以及求解器可用的解决途径是什么。让我们详细看看它们中的每一个要素。

权限层

权限层保存用户的私钥并代表他们签署消息，然后将其作为交易在链上执行。CAF 需要支持它想要支持的所有目标链的签名方案和交易有效负载。例如，支持 ECDSA 签名方案和 EVM 交易标准的钱包将仅限于以太坊、其 L2 及其侧链（例如 Metamask 钱包）。另一方面，同时支持 EVM 和 SVM (Solana VM) 的钱包将能够支持这两个生态系统（例如 Phantom 钱包）。需要注意的是，相同的助记词可用于在 EVM 和 SVM 链上生成钱包。

单个多链交易由多个需要按正确顺序执行的子交易组成。这些子交易必须在多个链上执行，每个链都有自己的随时间变化的费用和随机数。这些子交易如何协调和结算是权限层的一个关键设计决策。

1. EOA钱包是在用户计算机上运行并保存私钥的钱包软件。它们可以是基于浏览器的扩展程序（例如 Metamask 和 Phantom）、移动应用程序（例如 Coinbase 钱包）或专用硬件（例如 Ledger）。 EOA 钱包要求用户单独签署每笔子交易，目前需要多次点击。它们还要求用户在目标链上持有费用余额，这在过程中带来了巨大的摩擦。然而，通过允许用户一次点击就能签署多个子交易，可以消除多次点击的麻烦。
2. 在账户抽象 (AA) 钱包中，用户仍然可以访问他们的私钥，但他们将交易有效负载的签名者与交易的执行者分开。使复杂的各方能够自动捆绑和执行用户交易（Avocado、Pimlico）。 AA 钱包仍然要求用户单独签署每笔子交易（目前通过多次点击），但不需要在每条链上持有费用余额。
3. 基于策略的代理将用户的私钥保存在单独的执行环境中，并根据用户策略代表他们生成签名消息。Telegram 机器人、Near Account 聚合器或 SUAVE TEE 是基于策略的钱包，而 Entropy 或 Capsule 是基于策略的钱包扩展。用户只需要签署一份批准书，随后的子交易签署和费用管理就可以由这些代理在进行中执行。

求解器层

用户发布他们的意图后，求解器层就会返回一个费用和确认时间给用户。这个问题与设计订单流拍卖密切相关，已经在本文中详细写过。CAF 可利用协议内路径来执行用户意图，也可以利用复杂的第三方（又称求解器）通过牺牲某些安全保证来为用户提供改进的用户体验。当我们将求解器引入 CAF 框架时，接下来的两个设计决策就会出现，并且与信息相关。

意图由两种类型的可提取值 (EV) 组成： EV_ordering 和 EV_signal。 EV_ordering 是区块链特有的值，通常由执行用户订单的实体（例如区块构建者或验证者）提取。另一方面，EV_signal 表示在订单正式记录在区块链上之前观察订单的任何实体均可访问的值。

不同的用户意图在 EV_ordering 和 EV_signal 之间具有不同的分布。例如，在 DEX 上交换代币的意图通常具有较高的 EV_ordering 但较低的 EV_signal。相反，传入的黑客交易将具有更高的 EV_signal 分量，因为抢先交易将返回比执行它更多的价值。值得注意的是，EV_signal 有时可能为负值，例如在做市商进行交易的情况下，由于做市商对未来市场状况有更好的了解，执行这些订单的实体可能会遭受损失。

当有人有能力提前观察用户的意图时，他们就可以进行抢先交易，从而导致价值泄漏。此外，EV_signal 为负值的可能性会在求解器之间造成竞争环境，导致他们提交较低的出价并导致进一步的价值泄漏（也称为逆向选择）。最终，泄漏会通过增加费用或提供不太优惠的价格来影响用户。请注意，低费用或价格改善有利也有弊，并且在本文的其余部分中将互换使用。

信息共享

与求解器共享信息有 3 种方法：

1. 公共内存池：用户的意图被公开广播到公共内存池或 DA 层。第一个能够满足请求的求解器执行命令并成为获胜者。该系统具有高度提取性，因为用户会从订单中显示 EV_ordering 和 EV_signal。此类拍卖的例子包括以太坊的公共内存池和各种区块链桥。在桥接的情况下，用户必须将其资产转移到目标链之前将其托管，以防止恶意攻击。然而，这个过程无意中暴露了他们的意图。
2. 部分共享：CAF 可以选择通过限制披露的信息来限制其向投标人披露的价值金额。然而，这种方法会导致价格最优性的直接损失，并可能导致其他问题，例如垃圾投标。
3. 私人内存池：MPC 和 TEE 的最新发展让完全私有的内存池的实现成为可能。没有信息会泄露到执行环境之外，因此求解器会对他们的偏好进行编码，这些偏好与每个意图相匹配。尽管私有mempool捕获了EV_ordering，但它无法完全捕获EV_signal中的值。想象一下，如果黑客交易被发送到内存池，会发生什么。第一个看到此订单的人可以抢先进行潜在出售并捕获 EV_signal。在私有内存池中，只有在确认区块后才会发布信息，因此任何可以看到交易的人都可以捕获 EV_signal。人们可以想象求解器启动证明节点以从 TEE 铸造的新块中捕获 EV_signal，从而将 EV_signal 捕获转变为延迟竞争。

求解器名单

CAF还需要决定允许多少竞标者以及哪些竞标者参与拍卖。一般来说，选项如下：

• 开放获取：参与能力的准入门槛尽可能低。这类似于公共内存池，并且会泄漏 EV_signal 和 EV_ordering。
• 门控访问：执行订单的能力存在一些把关，可以通过白名单、声誉系统、费用或席位拍卖。看门机制需要确保系统中的求解器不会捕获 EV_signal。例如 1inch 拍卖、Cowswap 拍卖和 Uniswap X 拍卖。赢得订单的竞争为用户捕获 EV_ordering，而门控机制可以为订单生成器（钱包、dApp）捕获 EV_signal。
• 独家访问权：独占访问权是固定的求解器拍卖的一种特殊情况，其中每个时间段仅选择一名求解器。由于没有信息泄露给其他求解器，因此不存在逆向选择和抢先交易折扣。订单流发起者捕获 EV_signal 和 EV_ordering 的预期值，因为没有竞争，用户只能获得执行而无法获得价格优化。Robinhood 和 DFlow 拍卖就是这样的拍卖案例 。

结算层

钱包签署了一组交易后，它们就需要在区块链上执行。跨链交易将结算过程从原子化转变为异步化。当初始交易正在执行和确认时，目标链上的状态可能会发生变化，可能导致交易失败。本小节将研究安全成本、确认时间和执行保证之间的权衡。

需要注意的是，在目标链上执行预期交易取决于目标链的交易包含机制。包括审查交易的能力和目标链的费用机制等因素。我们认为目标链的选择是 dApp 的决定，并将考虑超出本文的范围。

跨链预言机

具有不同状态和共识机制的两个区块链需要中介（例如预言机）来促进它们之间的信息传输。预言机充当链之间信息的中继。这包括验证情况，例如用户将资金锁定在锁定和铸币桥的托管账户中，或者确认用户在源链上的代币余额以参与目标链上的治理投票。

预言机以最慢的链速度在链之间传输信息。这对于管理重组风险是必要的，因为预言机需要等待原始链上的共识。我们想想这样一个场景：用户想要将 USDC 从源链桥接到目标链。为此，用户将其资金锁定在托管机构中。但是，如果预言机没有等待足够的确认并继续为目标链上的用户铸造代币，则可能会出现问题。在重组的情况下，如果用户覆盖他们的托管交易，预言机将出现双重支出。

预言机有两种类型：

1. 协议外预言机要求第三方验证者与运行共识的验证者分开，以便在链之间传输信息。额外验证者的需求增加了预言机的运行成本。LayerZero、Wormhole、ChainLink 和 Axelar 网络都是协议外预言机。
2. 协议内预言机深度融入生态系统的共识算法中，利用运行共识的验证人集合来传递信息。Cosmos 为运行 Cosmos SDK 的链提供了 IBC，Polygon 生态系统正在开发 AggLayer，而 Optimism 正在开发 Superchain。每个预言机都使用专用的区块空间在同一生态系统的链之间传输信息。
3. 共享排序器是在协议内拥有交易排序权的协议外实体，即它们可以提供跨链交易的捆绑。尽管仍在开发中，共享排序器不必等待某些块确认来降低重组风险。为了真正提供跨链原子性，共享排序器需要能够执行后续交易，但前提是早期交易是成功的，将它们变成链中链。

桥接代币

在多链世界中，用户代币和费用余额分布在所有网络中。在每次跨链操作之前，用户都需要将资金从源链桥接到目标链。目前有34个活跃桥链，在过去 30 天内的总 TVL 为 $77亿，总桥接交易量为$86亿。

桥接代币是价值转移的一种情况。这创造了利用擅长资本管理并愿意承担重组风险的专业第三方的机会，从而降低了用户交易所需的成本和时间。

有2种类型的桥链：

1. 锁仓和铸币桥链： 锁仓和铸币桥链验证源链上的代币存款并在目标链上铸币。虽然启动这样一座桥链需要少量资金，但要在链之间安全传输锁定信息，则需要大量投资。 这些桥链的安全漏洞已给代币持有者造成了数十亿美元的损失。
2. 流动性桥链： 流动性桥利用源链和目标链上的流动性池，以及确定源代币和目标代币之间兑换率的算法。虽然这些桥链的初始成本较高，但它们所需的安全保证较低。如果发生安全漏洞，只有流动性池中的资金面临风险。

在这两种类型的桥链中，都存在需要由用户支付的流动性成本。在锁仓和铸币桥链中，流动性成本是从包装代币交换到目标链上所需代币（USDC.e 到 USDC）时的成本，而在流动性桥链中，流动性成本是从原始链上的代币交换到目标链上的代币时的流动性成本。

跨链困境

上述 5 个设计决策导致了跨链的三难困境。 CAF 必须在执行保证、低费用和执行速度之维护2个属性。

1. 协议内路径是跨链传输信息的指定路径。这些系统考虑了重组风险，牺牲了执行速度，但通过消除额外验证者集或流动性成本的需要来降低成本。
2. 求解器聚合从多个求解器处收集报价，以确定实现用户意图的最便宜和最快的路径。然而，由于逆向选择和抢先交易，求解器有时可能无法满足意图，导致执行力下降。
3. 执行力竞争通过在求解器之间安排竞争来执行意图或专门选择单个求解器来选择获胜求解器。这两种方法都会给用户带来高额费用，因为求解器竞争的是执行而不是价格优化。

CAKE的六个部分

为了写这篇文章，我们研究了来自明确和非明确致力于链抽象的团队的 20 多种不同设计。在本节中，我们讨论六种独立的 CA 实现，我们认为它们具有固有的效率和产品市场契合度。如果构建得当，这些设计有可能相互组合。

这项运用的一个关键要点是我们需要一个通用标准来表达跨链意图。每个团队都在研究自己的方法和协议，用于编码用户意图。统一标准将提高用户对他们正在签名的消息的理解，使解决者和预言机更容易理解这些意图并简化与钱包的集成。

代币指定桥链

生态系统协调桥链

求解器价格竞争

钱包控制的消息传递

求解器速度竞争

独家批量拍卖

目的

廉价的跨链转账

跨链消息调用

廉价的跨链交换

跨链消息调用

快速跨链传输

跨链消息调用

例子

CCTP, CCIP, xERC20

AggLayer, Superchain, IBC

Bungee, Jumper, Uniswap X

Alfred, Avocado, Near Account

Across, Orbiter

不适用

钱包

任一

任一

取决于实施

AA 或基于策略

任一

任一

信息共享

公开

公开

取决于实施

取决于实施

全部或无

无

求解器清单

取决于实施

取决于实施

门控访问

取决于实施

取决于实施

独家的

预言机

协议内

协议内

协议外

协议外

协议外

协议外

代币桥接

销毁和铸币

锁仓和铸币

取决于求解器

取决于求解器

流动性桥链

取决于实施

代币指定桥链

有一种特殊情况的锁仓和铸币桥，它不支付流动性成本，也称为销毁和铸币桥（例如 USDC CCTP）。代币团队在每条链上指定一个规范的代币地址，而桥则有权铸造代币，即用户需要的代币。

如果你仔细观察，就会发现销毁和铸币桥类似于以足够的区块确认速度进行的跨链传输。 xERC20 是一种在目标链上指定规范代币及其授权桥的标准。代币指定桥是协议内路径的一个示例，即它会牺牲执行速度和低费用，例如CCTP 需要 20 分钟才能执行转账。

生态系统协调桥链

生态系统协调桥链允许在同一生态系统内的链之间传输任意消息。它属于协议内路径类别，优先考虑执行保证和低费用而不是速度。Cosmos IBC、Polygon AggLayer 和 Optimism Superchain 就是这样的桥链。

三年前，Cosmos 生态系统面临着与以太坊今天面临的类似挑战。流动性跨链分散，每个链都有自己的费用代币，管理多链账户很麻烦。Cosmos 生态系统通过 IBC 实现协议内消息传递桥来解决这些问题，从而实现无缝的多链账户和跨链传输。

Cosmos 生态系统由具有主权安全性和快速终局性的独立链组成，使得跨链消息传递的协议内路径非常快。另一方面，rollup 生态系统取决于质疑期（乐观汇总）的到期或提交 zk 证明（有效性汇总）以实现终局性。由于这些终局性限制，跨生态系统传递消息的协议内路径将会很慢。

求解器价格竞争

求解器价格竞争涉及与所有求解器共享订单信息。求解器的目标是整合订单意图生成的期望值（EV）并将其提供给用户。系统中获胜求解器的选择是基于最大化用户价格优化。然而，这种设计存在不执行的风险，并且需要额外的机制来确保订单的可靠包含。此类机制的示例包括 Uniswap X、Bungee 和 Jumper。

钱包协调消息传递

钱包协调消息传递利用 AA 或基于策略的钱包提供的功能，以提供与任何意图类型兼容的跨链体验。它充当最终的 CA 聚合器，在各种 CA 设计之间重定向用户意图以解决特定意图。示例包括 Avocado 钱包、Near Account Aggregator 和 Metamask Portfolio。

请注意，在过去的十年中，加密生态系统已经认识到用户与其钱包之间的关系非常粘性。每当我想到将我的助记词从 Metamask 迁移到另一个钱包时，我个人都会感到非常恐惧。这也是为什么即使在 2.5 年之后，在 Vitalik Buterin 本人的支持下，EIP-4337 仍然获得最低限度的采用。尽管较新版本的钱包协议可能为用户提供更好的价格（帐户抽象）或改进的易用性（基于策略的钱包），但将用户从当前的钱包迁移是一项艰巨的任务。

求解器速度竞赛

求解器速度竞赛允许用户表达对特定跨链转换的意图，以获得高执行保证。它并不能帮助用户最小化费用，而是提供了包含复杂交易的可靠渠道。第一个根据区块构建者费用或包含速度执行意图的求解器赢得意图。

该设计旨在通过最大化求解器捕获的 EV 来实现高包含率。然而，它是以中心化为代价的，因为它依赖于以太坊主网上复杂的资本管理或 L2 上的低延迟执行。

独家批量拍卖

独家批量拍卖举行拍卖，以获得在一个时间窗口内向单个求解器执行所有订单流的专有权利。由于其他求解器无法看到订单，因此他们根据预测的市场波动性和平均执行质量进行出价。独家批量拍卖取决于止损价格，以保证良好的用户价格，因此不能用于提高价格。将所有订单流发送给单个投标人可以消除信息泄漏并提高执行保证。

结语

链抽象框架（CAF）承诺为用户提供无缝的跨链交互。在本文中，我们研究了几个团队正在生产和开发中的设计，这些团队明确或默默地试图解决链抽象问题。我们相信今年将是 CAF 年，并预计未来 6-12 个月内不同设计及其实施之间将发生激烈竞争。

价值转移

信息传递

协议内路径

代币指定桥链

生态系统协调桥梁

求解器聚合

求解器价格竞争

钱包协调消息传递

执行力竞赛

解算器速度竞赛

独家批量拍卖

跨链价值转移将通过低费用的代币指定桥链和求解器速度或价格竞赛的组合来进行，以提高速度和执行力。而信息传输将通过生态系统一致的消息桥的组合进行路由，其目的是最大限度地降低用户的成本，以及钱包控制平台的成本，从而最大限度地提高速度。最终的实现将围绕这六种不同的设计进行，因为它们各自满足独立的需求，并受益于权衡矩阵不同角落的效率。

这项运用的一个关键要点是我们需要一个通用标准来表达跨链意图。几个团队正在开发各自的、会导致重复工作的协议来编码用户意图。统一标准将提高用户对他们正在签名的消息的理解，使求解器和预言机能更容易地处理意图并简化与钱包的集成。

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