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# Babylon
## 💡 **Key Insights**
**利用Bitcoin的经济安全性和Cosmos IBC跨链通信技术，允许 BTC 持有者在保持资产自主权且不离开Bitcoin网络的情况下，通过特有的质押机制为其他PoS区块链提供一个额外的安全层，并换取收益。利用工作量证明（PoW）的某些优势来对权益证明（PoS）提供安全性补充。**
1. "远程质押" 使质押的BTC保留在Bitcoin主网上。
2. 在Bitcoin上创建定制化质押合约，Babylon通过使用Bitcoin脚本和仿真约束（covenants）来定制UTXO的操作，创建一种特殊的交易类型来完成质押锁定功能。
3. 利用Cosmos IBC跨链通信协议在Bitcoin和其他区块链之间无缝地聚合、传递消息和数据。
4. 额外安全层。通过将PoS区块链的一些关键数据（如交易哈希、重要决策或状态更新）的哈希值记录到Bitcoin区块链上，设立“检查点”。Babylon能够为这些数据提供不可篡改的时间戳证明，相当于将PoS链状态的快照，定期锚定到Bitcoin区块链上。
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## 研究报告
### 1 方案分析
作为市值第二高的资产，以太坊完成了第一阶段的使命成为目前最大的智能合约平台。现在正在通过EigenLayer的“Restaking”概念目标成为其他网络的安全层。
在PoS共识机制中，区块链的主要安全来源之一是通过可质押的资产来吸引大量资本，逐渐建立经济安全，越庞大的网络，就需要越理想的、共识越强的资产，而创造如此高共识的资产的难度就越大。目前共识足够强大的两种资产只有BTC和ETH，为了解决这个问题，像EigenLayer这样的项目利用了ETH的安全性来保护其他区块链，而不是通过高成本的代币发行来引导它。
截至目前，EigenLayer取得了巨大成功，已经吸引了超过150亿美元的TVL，那么Bitcoin作为共识最强、安全性最强、唯一的PoW链，也存在为其他区块链提供安全服务的可能，同时这也将对PoS共识机制提供很好的PoW安全补充，无需再争论PoW更好还是PoS更胜一筹。
Babylon致力于创建BTC质押，允许BTC持有者在不离开Bitcoin网络本身的情况下与其他网络共享超过1.3万亿美元的经济安全，以换取质押收益。在方案上，Babylon通过远程质押、定制化质押合约、时间戳、EOTS（可提取一次性签名）实现了对PoS链提交的关键数据的记录和验证，但我们需要清楚Bitcoin其本身架构无法验证复杂的运算逻辑以及智能合约，所以PoS链内部仍然有基础的逻辑运算，而Babylon提供的Bitcoin的PoW安全性是一个“额外的安全层”，是一种对PoS安全性的补充，也可以说是促使了PoS和PoW在安全层面的融合。同时由于Babylon和Eigenlayer最底层的共识机制不同，两个产品在服务对象、协议目标等方面存在差异。这一点将在讲解完Babylon的核心原理之后进行展开讨论。
### 2 Babylon架构
* Bitcoin 主网
* Babylon 聚合层
* IBC 通信协议
* PoS 消费链（目标PoS区块链）
Babylon本质上是一个聚合层，用于在任何PoS区块链和Bitcoin之间构建安全性，如果一个BTC持有者想要质押他们的资产，他们可以去Babylon选择他们想要质押的合格网络，然后在BTC主网上锁定他们的BTC，在 Babylon Chain 这个聚合层上将对PoS的关键数据进行聚合，并定期通过IBC发送至Bitcoin网络建立“检查点”，最终用户可以领取目标PoS网络的收益。
这样一来，质押者可以继续持有他们的BTC，同时赚取额外的收益，而PoS网络付出一些成本则继承了Bitcoin的经济安全性。
Source: messari.io
Source: messari.io
### **3 远程质押 Remote Staking**
远程质押是一种允许资产持有者在不将资产移出其原生链的情况下，为其他网络提供质押验证服务来获得收益的方式。Remote Staking的关键是保持资产的自主控制权，避免通过第三方中介（如托管服务或桥接服务）来实现。
在Babylon项目中，Bitcoin持有者通过Remote Staking的方式，可以将用户的BTC质押在Bitcoin网络上，而不是传统的通过转移到其他链或通过中心化的服务。这是通过改进的Bitcoin脚本和特定的交易类型来实现的“定制化质押合约”。
### 4 Bitcoin定制化质押合约
由于Bitcoin不支持复杂的智能合约，Babylon必须在Bitcoin现有的脚本语言范围内实现质押功能。Bitcoin与Ethereum不同，其使用的是UTXO（未花费交易输出）模型，即每个交易输出可以成为另一个交易的输入。
Babylon通过使用Bitcoin脚本和仿真约束（covenants）来定制UTXO的操作，简单去理解就是通过一种工具来定制Bitcoin交易的行为，创建特定的合约逻辑，它支持用户可以将他们的Bitcoin锁定一段时间，只有在锁定期结束后，用户才能使用他们的私钥来赎回这些资产。通过这种“定制化的质押合约”来代替了通过智能合约实现的质押合约。
### 5 提交数据和验证
1. **数据提交**：PoS区块链上的节点生成一些重要的数据并转为哈希，如交易或区块信息。
2. **发送到Bitcoin网络**：Babylon Chain 负责收集这些哈希并将它们聚合打包，通过IBC，打包后的哈希集合将在一个特定的交易中被提交到Bitcoin区块链。
3. **生成时间戳**：一旦这些哈希在Bitcoin区块链上被记录下来，它们就获得了来自Bitcoin区块链的时间戳。这就生成了“检查点”，它继承了Bitcoin网络的安全性，是全球公认且不可更改的。这意味着任何人都可以查看这个比特币交易，并根据时间戳确认这些数据在何时被提交。
4. **使用时间戳**：PoS区块链可以利用这些时间戳来验证其数据的正确性和时效性。例如，在处理交易或验证区块的真实性时，它们可以引用这些时间戳。
时间戳的使用有助于防止一些安全问题，如重放攻击（在其中旧交易被重新提交以欺骗网络）和长程攻击（通过创建一个从旧状态分叉的替代链）。
### 6 安全和惩罚机制
在Babylon的设计中，采用了2种[签名](/cmdefi/home/defi-qu-zhong-xin-hua-jin-rong/babylon/bitcoin-qian-ming.md)来保证所有机制的顺利运转。
* Schnorr签名提供了一种高效（聚合）和安全的方式来处理Bitcoin质押者的签名。
* EOTS则用于在质押者试图对网络进行双重支付攻击时，允许从恶意行为产生的签名中自动提取私钥并进行自动化的Slashing。
Schnorr签名是在比特币2021年的Taproot升级中被引入的，主要是为了解决传统签名的一些限制，以实现一个更加高效和简洁的签名方式，主要特点就是允许将多个签名聚合为一个，这对于多签名交易和复杂脚本交易非常有用，同时它还可以显著减少交易大小和费用。
在安全性方面，由于Bitcoin脚本的表达能力有限，它无法直接实施类似PoS区块链中复杂的惩罚机制（如Slashing），所以Babylon通过一种巧妙的设计实现了Slashing机制。
如果一个Bitcoin质押者的私钥被用于在相同时间内签署两个不同的区块，这种行为会被认为是一次双重支付攻击的尝试，他们的私钥会被公开，在这种情况下，现在任何人都可以假装是质押者，并将削减交易发送到Bitcoin链并烧毁质押者正在质押状态的BTC。
这是通过EOTS（可提取一次性签名）来实现的，它与Schnorr签名兼容。这是一种特殊的加密形式，确保了区块签名的完整性并惩罚不当行为。该过程涉及一个额外的共识层，称为“终结轮”，这在消费链的基本共识协议功能之后发挥作用。只有在收集到超过三分之二涉及BTC质押的EOTS签名后，区块才达到最终确定状态。如果任何验证者试图通过在同一区块高度签署两个不同的区块来攻击协议，EOTS系统将确保其私钥被泄露。
该系统还解决了在像Bitcoin这样缺乏对智能合约和复杂交易类型的原生支持的区块链上执行惩罚的挑战。
比特币质押者的旅程
BTC质押者Alice的旅程：
* (a) 幸福之路：Alice 质押，验证 PoS 链，请求解除绑定，并在 3 天内解除质押。
* (b) 不幸的道路：Alice 进行质押，对 PoS 链犯了安全罪行，然后她的BTC被烧毁。
### 7 市场空间
根据DefiLlama的数据，当前Bitcoin单币收益市场中大部分收益率在0.01%-1.5%之间，有能力获取到5%-10%之间收益率的规模非常有限。
BTC 的市值目前达到1260B (1 BTC= $64000)，WBTC的市值为10B，而目前正在DeFi中积极获得收益的BTC不到5B，这与几个方面有关：
1. 大多数BTC持有者不愿意让BTC离开Bitcoin网络
2. 对于WBTC、tBTC等包装资产安全性的担忧
3. 收益过低
4. 一部分BTC处于沉睡状态（根据[Coinshares](https://blog.coinshares.com/2023-global-bitcoin-ownership-overview-322d6fc7e85a)的数据，25%的BTC供应量已闲置超过5年，67%已闲置超过1年）
一个可参考的数据，2021年，Celsius通过向BTC持有者提供竞争性的8%收益率吸引了43000 BTC，目前价值近30亿美元。可以推测，闲置BTC持有者有需求在其资产上获得收益，但目前主要的摩擦点是收益低、信任假设集中化和风险。
所以假设通过Babylon的质押能够捕捉接近8%的收益，那么这就有可能达到30亿美金的规模，结合Babylon的去中心化特性、原生BTC的质押无需离开Bitcoin网络，将有可能向百亿市场冲击。
### 8 解决了什么问题
根据目前的项目资料来看，Babylon解决了4个问题：
1. BTC在Bitcoin网络上的原生质押，并提供更高的收益机会
2. 使PoS链的安全预算降低，降低吸引质押者的代币排放
3. 为PoS链提供PoW的安全补充 - 缓解“长程攻击”
4. 为PoS链提供PoW的安全补充 - 提高活跃性攻击阈值
### 8. 1 长程攻击
先来了解一下什么是“长程攻击”，它也被称为长距离攻击（Long-Range Attack），是权益证明（PoS）区块链面临的一种特定安全风险。这种攻击涉及到质押者在解绑（即取回质押资金）后利用他们的质押代币在区块链历史的某个早期点上创建一个分叉。这种攻击尝试利用过去的质押状态来重写区块链的历史记录。
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攻击过程
1. **攻击起点**：攻击者选择区块链历史中的某个早期点，这通常是在他们的质押仍然有效的时间点。然后，他们开始在这个点上秘密构建一个私有的分叉链。
2. **构建分叉链**：攻击者在自己的分叉链上构建区块，可能包括无效或欺诈性交易。由于他们在这个历史时间点有足够的质押权，他们可以影响哪些区块被加入到这个分叉链上。
3. **发布分叉**：一旦分叉链足够长，覆盖了主链上的同期区块，攻击者可以将其发布出来。由于PoS协议通常会接受最重（即积累最多质押权或最长链）的链作为有效链，攻击者的分叉可能会被网络接受为正统历史。
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在PoS系统中，由于不需要像PoW那样进行大量计算，重组旧的区块（即区块链重组）相对容易。攻击者只需要在私有链上展示一个比主链更长或在某些系统中更有“权重”的链，就可能说服网络接受其链为有效链。
这种攻击通常涉及到网络节点较少、监控和安全措施较弱的新兴或较小的PoS链，因为这样的网络更容易受到少数质押大户的影响。
为了缓解长程攻击，一般的PoS链会设置一个最低解绑期，通常为7天、14天、21天不等，这就是为什么当你向节点赎回资产（比如ETH、ATOM）时，要等待一个固定的周期才能拿到质押的资产。设置解绑期意味着一旦验证者决定解绑他们的资金，这些资金不会立即可用。在这个期间内，他们的质押仍被视为网络安全的一部分，但他们不能将这些质押用于验证新的区块或参与共识决策，这会大大增加其发起攻击的成本和复杂性。
#### Babylon是如何缓解“长程攻击”的？
Babylon通过在Bitcoin区块链上标记时间戳设置检查点来聚合PoS链的“解绑”操作，这样做的好处是利用Bitcoin的强共识特性为PoS链提供一个外部的安全验证点，这样为大幅减少解绑所需时间提供可能，从几周缩短到几小时，这样可以显著提升资金的流动性和效率。
### 8.2 活跃性攻击
其次了解一下什么是活跃性攻击，它是指少数验证者（如三分之一）可能尝试审查或阻塞某些交易或操作，从而影响链的正常运行。例如，验证者故意不包含某些交易，这可能是出于自身利益或外部激励。
#### Babylon如何提高活跃性攻击阈值？
Babylon利用Bitcoin区块链的安全性创建检查点。这些检查点是PoS链状态的快照，定期锚定到比特币区块链上。 这种方法通过比特币区块链的不可篡改性来增强PoS链的安全性，为PoS链上的重要决策或状态提供一个可信的、外部验证的记录。
另外Babylon通过在Bitcoin区块链上创建额外的安全层，提高了攻击者对PoS实施活跃性攻击的经济和技术成本。（可能包括破坏Bitcoin的强共识）
### 9 与Eigenlayer对比的综合分析
#### 限制：没有智能合约无法实现更高级的安全性支持
业内通常将Babylon与Eigenlayer相比较，Eigenlayer是通过编写智能合约来协调AVS和Restaker再质押者之间的需求，理论上只要能够写出来智能合约，Eigenlayer就能够胜任该任务，比如支持ETH Restaking和协议代币Staking的双质押需求，并设置比例参数可调，为现有中间件提供一层额外的以太坊级别的安全保护，也可以直接建设新中间件的共识层。虽然智能合约风险也同样被引入，但其能够支持的业务更加广泛。
Babylon目前主要实现的是通过在Bitcoin链上定期快照PoS链的状态，设立“检查点”，以此为受保护的PoS链提供基于强共识的可信的、外部验证的记录。它虽然通过定制化的UTXO实现了BTC的原生质押锁定，但其仍然不具备智能合约级别的功能，无法处理和协调复杂的需求和逻辑。
#### 限制：受限于IBC
Babylon利用IBC来聚合数据并在Bitcoin和任何PoS区块链之间进行通信。这是BTC质押、通过时间戳设立检查点的一个必要前提。使用IBC的原因是它具有无缝传递不同链之间的任意数据和验证者消息的能力。目前，Babylon当前可寻址的市场是91个原生支持IBC的Cosmos链。不过，基于IBC的扩展协议正在逐渐构建起来，比如Composable正在建立对其他网络如以太坊、Polkadot、Solana、NEAR和TRON的IBC支持。
#### 优势：闲置BTC的市场空间很大
相比较于Eigenlayer，Babylon瞄准的底层资产是BTC，而根据在【市场空间】部分的讨论，目前闲置的BTC数量非常巨大，同时不离开Bitcoin主链的基本需求已经实现，那么理论上一旦有更多的合作方接入Babylon，为BTC质押提供可观的收益，那么市场的增长会非常迅速。
#### 相同点：经济安全的支持
与Eigenlayer相同的地方在于Babylon也为一些早期的小规模的PoS链提供了经济安全上的支持，增加攻击者对小规模PoS链攻击的经济成本和技术成本。
#### 不同点：服务对象和目标
Babylon在缓解长程攻击、缩短PoS资产质押的锁定期等方面可能更加有效，比如Osmosis如果与Babylon合作则可能在解除质押OSMO时仅需要1天甚至更短（当前为14天），这是相对明确的需求。当然Babylon将BTC的PoW强共识带到了PoS，随着协议的成熟可能解锁更多可能。
而Eigenlayer则依靠以太坊的庞大生态，通过智能合约+再质押，将以太坊的安全性辐射到各个角落和中间件。所以Eigenlayer在扩展性上完全得到了智能合约的天生优势，在服务对象和功能实现上更加多元化。