OSM:深入解析Cosmos早期跨链生态——IBC非一日完成

本文提及一个常被忽略的功能：Ethermint，即在Cosmos生态中启用智能合约功能，此外详细解释了IBC工作原理。

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本文是Cosmos三部曲的第一部分。本文将阐明笔者在研究Cosmos的过程中学到的内容。希望这些内容有益于那些对Cosmos感兴趣的人。目前Cosmos还处于早期开发阶段。用于连接区块链的IBC等组件目前处于研究/规范阶段，因此在发布时可能会发生变化。

什么是Cosmos？

Cosmos是实现区块链间互操作性的网络和框架。这些区域由TendermintCore支持，这提供了一个高性能、连贯、安全的PBFT共识引擎，其中严格的分叉问责模式可以减少恶意行为。Cosmos不是一个产品，而是一个基于一系列普适性的模块和工具的生态系统。

在Tendermint共识中，共识节点首先要经过多轮投票，然后才能就一个区块的内容达成共识。当2/3的节点达成共识后，会通过状态转换逻辑运行区块，并提供最终确定性。目前，以太坊的工作量证明共识中，共识过程是倒置的，矿工先选择包含在区块中的交易，然后更新运行状态，最后“运行”尝试挖矿。

TendermintBFT每秒最多可处理几千笔交易。然而这只考虑了共识，应用层也是限制交易量的因素。Ethermint的速度已高达200tps，这远远超过当前版本的以太坊和比特币的速度。

最高人民法院党组书记、院长周强：深入研究区块链等技术在司法领域的应用:8月27日消息，最高人民法院党组书记、院长周强昨日在中国司法大数据研究院调研。周强强调，要加强技术创新、产品创新、管理创新，深入研究区块链等技术在司法领域的应用，进一步拓宽服务领域。（人民法院报）[2021/8/27 22:41:36]

很多项目都采用了Tendermint共识，包括BinanceChain，HyperledgerBurrow。值得注意的是，仅仅使用Tendermint共识并不意味着可以与Cosmos生态系统中的其他区块链连接，这些项目还需要分叉代码，将IBC部署为本机协议，从而通过IBC实现互操作性。

Tendermint共识算法遵循传统方法，依靠所有验证节点彼此通信达成共识。由于通信开销有限，因此不能扩展成千上万个验证节点，而比特币和以太坊则不同，他们可以拥有无限个验证节点。当有100个验证节点时，Tendermint可以运行。

因此，使用Tendermint构建的区块链的缺点是，需要提前了解验证节点，并且不允许矿工随意出入网络，这一点与比特币和以太坊不同。

除此之外，它还要求系统保持时间概念，这在理论上是一个非常复杂的问题。虽然在实践中，Tendermint已经证明，如果你使用各个节点集成的时间戳，就可以完美地解决这个问题。

在这方面，有人认为，相较于比特币，Tendermint共识协议更“中心化”，因为Tendermint共识的验证节点更少，并且必须提前了解。

国务院办公厅卢向东：区块链等新技术与政府业务深入融合:10月12日，第三届数字中国建设峰会数字政府分论坛在福州召开。国务院办公厅电子政务办公室主任卢向东表示，党中央、国务院作出推进数字政府建设的重要决策部署，意义重大，影响深远。目前推进数字政府建设已经具备良好的支撑条件。当前，5G网络覆盖范围不断拓展，云计算统筹优化基础设施资源，物联网、大数据、人工智能、区块链等新技术与政府业务深入融合，新一代信息技术为数字政府建设提供了强有力的技术保障。（经济参考报）[2020/10/15]

假设超过2/3的验证节点不进行恶意投票，Tendermint协议能确保安全性和活跃度。换句话说，如果少于1/3节点恶意投票，则协议可以保证安全性和活跃度。

主权

Cosmos的目标是：在Tendermint共识机制下，开发人员可以使用CosmosSDK轻松构建区块链、通过治理获取项目主权，以及获取链间互操作性。这是Cosmos与Polkadot和以太坊2.0等竞争对手的主要差异。以太坊2.0和Polkadot则是共享安全性，链上存在一个“根链”来确保安全性，防止出现双花。

治理是指：由代币委托人中的新功能，就必须完全依赖以太坊平台的治理。然而，主权所有权也有权衡利弊。因为如果区域想要主权，就要有激励其他人运行全节点、验证/创建区域区块的方法。虽然使用CosmosSDK可以轻松创建区块链和发行代币，但是创建自己的代币还需要考虑法律/规章问题。你打算怎么分配代币？你打算如何在交易所上市？如何激励他人使用代币。同时代币不会被归类为证券？这些都会影响ICO的结果。由于每个区域都需要自己的验证节点，而验证节点数量是有限的，因此每个区域都会试图说服验证节点验证自己的区块。

央视实地采访欧科云链集团 围绕区块链新兴职业深入调研:7月28日，CCTV-4《中国新闻》栏目围绕新增设的两个区块链职业进行深入报道。央视记者实地到访欧科云链集团，结合新兴职业如何吸纳就业等话题，与欧科云链区块链工程师及人力资源总监展开深入交流。

采访中，欧科云链区块链工程师介绍称，区块链技术具有可追溯、不可篡改等特性，能够广泛应用于版权保护及金融、物流等领域。作为新增职业中的“区块链工程技术人员”，其主要负责区块链浏览器等产品的开发。

欧科云链人力资源总监则表示，区块链自去年上升为国家战略后，在今年4月又入围新基建，整个行业近两年发展迅速，但人才缺口巨大，欧科云链今年上半年引入各类区块链人才近300名，较去年同期增长30%，其中包括近百名通过校招吸纳的应届毕业生。[2020/7/28]

每个区域/应用程序本质上都是一个迷你DAO，并不是所有人都乐于交出项目主权、并依靠社区来决定项目的未来。Cosmoshub已经证明这行得通，但其他项目方可能并不希望自己的应用程序是一个迷你DAO。如果有竞争对手获得区域的1/3代币，那么可能会拒绝所有治理投票，从而阻碍项目进展。

某些区域的安全性可能会比CosmosHub低很多，因为每个开发人员都需要验证自己的区块链，并使用POS代币化，而且没有简单的方法来验证验证节点的设置，以确保安全性。虽然Cosmoshub目前非常安全，这归功于当前质押的代币价值非常高，但是如果质押的代币大幅减少时，区域的安全性则还有待观察。虽然Cosmos一开始的主要目标是为区域提供主权，但现在希望连接Hub的验证节点能验证/创建区域的区块，从而提供共享安全性。要达到这个目标，Cosmos需要寻找一种方法来激励验证节点。另一种选择是，如果开发人员不想创建代币，也不想要主权，那么他们就可以在像Ethermint一样在区域的EVM上构建DAPP。

动态 | 《加快推进上海金融科技中心建设实施方案》：推动区块链等技术深入研发攻关:1月15日，上海市地方金融监督管理局会同国家在沪金融管理部门共同召开新闻通气会，宣传介绍《加快推进上海金融科技中心建设实施方案》（以下简称《实施方案》）。《实施方案》指出，全速推进金融科技关键技术研发。积极推动大数据、人工智能、区块链、5G等新兴技术深入研发攻关，推动技术创新与金融创新的融合发展。深化芯片、算法、云计算等基础技术攻关，提升金融创新的基础技术支撑能力。统筹布局安全、稳定、高效的信息基础设施，积极争取国家级金融科技重大项目和平台在沪落地。（第一财经）[2020/1/15]

以上内容就是每种方法的潜在优点和缺点。但与以太坊和Polkadot强迫性的共享安全性不同，Cosmos给开发者提供选择，让他们自己决定。

区块链的层

从架构的角度来看，每个区块链可以分为三个概念层：

应用层：负责更新交易状态。

网络层：负责传播交易以及与共识相关的信息。

共识层：使节点能够就系统当前状态达成共识。

状态机与应用程序层相同。它定义了应用程序的状态和状态转换功能。其他层负责在连接到网络的节点上复制状态机。

在CosmosSDK是一个通用框架，简化了在TendermintBFT上创建区块链app的过程。CosmosSDK的目标是创建一个模块生态系统，开发人员能轻松启动专用应用程序的区块链，无需从头编写代码。任何人都可以为CosmosSDK创建一个模块，并且在区块链中使用现成的模块、并将模块导入到app中都非常简单。

五粮液牵手IBM 将在区块链等方面展开深入合作:近日，在宜宾举行的五粮液（000858.SZ)数字化转型项目启动大会上，五粮液和IBM双方表示，将在区块链、云计算、人工智能等领先科技方面进行深入的合作应用，借用IBM丰富的行业数字化转型经验和技术，按照“年轻化”“低度化”“数字化”“国际化”的创新思维，带动酒业乃至及“大机械、大物流、大包装、大金融、大健康”五大板块快速有序发展，助力五粮液构建“智慧商业”模式，实现高质量发展。[2018/4/29]

TendermintBFT共识通过应用程序区块链接口连接到应用程序。该协议可以被包含在在所有编程语言中，开发人员可按需选择。

中心辐射型拓扑

(编者注：拓扑，几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的一些性质）

Cosmos是中心辐射型拓扑，因为每个区域互相连接复杂程度过大——如果要将每个区域互联，则网络中的连接数将随区域数量呈二次方增长。因此，如果网络中有100个区域，那么相当于要4950个连接线。

区域是常规的异构区块链，而中心hub是专门将区域连接在一起的区块链。当区域与hub建立IBC连接时，区域可以自动访问与其连接的区域。因此，每个区域只需要与hub建立连接，因为hub数量一定，因此建立的连接是有限的，不会无限增长。Hub还可以防止区域内出现双花。这意味着当区域从hub接收代币时，只需要信任发送代币的区域和其路径中的Hub。Hub不会验证或执行其他区域提交的交易，因此用户有责任将代币发送到他们信任的区域。

Cosmos网络中将有很多Hub，第一个启动的Hub是CosmosHub，其原生代币称为ATOM。ATOM仅适用于CosmosHub，而每个hub都有自己的代币。CosmosHub的交易费用不仅可以用ATOM支付，还可以使用其他代币。而其他hub则不同，类似IRIShub中只可以使用IRIS支付交易费用。

如上所述，CosmosHub是该网络中的众多hub之一，目前staking比例约为70％，ATOM的市值为8亿多美元。IRISnet是第二个推出的hub，目前质押的IRIS约为28％，市值不到1700万美元。本月末即将推出第三个hub，代币为SENT，其市值约为340万美元。这3个hub的安全性差别很大，随着越来越多的hub和区域互相连接，对验证节点需要更多代币激励。

Ethermint——在Cosmos生态中启用智能合约功能

标准的Cosmos区域/hub并没有智能合约功能。因此为了要启用智能合约功能，应用层通过ABCIAPI从共识层中抽离，从而在Tendermint共识下，Cosmos可以移植并使用其他区块链的代码，并访问EVM。这就是所谓的Ethermint。

因此，开发人员可以将区域连接到Ethermint等专用区域，基于Solidity建立和运行智能合约，同时享受比现有POW机制性能更好的tendermint共识。正常的以太坊运行速度约为每秒12.5笔交易，而Ethermint的上限为200TPS。与现有版本的以太坊相比，速度非常快。以太坊正在开发自己的扩展性解决方案，使用的是以太坊2.0，很快就会推出。如果需要，开发人员可以轻易将以太坊的现有工具/应用程序移植到Ethermint。

除了垂直拓展，还可以通过多个“平行链”增加交易量。这个平行链运行相同应用程序并由同一组验证节点操作。因此，如果1个Ethermint区域的上限是200TPS，那么平行运行4个Ethermint区域，理论上可以达到800TPS。

目前，以太坊上有大量的开发人员/应用程序，如果开发人员将他们的DAPP迁移到Ethermint，就会失去与以太坊的本地兼容性，但可以获得Cosmos生态系统中Ethermint及其他区域的兼容性。

IBC

IBC是指链间通信协议，是一种端到端、跨链连接的状态协议，使得独立分布式账本的模块经过身份验证后可以进行可靠、有序地相互通信。具有IBC协议的分类帐本必须为提供一组特定功能，用于验证共识和生成加密承诺证明，并且IBC数据包中继器有望访问网络协议和物理数据链，读取分类帐本的状态，并将数据提交给另一个账本。

在IBC架构中，模块不是直接通过网络基础设施相互发送消息，而是创建要发送的消息，然后通过“中继者(relayer)”进行中继。“中继者”在链下运行，当提交数据数据时，可以利用连接两个区块链的轻客户端连续扫描每个分类帐本的状态，在另一个分类帐上执行交易。为了实现两个互联的分类账之间操作数据一致，IBC要求在分类账之间至少存在一个正确实时的中继过程。我们要激励中继者来执行此任务。

中继过程必须能够访问两个链上的账户，并且有足够的余额来支付交易费用。中继者可以采用应用级方法来收回这些费用，例如通过在IBC通信数据包中包含一笔支付给自己的费用。

可以将IBC协议地信息传递过程高度概括为：首先，区域1在区块链上提交信息，并根据协议将代币A放在第三方托管。其次，区域1达成共识，然后信息传递到IBC模块后创建一个数据包，并作为证据添加到区域1的“出链列队”中。而通过区域1的轻客户端，所有中继者可以持续监控区域1的状态。中继者将选择传递这些IBC数据包消息，向Hub1提交证明。然后，Hub1发送收据，证明它已收到来自区域1的消息，中继者1将证明发送回区域1。然后通过另一个发送到Hub1的收据，区域1中那个IBC数据包从”出链队列“中移除、减少相应代币，并发送证明。Hub1验证该证明并生成相应代币。

虽然可以选择UDP传输，但是代币传输需要在IBC中有TCP连接。每个发送信息、收据将占用至少2个区块，因此使用CosmosHub出块时间作为示例，区域和hub之间传输一笔交易可能需要至少41.28秒。然后，还必须考虑当时的总交易量和相关的手续费价格，才能确定是否能使用2个或以上连续的区块。在第二部分中，我们将研究多跳路由、跨多个路径、桥接分区代币传输的潜在问题，同时还要会探讨其他互操作性解决方案，这些解决方案可以解决一些问题，补充Cosmos生态系统。

原文：https://medium.com/@CryptoSeq/cosmos-an-early-in-depth-analysis-at-the-ecosystem-of-connected-blockchains-part-one-508cd679bac5

稿源：https://first.vip/shareNews?id=1939&uid=1

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