區塊鏈:Jump Crypto：詳解Cosmos、Avalanche等五大多鏈架構的特點與優劣勢

概述

長期以來，可擴展性一直是該領域廣泛討論的話題。圍繞單片式區塊鏈與模塊化區塊鏈、橫向與縱向擴展的討論長期以來一直是社群交流的重點。

一種流行觀點因此應運而生——為特定應用程序或用例建立專門的執行環境或者甚至是最終性（即 finality，指區塊鏈上的交易達到了交易狀態確認的狀態）工具。這種想法具體指，基于每個產品、每個應用程序的安全和速度需求，對共識和計算進行分離與優化，這在理論上可以減輕單一底層區塊鏈的負載并提升其性能。但這種方法長期受制于一點：這種架構下確保互操作性所需的基礎設施是極其復雜的。

在過去的幾年里，我們通過不同的方式應對這些挑戰，取得重大進展。更重要的是，在過去幾個月里，幾個獨立多鏈環境的通信層已上線，這些通信層可以說是這塊「拼圖」中最重要的一塊。同時，在過去幾周，更多的 L1/L2 區塊鏈宣布調整架構，為特定應用的區塊鏈提供開箱即用的基礎設施，再一次重新激發了相關討論。

在這篇文章中，我們詳細研究了為追求這一愿景而開發的各種形式的架構，并比較了它們在共享共識、容量和互操作性方面的取舍。具體來說，我們研究了五個獨立的多鏈架構：Polkadot、Cosmos、Avalanche、Polygon Supernets 和 Binance BAS。

注：該文章主要關注獨立多鏈基礎設施，在此特定應用的區塊鏈會共享驗證者組或共識算法。

獨立多鏈生態系統的連接程度各有不同，低至共享開發者工具包，高至共享驗證者集、最終性工具和狀態。客觀來說，每種方法各有優勢，但都對共享安全的維護和速度/能力進行了一定程度的優化。

在這篇文章中，我們通過五個關鍵參數來比較這些生態系統。

在這些生態系統中，一些鏈保持著某種形式的獨立狀態，一些鏈則是在整體水平上達到最終性的。這提供了 1) 更大的安全性和 2) 更綜合的互操作性。然而，這也帶來在容量限制上的取舍，如果模塊化區塊鏈的數量超過一定數量，達到最終性的過程將大大減慢。

除了共享共識機制外，各個區塊鏈還可以共享驗證者組。在下面的例子中，驗證者共享的范圍涉及所有鏈上的單一驗證者集，到多個驗證者集（其中的每個驗證者集為部分而非所有底層區塊鏈提供共識），再到每個底層區塊鏈的互斥驗證者集。由于每條新區塊鏈的邊際風險降低，共享驗證者集提供了集中的安全保障，但在節點上的大規模折中會導致被驗證者集保障的所有鏈受到不利影響。這一參數的理想狀態是一個充分分布的單一驗證者集，為大量的鏈提供共享安全保障。另一方面，它最有風險的狀態是一個有少量集中節點的單一驗證者組。

Jump Trading在過去5小時內向FTX轉移了3730萬枚USDC:金色財經報道，數據顯示，Jump Trading在過去5小時內向FTX轉移了總計 3730萬枚USDC。[2022/11/6 12:22:25]

速度和容量在很大程度上是上述設計選擇的表征，可以通過到達終點態的時間和一個生態系統可支持的最大鏈數來衡量。例如，具有共享最終性和單一全局狀態的結構只能容納一定數量的鏈，因此到最終性的時間就會大大減慢，這是為了獲取更大安全保障做出的取舍。

下面是對這五個生態系統在這些參數上的宏觀概述。在文章的其余部分，我們將對這些生態系統中的每一個部分進行分解，并討論每個設計選擇的優缺點。

Polkadot 在該領域出現較早，建立的目的是為了支持共享單一全局狀態的特定應用區塊鏈。在 Polkadot 架構下，特定應用區塊鏈（平行鏈）與底層區塊鏈（稱為中繼鏈）共享計算和共識資源，其主要功能是維護一個統一的全局狀態。

Polkadot 在中繼鏈層面上運行提議的權益證明共識。在這種架構下，有三種類型的節點。

提名者選擇值得信賴的驗證者，并將自己的一些 DOT 抵押給他們。他們分享驗證者的獎勵，但如果驗證者從事惡意活動，他們也會被處罰 (slash)。

中繼鏈上的驗證者參與區塊生產和共識。不同于獨立的單體區塊鏈，中繼鏈驗證者必須就多條個鏈的狀態與單獨交易達成共識。

校對者收集在特定平行鏈上的交易，并向中繼鏈驗證者提出一個候選交易塊和一個狀態轉換證明。每個校對者在中繼鏈和其工作的平行鏈上各保持一個節點。他們在自己的平行鏈上積累交易，創建未密封的區塊，將其與狀態轉換證明一起提供給一個或多個中繼鏈驗證者。在中繼鏈驗證者達成共識之前，該區塊都不算達到最終性。

盡管平行鏈共享全局狀態，但他們可以自由選擇所運行的具體共識算法（GRANDPA /Tendermint/傳統 pBFT 等），以便在中繼鏈（Polkadot / Kusama）上結算之前實現平行鏈級驗證。

Polkadot 共識的一個獨特之處在于，它將區塊生產和區塊最終性分離；在一個混合共識框架下運行。

區塊生產機制：BABE（Blind Assignment for Block Extension）區塊延伸隨機分配制

基于質押的價值大小與 Polkadot 的隨機循環，驗證者被選擇來為 6 秒的插槽（slot）下單和生產區塊。在這種隨機選擇下，最終每個插槽可能有一個、多個或零個區塊生產候選人。當多位驗證者被選入同一槽時，區塊生產轉為競賽。在沒有驗證者被選中的情況下，會進行二次循環選擇。一旦一個區塊被生產出來，該消息就會被傳輸給其他驗證者。

印度社交平臺Hike完成新一輪融資，Jump Crypto領投:5月6日消息，印度社交平臺Hike宣布完成新一輪融資，Jump Crypto領投，Tribe Capital、Republic Crypto等參投，融資金額未披露。融資用于構建社交游戲元宇宙Rush Gaming Universe (RGU)。（Business Line）[2022/5/6 2:54:43]

終局性工具：GRANDPA (GHOST-based Recursive ANcestor Deriving Prefix Agreement) 基于 GOSHT 的遞歸 ANcestor 衍生前綴協議

一旦一個中繼鏈塊被傳輸到網絡的其他部分，它需要至少 2/3 的多數同意才能被添加到鏈上。然而 GRANDPA 的獨特之處在于，它在鏈上而非塊上達成協議。這意味著，當它證實了一條包含某個區塊的鏈時，該區塊之前的區塊都會立即一并被達到最終性，這與傳統的逐個區塊進行確認的過程不同。

在此架構下，這些組件，特別是中繼鏈，通過 Polkadot 特有的通信標準 XCM 相互通信。

在宏觀上，Polkadot 跨鏈信息傳遞系統中的所有消息都會通過中繼鏈傳輸，從而延續其安全性。有兩種類型的消息可以被傳遞：

向上傳遞的消息（UMP）：從一個平行鏈到中繼鏈的消息

下行傳遞的消息（DMP）：從中繼鏈到其中一個平行鏈的消息。

進入平行鏈的信息被稱為入口（ingress），而出去的信息被稱為出口 (egress)。

下面是一條消息從平行鏈 A 傳到平行鏈 B 的過程：

平行鏈 A 發布 UMP，作為出口批次的一部分，被傳輸到中繼鏈上的所有驗證者節點。

平行鏈 B 上的校對者節點每次向中繼鏈提交新的區塊候選者時，都會搜索新的入口消息。

入口信息被添加到平行鏈 B 的處理隊列中，并將在下一個區塊提案中被傳遞給驗證者節點。

在資產轉移的過程中，基礎資產在 A 區塊鏈上被銷毀，并在 B 區塊鏈上重新發行。

鑒于所有消息都要經過觀察全局狀態的單一驗證者（與 Polkadot 中繼鏈共享），且所有鏈都建立在相同的標準上，這就使「銷毀+鑄造」模型高效進行。Polkadot 的互操層是該領域中最有效和最安全的層級之一。因此推薦選擇在它的生態系統內建立項目，因為可以使用 XCM 與現有的平行鏈無縫連接，并借用這些網絡效應進行啟動。

擁有更高共享安全保障的代價是：在平行鏈數量達到一定值后，到最終性的時間會受到大幅減緩。在 Polkadot 中，平行鏈估計約為 100 個，是付租金使用的，目的就是減小這一限制的影響。項目可以在社區的支持下，通過 DOT 質押競標平行鏈的使用名額，一旦名額過期，他們必須與其他參與者重新競標以保留名額。這對擁有最多活動和社區支持的項目來說是一種默認的管理機制，部分地規避了容量限制問題，但這也意味著，新項目加入這個生態系統的門檻相對較高。

Chiliz獲高頻巨頭JumpTrading股權投資:4月7日，雅虎報道，Chiliz獲高頻巨頭JumpTrading股權投資，具體金額未披露。ChilizCEOAlexandreDreyfus表示，JumpTrading投資體育加密領域，是對Chiliz和整個行業的認可，表明這個市場才剛剛起步。

此前報道，Jump自1999年開始運營，擅長做市和資產高頻交易公司。該公司還以高度保密而聞名，其網站上很少有有關其業務的信息。該公司活躍于加密市場，為交易平臺提供流動性，并在2018年為Robinhood的加密部門提供流動性。它的姊妹公司JumpCapital是加密市場上的活躍投資者，此前曾支持過BitGo、Bitnomial、Bitso和Curve等公司。[2021/4/7 19:54:49]

Cosmos SDK 是一套具有開箱即用的共識和執行的工具，允許任何人創建自己的 PoA/PoS 區塊鏈。與本文涉及的其他生態系統不同，Cosmos 建立在一大前提下：基于智能合約的虛擬機其靈活性、主權和性能都是受限的。因此，Cosmos 不是建立一個可運行多應用的單一虛擬機，而是鼓勵和促進為每個用例創建單獨的區塊鏈。在這種結構下，應用程序開發人員在構建時可以圍繞特定的架構、語言等進行靈活操作，并通過 Cosmos 的多鏈通信層 IBC 實現互操作性。單個區塊鏈被稱為區（zone），而連接模塊被稱為中心（hub）。

在 Cosmos 生態系統中，不同于 Polkadot，每個特定應用的區塊鏈都保持自己的獨立狀態，在每個區塊上達到獨立的最終性。通過 Cosmos SDK，開發人員只需要定義狀態機（即應用程序），并可依靠 Cosmos 的 Tendermint 核心（一個共享的軟件層），以推動共識和網絡連接。Tendermint 運行的是基于 BFT 的共識算法，每個獨立區的驗證者可以利用該算法來促進狀態轉換和維護獨立的狀態。在每個區塊鏈/區中，每個紀元都會隨機選擇一個驗證者來提出下一個區塊；如果超過 2/3 的驗證者證明其有效性，則該區塊可被認為是有效的。驗證者集合和具體的激勵設計可以在狀態機/應用層面上定義。

Tendermint 是共享軟件層，每個區塊鏈/區必須通過一個名為 ABCI（應用區塊鏈接口）的專用接口與之連接。來自各個區的交易通過 ABCI 作為交易字節傳遞給 Tendermint 核心，驗證者對這些字節進行最終性排序，并通過 ABCI 向狀態機傳回代碼，證明這些交易的有效性。

鑒于每個區都有主權并保持獨立的狀態，區與區之間的交流變得越來越重要。Cosmost 通過中心（作為路由連接各區）對與中心相連的區的狀態進行觀察。Cosmos Hub 是 Cosmos 生態系統中的第一個中心，大多數早期的高價值區都與之相連。通過 Cosmos Hub，被連接的區可以相互交流信。進行信息交流的具體架構稱為區塊鏈間通信（Inter-Blockchain Communication），或簡稱 IBC。IBC 客戶端是輕型客戶端，它跟蹤各個鏈的共識狀態和必要證明，以此根據客戶端的共識狀態正確驗證證明。

OKEx Jumpstart十四期項目WGRT兩輪預約完成:據OKEx官方消息，OKEx?Jumpstart十四期項目WGRT兩輪預約完成，其中，OKBelievers專享輪?預約總量22,367,526,009枚WGRT，OKTraders福利輪?預約總量16,099,786,433枚WGRT。

據悉，OKEx?Jumpstart第十四期WGRT項目將于香港時間6月17日15:00開放WGRT/USDT交易對，17:00開放WGRT/USDK交易對。[2020/6/17]

在 Cosmos 中，路由是由一個單一且充分分布的驗證者集來管理的，該驗證者觀察所有區塊鏈的狀態，且這些驗證者大部分是與區塊鏈共享的，因此它能夠圍繞跨區消息傳遞提供足夠的安全保障。這也為在 Cosmos 生態系統內進行建設提供了充分理由，因為故障點集中且充分去中心化。

由于最終性沒有集中到一個單一的鏈上，Cosmos 在理論上能擁有無限多的區和中心。因此，不同于 Polkadot，它用新項目建立新鏈是毫無困難的。這里的取舍是將一些安全保障卸載給區（讓區自行設計激勵機制和吸引驗證者），以換取更大的設計靈活性和更高的容量，來容納更多的個人區塊鏈。

Avalanche 是一個由多組節點（稱為子網）驗證的區塊鏈生態系統。子網可以自由選擇自己的共識機制，包括 Avalanche 新穎的基于重復隨機子采樣的共識變體。子網內的每個區塊鏈共享計算和共識資源，但最終保持自己的狀態，不存在全局共享狀態。

為了更好了解它的架構，我們必須了解 3 個關鍵部分：

Avalanche 式共識

指的是重復的隨機子抽樣。Avalanche 共識是建立在雪球算法上的，該算法利用重復的隨機子抽樣來實現共識。在這個系統下，每個節點隨機詢問 k 數量的相鄰節點，以確定一項交易是否正確。這個過程不斷重復，直到達到一定的預設法定人數 x，并且節點在很高的置信度范圍內（至少是比特幣的哈希碰撞概率），最終網絡對交易的有效性達成一致。

Avalanche 共識與 Snowman 共識

Snowman 和 Avalanche 是 Avalanche 生態系統中兩個主要的基于 PoS 的共識模型，使用重復的隨機子抽樣。兩者之間的區別是，Avalanche 采用 DAG（有向無環圖）架構，而 Snowman 是為線性區塊鏈建立的。基于 DAG 的系統與線性區塊鏈的關鍵區別在于，線性區塊鏈的最終性是有序的，而在基于 DAG 的系統中，它的狀態更接近于具有無序最終性的交易網。Avalanche 生態系統內的區塊鏈可以選擇使用兩者中的一種共識模型，也可以采用他們自己的模型。

公告 | OKEx Jumpstart十期項目兌換比例公布，不支持中國大陸用戶參與:據OKEx官方消息，OKEx Jumpstart十期項目HDAO兌換比例公布，1 HDAO=0.0017 OKB。

據了解，HDAO預約中簽將于2月25日12:00（HKT）正式開始，本期OKEx Jumpstart不支持中國大陸用戶參與。[2020/2/25]

子網（Subnet）

子網是驗證者的集合，可以在 Avalanche 框架內的一些區塊鏈上提供共識。每個區塊鏈都有一個子網，但每個子網可以驗證多個區塊鏈。因為每個區塊鏈都是獨立驗證的，全局狀態在區塊鏈之間是非線性的，所以區塊鏈間沒有共享安全。

虛擬機（VM）

虛擬機決定了區塊鏈的應用級邏輯。Avalanche 希望給每條區塊鏈提供一系列操作代碼，供其選擇，來處理和轉換狀態等，而不是只提供一套操作碼。目前的選項包括子網 EVM（為子網構建的 EthereumVM）、AvalancheVM（DAG 鏈）、SpacesVM（一個鑰：值存儲虛擬機）和 BlobVM（二進制數據存儲虛擬機）。除此之外，項目可以自由實施自己的自定義虛擬機。

Avalanche 架構能實現的前提是這三個組件適合于一個模塊化的框架，可以隨著子網/驗證者的增長而超線性地擴展。

在 Avalanche 目前的形式下，有一個由所有參與的 Avalanche 驗證者擔保的主網絡，其下有三個區塊鏈。

P 鏈：基于雪人共識的線性區塊鏈，用于創建驗證者、添加委托者、創建子網等任務。

X 鏈：基于雪崩共識的 DAG 型區塊鏈，用于交換資產。

C 鏈：基于雪人共識的線性區塊鏈，運行 EVM，用于通用智能合約。

這些驗證者的各種排列組合隨后可以形成子網，驗證增量參與的區塊鏈。

總的來說，Avalanche 生態系統中的每個區塊鏈都保持著自己的狀態，并且可以獨立選擇自己的 1）共識機制，2）驗證者集，以及 3）激勵設計。同一子網內的區塊鏈得益于由充分分布帶來的更高共享安全保障。

上述情況對于如今擁有約 1450 個驗證者的默認子網來說是成立的，當然向新子網的轉換還有待觀察。簡而言之，Avalanche 所做的取舍就是把安全保障更大程度地裝載到每個子網上去，以換取更大的靈活性。

考慮到該架構的模塊化程度，以及生態系統內不同鏈有多個并發狀態（相對于單一的全局狀態而言），跨鏈和跨子網通信成為需要關注的議題。

單個子網內的跨鏈傳輸 ：由于每個子網對該子網內的所有區塊鏈都有一套驗證者，這個問題比較容易解決。我們可以舉一個例子，比如在主要/默認子網的 X、C 和 P 鏈之間轉移資產。由于該架構中至少有 3 個并發狀態，那么任何資產 Z 必須不存在于發送鏈當前狀態的任何賬戶中，之后才能成為接收鏈中轉換的一部分。因此，當有用戶請求將 Z 從 X 鏈轉移到 C 鏈時，例如，子網驗證者必須首先同意在 X 鏈上燒掉 Z，隨后在 C 鏈上鑄造 Z。由于是同一組驗證者對子網內的所有鏈上的共識負責，這個過程變得相對容易。

不同子網間的跨鏈轉移 ：不同的子網之間的跨鏈傳輸比較具有挑戰性，因為驗證者集不再相同。在這種情況下，與第三方中繼器的外部橋接變得很重要。目前的 Avalanche 架構中有一個模塊可以在多個子網之間部署橋接。每個實例都可以自定義為 1）銷毀和鑄幣或 2）鎖定和鑄幣。與單子網傳輸不同，這依賴于第三方中繼器來觀察發送鏈上的銷毀或鎖定情況，并將此消息轉發到接收者鏈上以啟動鑄幣。下面是橋接 WAGMI 和富士子網的實施實例概述：

在目前的設置下，每一對子網都需要一個獨立橋架，中繼器的閾值可以低至一個，中繼器的執行被外包給 Chainsafe。這是一個可以接受的短期解決方案，但從長遠來看，帶有分布式中繼器網絡的單橋可能更能提升安全。

Avalanche 的子網內信息傳遞與 Cosmos 和 Polkadot 等相類似，都有一個單一驗證者組，觀察每個鏈上的狀態并促進傳輸。只要這個驗證者集是充分分布的，就能提供合理的共享安全保障，所以這個架構也是值得推薦的。然而，子網之間的信息傳遞仍待完善，目前還依賴于第三方中繼器，那么只要第三方橋接器有自己的安全保障，結果就會相對合理。因此，在現有子網內部署是要比直接部署新子網更合適的。

與 Cosmos 類似，Avalanche 采取分布式狀態是為了支持多個獨立的區塊鏈。由于共識機制和驗證者集的靈活性，Avalanche 生態系統中的一些區塊鏈也可根據每個子網中的參與者數量擁有更短的區塊時間；例如，C 鏈到達最終性的時間為 2 秒，除此之外的所有其他鏈目前都有亞秒級的最終性時間。

Polygon 是這一系列生態系統中最新宣布的開箱即用特定應用區塊鏈，稱為超級網。與 Cosmos SDK 類似，Polygon 有一個名為 Edge 的模塊化框架，便于創建獨立網絡。用戶可以利用該框架來部署共享安全或主權區塊鏈。兩種鏈類型都保持獨立的狀態，但是共享安全鏈利用了一套共享的驗證者，而主權區塊鏈則部署了自己的驗證者。

有兩種類型的共識可以在超級網中使用：

IBFT PoA（Istanbul BFT Proof of Authority）：Polygon Edge 的默認共識。是固定驗證者集，驗證者可以通過多數（51%）投票增加和/或刪除驗證者。共識是由超級多數（2/3）投票達成的。驗證者輪流提出新區塊。更適合于超級網框架下的主權區塊鏈。

2. 中繼器在源鏈上觀察到這個動作，并將信息傳達給目的鏈?

在 Edge 和 ChainBridge 的案例中，不同于本文前面的一些解決方案，超級網和橋梁的驗證者不一定相同。

這與獨立多鏈架構中強有力的觀點相反，這種觀點認為鏈級和通信級共識的共享驗證者集導致更少的故障點。也就是說，考慮到 Polygon 提供的其他共享安全功能，如果橋接驗證者集充分分布、擁有恰當激勵，那么這可能不是一個關鍵因素。

Polygon 做出了一個與速度和安全有關的有趣設計。通過共享驗證者集和共識機制，Polygon 提供了足夠的共享安全保障。同時，通過讓每個超級網維護自己的狀態，它避免了 Polkadot 和其他公司所面臨的開銷，理論上可以建立無限數量的超級網。

Binance Application Sidechains（BAS）是 BSC 用于特定應用區塊鏈的模塊化框架。BAS 的初始版本據估計是一系列 PoS 側鏈，有 3-7 個驗證人，具體數量取決于每個鏈所需的安全級別。BAS 鏈是這篇文章中所涉及的唯一特定應用區塊鏈，應該既不共享共識，也不共享狀態，每個 BAS 都有自己獨立的驗證者集。若想與 BSC 進行關聯，可能只能通過供開發者建立側鏈的共享工具包和連接 BAS 鏈與 BSC 的外部橋梁。

除了 BAS，Binance 還在建立一個通用的執行環境，類似于以太坊 L2，稱為 BNB 鏈分區鏈（BPC），它將用于承載 BNB Beacon 鏈的一些計算。這很有趣，但我們在這篇文章中將專注于特定應用側鏈的討論。

Binance 提供的架構或許是該領域中最弱的情況之一。由于每條鏈都有小的獨立驗證者集，并維護自己的狀態，這意味著共享安全保障極為有限，Binance 為開發者提供的唯一工具就是自行建立區塊鏈使用的工具包。如果驗證者集能夠有更大規模，或者在所有側鏈間進行高信任共享，那么用 Binance 建立項目值得考慮。然而，BAS 更多的還是適合只需要低共識共享的項目建設。

像任何一組主權區塊鏈一樣，BAS 鏈將需要第三方橋接器來相互通信。在這種情況下，BSC 將利用 Celer 的第三方橋梁，通過「鎖定+鑄造」的形式，連接到每個 BAS，同時每個 BAS 也通過這種機制連接。

Binance 采用具有獨立驗證者的第三方橋梁，在其生態系統中建立項目可能不如建立一個獨立的區塊鏈吸引人，因為任何獨立的區塊鏈理論上都可以通過這些橋梁連接。要說明的一點是，客觀上這并不是一個壞的設計，只是對開發者來說，他們沒有強烈理由選擇在這個生態系統內項目構建，不如選擇直接構建獨立的架構。

BAS 架構下的側鏈不共享驗證者、共識或狀態，且每個鏈的驗證者集規模很小，導致到最終性的時間可能很短，可容納的鏈數很大。

一段時間以來，特定應用區塊鏈一直是可擴展性討論的重要組成部分，盡管它的實施受制于尚未成熟的互操作性基礎設施。在過去幾個月，這種基礎設施在各種獨立的多鏈生態系統中不斷上線，因此我們也希望看到這一領域的更多活動——包括但不限于創建和發展更多特定于用例的子應用層（例如 Polkadot 上的 Acala）以及特定應用的執行環境。

總的來說，這個領域的每個項目都在速度/能力與共享安全方面做出了不同的權衡。能夠成功吸引最多開發者使用的項目很可能是那些在這兩者之間做出平衡的項目。

來源：區塊律動

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