區塊鏈:一文了解跨鏈項目Cosmos的來龍去脈

本文從技術角度全面了解Cosmos項目，Tendermint是什么，CosmosSDK要解決什么，如何進行跨鏈，如何解決擴展性問題。

Cosmos簡介

嚴格來說，Cosmos是一個獨立并行區塊鏈的去中心化網絡，每個區塊鏈都由Tendermint共識這樣的BFT共識算法構建。

BFT代表拜占庭容錯(ByzantineFault-Tolerance)。分布式系統中的拜占庭故障是一些最難處理的問題。一個拜占庭容錯共識算法是一個共識算法，可以保證多達三分之一的拜占庭或惡意行為者的情況下分布式系統的安全。

換句話說，Cosmos是一個區塊鏈生態系統，可以相互擴展和互操作。在Cosmos之前，區塊鏈是孤立的、無法相互通信。同時很難建立這樣的網絡，并且只能處理每秒少量的交易。Cosmos通過新的技術愿景解決了這些問題。為了理解這個愿景，我們需要回到區塊鏈技術的基本原理。

什么是區塊鏈?

區塊鏈可以被描述為由一組驗證者維護的分布式數字賬本，即使一些驗證者是惡意的，賬本也是正確的。每個參與者在其計算機上存儲總賬本的副本，并在收到交易塊時根據協議定義的規則對其進行更新。區塊鏈技術的目標是確保總賬本正確復制，這意味著每個誠實的參與者在任何給定時刻都看到相同版本的總賬本。

區塊鏈技術的主要好處是各方無需依賴中央權威即可共享賬本。區塊鏈是去中心化的。今天區塊鏈技術的第一個也是最著名的應用是比特幣，一種去中心化的貨幣。

現在，我們從高層次的角度更好地理解區塊鏈，讓我們從更多的技術角度來看待區塊鏈的定義。區塊鏈是一個在全節點上復制的確定性狀態機，只要其維護者不到三分之一是拜占庭式節點，即可保持共識安全，讓我們來分解一下。

?狀態機只是一個程序的“花哨詞”，它保存一個狀態，在接收到輸入時修改它。這個狀態可以代表不同的東西，取決于應用程序和修改狀態的交易。?確定性意味著，如果您從同一個創世紀狀態重播相同的交易，始終得到相同的結果狀態。?共識安全是指狀態機復制的每個誠實節點都應該同時看到相同的狀態。當節點收到交易塊時，會驗證它是否有效，意味著每個交易都確保有效，并且該塊本身由超過三分之二的稱為驗證器的維護者進行驗證。只要不到三分之一的驗證者是拜占庭式節點，安全就會得到保證。

Coinbase獲批向符合條件的美國客戶提供BTC和ETH期貨合約:金色財經報道，美國期貨協會 (CFTC指定的SRO) 已批準Coinbase Financial Markets作為注冊期貨經紀商。Coinbase現在可以向美國符合條件的客戶提供BTC和ETH期貨合約。[2023/8/16 21:27:38]

從體系結構的角度來看，區塊鏈可以分為三個概念層:

?應用程序:負責更新給定的一組交易，即處理交易的狀態。?網絡:負責交易和共識相關消息的傳播。?共識:使節點能夠就系統的當前狀態達成一致。

狀態機與應用層類似，它定義了應用程序的狀態和狀態轉換函數。其他層負責在連接到網絡的所有節點上復制狀態機。

Cosmos如何打造更廣泛的區塊鏈生態系統？

比特幣的故事(區塊鏈1.0)

要了解Cosmos如何打造區塊鏈生態系統，我們需要從區塊鏈故事開始。第一個區塊鏈是比特幣，這是2008年創建的點對點數字貨幣，使用一種稱為工作證明的新型共識機制。這是第一個去中心化應用。不久，人們開始意識到去中心化應用的潛力，并希望在社區中建立新的應用。

當時，有兩種選擇來開發去中心化應用：要么分叉比特幣代碼庫，要么建立在它之上。然而，比特幣代碼庫是非常耦合的;所有的三層—網絡、共識和應用耦合在一起。此外，比特幣腳本語言功能有限，也不用戶友好。因此需要更好的工具。

以太坊的故事(區塊鏈2.0)

在2014中，以太坊提出了構建去中心化應用的新愿景。構建一個人們可以部署任何類型應用的區塊鏈。以太坊通過將應用層轉換為稱為以太坊虛擬機(EVM)的虛擬機來實現這一點。該虛擬機能夠處理稱為智能合約的程序，任何開發人員都可以以無許可的方式部署到以太坊區塊鏈。這種新的方法允許成千上萬的開發人員開始構建去中心化應用。然而，這種方法的局限性很快就顯現出來，至今仍然存在。

備注：無許可系統是一個開放的系統，每個人都可以加入和參與。

限制1：可擴展性(Scalability)

彭博分析師：以太坊期貨ETF通過的幾率高達95%:金色財經報道，彭博分析師Eric Balchunas在社交媒體上稱，目前，我們認為比特幣現貨ETF在年底前獲得批準的幾率為65%，而以太坊期貨ETF獲批的幾率為75%，不過我認為以太坊期貨ETF通過的幾率高達95%。James Seyffart則不太確定。但在現貨方面，我們完全一致。

金色財經此前報道，彭博ETF分析師James Seyffart發布推文稱，目前已收到11只以太坊期貨ETF申請，Proshares申請了第4個以太坊期貨ETF，這個ETF是等權重的比特幣和以太坊ETF。[2023/8/4 16:17:56]

第一個限制是擴展性-建立在以太坊之上的去中心化應用程序被每秒15交易數的共享速率所抑制。這是因為以太坊仍然使用工作證明，并且以太坊dApps競爭單個區塊鏈的有限資源。

擴展性(scaling):一個可擴展的系統是一個能夠容納越來越多的請求的系統。

限制2：可用性

第二個限制是開發人員只有相對較低的靈活性。由于EVM是一個需要容納所有用戶場景的沙盒，因此它針對常用場景進行了優化。這意味著開發人員必須對其應用程序的設計和效率進行折衷。除此之外，它們僅限于一些編程語言，并且不能實現代碼自動執行。

備注：以太坊智能合約的執行需要有外部賬號的觸發動作。

限制3：主權

第三個限制是每個應用程序在主權方面都受到限制，因為它們都共享相同的基礎環境。本質上，這會創建兩層治理：應用治理和底層的治理。前者受到后者的限制。如果應用程序中存在錯誤，無法對其進行任何操作，除非經以太坊平臺本身的治理批準（參考Dao事件。如果應用程序在EVM中需要一個新功能，那么它再次必須完全依靠以太坊平臺的治理來接受它。

這些限制不是特定于以太坊，而是所有試圖創建一個適合所有使用情況的單一平臺的區塊鏈。這也是Cosmos發揮作用的地方。

COSMOS愿景(區塊鏈3.0)

Cosmos的愿景是讓開發人員輕松構建區塊鏈，并通過允許他們彼此進行交易來打破區塊鏈之間的障礙。最終目標是創建一個區塊鏈網絡，一個能夠以去中心化方式相互通信的區塊鏈網絡。通過Cosmos，區塊鏈可以保持主權，快速處理交易并與生態系統中的其他區塊鏈進行通信，使其成為各種場景的最佳選擇。

跨鏈橋Hop支持Rocket Pool流動性質押代幣rETH的跨鏈橋接:5月31日消息，跨鏈橋 Hop Protocol 宣布與以太坊流動性質押協議 Rocket Pool 達成合作，支持流動性質押代幣 rETH 在以太坊、Optimism 和 Arbitrum 之間的跨鏈橋接。[2023/5/31 11:50:00]

Cosmos通過一系列開源工具實現這個愿景，如Tendermint，CosmosSDK和IBC，旨在讓人們快速構建自定義、安全、可擴展和可互操作的區塊鏈應用。后面會有工具以及Cosmos網絡的技術架構的分析。

Tendermint是一個共識引擎和BFT共識算法。在Tendermint之上可以使用任何編程語言構建一個狀態機，Tendermint將負責信息的復制。

CosmosSDK是一個模塊化框架，用來簡化構建安全的區塊鏈應用。

IBC是區塊鏈之間的通信協議，可以被認為是區塊鏈的TCP/IP。它允許快速最終性的區塊鏈以去中心化的方式相互交換價值和數據。

什么是TendermintBFT和ABCI

之前創建一個區塊鏈需要從頭開始構建所有三層：網絡、共識和應用程序。以太坊通過提供虛擬機區塊鏈簡化了去中心化應用的開發，任何人都可以以智能合約的形式部署自定義邏輯。但是，它并沒有簡化區塊鏈本身的開發。就像比特幣一樣，Go-Ethereum仍然是整體耦合的系統，不易自定義。2014年JaeKwon創建Tendermint就是想要解決這個問題。

TendermintBFT將區塊鏈網絡和共識層打包成通用引擎的解決方案，允許開發人員專注于應用程序開發，而不是復雜的底層協議。因此，Tendermint可節省大量的開發時間。

TendermintBFT引擎中使用的拜占庭容錯共識算法這個名稱是Tendermint命名的，想了解更多的共識協議和BFT的歷史，可以關Tendermint聯合創始人伊桑-布克曼注的播客）。

TendermintBFT引擎通過使用ABCI套接字協議連接到應用程序。這個協議可以用任何編程語言進行封裝，開發者可以選擇適合他們適合的語言。

Layer 2跨鏈計算平臺Coinweb為寶馬提供跨鏈智能合約架構和區塊鏈忠誠度計劃:12月29日消息， Layer 2跨鏈計算平臺Coinweb 與寶馬（BMW）開始合作，將區塊鏈技術引入寶馬在泰國的工作流程和客戶。Coinweb 將就跨鏈智能合約的設置和實施以及跨鏈客戶忠誠度計劃向 BMW Financial Services 提供建議和支持，該項目將分兩期實施。[2022/12/29 22:14:44]

這還不是全部，下面這些屬性使TendermintBFT成為先進的區塊鏈引擎:

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公有鏈或私有鏈均可：TendermintBFT只處理區塊鏈網絡和共識，它幫助節點傳播交易和驗證追加交易到區塊鏈。應用層的角色是定義如何構成驗證者集合。因此，開發人員可以在TendermintBFT引擎之上構建公有鏈或私有鏈。如果應用根據他們有多少Token來選取驗證者，那么區塊鏈就稱為權益證明PoS。應用也可以只有經過許可或授權才能成為驗證者，那么區塊鏈則是許可或私有鏈。開發人員可以自由定制區塊鏈驗證者集的規則。

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高性能：TendermintBFT具有1秒數量級的出塊時間，每秒處理數千個交易。

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即時最終確定性：Tendermint共識算法的一個屬性是即時最終確定性。只要三分之一以上驗證者是誠實的，就永遠不會分叉。用戶可以確保他們的交易一旦創建到區塊就是最終的。

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安全：Tendermint共識不僅是容錯的，同時也有問責。如果發生分叉，有一種方法來確定責任。

CosmosSDK和其他應用層框架

TendermintBFT將區塊鏈的開發時間大大縮減，但從頭構建一個安全的ABCI應用仍然是一項艱巨的任務。這就是為什么需要CosmosSDK。

CosmosSDKCosmosSDK是一個通用框架，簡化了在TendermintBFT之上構建安全區塊鏈應用的過程，它基于兩個主要原則：

數據：BTC交易所存款數量達19個月低點:6月25日消息，Glassnode數據顯示，當前BTC交易所存款數量（7日均值）為2,154.673，達19個月低點。[2022/6/26 1:31:32]

?模塊化：CosmosSDK的目標是創建一個模塊生態系統，允許開發人員輕松地創建特定應用的區塊鏈，而無需從頭開始編寫應用的每個功能。任何人都可以在自己的區塊鏈里為CosmosSDK創建一個模塊或利用現成的模塊。例如，Tendermint團隊正在構建一組CosmosHub所需的基礎模塊。這些模塊可以在構建自己的應用時使用。此外，開發人員可以創建新的模塊來自定義其應用程序。隨著Cosmos網絡的發展，SDK模塊的生態系統將擴大，使得開發復雜的區塊鏈應用程序變得越來越容易。?基于功能的安全性：功能約束模塊之間的安全邊界，使開發人員能夠更好地了解模塊的可組合性，并限制惡意或意外交互的范圍。要深入了解，點擊這里。

CosmosSDK還附帶了一組有用的開發者工具：控制臺命令行(CLI)、REST服務和各種其他常用工具庫。

總結一句話：與所有其他的Cosmos工具一樣，CosmosSDK也是模塊化設計。現在它允許開發者在TendermintBFT共識引擎之上構建應用。以后也可以用于其他實現ABCI協議的共識引擎之上。隨著時間的推移，預計將出現多個不同的架構模型的SDK，與多個共識引擎兼容，所有這些都在Cosmos網絡生態系統中。

參考這份教程學習在CosmosSDK開發應用。

ETHERMINT

CosmosSDK很棒的地方在于它的模塊化，允許開發人員移植現有的區塊鏈代碼在它上面運行。例如，Ethermint是一個將以太坊虛擬機移植到SDK模塊中的項目。Ethermint的工作原理完全像以太坊，具有TendermintBFT的共識屬性。所有現有的以太坊工具）與Ethermint兼容，很容易將已有智能合約移植過來。

Ethermint將以太坊虛擬機轉換為Cosmos-SDK模塊。該模塊可以與其他SDK模塊相結合，能夠運行以太坊智能合約的全功能的POS區塊鏈。Ethermint鏈與Comos兼容。

我已經可以在區塊鏈上部署去中心化應用了，為什么要用CosmosSDK創建一個區塊鏈？

這個問題是有道理的，考慮到今天大多數去中心化的應用都是在像以太坊這樣的虛擬機區塊鏈之上開發的。首先，這種現象的原因是，創建區塊鏈比智能合約要困難得多。有了CosmosSDK之后就不再是這樣。開發人員可以輕松地開發整個特定應用的區塊鏈，這有幾個優點。除次之外，還將擁有更多的靈活性，安全性，性能和主權。要了解更多有關特定應用的區塊鏈的信息，請閱讀這篇文章。當然，如果不想建立自己的區塊鏈，仍然可以通過在Ethermint上部署你的智能合約來與Cosmos兼容。

IBC把區塊鏈連接在一起

現在，開發人員已經有了一種快速構建定制區塊鏈的方法，讓我們來看看如何將這些區塊鏈連接在一起。區塊鏈之間的連接是通過區塊鏈間通信協議來實現的。IBC利用Tendermint共識的“即時最終性”，以允許異構鏈之間相互轉移價值或數據。

什么是異構鏈？

本質上它歸結為兩件事:

?不同的層：異構鏈有不同的層，這意味著它們在如何實現網絡，共識和應用部分方面可能有所不同。為了與IBC兼容，區塊鏈只需要遵循幾個要求，主要是共識層必須具有快速的最終確定性。工作量證明鏈不屬于這個類別，因為它們的確定性是概率性的。?主權：每個區塊鏈都由一組驗證者維護，他們的工作是同意下一個區塊提交給區塊鏈。在工作量證明區塊鏈中，這些驗證者被稱為礦工。主權區塊鏈是一個擁有自己的驗證者集合的區塊鏈。在許多情況下，區塊鏈的主權是很重要的，因為驗證者最終負責修改狀態。在以太坊中，應用程序都是由一組通用驗證者運行的。正因為如此，每個應用程序只有有限的主權。

IBC允許異構鏈之間轉移價值和數據，這意味著具有不同應用程序和驗證人集合的區塊鏈是可互操作的。例如，它允許公有鏈和私有鏈間相互轉移token。

IBC是怎么工作？

IBC背后的原理相當簡單。我們以鏈A上的一個帳戶想要發送10個Token到鏈B為例介紹。

Atom是CosmosHub的原生貨幣。持有Atom可以獲得投票權，可以委托給維護CosmosHub網絡的驗證者。

跟蹤

鏈B會不間斷地接收鏈A的報頭，反之亦然。這允許每個鏈跟蹤其他鏈的驗證者集合。從本質上講，每個鏈運行一個其他鏈的輕客戶端。

輕客戶端是一個區塊鏈客戶端，只下載塊頭。它通過MerkleProof來驗證查詢結果。這為用戶提供了一個輕量級的替代全節點又具有良好的安全性的方案。

鎖定

當IBC轉移被啟動時，ATOM被鎖定在鏈A上。

中繼證明

然后，需要一個從鏈A轉移到鏈B的10個ATOM被鎖定的證明。

驗證

鏈B上針對鏈A的區塊頭的證明進行驗證，如果有效，則在鏈B上創建10個ATOM憑證。

注意,在鏈B上創建的ATOM不是真正的ATOM,因為ATOM僅存在于鏈A上。它們是鏈A中ATOM在鏈B上的表示形式,同時還證明了這些ATOM被凍結在鏈A上。

當他們回到其原始鏈時,也使用類似的機制來解鎖ATOM。有關IBC協議的更全面的描述,可以查看這個規范。

"區塊鏈互聯網”的設計

IBC是一種協議,允許兩個異構區塊鏈相互傳輸Token。那如何創建一個區塊鏈網絡呢？

一個想法是網絡中的每個區塊鏈用IBC和另一個區塊鏈兩兩相連。這種方法的主要問題是網絡中的連接數隨區塊鏈的數量呈二次增長。如果網絡中有100個區塊鏈,并且每個區塊鏈都需要保持彼此的IBC連接,那就是4950個連接。這很快就失控。

為了解決這個問題,Cosmos提出了一個模塊化架構,其中包含兩類區塊鏈:Hubs和Zones。

Hubs：中心樞紐鏈，Zones：區域鏈

Zones是常規的異構鏈,Hubs是專門為將Zones連接在一起而設計的區塊鏈。當一個Zone創建與Hub的IBC連接時,Hub可以自動訪問(即發送和接收)連接到它的所有Zone。因此,每個Zone只需要為有限的Hub建立有限的連接。Hubs還防止Zone之間的雙花問題。這意味著,當一個Zone從Hubs接收Token時,它只需要信任此Token的原始Zone和Hub。

在Cosmos網絡中推出的第一個Hub是CosmosHub。CosmosHub是一個開放的權益證明的區塊鏈，其原生staking代幣為ATOM，并且交易費用可以用多個Token支付。CosmosHub的推出也標志著Cosmos主網上線。

如何橋接非Tendermint鏈

到目前為止，我們展示的Cosmos架構展示了基于Tendermint的鏈如何進行交互操作。但Cosmos并不限于Tendermint鏈。事實上，任何類型的區塊鏈都可以連接到Cosmos。

如何橋接非Tendermint鏈以及Cosmos如何解決可擴展性問題，我會在區塊鏈擴容及跨鏈技術專欄介紹。

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