2019年03月14日
本文来自橙皮书（ID:chengpishu）作者：Dave Kajpust，翻译：orangefans · Eric，星球日报经授权转载。
区块链互操作性可能是下一个创新高潮，并将为去中心化网络的普及带来巨大价值。Cosmos 网络和Polkadot 网络分别是实现区块链网络的两个顶级项目。本文将从网络协议，网络设计，安全模型和技术堆栈等方面分别讨论这两个项目的优劣势。但首先我们要从更高的层次理解区块链互操作性的意义。
什么是区块链互操作性？
区块链互操作性十分复杂，所以我们试着用最简单的方式去解释。
区块链互操作性允许仅通过区块链协议本身发送ETH或接收BTC，而不需要第三方机构（如交易所）介入。这个愿望很简单，但目前还未实现。
Polkadot和Cosmos都致力于在区块链之间构建网络协议，以实现安全可靠的交互。基于这些协议产生的新区块链可以在链之间发送交易和传递讯息。
它为何如此重要？
区块链网络可以通过网络效应来改善去中心化网络。当所有区块链都连接互通时，它会带来更多资本，更好的用户体验，以及更有利于集思广益，完善网络状态。区块链互操作性可以显著提高区块链的可扩展性和交易速度。例如，如果一条链的上限为100 TPS，则可以创建第二条相同的链——达到200 TPS——以方便与其他链的交互。照这样做，我们可以轻易实现1000 TPS的交易速度。
它也允许私有链，公链和联盟链的接入。最终，区块链甚至可以与法定的银行系统（如SWIFT）进行交互。
为什么关注Cosmos和Polkadot？
根据本人的研究，我发现它们是最具前景的交互项目。它们都拥有强大的技术团队，在去中心化社区中拥有良好的声誉，并且多年深耕区块链领域，从无到有地编写了大量的区块链代码。
在解决区块链互操作性问题上，它们采取类似的策略，但在协议和设计上存在细微的差别。这些差异具体表现在安全性，隐私性，效率，灵活性和易用性之间的权衡。
那么现在，就让我们一起揭开未来可交互区块链的神秘面纱吧！
Cosmos 网络
自2014年Tendermint发布以来，Cosmos团队一直致力于实现区块链互操作性。Tendermint是一个拜占庭容错的共识引擎，并配备了点对点的Gossip协议。
Cosmos团队正在构建基于Tendermint的Cosmos网络。Tendermint和Cosmos都隶属于InterChain基金会。下面两张图将简单解释他们是如何设计网络的。
技术设计和协议
Tendermint（共识和网络）
Tendermint是一种实用拜占庭容错（PBFT）状态机。它需要一组已知的验证人达成共识而出块。在Cosmos网络中，至少需要2/3的验证人达成共识。假设不到1/3的验证人是作恶者，则网络永远不会分叉，因为验证人不能在相同高度提交冲突块。这种策略正是根源于Tendermint中安全性优先于活跃度的原则。
应用区块链接口（ABCI）
ABCI是定义了复制引擎（Tendermint）和状态机（区块链）两者边界的接口。ABCI是区块链状态更新的唯一通道，而只有Tendermint才具有区块链状态更改功能。这种设计是一种非常棒的安全策略，因为改变状态只有一个接入通道。
下图解释了Tendermint的堆栈设计，展现了在点对点网络中节点的连接方式，以及每个节点的组件。
Cosmos的交互性
链间通信（IBC）
Cosmos 网络可以基于IBC协议实现链链交互功能。以Cosmos 网络为中心枢纽，网络中的链通过IBC进行通信。区块链以分支的形式连接到Cosmos Hub，网络中的分支又被成为“Zone”，如下图所示。
IBC的技术性术语又叫“Chain Relay”。Chain Relay允许区块链读取和验证其他链上的事件。例如，A链上的智能合约想知道B链上发生的事件，则B链上的智能合约需要采用A链的块头，并验证其是否达成共识以及最终性。
本质地说，Cosmos正在构建一个网络体系，其中新区块链可以轻易创建，并从创立之初就可以通过Chain Relay进行交互。每条链都将在Tendermint上运行，只要新链遵循IBC协议，就可以加入该网络，包括公链和私有链。如下图所示。
Peg Zones
Peg Zone允许实时的区块链网络（如以太坊主网）连接到Cosmos网络中。能够连接到实时区块链是区块链可交互网络的主要要求。Peg Zone很复杂，但我们可以试着用简单的术语来解释它的工作原理。
你必须有一个共享的安全模型，并且Cosmos Peg Zone的验证人也在运行以太坊主网节点。特殊验证人会批准两条链之间的交互。这是个复杂繁琐的基础架构，你还必须信任运行Peg Zone的团队。
实际的资产交易需要以太坊主网上的智能合约锁定相应的ETH，同时在Peg Zone中创建代表“Cosmos-Ether”的新代币，，其可以通过IBC在Cosmos网络中发送。从Cosmos方面来看，验证人会锁定Atom，同时在以太坊主网中创建可发送的ERC-20的Atom代币。这样一来，就实现了Cosmos和以太坊主网之间资产的完全交互性。
实现两条链之间的互操作
任何可交互的网络需要至少两条可以交换信息和产生交易的区块链。Ethermint是Cosmos提出的第一个能与Cosmos Hub交互的解决方案。
Ethermint是Cosmos团队计划在Cosmos Hub主网上线后推出的区块链。它预计将于2018年的Q4发布。一句话描述Ethermint就是：它是用Tendermint共识引擎代替了PoW证明的以太坊。这也就使得基于以太坊虚拟机的区块链可以轻松地通过IBC与Cosmos网络进行交互。
Ethermint设计的天才之处在于团队计划实现的“hard spoon”。他们将在某个时间点对所有以太坊账户进行快照，并用该状态创建新的Ethermint分区。这将帮助他们引导现有的以太坊开发者网络，同时为每个人发放新的代币，并提供更快的交易速度。
选择Ethermint而不是Peg Zone来“映射”以太坊主网，是因为它在技术上更加容易实现。但是，对于区块链来说，Peg Zone的存在至关重要。无论对于Cosmos还是Pokaldot，比特币和以太坊背后有太多的动量，忽视它们都是极其冒险的。
Cosmos Hub
在Cosmos 网络中，Cosmos Hub是主链，充当其他所有区块链的中央连接点。它是Tendermint驱动的多资产证明的PoS区块链。Cosmos Hub的主要代币是Atom，其主要用于抵押和链的治理。Cosmos Hub启动之初有100个验证人，并将逐年增加。
Atom持有者既可以是验证人也可以是委托人。验证人需要设置一个完全节点，用于维护网络安全和处理交易。委托人则可以根据他们对验证人的信赖度和节点运行能力的判断，将代币委托给验证人。验证人会代理Atom资产，并从每个出块中获得Atom奖励。这些奖励会惠及委托人，只是其中一小部分将被扣留，以用于验证节点的日常运行。
为了保证验证人的诚实性，向区块链发布不正确数据的恶意验证人会失去他们的Atom代币作为经济处罚。这种机制称为“slashing”。这些游戏理论规则都是为了在PoS证明的区块链中激励良好行为。
代币也可用于治理。一个Atom就可以作为网络任何提案的一票，例如软件升级。Cosmos的治理协议相当简单。委托人可以自己投票，也可以将他们的投票权转让给他们所委托的验证人。验证人必须给每个提案投票，否则他们会受到惩罚。
主网启动的当前状态
Cosmos团队目前正在使用部分功能对测试网进行测试，但他们已经非常接近于功能完备的软件版本测试。团队将在2019年Q3的某个时间点发布实时主网。但是，在主网稳定运行前，Cosmos团队会冻结交易。一旦主网上线并稳定运行，Cosmos团队将执行IBC，并为Ethermint进行Ethereum的“hard spoon”。想要对Cosmos路线图更深入了解，请点击这里。
Cosmos上的开发构建
开发者有两种方法进行基于Cosmos 网络的开发工程：构建IBC交互的新区块链和在Cosmos Zone中创建智能合约。Cosmos团队创建了Cosmos SDK以便开发人员可以轻松地在Cosmos网络上发布新的区块链。
Cosmos SDK
Cosmos团队发布了“Cosmos SDK”，其允许开发人员使用简单的模块化方案在Cosmos网络上设计自己的区块链。SDK正用于构建Cosmos Hub，因此当主网启动时，SDK也可供开发者构建自己的区块链。Cosmos Hub可以构建运行于Cosmos 网络的基础应用程序，之后将为股权代理，治理和IBC添加相应的模块。
这将允许开发者自己使用SDK，选择基础区块链应用程序，添加治理或股权代理等模块，甚至创建属于自己的模块，并发布可交互的区块链。这是个激动人心的机会，因为它将为开发人员创建一个全新的去中心化平台，而不仅仅是以太坊风靡全球的代币模式。
SDK是用Golang语言编写的， 并将支持未来语言。但在第一年前后，网络中的区块链必须用Go编写。
在Cosmos上构建dApp
Ethermint将是你在Cosmos网络上构建dApp的第一个工具。由于它是基于EVM的区块链，其智能合约可以用Solidity编写。Cosmos网络的交易速度也会提高，因为Tendermint共识每秒能够处理比以太坊（基于PoW共识机制）多得多的交易。
Polkadot是另一个由强大的技术团队领衔，并致力于解决区块链间交互性的项目。Polkadot由Parity开发，后者是Web3基金会的成员。他们因以太坊客户端Parity（由Rust语言编写）而闻名遐迩。
技术设计与协议
共识
正如Cosmos所做的那样，Polkadot将共识架构与状态程序分离开来。据其白皮书所述，Polkadot的共识引擎实际上受到了Tendermint和HoneyBadgerBFT的启发。
然而，在最近的Youtube视频中，Polkadot团队提到他们计划使用Aurand和Tendermint for PBFT的混合共识机制。Aurand允许随机选择验证人出块，而不需要2/3成员的共识。混合共识引擎的设计使得共识形成更快，但是，如果验证人存在恶意行为，区块也有可能被回收。
Polkadot的互操作性
Cosmos和Polkadot实现交互的策略也十分相似。Polkadot网络有个“Relay Chain”，是一个功能类似于Cosmos Hub的中心连接器。它也有连接到“Relay Chain”的区块链，这些区块链被称为Parachain。Cosmos Zone和Parachain的用途相同。Polkadot还将配备连接实时区块链的Bridge，其也跟Cosmos Peg Zone的作用类似。
Parachain
Parachain和Cosmos Zone都使用链中继来实现区块链间的交互。但在具体实现上两者有所不同。最大的区别在于如何与链相连及实现安全共享。在Polkadot中，网络安全可以汇集和共享。这就意味着，单一的链可以利用集体安全性来增强自身的吸引力和信任度，而不需要从零开始。
这个方案是通过绑定Dots以创建新的Parachain，或者取消Dots绑定以移除无用的Parachain来实现的。而Cosmos不要求绑定Atom来创建一条新链，他们用治理的方法决定中央的Cosmos Hub是否应该连接到Cosmos Zone。
Bridges
Bridge和Peg Zone在各自网络中的作用相同。它们都可以来连接到实时的区块链网络，例如以太坊主网。Cosmos和Polkadot都希望在启动时能够快速地连接到以太坊主网。
实现两条链之间的互操作
如前所述，第一条与Cosmos Hub交互的链是Ethermint。很有可能，Polkadot也会创建一条类似Ethermint的链。对此，Polkadot团队应该能够轻松应对，毕竟他们在以太坊Parity客户端上积累了相当多的经验。
Polkadot 网络
Polkadot 网络是PoS证明的区块链，其原生代币是“Dots”。Dots可以提供治理，以及在理论规则上激励代币持有人诚实行事。网络的中心部分是“Relay Chain”，其作用类似于Cosmos Hub在Cosmos 网络中的功能。Polkadot 网络拥有四种主要股权利益人：验证人，提名人，校对人和渔夫。Polkadot也会通过“slashing”来惩罚作恶行为。
Polkadot上的验证人和Cosmos中的验证人作用相同，提名人和Cosmos中的委托人类似。下面的图表来自Polkadot白皮书，显示了每个股权利益人之间如何相互关联。
验证人并不会维护所有Parachain上完全同步的数据库，因为存储的数据量过于庞大。因此，验证人把存储和验证新的Parachain区块的任务交给第三方，我们称之为“校对人”。校对人的主要任务是生成有效的Parachain区块。他们必须维护一个完整节点。校对人还需对未封装的块进行零知识证明，并将其提供给一个或多个负责向Relay Chain提交Parachain区块的验证人。校对人和验证人会从这些任务中收取一定的费用。
渔夫会像自由赏金猎人一样，寻求大笔的奖励。可以预料的是，仅仅他们的存在就能使作恶行为极少发生。因为验证人和校对人都知道，一旦他们作恶就会被渔夫抓到并接受惩罚。渔夫会在Polkadot 网络上发送验证人或校对人的任何非法活动证据。
治理分为几个层次，主要是在网络上通过Dots投票。Polkadot团队还计划设立一个12-24个账户组成的理事会，对没有得到股权利益人重视的提案进行投票。这是一个对低选民投票率提案的备用解决方案。他们还承诺加入自适应仲裁偏差，并为选票赋予不同的投票权重指标，例如为长期持有人或验证人，甚至是长期为网络做出贡献的dApp开发团队赋予更多的投票权重。但是，目前这些想法只停留在概念阶段。
主网启动的当前状态
Polkadot团队的第一个概念证明（proof of concept）已经能够验证区块，并实现状态转换。他们已经实现通过测试网络发送Dots代币。概念证明是用Rust写成的，之后将支持WebAssembly。他们计划将在2019年Q3发布主网，并一直表示他们正在努力实现这一目标。
Polkadot上的开发构建
Substrate
Substrate是一个用于构建区块链的技术堆栈。它与Cosmos中Cosmos SDK的作用十分相似。Polkadot网络建立在Substrate之上，就像Cosmos网络建立在Cosmos SDK之上。你并不用担心共识或网络性，而只需要专注于区块链应用本身。
Substrate是用Rust写成的，但是状态机的核心功能将会被编译成WebAssembly。它可以直接使用编译的Rust代码，或者通过WebAssembly翻译器运行。详见下图。
在Polkadot上创建dApp
你可以在支持智能合约的Parachain上构建dApp。这一点也类似于Cosmos，因为Polkadot的Relay Chain和Cosmos Hub都不支持智能合约，但它们都可以连接到支持智能合约的链。
比较Cosmos和Polkadot
让我们来看看这两个网络的主要组件，以及它们是如何相互竞争的。这是本文最有价值的部分，你可以比较两个项目的不同，并自行判断哪个网络未来可能会更成功。
共识协议
它们都使用Tendermint进行PBFT共识，尽管Polkadot承诺将使用与Aurand相辅的混合共识协议。混合共识方案加速了共识的形成，但它也导致了区块回收的可能。两种方案都还需要在实时区块链网络中经受实践检验。当然，两种共识协议也远快于以太坊和比特币网络的PoW共识。
Polkadot还在他们的网站上提到将使用“积极的BFT权威证明（Optimistic BFT Proof of Authority）”，但我们尚不清楚它们具体是指什么。Web3基金会最近表示，“Polkadot被设计为完全开放和公开的，不需要由任何特定的组织或可信的权威来维护”。从Polkadot在白皮书中提出的整体设计来看，显然，Dots的PoS证明将在共识中占据主导地位。即使PoA证明（Proof-of-authority）最终会使用，也只可能是个次要角色。
代币和PoS设计
它们都有用于治理和股权代理的代币。两个网络都有保护网络安全的验证人，和可将代币委托给验证人的委托人/提名人。Polkadot 网络中还加入了校对人（用于帮助处理Parachain）和渔夫（用于密切监视网络中的作恶者）。两个项目都有对作恶者的惩罚措施，并在主网上线时，相应的惩罚指标可能会进行调整和测试。总结来说，Polkadot的PoS共识设计更为精妙，但也更加复杂。
Cosmos的优势在于他们将首先发布主网，并且相对简单的设计也使股权利益人更容易组织和创建稳定的去中心化网络。Polkadot的优势在于，四种股权利益人的配置可以使网络变得更加去中心化。现在很难说两个项目的设计孰优孰劣，但时间会给出答案。
治理
Cosmos在治理方面的协议并不复杂，因为它仅仅依靠验证人，委托人和成文宪法。
Polkadot在治理方面更加完备，它还设置了自适应仲裁偏差，以及一个验证人组成的理事会，用于处理没有得到股权利益人重视的提案。
实时区块链中的PoS治理在很大程度上未经过测试。我们可以期望，这两个项目团队都能够提出对应的解决方案，以便在测试之初调整治理协议。这两种设计模型都足够简洁，可以通过小规模的迭代和改进，过渡到一个更强大的去中心化治理系统。一开始就强加一堆制度和规则的方法不可取，还不如从简单的开始，逐渐增加复杂性。这也是这两个项目的高明之处。
网络也需要足够得去中心化，以防止某些恶意的验证人控制整个网络。值得庆幸的是，这将使他们能够避免EOS主网启动时所面临的问题：由于21个BP节点的限值过低而导致网络过于中心化。
安全性
Polkadot允许Parachain和Relay Chain共享“池安全”（pool security），而Cosmos则由Zone来保护自己的网络安全。这就意味着开始一个新的Parachain，就必须积累大量的Dots，并质押这些代币以便将Parachain连接到Polkadot 网络。因此每条Parachain的安全性根植于Dots本身，这样也就是在整个网络中创建了一个共享安全模型。
Cosmos允许Zone来管理自己的安全模型，也就是所谓的“Sovereign Zone”。这意味着，Cosmos Hub将使用治理决定哪些Zone可以接入Cosmos Hub。这个方案理论上可行，但是，如果恶意的Zone成功欺骗验证人相信它们是合法的，那它也确实可以接入网络。而一旦恶意的Zone连接到网络中，它就可能有多种方式攻击中央的Cosmos Hub，并从Cosmos网络中提取Atom。
通过Cosmos的Sovereign Zone，每个连接的Zone都必须自己创建一个安全的去中心化网络。所以，如果Cosmos Hub有5个完全可用的Zone，则可能会有100个Cosmos验证人，和5*100个Zone的验证人。这是一个比Polkadot更加去中心化的模型。如果正常工作起来，运行效果应该会很好。
可以想象，100个Polkadot验证人可以保护Relay Chain和5条Parachain，而Cosmos 网络则需要100个Hub验证人和500个Zone验证人。这也使得在Polkadot模型中，创建新的Parachain会相对更容易，但同时也意味着权力会集中到Dots所有者手中。而Cosmos是一个更加去中心化的安全模型，但实施起来也更困难。
但是，Cosmos团队也宣称，他们计划在主网上线后不久支持共享安全模型。一旦他们实现这个计划，将会给开发者带来极大的灵活性。因为开发者可以在Cosmos上共享基于Atom的安全性，或者创建自己的代币和安全体系。采取两种安全模型所作的取舍就是通过治理将Sovereign Zone添加到网络中，这也为恶意Zone连接到网络中提供了可能，尽管这种情况不大可能发生。
速度和可扩展性
两种共识协议的处理速度都可达每秒1000笔交易（1000 TPS）。这也取决于网络中有多少节点及网络相应的参数设置。对于增加的每个Parachain和Zone，它都会增加可处理的交易量，因而两种网络可以轻松达到1000 TPS的交易量。真正的瓶颈在于每个Zone和Parachain中运行的状态机程序。
可互操作性
两个网络都通过链中继（chain-relays）连接到一个中央枢纽。它们都通过Peg Zone/Bridges连接到以太坊主网，并致力于使这种连接更加迅速。另外，它们都可以快速、便捷地在各自网络上运行EVM Zone/EVM Parachain。Cosmos将在主网稳定后发布Ethermint，Polkadot可能也有类似的计划。
开发人员
Cosmos SDK和Polkadot Substrate都是为了开发平台而设计的。它们使得开发者可以更方便地在网络上创建自己的区块链。两方团队都致力于构建开发者友好型的新型开发平台，就像当初以太坊用智能合约和代币所做的那样。
在这两个平台上开发的不同之处主要在于，Polkadot使用WebAssembly和Rust语言，而Cosmos使用Golang语言。
Polkadot远见性地支持WebAssembly，以更好地面向未来。WebAssembly得到了Google, Apple, Microsoft 和 Mozilla的支持，很有可能在未来十年内得到广泛应用。Rust也一直努力成为可编译入WebAssembly的主要语言之一。在未来5年的展望中，Polkadot似乎在长期吸引开发者方面迈出了正确的一步。
然而，正如我们在以太坊上所看到的那样，有时首先进入市场甚为重要。还有其他支持智能合约的区块链允许使用其他语言编写智能合约，但以太坊几乎覆盖了所有的智能合约活动。正是因为他们建立了围绕Solidity和EVM的生态系统，而俘获了许多早期开发者的心。
Cosmos将率先推向市场。在Cosmos上开发的主要途径是通过Cosmos SDK中的Golang 语言，以及Lotion-JS——一个可基于Ethermint创建新链的Javascript实现工具。然而，Lotion-JS网站也表示Lotion-JS代码尚未通过安全审核，如果想保证安全性，则必须使用Cosmos SDK。
目前而言，Cosmos并没有支持WebAssembly的相关工作。但我们可以相信，Golang将很快增加对编译到WebAssembly的支持。他们已经取得了可观的进展。最后，与Rust相比，Golang是一种更易学习的编程语言，在全球也有更多的开发者。
主网启动
Cosmos将在2018年Q3发布。但Cosmos团队表示，在主网稳定前，他们将锁定交易，并且直到所有人都确信网络可以安全运行时才会开放回滚。
Polkadot将在2019年Q3发布，所以他们会给Cosmos一年的领先优势。
Cosmos似乎在这点上很有优势，但Polkadot也有机会从Cosmos犯的错误中汲取教训。
总结
现在还很难说哪个网络会更成功。但可以肯定地说，哪个网络吸引更多的开发者，哪个网络就可以最快地发展，并占据最大的市场份额。
作为一个开发者，如果你认为Cosmos会更成功，那你就可以去学习Golang了。如果你信仰Polkadot，那就去学习Rust和WebAssembly吧。
虽然Cosmos和Polkadot最终只有一个赢家，但值得注意的是，在某个领域中它们可能同时存在又相互联系。例如，如果两个网络都在以太坊主网上创建Peg Zone/Bridges，那么你可以使用Dots的ERC20代币与Atom的ERC20代币进行交易。这就允许实现两个网络的安全交互。这样可能会创建一个巨大的交织区块链网络，其中以太坊，所有Parachain和Zone都是可交互的。当然，以太坊的Plasma链也可以接入其中。
正如我们所看到的，Polkadot和Cosmos实现区块链交互网络的网络效应是极其巨大的。这两个项目都值得我们花点时间去关注其进展，让我们支持并祝愿它们取得成功。
source
[1] Chain Interoperability— Vitalik Buterin, September 2016
[2] Tendermint Whitepaper
[3] The Cosmos Network Website
[4] Understanding the Value Proposition of Cosmos — Cosmos Network Blog
[5] Cosmos Whitepaper
[6] A Beginners Guide to Ethermint — Cosmos Network Blog
[7] The Internet of Blockchains — How Cosmos Does Interoperability, Starting with the Ethereum Peg Zone — Cosmos Network Blog
[8] Latest in Cosmos Critical Community Update May — Cosmos Network Blog
[9] Introducing the Hard Spoon — Cosmos Network Blog
[10] Polkadot Network website
[11] Polkadot Whitepaper
[12] EH18 Gavin Wood — Tech Talks: The Energy Blockchain — Tech Update
[13] Polkadot Lightpaper
[14] How Polkadot Tackles the Biggest Problems Facing Blockchain Innovators — Polkadot Network Blog
[15] Gavin Wood Edcon 2018 Polkadot Presentation
[16] Now Live — Polkadot Proof of Concept — Polkadot Network Blog
[17] WebAssembly Wikipedia
声明：本内容为作者独立观点，不代表 CoinVoice 立场，且不构成投资建议，请谨慎对待，如需报道或加入交流群，请联系微信：VOICE-V。
来源：星球日报-橙皮书
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