一、簡介

最近，很多人都在討論Cosmos的上線，以及它對於以太坊生態的威脅。本文會深入討論Cosmos和Polkadot的技術細節，但是也會首先講述很多基礎的知識（用圖片作為輔助），以便於大家可以理解這些技術協議的含義。

首先，我們需要知道為什麼互操作性很重要。在現有的互聯網體系中，我們可以通過API（特定應用程序接口）來獲取和修正大量數據。但是通過區塊鏈技術，不同鏈上的數據是孤立的。那麼，我們所說的跨鏈交互是什麼呢？

1. 可以在不同區塊鏈之間，無需第三方信任地去轉移資產。

2. 可以互相交互的跨鏈智能合約。

3. 特定的區塊鏈架構，同時可以用於其他的區塊鏈。

研究任何特定跨鏈技術的細節之前，我想花一點時間和大家講述下最基本的分佈式系統，從而大家可以更容易地理解接下來的概念。大家需要明白，區塊鏈技術只是分佈在全球的機器組，它們可以對所得數據達成共識，確保其真實性。

分佈式系統

顧名思義，分佈式系統是很多計算機共同運作去達成某項目標，這個目標可以是為全球大量用戶輸出同樣的內容（例如你的推特新聞會一直給你推送最新消息）。為了達成這個目標，他們必須克服以下的問題：

1. 時機。每個計算機/系統都會按照它們自己的時間和步調去執行同樣的任務。

2. 順序。由於時間會在一段時間後“移動”，因此解決事件發生的內容和時間仍然是非常困難。這就讓排序成為了非常復雜的問題，因為每個系統都有自己發生事件和時間的賬號。

3. 錯誤率。系統間的協作會因為整個系統癱瘓而失敗，這會導致系統間收發信息產生錯誤，或者會有人選擇作惡（拜占庭事件）。

對人類來說，解決最多問題的方法是通過很好的溝通。然而通過計算機來說，這會顯得更加復雜，因為計算機間的溝通有異步或者同步的。

這是什麼意思呢？

總而言之，區塊鏈系統需要擁有安全性（同步輸出協議）以及活躍性（區塊鏈需要持續增長和運轉）。如果你的區塊鏈有安全性，但是不再運行，那麼它就會停止出塊。如果這個區塊鏈只是運行，但是不安全，那麼就會產生很多分叉，而且你無法知道到底哪個是真正的那條鏈，除非有特點的規則（例如，比特幣的最長鏈原則）！

二、介紹實用型拜占庭容錯機制（PBFT）

實用型拜占庭容錯機制是由 Barbara Liskov和Miguel Castro於1999年提出的方法。例如Cosmos和Polkadot這些權益證明的區塊鏈系統，他們在設計上也引用了實用型拜占庭容錯機制，因此很值得去研究它是什麼，以及它是如何運作的。

製圖：Alex 達令智庫

1.如果想要形成帶有交易數據的區塊，有一方就需要聽到大量數據在網絡中廣播。我們把這樣的個體稱為申請人，因為他們想要產出這個區塊。

2.一旦區塊完成，每個人都可以參與其中，並且預投票去確認他們已經聽到了同樣的區塊廣播。很重要地是，在預投票階段，區塊也可能是不正確/造假的，因為大家只是想要達成共識，他們已經收到了同樣的數據/區塊。

3.一旦超過2/3的參與者達成共識，他們收到了同個區塊，那麼就到了預提交階段。預提交投票會決定這是否是有效的區塊，並且其中沒有任何欺詐行為。

4.如果超過2/3的參與者投票認為這個區塊有效且正確，那麼我們可以成功地將這個區塊提交到鏈上。

5.於是，區塊高度就會增加，步驟1-5會重複進行。

根據我們上面所說的內容，我們可以看出，接下來的步驟可以確保區塊的順序是可知的（區塊提交成功可以增加區塊高度），每個計算機可以通過計算得到自己的結論，然後網絡進行溝通可以得到最終的時機（timing），並且可以防止錯誤（failure）（欺詐節點申請區塊或者不能投票的節點）。

你好 Cosmos!

Cosmos是2016年由Jae Kwon和Ethan Buchman創立的，並且通過通證發行融資超過1700萬美金。Cosmos Hub是其自有的區塊鏈體系，可以連接不同的區塊鏈系統，因此可以完成跨鏈之間的通信。任何工作量證明的區塊鏈系統，例如比特幣、以太坊、ZCash或者是其他特定的區塊鏈，都可以通過內部區塊鏈通信架構連接到橋樑區域。

深入研究技術機構的細節，Cosmos Hub使用了由Jae Kwon 在2014年開發的Tendermint 作為其共識算法（同時還有實用性拜占庭容錯）。這意味着每個投票環節（投票前以及提交前）對每個人來說都有固定的時間，然後才會轉移到下個階段。當某個區塊完成的時候，這個過程就不會退回。因為只要區塊中的轉賬完成，這就意味着你能夠有即時移動以及物聯網支付。由於無需確認，因此這個過程也被稱為“快速結算”。

製圖：Alex 達令智庫

用戶持有ATOM通證可以成為網絡中的驗證者，或者把ATOM通證抵押給驗證者。Cosmos區塊鏈網絡開始地時候會有100個驗證者，並且計劃在未來通過治理係數來提高上線。只有在網絡中擁有相應權利的人纔能夠參與到網絡的安全性治理。

為了減少理論知識，我會列出從ETH轉為BTC的步驟，這是大家都非常喜歡的案例。

製圖：Alex 達令智庫

1.可信的中介區域會在以太坊網絡上創建，然後會有相應的驗證者負責將信息從以太坊橋樑區域中繼到Cosmos Hub。

2. 由於以太坊和比特幣都是或然性的（有可能現在的主鏈並不是正確的），因此驗證者需要等待一定的確認，從而確保轉賬真正地完成。

3. 一旦這些驗證者確認了交易完成，他們就會從自己的區域發起交易到收到Ether的Cosmos Hub，這個hub會創建一種混合Cosmos Ether結合的通證形式，並且持有住。現在，任何其他的Cosmos Zone現在都會知道系統中存在這個全新的混合Cosmos Ether通證。

4.假設兌換比例之前就確定好了，混合Cosmos Ether通證可以和混合Cosmos Bitcoin進行兌換。然後Cosmos Bitcoin會發送至可信的中介比特幣區域，再發送到實際的比特幣主鏈地址。

製圖：Alex 達令智庫

在這個模型中，存在幾個假設：

走進波卡

波卡是由Gavin Wood創立的，他是以太坊聯合創始人和前CTO，並且也是Web3基金會的總裁。2017年，波卡通過銷售原生通證DOT，通過眾籌融資了1.45億美金。如果Cosmos是使用了hub和zone方式的開發網絡，波卡是單獨的“中繼鏈”，並且會給很多加入其中的區塊鏈系統，即“平行鏈s” （這是平行鏈的簡稱）提供大量好處。

波卡的主要創新點如下：

波卡的共識機制由兩部分組成：GRANDPA 和BABE。GRANDPA是完成最終確定性的工具，它是根據GHOST分叉選擇規則得出的概念（類似以太坊Casper協議）。這種工具的引進可以讓部分的區塊鏈完成最終確定，而且可證無法恢復。將最終確定性工具和區塊生產分開，這可以讓最終確定性和鏈上新區塊的產生通過不同的流程進行。這意味着實際區塊生產可以擴容，並且和帶有實用性拜占庭容錯機制的Cosmos Tendermint算法不同。

製圖：Alex 達令智庫

在波卡生態系統中，包含如下部分：

他們的主要責任包含：

驗證新區塊。

波卡可以認為是一個相互連接的系統，只要它想通過橋樑和別的區塊鏈進行通信，那麼就可以直接和它們進行連接。所有的平行鏈以及中繼鏈都會形成整體通用的系統。平行鏈可以和定製的邏輯進行組合，在接收和發布信息給其他鏈的時候，它負責處理自己的狀態轉換。平行鏈之間也可以進行交互，並不像Cosmos那樣，任何信息都需要通過Hub。

波卡技術的核心設計構想是非常不錯的。這個構想基於一個事實，那就是平行鏈是被動從橋樑合約中讀取信息，而不是依賴於橋樑合約把信息傳遞給其他的平行鏈，並且這些平行鏈之間並沒有區別。這意味着波卡的內部區塊鏈通信架構是完全的去信任化，因為平行鏈是以中級鏈為核心，而不是他們正在驗證的平行鏈。並且，驗證者會不時地以及隨機地被安排給其他的平行鏈。

我們來舉個例子，這樣也許會更加容易理解，如果你想從把某個平行鏈上的貨幣兌換成另外一個鏈上的資產，需要怎麼做呢？試想下ETH兌換成BTC的案例。

以太坊平行鏈的校對者會把區塊頭部轉移給他們平行鏈的驗證者。這些驗證者會簽署並且在以太坊橋樑智能合約中的相關交易中發布這些信息，並且這是通過可以和平行鏈區域進行認可以及溝通的方式。任何發出的ETH可以通過波卡驗證者持有，並且也可以通過使用DOT通證作為無效交易的擔保物。以太坊平行鏈會和比特幣平行鏈進行通信，然後通過特定平行鏈的驗證者把BTC轉移到指定地址。所有的細節設計還需要最終確定，但是根據這個跨鏈通信的理論，可以保證其中是完全無需確認的。

我們需要注意到，波卡的平行鏈機制會通過無需認可的鏈上拍賣方式去分配位置。這些拍賣會鎖定DOT通證一段時間，從而保證這些平行鏈會和波卡網絡進行連接。這時候，治理可以接入，並且可以解決突發情況，例如平行鏈有很嚴重的錯誤，或者有欺詐行為。波卡會通過鏈上治理的方式進行，因為它堅信這是最好的方式。

正如Gavin Wood在文章中說道，“我堅信如果任何區塊鏈不引進鏈上治理機制，包括可行的更新機制，那麼這無疑會毀了它們自己。我並不相信“鏈下治理過程”，“鏈上信令”以及“粗略的共識機制”可以讓區塊鏈生態中真正的持有者去有效地掌握並且推動其長期的成功。我也相信，這根本不可能去改變治理的情況。

路線圖

製圖：Alex 達令智庫

關於互操作性，其中很多問題看似已經解決了，但是執行層面還是很難實現。Cosmos在2019年3月正式啟動，但是目前只完成了Cosmos Hub的啟動和運行。他們接下來的計劃是完成內部區塊鏈通信框架的運行。波卡會在2019年底運行，但是僅有中繼鏈會上線。

總地來說，我對於Cosmos和波卡的啟動非常興奮，而且最讓人感興趣地是開發者的應用以及各種區塊鏈之間的競爭，他們會如何去運行。滿足特定應用需求的區塊鏈在目前來看，是非常重要的事情，因為不僅是底層架構還沒有完成，開發者也需要背後的資源和人才，並且獲得足夠的安全性。

那麼這會是權衡嗎？現在還很難說。盡管以太坊由於想要打造高度安全地無需許可的創新機制，它的發展速度低於路線圖的預期，但是以太坊的鏈下治理卻發展地很好。

這個問題從反面來看，很多加密資產網絡會利用其它鏈的安全性，例如以太坊，然後等到他們能夠通過自己的社區保證安全性後，再過渡到他們自己的鏈上。MarkerDAO是很好的例子，他們有足夠的資源去打造自己的區塊鏈，並且成為波卡平行鏈的一部分。如果由於某些原因，它不能稱為平行鏈的一部分，那麼它可以在Cosmos上搭建一個橋樑區域，然後共用其中的安全性。波卡正在計劃為那些雖然無法提供共用安全性，但是仍需要信息傳遞的區塊鏈體系提供橋樑區域。

（作者：達令智庫，內容來自鏈得得內容開放平臺“得得號”；本文僅代表作者觀點，不代錶鏈得得官方立場）