导读
跨链作为近两年来区块链技术一个炙手可热的方向，吸引了许多人的目光。
从技术层面看，Cosmos无疑可以与Polkadot并称“跨链双雄”，两者的技术路线并无明显的优劣之分，只是开发理念各有千秋。
Cosmos最初是由Tendermint团队构建的开源社区项目，它将自己定义为“一个由多条独立平行区块链组成的去中心化网络”，和Polkadot一样，也由中继技术实现。
Cosmos到底是如何解决跨链过程中遇到的各项问题的，本文通过对其架构和跨链交易流程的解读，带我们进一步了解Cosmos。
什么是Cosmos
Cosmos作为跨链双雄之一，定位为一个可扩展、易用、互操作的区块链互联网。
首先介绍Cosmos的三个重要组成部分
Hub：本质上是一条中继链，由官方进行维护，被当作跨链消息的信任中心；
Zone：参与到Cosmos网络中的应用链，允许不同类型的区块链加入进来；
IBC：链间通信协议。
他们三者的关系我们从上面的简图中看到，位于中心的是Hub。
Hub管理着许多被称为“Zone”的应用链，在Ｃosmos网络中，由Hub来追踪记录各个Zone的状态，而每一个Zone有义务不停地把自身产出的新区块反向汇报给Hub。
Hub与Zone直接通信，而Zone与Zone之间通过IBC间接通信。
Michael Saylor：我们正在从创业阶段进入机构数字资产阶段，大玩家将进入这个领域:金色财经报道，MicroStrategy前首席执行官Michael Saylor在最近的一次采访中表示，代表所有比特币持有者，我们觉得我们被困在与加密货币的不正常关系中，我们想要退出。比特币将成为赢家，因为比特币是一种数字商品，而且它是所有事物中争议最少的。我们正在从创业阶段进入机构数字资产阶段，大玩家将进入这个领域，我们都将成长，世界将从中受益。[2022/12/10 21:35:10]
当Zone对Hub建立起一个IBC连接，它可以自动访问其他连接到该Hub上的Zone，这意味着Zone无需与其他Zone连接，而仅仅连接到Hub上即可。
当一个Zone通过Hub收到来自其他Zone的代币时，它只需要信任Hub，而不需要信任网络中所有其它的Zone。
为什么Cosmos不直接利用IBC建立Zone与Zone之间的连接？
事实上，随着接入到网络中Zone的数量上升，以直连方式实现通信会导致链路数量呈平方级上升，如此快速的增长显然会令网络不堪重负。
Cosmos架构
Cosmos作为一个多链互操作的跨链平台，支持不同种类应用链接入到Cosmos的网络，如图所示：
一般来说，应用链可以分成两种类型：概率链和确定性链。
概率链是指只能根据区块链网络参与者在不同分叉链上的比例，而以一定概率认为某条链是主链。一般来说比特币通过6个区块以上来达到确认，而以太坊通过15个区块以上来达到确认。
以太坊开发者：扩容解决方案EIP-4844的Devnet 3推迟到下周发布:12月1日消息，以太坊开发者、Arbitrum研发团队的terence.eth在社交媒体上称，扩容解决方案EIP-4844的Devnet 3推迟到下周发布，此前原定于11月30日发布。
terence.eth解释称，CL（共识层）团队需要更多时间来处理规范测试和同步协议。EL（执行层）团队需要通过时间戳机制在分叉之上对4844个更改进行rebase。正在就配置和预设使用主网值达成共识，以便与KZG库的字段元素大小和每个blob大小兼容。[2022/12/1 21:15:35]
确定性链指的是每个区块的状态都是确定的，在未来的任意时刻你都可以从创始块开始复现推演每个区块的状态。
Cosmos中的Hub理论上可以接入上述两者，只不过对于概率链的支持在实践中要相对麻烦一些。这是因为从底层设计来讲，IBC跨链通信协议发挥作用的前提在于区块链的不可逆。?
所以Cosoms试图通过“PegZone”桥接链来实现概率链的互操作性。PegZone是追踪记录另一条区块链状态的区块链，它要将自己桥接的某条概率链上的状态确定为不可逆的，使得这些状态得以与IBC兼容。
其中这里的ABCI是应用层的区块链如何与共识层交互的接口，共识层和网络层是由CosmosSDK底层实现，只需实现相关的ABCI接口即可自行搭建一条链。
ABCI接口和CosmosSDK会在接下来的Cosmos系列中会详细介绍。
交易流程
接下来介绍Cosmos的交易流程，Cosmos的交易分为普通交易和跨链交易，普通交易通过应用链内的共识上链，跨链交易通过IBC跨链协议进行交易。
▲?普通交易
Cosmos的普通交易和以太坊类似，也是一个帐户模型，有着From，To和Amount关键字段。
Cathedra公布运营数据：已完成部署剩余的372台矿机:金色财经报道，比特币开发和运营公司Cathedra Bitcoin宣布了运营数据。截止2022年9月28日，公司签订了托管协议，根据该协议，公司已在5月份批次的 Bitmain Antminer S19J Pro 机器中部署了剩余的372台机器。田纳西州的数据中心。根据最初为期 12 个月的托管协议的条款，公司将支付每千瓦时 7 美分（0.07 美元）的固定费率，外加比特币总收入的 5%。托管机器主机的安装已于 2022 年 10 月 10 日完成，公司多元化的比特币挖矿业务现在产生约 203 PH/s。
此外，公司按计划结束了与 Great American Mining (“?GAM?”) 的合作伙伴关系，并于 9 月淘汰了最后一台机器和容器。[2022/10/17 17:28:35]
普通交易Msg：
typeMsgSendstruct{FromAddressgithub_com_cosmos_cosmos_sdk_types.AccAddressToAddressgithub_com_cosmos_cosmos_sdk_types.AccAddressAmountgithub_com_cosmos_cosmos_sdk_types.Coins}交易流程
接下来介绍一笔普通交易的流程，例如Alice转给Bob100atom代币。
1.Tendermint收到该笔交易，调用BaseApp的CheckTx校验该笔交易的有效性；
日本大和证券集团创建虚拟世界并向内部员工开放:金色财经消息，日本第二大经纪公司大和证券集团（Daiwa Securities Group）创建了自己的虚拟世界，作为其 120 周年庆典的一部分，于本周向全球内部 1.5 万名员工开放，员工可以在虚拟月球上操纵 Avatars，参观公司旧总部的数字版本。公司表示其主要目的是鼓励员工加强联系。（彭博社）[2022/9/7 13:13:49]
2.Tendermint出块，调用BaseApp的BeginBlock，检查区块的高度、Gas消耗情况和节点投票情况；
3.Tendermint调用BaseApp的DeliverTx，执行区块中的交易；
4.减少Alice100atom，增加Bob100atom，存储Alice和Bob的账本。
5.区块内交易全部执行完成后，Tendermint调用BaseApp的EndBlock收尾，包含执行完成后的事件和相关的验证者集合等等；
6.Tendermint调用BaseApp的Commit，IavlStore构建MerkleTree；
7.通过返回的MerkleTreeRoot生成区块哈希，进行一下轮出块。
▲?跨链交易
交易结构
IBC协议中包含了三个主要的交易类型：
MsgPacket：定义了IBC协议的跨链交易数据包，包含跨链交易、目的链的超时高度和时间戳。
/IBC数据包typeMsgPacketstruct{PacketProofcommitmentexported.ProofProofHeightuint64Signersdk.AccAddress}//数据包定义了一种通过IBC跨不同链传输数据的类型typePacketstruct{//跨链交易数据Databyte//number对应于发送和接收的顺序，必须按序发送和接收Sequenceuint64//标识来源链上的端口SourcePortstring//标识来源链上的通道SourceChannelstring//标识目的链上的端口DestinationPortstring//标识目的链上的通道DestinationChannelstring//标记数据包超时的区块高度TimeoutHeightuint64//数据包超时的区块时间戳TimeoutTimestampuint64}MsgAcknowledgement：定义IBC协议的响应数据包，包含跨链交易执行成功或者失败的状态。
币安已开启ETH/BUSD 0手续费交易:据官方消息，Binance已于2022-08-26 00:00（UTC）推出ETH/BUSD现货交易对的0手续费交易，有效期为2022-08-26 00:00 (UTC) 至 2022-09-26 00:00 (UTC)。所有用户将享受 ETH/BUSD 现货交易对的0挂单手续费。[2022/8/28 12:54:08]
/IBC响应数据包typeMsgAcknowledgementstruct{PacketAcknowledgementbyteProofcommitmentexported.ProofProofHeightuint64Signersdk.AccAddress}?MsgTimeout：定义IBC协议的超时数据包，包含下一个接收包的序列号。
//IBC超时数据包typeMsgTimeoutstruct{PacketNextSequenceRecvuint64Proofcommitmentexported.ProofProofHeightuint64Signersdk.AccAddress}当应用链双方在Hub注册后，彼此发现就可以通过路由进行跨链交易。
IBC跨链流程
我们通过一个例子来介绍IBC的跨链交易，ChainA和ChainB都是基于CosmosSDK搭建的应用链，Relayer作为一个链下中继负责轮询和路由IBC的数据包，这里的大致流程如下所示：
ChainA->relayer->hub->relayer->ChainB为了更加清晰的描述ChainA的跨链交易是如何到达ChainB的，relayer和hub之间只是负责路由，这里简化了relayer到hub之间的过程。
ChainA的Alice转给ChainB的Bob100atom
1.ChainA的Tendermint收到该笔交易，调用BaseApp的BeginBlock，检查区块的高度、Gas消耗情况和节点投票情况；
2.执行区块中的交易，减少Alice100atom，增加托管账户Escrow100atom，存储Alice和Escrow的账本。
3.构建跨链交易MsgPackage数据包，根据DestinationChannel和DestinationPort定位Outgoing队列，将MsgPackage存入该队列；
4.区块内交易全部执行完成后，Tendermint调用BaseApp的EndBlock收尾，包含执行完成后的事件等等，?再调用BaseApp的Commit，调用IavlStore持久化等操作；
5.IavlStore通过当前所有的IavlTreeRoot构建MerkleTree；
6.ChainA的Tendermint通过Treeroot生成区块哈希；
7.ChainA的Tendermint准备进行下一轮出块；
8.中继器Relayer轮询ChainA的Out队列，发现Outgoing队列存在MsgPackag；
9.中继器Relayer解析MsgPackage数据包来源和目的；如果发现ChainB的区块高度大于超时高度，移除ChainA的MsgPackage，向ChainA的inComming队列发送MsgTimeout数据包；
10.中继器Relayer向ChainB的Incomming队列发送包含MsgPackage数据包，ChainB随后解析MsgPackage，验证MsgPackage的有效性；
11.托管账户Escrowmint100atom，然后向Bob发送100atom；
12.ChainB构建MsgAcknowledgement数据包，中继器Relayer轮询ChainB的Incomming队列，将其放入ChainB的Outgoing队列；
13.ChainA收到ChainB的MsgAcknowledgement或者MsgTimeout数据包，如果MsgAcknowledgement包含执行失败的状态或者存在MsgTimeout数据包，则根据数据包内的信息进行向托管账户赎回对应的金额。
跨链难题
▲?Relayer作恶问题
场景描述：Relayer是链下的一个传递跨链消息的组件，任何人可以启动Relayer来传递消息。
方案：所有验证在链上进行，Ｒelayer只做消息传递。
效果：可多个Ｒelayer同时工作，跨链消息的有效性和有序性的保证和Ｒelayer无关，至少一个不作恶Ｒelayer即可工作
▲?跨链存在性证明
我们可以看到，在每个IBC数据包的结构中都包含：
struct{Proofcommitmentexported.ProofProofHeightuint64Signersdk.AccAddress}其中ProofHeight是对应的区块高度，Proof是MerkleProof，Signer是发送者的地址，跨链双方维护对方的轻节点，提供类似SPV证明的机制。
▲?跨链交易事务
IBC跨链协议中定义了两种关于包含状态的跨链交易数据包：
MsgAcknowledgement：定义IBC协议的响应数据包，包含跨链交易执行成功或者失败的状态。
//MsgAcknowledgementreceivesincomingIBCacknowledgementtypeMsgAcknowledgementstruct{PacketAcknowledgementbyteProofcommitmentexported.ProofProofHeightuint64Signersdk.AccAddress}MsgTimeout：定义IBC协议的超时数据包，包含下一个接收包的序列号。
//MsgTimeoutreceivestimed-outpackettypeMsgTimeoutstruct{PacketNextSequenceRecvuint64Proofcommitmentexported.ProofProofHeightuint64Signersdk.AccAddress}来源链通过MsgAcknowledgement数据包，可以判断跨链交易是否执行成功，如果执行失败来源链做出相对的回滚。
来源链通过MsgTimeout数据包，可以判断一个跨链交易的数据包是否超时，如果超时来源链做出相对的回滚。
结论
总体来说，Cosmos作为与Polkadot齐名的跨链双雄之一，在架构设计和IBC跨链协议上有许多值得我们学习借鉴的地方。
接下来的Cosmos系列文中会详细介绍IBC协议和Tendermint共识详解，敬请期待！
作者简介
江哲
来自数据网格实验室BitXHub团队主要负责区块链账本互操作技术相关研究工作
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。