解讀跨鏈網絡 Cosmos 的共識機制及其生態發展_MOS

來源：?IOBCCapital

在多鏈時代，跨鏈是區塊鏈行業的一個剛需。DeFi、GameFi等應用層項目對公鏈本身的性能需求點不同：DeFi對可組合性要求較高，GameFi對并發性能要求較高，SocialFi對重存儲要求較高。所以近期各種專注于垂直領域的Layer1或Layer2逐漸誕生，比如專注于GameFi的Ronin，專注于SocialFi的DESO等。

Cosmos的跨鏈模式非常適合這些專注于垂直領域的公鏈，Cosmos通過提供模塊化的區塊鏈，為各個應用開發者使用適合自己的公鏈提供便利。Cosmos生態的應用程序和協議使用IBC進行連接，實現各獨立區塊鏈之間的跨主權自由交換資產和數據。?

目前的跨鏈技術方案主要有四種：

1、公證人機制

2、側鏈/中繼

3、哈希鎖定

4、分布式私鑰控制

Cosmos屬于Relays技術的一個典型案例，另一個案例是Polkadot。Cosmos是通過IBC協議來建立連接實現跨鏈，而Polkadot是基于XCMP協議通過插槽實現跨鏈。

本文重點介紹Cosmos的跨鏈方案。

一、Cosmos概述

Cosmos是由Tendermint團隊推出的一個支持跨鏈交互的異構網絡。Cosmos的ICO發生在2017年4月，募集了4870BTC和24wETH。ATOM沒有上限，會以最高20%的年通脹率增發，具體通脹率和質押率負相關，目前的質押率為186M/291M，年通脹率為10.05%。

Cosmos的最終目標是創建一個區塊鏈互聯網，允許大量自主且易開發的區塊鏈互相擴展和交互。基于Tendermint開發，采用的Tendermint共識算法是一個類似使用拜占庭容錯的共識引擎，具有高性能、一致性、具備拜占庭容錯等特點。Cosmos基于Tendermint引擎可實現每秒數千筆交易，接近VISA的交易速度。

Cosmos的跨鏈網絡有三個核心的組成部分：中心網絡Hub、區域空間網絡Zone，跨鏈協議IBC。

中心區塊鏈網絡HUB，是Cosmos的經濟中心，也是跨鏈消息的信任中心。承接的是多資產分布式賬本，這些代幣資產通過IBC跨鏈協議，從一個空間轉移到另一個空間。除了官方的CosmosHub，還有多個跨鏈Hub可以提供跨鏈服務，比如IRISnet。

區域空間網絡ZONE，是獨立的區塊鏈，可以與Cosmos中心網絡HUB進行IBC跨鏈通信、信息交換和資產交換。

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IBC協議，IBC是Cosmos的區塊鏈間通信協議，是針對Cosmos網絡設計的，依賴其及時最終性的特點，用于Hub與Zone之間消息傳遞，進而達到跨鏈的目的。IBC也是CosmosSDK中的模塊之一。

Cosmos的跨鏈核心邏輯：CosmosHub通過與兼容鏈建立IBC連接，從而實現資產和數據的跨鏈交換。Hub相當于跨鏈的一個集中市場，是持有數字資產和跨多個鏈管理賬戶的最佳場所。Hub需要追蹤記錄各個Zone的狀態，而每個Zone則有義務不停地把自身產出的新區塊匯報給Hub。

當Zone對Hub建立了IBC連接后，它可以自動訪問其他連接到該Hub上的所有Zone；當Zone通過Hub收到來自其他Zone的代幣時，它只需要信任Hub，而不需要信任網絡中的所有其他Zone。

IBC究竟是怎么工作的？我們以舉例來說明：從ChainA跨鏈轉賬10ATOM到ChainB。

ChainA和ChainB都支持了CosmosSDK，成為了Cosmos生態的一個Zone。Relayer是一個鏈下中繼負責輪詢和路由IBC的數據包，跨鏈的大致流程如下：

ChainA——Relayer——CosmosHub——Relayer——ChainB

其中包括多個環節：

1、Tracking：ChainA和ChainB的IBC模塊一直在同步對方鏈上的區塊頭信息，通過這種方式，雙方能夠實現跟蹤對方區塊鏈上的驗證者集合的變化。本質上，就是相互維護一個對方鏈的輕節點；

2、Bonding：當使用Cosmos跨鏈轉賬后，A鏈的IBC模塊會記錄該筆轉賬，ChainA上的10ATOM將處于鎖定狀態；

3、ProofRelay：一份證明ChainA已經鎖定10ATOM的“Proof會被路由到ChainB的IBC模塊；

4、Validation：ChainB結合ChainA的輕節點信息，對這份Proof驗證通過后，ChainB會”鑄造“10ATOMVoucher，這些Voucher可以進行后續的流通使用。當然，這些Voucher也可以通過相同的跨鏈方式返回到ChainA，然后ChainA的鎖定的ATOM就會執行解鎖操作。

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二、Cosmos的共識機制

Cosmos的共識算法是基于PoS和BFT的共識機制。Hub的質押模塊建立在TendermintBFT共識機制上，使ATOM代幣持有者能夠通過Staking他們的ATOM來保護Cosmos區塊鏈的安全，并換取交易費用。

目前CosmosHub區塊鏈上共有342個驗證者，有效驗證人150，平均區塊時間7.29秒。

CosmosTendermint的PoS規則

假設有ABC三個驗證人，分別抵押了1、2、3個代幣；

1、第一輪由于C的抵押資產最多，所以C當選第一輪的提議人；

2、第二輪由于C在上一輪當選過提議人，所以他的Vote_power變為pre_votingPower-(stake_a+stake_b)也就是3-(1+2)==0，而B的vote_power等于pre_votingPower+stake也就是2+2==4，同理A的vote_power等于2，那么這一輪中投票權最大的是B，所以B當選提議人；

3、第三輪A的vote_power為3，B的vote_power為2-(2+0)==0，C的vote_power為0+3==3，由于A排名在C的前面，所以A當選提議人；

4、第四輪A的vote_power為-1，B的為2，C的為6，所以C當選提議人。

……以此類推。

總體來講，就是抵押資產最多的人最先做提議人，然后根據抵押資產數量排序，依次輪替。

CosmosTendermint的BFT規則

BFT是ByzantineFaultTolerant的簡寫，這個共識機制可以追溯到拜占庭將軍問題。

拜占庭將軍問題

拜占庭是東羅馬帝國的首都，由于當時拜占庭羅馬帝國國土遼闊，每支軍隊的駐地分隔很遠，將軍們只能靠信使傳遞消息。發生戰爭時，將軍們必須制定統一的行動計劃。

但是這些將軍中有叛徒，叛徒會傳遞錯誤的消息。所以，將軍們必須有一個預定的方法，使所有忠誠的將軍達成一致的行動。本質上講，就是要讓拜占庭的將軍們在一個有叛徒的非信任環境中建立對戰斗計劃的共識。

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Tendermint是一個易于理解的BFT共識協議，協議遵循一個簡單的狀態機原理。那么，Tendermint是如何在無需信任的環境中達成共識的？

協議中有兩個角色：

驗證者：協議中的角色或者節點，不同的驗證者在投票過程中具備不同的權力；

提議人：從驗證者中產生。驗證人對交易的區塊提議并對提議的區塊投票，驗證者也對提議的區塊投票。

區塊被提交到鏈上，且每個區塊就是一個區塊高度。但區塊也有可能提交失敗，這種情況下協議將選擇下一個驗證人在相同高度上提議一個新塊，重新開始投票。

流程：

1、Propose階段：Proposer會給全網廣播一個Proposal；

2、Prevote階段：每個Validator為當前輪中接收到的Proposal區塊簽名并廣播Prevote；

3、Precommit階段：每個Validator會判斷，如果收集到了超過2/3Prevote，那么為這個區塊簽名并廣播Precommit投票；如果收集到超過2/3空區塊的Prevote投票，那么就會釋放之前鎖定的區塊，之后會回到Propose階段。如果沒有收集到超過2/3的Prevote投票，那么它就不會鎖定在任何區塊上；

在Precommit階段后期，如果Validator收集到了超過2/3的Precommit投票，那么Validator進入到Commit階段，否則進入下一輪的Propose階段；

4、Commit階段：Validator收到了被全網Commit的區塊，Validator會為這個區塊廣播一個Commit投票；Validator需要為被全網絡Precommit的區塊，收集到超過2/3的Commit投票。在整個共識過程中，只要節點收到2/3Commit投票，那么它就會立刻進入到Commit階段，并且將CommitTime設置為當前時間，然后進入NewHeight階段。?

簡單地說，要成功提交一個區塊，必須分別在Prevote和Precommit階段有超過2/3的驗證者投票。只要少于1/3的驗證者是拜占庭節點，那么Tendermint就能夠正常出塊，只要不超過2/3的驗證者是拜占庭節點，那么Tendermint就不會產生惡意區塊。

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那么，Tendermint如何將底層共識傳遞到狀態層？?

Tendermint主要包括兩部分：TendermintCore，區塊鏈共識引擎，負責節點之間數據傳輸以及拜占庭共識；ABCI，區塊鏈應用程序接口，也是一個協議，支持任何語言的交易處理實現。

總體而言，Tendermint可以理解為一個模塊化的區塊鏈軟件框架，支持開發者個性化定制自己的區塊鏈，而不需要考慮共識以及網絡傳輸的實現。

Tendermint是將區塊鏈應用與底層共識進行了分離，共識引擎和P2P網絡封裝在TendermintCore，然后通過ABCI與CosmosSDK交互。基于這種架構，應用的開發者可以方便地實現自己的區塊鏈。

CosmosSDK包含了CosmosHub的程序代碼，同時也是一個區塊鏈開發框架，可以為其他區塊鏈開發者提供一些通用的功能模塊，比如：IBC、賬戶、治理、認證等。其中IBC就是跨鏈的關鍵協議：區塊鏈間通信協議。

Cosmos通過SDK的形式將共識算法和網絡模塊封裝起來，形成一套開箱即用的區塊鏈開發框架。

綜上，理論上Cosmos解決了當今最困難的三個區塊鏈問題：

1、可擴展性：Tendermint共識機制可以理解為投票一致系統，基于PoS和BFT算法，PoS選出提議人，BFT機制下只要有2/3節點是誠實的，就能保障投票結果一致；

2、可用性：CosmosSDK這種模塊化的框架，可以非常方便地構建可互操作、特定于應用程序的區塊鏈；

3、互操作性：Cosmos通過IBC通信協議實現HUB與ZONE之間的跨鏈通信，實現了類似TCP/IP的作用。

三、Cosmos的跨鏈生態

據官網數據，截至目前Cosmos生態已經有12個大類共計247個項目，總市值接近1500億美元，儼然已經發展成為僅次于以太坊生態的第二大區塊鏈生態。

Cosmos生態中的頭部項目包括：Osmosis、Cosmos、Stargaze、Juno、Umee、Terra、Chihuahua、Crypto.org、Injective、Cronos、Secret、Axelar、Sifchain、Akash、Comdex、Persistence、GravityBridge、Sentinel、Desmos、KiChain等。

ENS域名nike.eth以60 ETH的價格出售:7月13日消息，據OpenSea信息顯示，ENS域名nike.eth以60 ETH 的價格出售，購買者為sunnybay.eth。[2022/7/13 2:09:44]

CosmosHub的基礎設施

1、GravityDEX

使用戶能夠無縫交換來自整個跨鏈的數字資產。該協議通過將AMM機制與訂單簿結合的模式來改進現有設計，提供更豐富、更高效的交易體驗。

GravityDEX對于在Cosmos生態內的真實用戶而言，就好比是小區里的便利店。做大規模投資交易的時候也許不會選擇GravityDEX，但是跨鏈過程中需要配置一些資產的時候會很方便。

不過，為了保持CosmosHub的“CredibleNeutrality”的核心精神，開發團隊將會把GarvityDEX遷移到單獨的區塊鏈CrescentNetwork。

2、GravityBridge

GravityBridge是Cosmos生態基礎設施的一部分，是一個安全、高效、去中心化的跨鏈橋。它基于CosmosHub上質押的數十億美元ATOM，將Cosmos資產以ERC-20代幣的形式流入以太坊生態，同樣的以太坊生態的ERC-20代幣也可以流入Cosmos生態。

GravityBridge是由Althea團隊研發，擁有自己的代幣GRAV。

3、域名服務

Cosmos生態的域名服務將在CosmosHub上進行管理，它們將使Interchain的用戶更容易識別他們想要與之交互的鏈。

4、LiquidStaking

流動性質押將成為跨鏈DEFI空間中的一個重要原語，流動性質押的核心是針對質押的ATOM的索賠。就像質押的ATOM一樣，流動性質押會產生質押獎勵，但與一般的質押不同，流動性質押是流動的，質押的ATOM可轉移。由于它們代表質押的ATOM，因此如果基礎ATOM被削減，流動質押有被燒毀的風險。

CosmosZone的核心項目

這個圖顯示的是IBCTransfers最活躍的Zones。目前Cosmos生態中總共有43個Zones，其中42個是活躍的。

與去年相比，今年的IBCTransfers數據有大幅增長。2021年Cosmos生態的活躍Zones全年IBCTransfers為580萬次；但最近30天，IBCTransfers的數量已經超過1300萬次。

1、Osmosis

這是一種使用CosmosSDK構建的高級AMM協議。迄今為止吸引了7億美元的流動性，并且交易支持IBC的代幣，總交易量已經超過95億美元。Osmosis已經成為將IBC推向市場的關鍵力量。

值得關注的是，osmosis是Paradigm首次投資以太坊生態外的AMM機制的DEX項目。

2、Terra

2021年10月份，Terra啟用了IBC，為Cosmos生態帶來了超過180億美元的流動性資產以及其原生LUNA代幣和穩定幣UST。

如此大規模的公鏈加入IBC生態，極大鼓舞了Cosmos社區的士氣，也讓更多人關注到Cosmos跨鏈生態的發展現狀。也正因為這些頭部項目的加入，助力Cosmos生態發展為僅次于以太坊生態的第二大經濟體。

3、Juno

Juno是Cosmos生態中的公鏈，為可互操作的智能合約的部署提供環境。目前基于Juno構建了50多個應用程序還有2000多個DAO。

近期，JunoNetwork發生了一個引發社區熱議的事件。社區發起了一項“征收巨鯨資產”的提案，引發人們對區塊鏈世界“CodeisLow”的再度思考。

4、Kava

Kava是依托于Cosmos跨鏈的DeFi平臺，類似于MakerDAO。用戶將抵押品存入抵押債務智能合約，獲得穩定幣USDX。

Kava加入Cosmos生態后，從單一的應用程序區塊鏈發展成為擁有超過20億美元鏈上價值的協議，也取得了巨大的成功。

5、Sifchain

SifeChain是第一個Cosmos到Ethereum的跨鏈DEX。2021年初將其從Cosmos到Ethereum的Peggy橋集成在一起。Peggy使用掛鉤代幣，以便用戶可以更便宜地在IBC代幣和ERC20代幣之間輕松交換和匯集，并且比任何基于以太坊的DEX更有效。

6、SecretNetwork

SecretNetwork由SecretFoundation創立，基于Tendermin和CosmosSDK搭建，是一條基于Cosmos的隱私公鏈。SecretNetwork上所有數據都是加密的，想看到具體的交易數據必須要有對應的ViewingKey。

SecretNetwork結合了隱私保護、擴展性和跨鏈等特征。

7、IRISnet

IRISnet是Cosmos生態的一個跨鏈樞紐，支持全新的業務場景集——企業級的分布式應用。為Cosmos生態增添了規模和多樣性。

除了上述項目外，Cosmos生態還有非常多知名的Zone，在此不表。后續文章會對Cosmos生態內的知名項目做進一步深度研究分享。

四、關于Cosmos的思考

1、ATOM的價值捕獲比較弱

ATOM初始供應量2億枚，采取通脹模型，第一年按照7%的通脹率增發，用于節點獎勵。之后每一年的增發通脹率會隨著抵押率的波動而變化——質押率高于2/3時，年通脹率最低為7%；質押率較低時，年通脹率最高可達20%；目前的質押率為63.9%，年通脹率為10.05%。

除了加入節點驗證者的Staking收益外，近兩年ATOM的持幣人更多的收益來自生態項目的空投。

Cosmos生態的新鏈普遍喜歡使用Airdrop的激勵方案來吸引Cosmos社區成員的關注。2021年有Osmosis、Juno、Regen、Sifchain、Persistence、Comdex和Desmos等Cosmos生態項目做了空投營銷。

ATOM持有者必須將其代幣與Cosmos驗證者一起質押，才能收到空投代幣。而且不能質押在交易所類節點，因為Cosmos社區的空投普遍都會將交易所節點排除在外。

2022年，Cosmos生態還將有許多項目可能會推出空投，涵蓋NFT、SocialFi、DeFi、GameFi等領域，包括Evmos、Umee、GravityBridge、LikeCoin、Game、Stargaze、BitSong和Cyber。同樣需要確保你的ATOM處于正確質押狀態。

在跨鏈領域，Polkdot的DOT同時為中繼鏈和平行鏈提供共識層的安全，并收取一定費用，也是一種價值捕獲的方式，但Cosmos的ATOM只負責CosmosHub的安全性。與DOT相比，價值捕獲方面似乎有所差距。

在區塊鏈生態方面，Cosmos生態發展已經僅次于Ethereum，但ATOM并未像ETH一樣捕獲到生態發展的足夠多價值，甚至連生態內的單個Zone類代幣的市值也比ATOM高，比如LUNA、MATIC。許多使用CosmosSDK開發的鏈，比如幣安鏈、Polygon，對ATOM的價值好像基本沒有貢獻。

對于ATOM持幣者而言，這可能是一個小缺陷，但這也許恰恰更利于Cosmos生態的發展壯大。

2、真正重要的是區塊鏈間通信協議IBC

在Cosmos生態是多中心、多Hub的，在未來人們關注更多的可能是IBC的使用，而不是CosmosHub或者其他的Hub。

Cosmos被稱為“區塊鏈的互聯網”，核心就是要做區塊鏈之間的跨鏈通信。也許在未來，Cosmos生態中會有很多公鏈、應用協議等發展得非常好，比如Terra等。

它們雖然屬于Cosmos生態，但實際上于這些頭部公鏈而言，Cosmos生態最有價值的是IBC，而不是CosmosHub。這也更符合區塊鏈的去中心化精神，跨鏈項目的核心在于解決區塊鏈的孤島問題，而不是自己發展成為新的中心。

最后，特別感謝Cosmos中文社區及AnonymousClub社區眾多技術小伙伴對本文的支持和幫助。

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