本文提及一個常被忽略的功能：Ethermint，即在Cosmos生態中啟用智慧合約功能，此外詳細解釋了IBC工作原理。
本文是Cosmos三部曲的第一部分。本文將闡明筆者在研究Cosmos的過程中學到的內容。希望這些內容有益於那些對Cosmos感興趣的人。目前Cosmos還處於早期開發階段。用於連線區塊鏈的IBC等元件目前處於研究/規範階段，因此在釋出時可能會發生變化。
什麼是Cosmos？
Cosmos是實現區塊鏈間互操作性的網路和框架。這些區域（zone）由Tendermint Core支援，這提供了一個高效能、連貫、安全的PBFT共識引擎，其中嚴格的分叉問責模式（fork-accountability guarantees ）可以減少惡意行為。Cosmos不是一個產品，而是一個基於一系列普適性的模組和工具的生態系統。
在Tendermint共識中，共識節點首先要經過多輪投票，然後才能就一個區塊的內容達成共識。當2/3的節點達成共識後，會透過狀態轉換邏輯執行區塊，並提供最終確定性。目前，以太坊的工作量證明共識中，共識過程是倒置的，礦工先選擇包含在區塊中的交易，然後更新執行狀態，最後“執行”嘗試挖礦。
Tendermint BFT每秒最多可處理幾千筆交易（這取決於驗證節點的數量）。然而這隻考慮了共識，應用層也是限制交易量的因素。Ethermint（如下所述）的速度已高達200 tps，這遠遠超過當前版本的以太坊和比特幣的速度。
很多專案都採用了Tendermint共識，包括Binance Chain，Hyperledger Burrow。值得注意的是，僅僅使用Tendermint共識並不意味著可以與Cosmos生態系統中的其他區塊鏈連線，這些專案還需要分叉程式碼，將IBC部署為本機協議，從而透過IBC實現互操作性。
（請參閱https://raw.githubusercontent.com/devcorn/hackatom/master/tminfo.pdf獲取大圖）
Tendermint共識演算法遵循傳統方法，依靠所有驗證節點彼此通訊達成共識。由於通訊開銷有限，因此不能擴充套件成千上萬個驗證節點，而比特幣和以太坊則不同，他們可以擁有無限個驗證節點。當有100個驗證節點時，Tendermint可以執行。（Cosmos Hub目前最多有100個驗證節點，到目前為止，Tendermint測試中的最多可容納180個驗證節點）
因此，使用Tendermint構建的區塊鏈的缺點是，需要提前瞭解驗證節點，並且不允許礦工隨意出入網路，這一點與比特幣和以太坊不同。
除此之外，它還要求系統保持時間概念，這在理論上是一個非常複雜的問題。雖然在實踐中，Tendermint已經證明，如果你使用各個節點整合的時間戳，就可以完美地解決這個問題。
在這方面，有人認為，相較於比特幣，Tendermint共識協議更“中心化”，因為Tendermint共識的驗證節點更少，並且必須提前瞭解。
假設超過2/3的驗證節點不進行惡意投票，Tendermint協議能確保安全性和活躍度。換句話說，如果少於1/3節點惡意投票，則協議可以保證安全性和活躍度（即，驗證節點永遠不會在相同高度提交相互衝突的區塊，從而區塊鏈可以繼續執行）。
主權
Cosmos的目標是：在Tendermint 共識機制下，開發人員可以使用Cosmos SDK輕鬆構建區塊鏈、透過治理獲取專案（區域）主權，以及獲取鏈間互操作性。這是Cosmos與Polkadot和以太坊2.0等競爭對手的主要差異。以太坊2.0和Polkadot則是共享安全性，鏈上存在一個“根鏈”來確保安全性，防止出現雙花。
治理是指：由代幣委託人（Staker)透過投票決定在區塊鏈上實施的提案。Staker可以將投票權委託給驗證節點，也可以直接投票。在專案方沒有主權的情況下，所有DAPP的基礎環境都相同。那麼如果應用程式要運用EVM（以太坊狀態機）中的新功能，就必須完全依賴以太坊平臺的治理。然而，主權所有權也有權衡利弊。因為如果區域想要主權，就要有激勵其他人執行全節點、驗證/建立區域區塊的方法。雖然使用Cosmos SDK可以輕鬆建立區塊鏈和發行代幣，但是建立自己的代幣還需要考慮法律/規章問題。你打算怎麼分配代幣？你打算如何在交易所上市？如何激勵他人使用代幣。同時代幣不會被歸類為證券？這些都會影響ICO的結果。由於每個區域都需要自己的驗證節點，而驗證節點數量是有限的，因此每個區域都會試圖說服驗證節點驗證自己的區塊。
每個區域/應用程式本質上都是一個迷你DAO，並不是所有人都樂於交出專案主權、並依靠社羣來決定專案的未來（除非他們控制了2/3的代幣）。Cosmos hub已經證明這行得通，但其他專案方可能並不希望自己的應用程式是一個迷你DAO。如果有競爭對手獲得區域的1/3代幣，那麼可能會拒絕所有治理投票，從而阻礙專案進展（雖然控制Cosmos Hub的成本非常高，但對於其他安全性不高的區域來說，這可能存在風險）。
某些區域的安全性可能會比Cosmos Hub低很多，因為每個開發人員都需要驗證自己的區塊鏈，並使用POS代幣化，而且沒有簡單的方法來驗證驗證節點的設定，以確保安全性。雖然Cosmos hub目前非常安全，這歸功於當前質押的代幣價值非常高，但是如果質押的代幣大幅減少時，區域的安全性則還有待觀察。雖然Cosmos一開始的主要目標是為區域提供主權，但現在希望連線Hub的驗證節點能驗證/建立區域的區塊，從而提供共享安全性。要達到這個目標，Cosmos需要尋找一種方法來激勵驗證節點。另一種選擇是，如果開發人員不想建立代幣，也不想要主權，那麼他們就可以在像Ethermint一樣在區域的EVM（以太坊狀態機）上構建DAPP。
以上內容就是每種方法的潛在優點和缺點。但與以太坊和Polkadot強迫性的共享安全性不同，Cosmos給開發者提供選擇，讓他們自己決定。
區塊鏈的層（Layer）
從架構的角度來看，每個區塊鏈可以分為三個概念層：
- 應用層：負責更新交易狀態（即處理交易）。
- 網路層：負責傳播交易以及與共識相關的資訊。
- 共識層：使節點能夠就係統當前狀態達成共識。
狀態機與應用程式層相同。它定義了應用程式的狀態和狀態轉換功能。其他層負責在連線到網路的節點上覆制狀態機。
在Cosmos SDK是一個通用框架，簡化了在Tendermint BFT上建立區塊鏈app的過程。Cosmos SDK的目標是建立一個模組生態系統，開發人員能輕鬆啟動專用應用程式的區塊鏈，無需從頭編寫程式碼。任何人都可以為Cosmos SDK建立一個模組，並且在區塊鏈中使用現成的模組、並將模組匯入到app中都非常簡單。
Tendermint BFT共識透過應用程式區塊連結口（即ABCI協議）連線到應用程式。該協議可以被包含在在所有程式語言中，開發人員可按需選擇。
中心輻射型拓撲（Spoke Topology）
(編者注：拓撲，幾何圖形或空間在連續改變形狀後還能保持不變的一些性質）
Cosmos是中心輻射型拓撲，因為每個區域（區塊鏈）互相連線複雜程度過大——如果要將每個區域互聯，則網路中的連線數將隨區域數量呈二次方增長。因此，如果網路中有100個區域，那麼相當於要4950個連線線。
區域是常規的異構區塊鏈，而中心hub是專門將區域連線在一起的區塊鏈。當區域與hub建立IBC連線時，區域可以自動訪問（即傳送和接收）與其連線的區域。因此，每個區域只需要與hub建立連線，因為hub數量一定，因此建立的連線是有限的，不會無限增長。Hub還可以防止區域內出現雙花。這意味著當區域從hub接收代幣時，只需要信任傳送代幣的區域和其路徑中的Hub。Hub不會驗證或執行其他區域提交的交易，因此使用者有責任將代幣傳送到他們信任的區域。
Cosmos網路中將有很多Hub，第一個啟動的Hub是Cosmos Hub，其原生代幣稱為ATOM。ATOM僅適用於Cosmos Hub，而每個hub都有自己的代幣。Cosmos Hub的交易費用不僅可以用ATOM支付，還可以使用其他代幣。而其他hub則不同，類似IRIS hub中只可以使用IRIS支付交易費用。
如上所述，Cosmos Hub是該網路中的眾多hub之一，目前staking比例約為70％，ATOM的市值為8億多美元。IRISnet是第二個推出的hub，目前質押的IRIS約為28％，市值不到1700萬美元。本月末即將推出第三個hub，代幣為SENT，其市值約為340萬美元。這3個hub的安全性差別很大，隨著越來越多的hub和區域互相連線，對驗證節點需要更多代幣激勵。
Ethermint——在Cosmos生態中啟用智慧合約功能
標準的Cosmos區域/hub並沒有智慧合約功能。因此為了要啟用智慧合約功能，應用層透過ABCI API從共識層中抽離，從而在Tendermint共識下，Cosmos可以移植並使用其他區塊鏈（例如以太坊）的程式碼，並訪問EVM。這就是所謂的Ethermint。
因此，開發人員可以將區域連線到Ethermint等專用區域，基於Solidity建立和執行智慧合約，同時享受比現有POW機制效能更好的tendermint共識。正常的以太坊執行速度約為每秒12.5筆交易（TPS），而Ethermint的上限為200 TPS。與現有版本的以太坊相比，速度非常快。以太坊正在開發自己的擴充套件性解決方案，使用的是以太坊2.0，很快就會推出。如果需要，開發人員可以輕易將以太坊的現有工具/ 應用程式移植到Ethermint。
除了垂直拓展（透過使用Tendermint共識來增加tps），還可以透過多個“平行鏈”增加交易量。這個平行鏈執行相同應用程式並由同一組驗證節點操作。因此，如果1個Ethermint區域的上限是200 TPS，那麼平行執行4個Ethermint區域，理論上可以達到800 TPS。
目前，以太坊上有大量的開發人員/應用程式，如果開發人員將他們的DAPP遷移到Ethermint，就會失去與以太坊的本地相容性（除了透過橋接分割槽），但可以獲得Cosmos生態系統中Ethermint及其他區域的相容性。
IBC
IBC是指鏈間通訊協議，是一種端到端、跨鏈連線的狀態協議，使得獨立分散式賬本的模組經過身份驗證後可以進行可靠、有序地相互通訊。具有IBC協議的分類帳本必須為提供一組特定功能，用於驗證共識和生成加密承諾證明，並且IBC資料包中繼器（一種鏈下過程）有望訪問網路協議和物理資料鏈，讀取分類帳本的狀態，並將資料提交給另一個賬本。
在IBC架構中，模組不是直接透過網路基礎設施相互傳送訊息，而是建立要傳送的訊息，然後透過“中繼者(relayer)”進行中繼。“中繼者”在鏈下執行，當提交資料資料時，可以利用連線兩個區塊鏈的輕客戶端連續掃描每個分類帳本的狀態，在另一個分類帳上執行交易。為了實現兩個互聯的分類賬之間運算元據一致，IBC要求在分類賬之間至少存在一個正確實時的中繼過程。我們要激勵中繼者來執行此任務（截至本文撰寫時，尚未建立激勵方法）。
中繼過程必須能夠訪問兩個鏈上的賬戶，並且有足夠的餘額來支付交易費用。中繼者可以採用應用級方法來收回這些費用，例如透過在IBC通訊資料包中包含一筆支付給自己的費用。
可以將IBC協議地資訊傳遞過程高度概括為：首先，區域1在區塊鏈上提交資訊（要向Hub1傳送代幣A），並根據協議將代幣A放在第三方託管。其次，區域1達成共識，然後資訊傳遞到IBC模組後建立一個資料包（包含已提交區塊、資訊來源和目標通道/連線以及時間等詳細資訊），並作為證據新增到區域1的“出鏈列隊”中。而透過區域1的輕客戶端，所有中繼者（鏈下執行）可以持續監控區域1的狀態。中繼者將選擇傳遞這些IBC資料包訊息，向Hub1提交證明。然後，Hub 1傳送收據，證明它已收到來自區域1的訊息，中繼者1將證明傳送回區域1。然後透過另一個傳送到Hub1的收據，區域1中那個IBC資料包從”出鏈佇列“中移除、減少相應代幣，併傳送證明。Hub1驗證該證明並生成相應代幣。
雖然可以選擇UDP傳輸（即區域向Hub傳送訊息，但不在乎訊息是否傳達或者傳達順序等），但是代幣傳輸需要在IBC中有TCP連線。每個傳送資訊、收據將佔用至少2個區塊，因此使用Cosmos Hub出塊時間作為示例（6.88秒），區域和hub之間傳輸一筆交易可能需要至少41.28秒。然後，還必須考慮當時的總交易量和相關的手續費價格，才能確定是否能使用2個或以上連續的區塊。在第二部分中，我們將研究多跳路由、跨多個路徑、橋接分割槽代幣傳輸的潛在問題，同時還要會探討其他互操作性解決方案，這些解決方案可以解決一些問題，補充Cosmos生態系統。（更新中......）
作者|SEQ
翻譯|頭等倉Jaden
編譯|頭等倉Maggie
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原文：https://medium.com/@CryptoSeq/cosmos-an-early-in-depth-analysis-at-the-ecosystem-of-connected-blockchains-part-one-508cd679bac5
稿源（譯）：https://first.vip/shareNews?id=1939&uid=1
