Cosmos跨鏈交易

Cosmos中最重的一部分就是跨鏈通訊，跨鏈是透過IBC協議來實現的。Cosmos中交易分為兩種：普通交易和跨鏈交易。普通交易基本侷限在各個區塊鏈的交易方式中，在Basecoin中已經提供了基礎的轉帳功能供使用；跨鏈交易主要由IBC協議來實現。一、普通交易cosmos的普通交易和以太坊類似，也是一個帳戶模型。但是與以太坊不同的是，cosmos的交易進行了外掛化的處理，也就是說，最基礎最簡單的交易可以使用Basecoin提供的基礎函式，但是要想實現以太坊一樣的豐富的交易管理就得使用交易的外掛，這正是Cosmos實現外掛化的程式設計的基礎。

Basecoin就是tendermint上的一個ABCI應用，致力於成為數字貨幣的基本開發框架，或ABCI應用的開發示例。如果到tendermint公司官網可下載到兩個二進位制檔案，basecoin和basecli，前者是節點服務端，後者是節點的命令列輕客戶端。我們可以使用basecli生成賬戶，用於獲得初始資金，並設定驗證人集合（也可以只有一個），配置完成後會有一個genesis檔案，並初始化一條basecoin鏈。配置basecli連線節點埠，並根據genesis檔案檢查chainID。

二、跨鏈交易

作為跨鏈互操作的解決方案，Cosmos最引人注意的地方便是跨鏈通訊協議inter-blockchain communication protocol，IBC。你可以把IBC看作網際網路中的TCP/IP協議。網際網路這是藉助TCP/IP協議讓訊息以光速在地球上傳播。IBC透過共識機制保證了兩條異構區塊鏈之間能夠進行價值交換。IBC為區塊鏈提供了靈活性，它允許可以實現公共和私有鏈、聯盟鏈和公有鏈彼此交換代幣之類的有價值的資訊。由於IBC協議本身的可擴充套件性，分散式商業架構也將產生巨大的變革。

IBC交易，使用者將能體驗到一種真正的去中心化交易所的便捷。在保障自己資金安全的情況下，將永遠控制自己的資金安全，不像現在的中央化交易所，使用者委託給第三方與其他人進行交易。

它意味著Cosmos開發人員真正實現了一種高效、安全的跨鏈的價值轉移。目前IBC可以實現在兩個同樣基於Tendermint共識的網路中實現價值轉移。後續藉助peg-zone，我們將看到比特幣、以太幣藉助IBC在區塊鏈網路中流動。

1、交易步驟

IBC協議中包含了兩個主要的交易型別：

IBCBlockCommitTx：傳送方所在區塊鏈的最新的區塊資訊。

IBCPacketTx：跨鏈交易本身的資訊，及其在傳送方鏈中被打包的區塊資訊。

其中IBCBlockCommitTx就是傳送MerkleRoot到另外一條鏈的訊息。而IBCPacketTx則傳遞了跨鏈的交易資訊。也就是交易經常提到的有效載荷（payload）。而為了保證資料的安全，雙方鏈需要建立兩個佇列，一進一出，用來儲存入鏈（從對方鏈進來的訊息）和出鏈（發給對方鏈的訊息）。

當雙方在路由註冊後，彼此發現就可以透過路由進行跨鏈交易了。(下圖來自美圖的Cosmos分析)

它主要有以下幾個步驟：

1、路由註冊。
2、User A向chain1提交跨鏈交易（包括驗證資訊等），chain1執行該交易，並將交易存入outgoing佇列。
3、relayer從chain1中對應test-hub的outgoing訊息佇列取出跨鏈交易，提交到test-hub。
4、test-hub執行交易，放入incoming訊息佇列。

此處的流程和官網的白皮書略有不同，和前面交易的步驟中提到的也有區別，主要原因是程式碼尚未完成，按它們的計劃需要明年第三季度才可能完成。所以細節有出入是正常的。

2、原始碼分析

在看了上面的分析之後，結合程式碼分析一下：

1、註冊路由

func NewBasecoinApp(logger log.Logger, db dbm.DB) *BasecoinApp {
......
    // add accountMapper/handlers
    app.coinKeeper = bank.NewKeeper(app.accountMapper)
    app.ibcMapper = ibc.NewMapper(app.cdc, app.keyIBC, app.RegisterCodespace(ibc.DefaultCodespace))
    app.stakeKeeper = stake.NewKeeper(app.cdc, app.keyStake, app.coinKeeper, app.RegisterCodespace(stake.DefaultCodespace))
    app.slashingKeeper = slashing.NewKeeper(app.cdc, app.keySlashing, app.stakeKeeper, app.RegisterCodespace(slashing.DefaultCodespace))

    // register message routes
    app.Router().
        AddRoute("auth", auth.NewHandler(app.accountMapper)).
        AddRoute("bank", bank.NewHandler(app.coinKeeper)).
        AddRoute("ibc", ibc.NewHandler(app.ibcMapper, app.coinKeeper)).
        AddRoute("stake", stake.NewHandler(app.stakeKeeper))

.......
    return app
}

2、發起傳送

// SendTxCommand will create a send tx and sign it with the given key
func SendTxCmd(cdc *wire.Codec) *cobra.Command {
......

            // build and sign the transaction, then broadcast to Tendermint
            msg := client.BuildMsg(from, to, coins)
            res, err := ctx.EnsureSignBuildBroadcast(ctx.FromAddressName, msg, cdc)
......
    return cmd
}
// IBC transfer command
func IBCTransferCmd(cdc *wire.Codec) *cobra.Command {
.......

            // build the message
            msg, err := buildMsg(from)
            if err != nil {
                return err
            }

            // get password
            res, err := ctx.EnsureSignBuildBroadcast(ctx.FromAddressName, msg, cdc)
            if err != nil {
                return err
            }

.......
    return cmd
}

3、Relay傳輸

// IBC relay command
func IBCRelayCmd(cdc *wire.Codec) *cobra.Command {
......

    cmd := &cobra.Command{
        Use: "relay",
        Run: cmdr.runIBCRelay,
    }
.......

    return cmd
}

func (c relayCommander) runIBCRelay(cmd *cobra.Command, args []string) {
    //得到路由的相關資訊
    fromChainID := viper.GetString(FlagFromChainID)
    fromChainNode := viper.GetString(FlagFromChainNode)
    toChainID := viper.GetString(FlagToChainID)
    toChainNode := viper.GetString(FlagToChainNode)
    address, err := context.NewCoreContextFromViper().GetFromAddress()
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    c.address = address

  //迴圈處理路由
    c.loop(fromChainID, fromChainNode, toChainID, toChainNode)
}

func (c relayCommander) loop(fromChainID, fromChainNode, toChainID,
    toChainNode string) {

    ctx := context.NewCoreContextFromViper()
    // get password
    passphrase, err := ctx.GetPassphraseFromStdin(ctx.FromAddressName)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    ingressKey := ibc.IngressSequenceKey(fromChainID)

OUTER:
    for {
        time.Sleep(5 * time.Second)

        processedbz, err := query(toChainNode, ingressKey, c.ibcStore)
        if err != nil {
            panic(err)
        }

        var processed int64
        if processedbz == nil {
            processed = 0
        } else if err = c.cdc.UnmarshalBinary(processedbz, &processed); err != nil {
            panic(err)
        }

        lengthKey := ibc.EgressLengthKey(toChainID)
        egressLengthbz, err := query(fromChainNode, lengthKey, c.ibcStore)
        if err != nil {
            c.logger.Error("Error querying outgoing packet list length", "err", err)
            continue OUTER //TODO replace with continue (I think it should just to the correct place where OUTER is now)
        }
        var egressLength int64
        if egressLengthbz == nil {
            egressLength = 0
        } else if err = c.cdc.UnmarshalBinary(egressLengthbz, &egressLength); err != nil {
            panic(err)
        }
        if egressLength > processed {
            c.logger.Info("Detected IBC packet", "number", egressLength-1)
        }

        seq := c.getSequence(toChainNode)

        for i := processed; i < egressLength; i++ { egressbz, err := query(fromChainNode, ibc.EgressKey(toChainID, i), c.ibcStore) if err != nil { c.logger.Error("Error querying egress packet", "err", err) continue OUTER // TODO replace to break, will break first loop then send back to the beginning (aka OUTER) } //在此廣播交易 err = c.broadcastTx(seq, toChainNode, c.refine(egressbz, i, passphrase)) seq++ if err != nil { c.logger.Error("Error broadcasting ingress packet", "err", err) continue OUTER // TODO replace to break, will break first loop then send back to the beginning (aka OUTER) } c.logger.Info("Relayed IBC packet", "number", i) } } }

4、執行交易

// IBCReceiveMsg adds coins to the destination address and creates an ingress IBC packet.
func handleIBCReceiveMsg(ctx sdk.Context, ibcm Mapper, ck bank.Keeper, msg IBCReceiveMsg) sdk.Result {
......
    _, _, err := ck.AddCoins(ctx, packet.DestAddr, packet.Coins)
......

    return sdk.Result{}
}

5、相關的資料結構體

// MsgSend - high level transaction of the coin module
type MsgSend struct {
    Inputs  []Input  `json:"inputs"`
    Outputs []Output `json:"outputs"`
}

三、總結透過上述的分析，可以看到，其實整個Cosmos還是處於一個非常初級的階段，大量的相關程式碼都處理演進狀態。不過從交易的設計角度來看，這還是有一些值得借鑑的。這裡沒有討論已存在的鏈（如比特幣，以太坊等）在Cosmos-sdk上的交易的辦法，解決的方式是PegZone。

Cosmos跨鏈交易

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