从交叉链机制看cosmos与Polkadot的异同

探索波卡宇宙与波卡的交叉链是一回事吗？理解这篇跨链文章就足够了

波卡实验室

说到区块链的发展，用一个更生动的比喻来形容可能更合适。就像春秋时期的朝代更迭。一开始，它被分成去中心化的附庸国，每一个都有自己的土地。后来，它常常需要一些统一的东西出现，而不考虑货币、语言或计量单位。这是未来区块链发展的雏形。

如果说2017年之前的区块链是附庸分割，那么在接下来的两年里，人们会更多地谈论如何让无数的链更加统一。毕竟，每个公链都声称自己是未来的底层操作系统。但即使有10条这样的“链”，人们仍然无法实现“链间协作”的目标。

特别是当区块链协议越来越多，资产交互越来越频繁的时候，人们迫切需要一种技术来实现不同链之间的交互。这就是为什么“跨链”技术慢慢出现和成熟的原因。

当然，cross-chain在过去两年没有出现过。最早的跨链可以追溯到2012年，当时REBO laboratory提出了一种“Intereger”，该协议旨在连接不同的区块链账本，实现它们之间的协同，其目标是创建全球统一的支付标准，创建统一的网络财务传输协议。

简而言之，REBO带来的交叉链更像是一种支付协议。通过建立一个自动的“中介”，可以将交易双方的信息收集在一起。一旦双方达成协议，交易将自动完成。事实上，这个交叉链更像是一个特殊的智力契约，而不是我们现在所知道的交叉链。

那么，在交叉链提出8年后，交叉链领域发生了哪些重大变化，它将走向何方？本文试图通过Polkadot和cosmos两个跨链项目来分析跨链开发，为读者提供信息。

什么是真正的交叉链？

跨链误解

当然，当我们谈到跨链的时候，我们可能都听说过这个词，仅仅把它作为2020年区块链的流行术语是不够的。毕竟，区块链世界也需要一些新鲜的故事来填补历史的空白。至于智能合约和公链，已经是2年前的事了，跨链的故事似乎更符合区块链发展的宏伟目标，虽然是真的。

然而，市场上很多人似乎对跨链有一些误解，这些误解对于理解什么是真正的跨链有一个门槛。因此，让我们从几个常见的误解开始。

A、 跨链是指交换链上的资产，如互换头寸？

说到跨链，有些朋友可能真的认为，跨链可以通过“跨链”的方式将类似比特币的资产转移到以太坊，就像交换桌上的苹果和梨一样。看起来这真的很神奇，但是交叉链真的是这样吗？

在区块链的世界里，我们常说的跨链，其实更像是人民币与美元汇率的关系。这是什么意思？交叉链就像我们把人民币兑换成美元、欧元或其他货币，中间的交换过程叫做交叉链，这也是早期交叉链的形式，但它不是真正的交换转移，而是一对价值等待交换。

因此，2012年以后提出的跨链通常是指资产的跨链。它包括著名的双向锚定、哈希时间锁、原子交换、资产抵押转移、网关和联邦签名等，这些都是实现目标的方法。他们的目标不是改变比特币转换成其他类代币的一般链条，而只是资产的形式转换。

B、 跨链的实现路径很简单吗？

也许很多人会认为跨链技术是一个非常简单的科学和工程项目。毕竟，从字面上理解意思似乎很简单，就像从a到B传递信息一样，只要能通过手机或物流完成。但事实上，对于跨链技术来说，这并不是那么简单。

即使资产跨链听起来比较容易，但人们多年来一直在摸索，试图通过不同的方式突破一些问题和瓶颈，但仍然没有找到一种最好或更普遍的方式来实现这一目标。

例如，我们看到了几年前提出的比特币侧链，其中双向锚定是比特币侧链技术中一个非常重要的概念。目的是实现比特币主链硬币与侧链硬币的交叉链。根据锁链的具体锁紧方式，可以让锁链上的两个锁链相对应地锁紧。这就像BTC“穿越”到侧链，反之亦然，侧链货币“交叉”回主链。然而，到目前为止，高级技术人员仍然认为这种方法过于简单，甚至存在许多安全隐患。

所以，交叉链并不像你想的那么简单。事实上，它比我们预期的要复杂得多，这就是为什么它已经成为区块链行业的关键问题。

C、 只有一种方法可以实现跨链？

这可能是大多数不太了解技术的区块链从业者经常犯的错误。他们会认为区块链只有一种跨链的方式，每个人都在朝着正确的方向努力。但是，我相信通过以上两点的解释，我们不会认为跨链的实现方法其实包含太多，而是我们称之为跨链

在下一节中，我们将更详细地介绍几种常见的跨链实现方法，这些方法会给你一种顿悟的感觉。

交叉链法

既然有多个跨链实现，那么当前哪些跨链方法值得关注？当然，我们尽量不从那些复杂的技术术语开始，而是以更好的方式解释几种主流的跨链方式。

A、 中心化式网关跨链

顾名思义，这是一种由权威机构的预言机模式输入的跨链模式。通过在跨链中引入外力，相当于利用第三方组织完成跨链行为，就像借助银行系统进行转移一样。这种方法虽然效率高，但也存在一定的安全隐患。

B、 多标志托管交叉链

与以往的方法相比，在单一中心化的基础上增加了一组权威组织，他们投票进行跨链数据交互。这类似于议会制，因为多机构的存在进一步提高了安全性，但效率也大大降低。

C、 图像交叉链

图像交叉链是解决交叉链问题的一种比较有趣的方法。它通过最大的资产镜像综合其他小资产，完成经济学上的虚拟交叉链。例如，synthetix使用其数字资产SNx，用SNx（最大的资产）合成少量其他资产，SNx是超额抵押价值的几倍。

D、 光节点交叉链

如果我们深入研究前面的几种跨链思想，我们会发现另一种跨链思想，即数据的交互完全由代码托管，而不需要任何中间人。当然，这是最理想的方法。理论上可以最终完成区块头跨链和最终共识跨链的跨链和交易交易，但也意味着技术实现难度最大，需要更多的时间和精力去开发。

真交叉链

虽然市场上实现跨链的具体方式不下10种，甚至每年都有新的跨链术语出现，但我们还是回归到跨链的本质，思考什么才是真正的跨链。

最近，一位区块链技术的资深人士谈到了一个更有趣的跨链描述。首先，他给出了共识渗透的定义。共识渗透是指两条不同的共识区块链如何通过共识层，使两条链相互连接，实现共识跨链。

综上所述，我们认为跨链的基本作用是实现链间资产的相互作用，其次是信息交换。从放大的角度看，跨链需要解决的实际上是同一共识下链与链之间的信息传递与互动，但更本质上，跨链解决的是不同共识交易下的链与链的互动，解决这一问题的方法或技术称为交叉链。

当然，这只是目前对跨链比较准确的定义，但随着区块链的发展，不排除会出现更多有趣的描述。

为什么区块链需要跨链？

打破区块链的信息孤岛困境

美元兑美元是目前使用最广泛、市值最高的稳定币。它是由tETHer公司推出的基于稳定价值货币（USD）的加密货币tETHer USD（以下简称USDT）。1美元=1美元。Tether严格遵守1:1的准备金担保，即每发行一笔美元国债，其银行账户将获得1美元的担保。

USDT也是经过多次波折才在多个区块链上发行的，从第一期基于Omni协议发行，到以太坊上发布ERC20版本的USDT，再到浪潮场上trc20的USDT发布。这一逐步发展，终于成为具有市场价值的第三种加密货币。

由于USDT由相应的美元支持，因此随着担保美元数量的增加，可以发行USDT。然而，经常会遇到这样的情况。例如，今年的比赛很火爆。以太坊上ERC20的许多USDT被转移到DeFi项目，这使得ERC20的USDT不足。此时，如果美国国债紧急发行，有必要增发美元国债，很难迅速筹集到大量美元。然而，为了满足市场需求，tETHer公司不得不将trc20上的USDT转移到以太坊上。tETHer公司采用的方法是销毁trc20的部分USDT，然后在以太坊上发行相同数量的ERC20版本USDT。

此后，一些DFI项目在波浪领域逐渐诞生，trc20版本的USDT在波浪领域出现短缺。因此，tETHer公司不得不在几个区块链上来回转移USDT。

这是当前区块链的一大痛点。数据（即信息和资产）不能随意在区块链和区块链之间传输。无论每个区块链的生态有多好，都只相当于一个城市发展得很好，却无法与其他城市沟通。这是信息岛。

一个好的区块链应用肯定不会只满足于一个区块链，正如我们刚刚举例说明的USDT。另一种方法是通过使用另一个名称发布加密资产LRN来扩展Neo链上道路打印协议（LRC）的使用场景。

因此，如果有一种跨链技术可以交互不同区块链的数据，tETHer公司的团队和道路印刷协议就不必在不同的链上辗转。Polkadot的设计初衷是将所有的区块链连接在一起，最终形成由多个区块链组成的互联网络。它完全符合这一要求。未来，希望应用于多个区块链的区块链应用项目，只需在Polkadot上发布，应用就可以扩展到所有区块链。

提供区块链性能

今年，DeFi很火。以太坊再次证明，它是区块链领域最大的区块链应用平台。在这场争论的盛宴中，区块链的一些老问题再次浮出水面，让我们难以忽视。

目前，90%以上的DeFi项目都在以太坊上。结果之一是以太坊和ERC20的代币传输速度变慢，传输成本急剧上升。长期以来，以太坊的输气费平均在500gwei以上，仍处于较高水平，最高的是1000gwei。这也严重影响了DeFi生态之外的项目和组织。

NFT市场中cargo的创始人肖恩·帕帕尼科拉斯（Sean papanikolas）曾表示，NFT行业正处于一个拐点。然而，由于油价飞涨，以太坊缺乏可扩展性，给业内新玩家带来了压力。然而，高昂的GAS FEE使得部分平台开始关注Layer2的延伸，即Layer2网络的解决方案，而一些项目方则将注意力转向了其他区块链，完全离开了以太坊。

另一方面，交换是另一个受害者。高额的转帐费用使得许多交易所在用户每次转帐以太坊和ERC20时损失几美元甚至更多。然而，美国最大的加密货币交易所CoinBase pro却无法承受这一负担。最后，它发布公告，让用户承担网络传输费用。

提高区块链的性能，降低传输成本，扩大区块链的容量是迫切需要的。

目前，有两种扩张方案。一种是链上扩张，通过修改区块链的修改规则来实现，包括区块大小和共识机制。例如，币圈就被热议。考虑增加比特币的块大小以提高比特币的传输速度。例如，以太坊2.0的设计是将一致性机制从POW转换为POS，并采用碎片化技术来提高网络验证的效率。

第二种是离线扩展，如二层网络的扩展方式是二层扩展。二层网络，顾名思义，就是把一个区块链上的数据交给另一个网络进行处理，处理完后再发送回去。也有中心化式解决方案，如比特币离线扩容解决方案lightning network。也有去中心化的解决方案，比如chainx，可以跨越比特币。区别在于第二个网络是否是区块链，中间过程是否通过智能合约完成。

作为一个著名的跨链项目，Polkadot自身的架构属于碎片化，因此不必担心Polkadot的性能。另一方面，Polkadot可以连接其他并行链，这些并行链可以自发地作为某些链的两层扩展来提高该链的性能。

提高区块链的可扩展性

在前一点中，我们提到了Polkadot的并行链可以用作某些链的两层网络。如果该链的属性在原始区块链中不可用，则可以在原始链中添加更多功能。如果在Polkadot平台上为比特币构建一个具有智能合约功能的两层网络，就可以使比特币同时具备智能合约的功能。

丰富区块链生态

老一辈人都知道，要致富，必须先修路，把外部的资源循环利用发展。无论北京发展得多好，都无法与互联互通后国庆长假带来的整体经济效益相比。区块链也是如此。让我们以今年的hit DeFi为例。以太坊最高峰时，全网参与DeFi的资金只有100多亿美元。如果能通过跨链的方式，将成交量上千亿的比特币的价值拉入DeFi生态，那么如此庞大的流动性参与德孚所带来的经济效益是绝对不一样的。届时，德福的发展很可能超越2017年的牛市，动摇传统金融。

保护每个公链的隐私

首先要澄清的是，我们所说的跨链不仅是指公链与公链之间的联系，也指联盟链与公链之间，或者联盟链与联盟链之间的联系。然后，存在a联盟链和b联盟链之间的数据不共享的情况。如果两条链上的数据需要交互，可以通过交叉链的方法进行连接。两者之间的交互只涉及到需要交互的数据，这样不仅保护了每个链的隐私，而且实现了链之间的交互。

业务逻辑的进一步细化

未来，每个公链都会有自己的业务。当多个链结合在一起时，理解和分析就相对清晰了。例如，有专注于DeFi的公链，专注于游戏的公链，比特币的智能合约公链，以及以太坊的第2层公链。因此，跨链可以在不同的业务链之间建立联系。

波卡的交叉链是如何实现的？

波卡被誉为十字链之王，是目前最复杂、最庞大的设计之一。它希望所有的区块链都能连接起来。它是一种什么样的结构，如何实现跨链？

Polkadot的交叉链结构

我们在前面的文章中已经提到以太坊2.0是同构的，而Polkadot是异构的。如下图所示，Polkadot的主体结构由主链中继链组成，再与其他分区并行链相连。

为了清楚地理解Polkadot结构，我们需要理解Polkadot结构的三个重要链（中继链、并行链和转移桥并行链）以及Polkadot结构的四个重要作用。

其中，中继链是负责处理网络整体一致性和安全性的主链。平行链是基于底物框架的片段，与中继链具有相同的一致性。由于一些成熟的区块链（如比特币、以太坊）与Polkadot的底层共识不一样，不能直接连接到Polkadot的平行链上，外部区块链通过智能合约部署来达到桥梁效应，从而实现跨链功能。

Polkadot网络在维护中有四个基本角色：收集器（帮助验证器收集、验证和提交备用并行链块）、命名器（类似于比特币 miner）、验证器（类似于比特币挖矿池，打包网络块）和phisher（防止网络邪恶并报告其他角色）。

通过这些角色，以及Polkadot的跨链消息传递方案（xcmp），可以在不同的区块链之间交换数据。

那么，为什么我们需要注意在上图右侧有一个次级中继链。如果一个中继链可以连接到有限数量的平行链和转移桥，那么中继链可以通过生成或连接一个二级中继链来进一步扩展其连接容量，并且二级中继链还可以连接新的中继链，等等，从理论上讲，波卡的结构具有无限的可扩展性，可以连接所有的区块链。

波卡如何实现跨链？

Polkadot主要通过交叉链消息传递方案（xcmp）来传输消息。让我们用一个有趣的方式来解释交叉链的具体实现过程。

如果有这样的情况，我想用一条平行a链的资产换成10条平行链B的资产，如果平行链a与美国比较，平行链B与日本比较，相当于我用1万美元兑换10万日元。那么，整个跨链过程是这样的：

我在美国银行开了一笔转账，汇到你在美国的账户上，金额为10000美元。美国的收款员表示，我将把1万美元转到你在美国的账户上，并要求日本的银行把10万日元汇给我。

美国的收藏家准备将这些信息连同目的地和时间一起发送到日本。这些信息将被放入美国的输出队列中。在传输之前，信息需要经过美国验证者的确认。交易确认后，组织将把美国的输出队列中的信息放入日本的输入队列。

日本验证者收到信息后，会通过日本方面的催收员执行信息中的要求，然后将您账户中的10万日元转入我在日本的账户，完成整个过程。

同样的路径映射到区块链网络。美国和日本就像不同的区块链。通过这种方式，完成了两个信息岛的网络连接。特定Polkadot的跨链实现是通过区块链和智能合约来实现的，链间通信是以去中心化的方式实现的。

宇宙交叉链是如何实现的？

虽然波卡是交叉链领域的王者，但宇宙经常被用作波卡的有力对手。因此，我们需要从同样的角度来讨论宇宙的跨链组成。

宇宙的交叉链结构

同样，Cosmos也使用中继链的方法来进行跨链交互，但Cosmos的目的是提供一个标准协议（IBC），以便其他块可以链接到协议中来完成信息交换。

在分裂宇宙结构之后，我们可以将其划分为区域和枢纽。区域相当于Polkadot中的并行链（类似于访问不同的区块链网络），而集线器对应于Polkadot中的中继链（负责监控其他链是否正常运行）。一般来说，hub管理独立的区块链，称为“zone”，hub管理独立的区块链，称为“zone”，用于跟踪和记录每个区域的状态。

它们之间的信息传输是一种称为“IBC”（区块链之间的通信协议）的协议来传输信息。读者可以把它理解为宇宙中一种独特的编码方式。只要编码通过，就可以确认它是宇宙生态的一部分，也可以进行安全的信息交换。

基于这些底层组件和通信协议，cosmos还开发了一个通用框架cosmossdk。它的目标是创建一个模块化的生态系统，允许开发者轻松地为特定的应用程序创建区块链，而不必从头开始编写应用程序的每个功能，从而大大减少程序员开发底层区块链的时间。

宇宙如何实现跨链？

当谈到宇宙如何完成跨链行为时，我们仍然要回到它的结构上来。Cosmos将区块链分为共识层（tendermint内核）、网络层和应用层（Cosmos SDK），这使得开发者在开发各种类的应用时有了更大的灵活性。

因此，Cosmos的跨链方式就是自己搭建一套区块链开发框架，让其他区块链也能在这个框架上开发，并且满足自己，比如BFT共识算法或者Cosmos SDK有这样的应用，理想的状态听起来很有意思，但距离真正的交叉链还有很长的路要走，所以它还在“光节点交叉链”的道路上努力。

波卡与宇宙的区别

两者的核心比较

为了让用户更直观地了解Polkadot和cosmos的区别，我们做了如下图：

如果从功能或某个方面比较两个跨链项目的优劣，似乎无法判断孰是孰非，因为单一的组合只能反映一个方面的优势。因此，我们应该回到交叉链本身，这样可能会有更好的效果。

两者的发展现状

Cosmos自2015年成立以来，一直未能吸引业界不同程度的关注。毕竟，作为跨链领域的领军者，管理层和社会各界都给予了厚望，其主网络已于2019年上半年启动。

然而，在主网上线半年后，tendermint labs（cosmos背后的核心开发团队）的主管Zaki Manian在twitter上公开表示，在过去的半年里，Jae-Kwon（cosmos的创始人）一直专注于处女座项目，忽视cosmos的IBC开发，不为IBC提供资源，导致许多有才华的工程师离开公司，导致核心软件团队资源严重短缺，并提出辞去CEO一职，这在cosmos社区造成了极大的动荡。

正是由于cosmos社区开发人员数量的减少，IBC交叉链路通信协议的开发一直处于缓慢攀升阶段。因此，跨链目标已经变得遥不可及。现在只开发了一个cosmossdk框架。

另一方面，自8月份开发Polkadot以来，团队一直在努力开发并行链功能（交叉链的核心组件）。在上周的区块链大会上，Polkadot的创始人加文博士表示，并行链代码将在未来两周内发布，这让人们对跨链的到来有了更强烈的期待。

当然，从某种意义上讲，Polkadot的交叉链是用xcmp来完成并行链之间的消息交互，这一点仍然是一致的。我们理想的终极交叉链（不同共识链的相互作用）还存在差距，但从发展路径来看，它符合预期。

从跨链功能和开发的角度来看，我们认为目前Polkadot更像是一个真正的跨链，而cosmos仍然是一个伪交叉链。它的设计只是在资产转让的层面上。最重要的是，cosmos团队在实现最基本的资产转移之前突然停止。虽然原来的理想很美，但现实却很骨瘦如柴。波卡应该被赋予跨链的责任。

后记

虽然我们知道跨链的方法很多，但我们更喜欢波卡的跨链设计，因为很多跨链技术往往考虑解决一些问题，扩展某个链，但这并不能使区块链真正成为所谓的价值互联网和可信互联网。

要承载价值互联网的名字，它必须是一个非常大的网络，而不仅仅局限于某个区块链。目前的公链或联盟链就像一个局域网。只有将Polkadot设计的所有区块链连接起来，最终形成由多个区块链组成的互联网络，才能更符合这一标准。

当然，跨链解决方案绝不是我们现在看到的，未来还会有更多的创新方式，但从项目演进和区块链开发的角度来看，比如Polkadot和cosmos这样的跨链项目值得我们去理解。至于未来谁能成为“跨链之王”，除了技术因素外，我们可能还需要考虑市场和商业的落地。这是目前区块链更重要的问题。在下面的文章中，我们将进一步探讨Polkadot或Polkadot生态学中的高质量项目。

特别感谢：感谢波卡第一华人社区波尔卡世界的支持。

参考资料：

1、Polkadot 的跨链消息传递方案（XCMP）

2、Polkadot XCMP 跨链消息传递最新进展｜Polkadot Wiki

3、Polkadot (Polkadot) 白皮书

4、一文读懂前沿跨链技术 Cosmos | 重温

5、瑞波（ripple）提出的跨链技术 Interledger Protocal( ILP) 详解

6、跨链到底在跨什么？

7、科普 | Cosmos 区块链的工作原理：如何跨链，为何要跨链 ?

8、Cosmos 区块链的工作原理，Part-1：比较 Cosmos 与 比特币 、 以太坊