全面解读Cosmos核心技术 未来将会有哪些增长潜力?

2023-09-04 21:46

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去年 Cosmos 在 Cosmoverse 大会上重磅发布 2.0 白皮书,在链间安全、流动性质押、新代币模型以及费用机制等方面作了许多详细阐述,让许多人又对这个老牌链产生了有别以往的看法与兴趣。

在目前多链时代,跨链成为区块链行业的刚性需求。Cosmos 的跨链模式专注于垂直领域的公链,通过提供模块化的区块链,让各个开发者选择更适合自己的公链,这在大量新公链和 L2 解决方案出现的今日,更凸显了 Cosmos 高价值的能力,接下来我们就来看看 Cosmos 背后的深度技术、生态发展与最近消息。

Cosmos 的核心产品以及背后技术、应用

以太坊推出了以太坊虚拟机(EVM),解放了智能合约功能,让 DeFi、NFT、游戏和其他领域的各种 DApp 得以开发。然而,由于以太坊是一个通用公链,同时支持各种竞争的网络资源,当交易过多时会导致拥塞,使交易费用不断上涨,使用体验受到影响。

为了解决这个问题,出现了 L2(Layer 2)解决方案,不过这意味着 DApp 除了遵循自身的规则外,还必须遵循 L2 协议的规则。而且每次 DApp 需要新功能时,都需要改变协议,对开发者来说相当不方便。这时候 Cosmos 的出现就变得很重要,因为 Cosmos 提出了一个不同的方法,每个 DApp 可以在自己独立、并行和应用优化的区块链上运行。

由于这些区块链是独立的,它们可以独立升级或修改,不会相互干扰。同时,这些区块链可以相互通信,甚至可以与使用不同共识机制的区块链进行交互。

因此,Cosmos 生态就是这样一个概念,它利用了区块链间通信协议(IBC)进行通信,无论是在协议、网络还是生态系统当中。举例来说, Cosmos Hub 及其原生代币 ATOM 就是其中的一部分。在 Cosmos生态中,每个 DApp 可以独立运行在自己的区块链上,相互之间可以通信,这样使得整个生态系统更加灵活和自主,同时也提高了效率和安全性。   

接下来我们就来一一拆解 Cosmos 的核心产品以及背后技术、应用。

首先, Cosmos 的核心包括 Tendermint 共识机制Cosmos SDK 跨链 IBC 协议。市场上只要有一个项目皆有使用这三大类产品之一,都可以被归为 Cosmos Network 生态。

这里有一个重点是, Cosmos 当初出现在市场的目标是把自己定位在效仿“互联网发展”的过程。就像当初局域网(Local Area Network,简称 LAN)逐渐发展成全球互联网(Internet)时,需要相应的协议、技术和设备来实现数据的传输和分发。

在互联网发展的过程中,引入了 TCP/IP 数据传输协议,它成为了互联网通信的基础标准,确保了数据在不同的网络间顺利传输。同时,为了实现数据在全球范围内的传播和交换,引入了路由器和交换机等数据分发路由设备,这些设备确保了数据能够准确地找到目的地,实现了数据的高效传输。

而 Cosmos 的目标就是打造出类“似于互联网的区块链生态系统”。就像互联网需要 TCP/IP 协议来实现数据的互联互通,Cosmos 借由 IBC(Inter-Blockchain Communications,区块链间通信)协议,这个协议可以让不同的区块链之间进行通信和交换资讯。一旦有路由器和交换机这样的数据分发路由设备,对应到 Cosmos 当中就成了各个独立的区块链,它们不仅可以独立运行并相互通信,还可以形成一个更加灵活自主的区块链生态系统。

这边先下一个简单的结论,即是 Cosmos Network 希望成为区块链的互联网(多链互联),通过 IBC 协议,配合自创的Tendermint 共识机制和整合的 Cosmos SDK 来实现区块链的互联网。 

讲述了 Cosmos Network 的大架构后,接下来我来一一拆解各个技术的创新点。

(一)IBC 协议:当我们谈论IBC协议,可以把它想像成一座桥梁,连接着不同的区块链。这个协议的目的是让这些不同的区块链能够互相传送价值(像是代币)或者数据。

它有两个主要重点:

第一个是“不同的层次结构”,意思是不同的区块链可能有不同的结构和运作方式,但为了使用 IBC 协议,这些区块链必须符合一些条件,其中最重要的是它们的共识(验证交易的方法)必须是快速又确定的。这就像是确保通行的桥梁必须有特定的支撑结构一样。

第二个是“主权性”,每个区块链都有一群人负责维护它,确保交易被处理正确。这些人叫做验证者。有些区块链里的验证者组成一个特定的集合,我们称它们为主权性区块链。主权性区块链里的验证者负责改变区块链的状态。IBC 协议的作用就是让不同的区块链可以彼此沟通,互相交换代币和数据。这意味着不同区块链上的应用和验证者都可以交流合作,就像是人们可以在不同的桥梁上相互走动一样。

当我们理解了 IBC 协议作用是要连接不同区块链的协议,让它们可以相互通信和交换资料。接下来再深度剖析一下,在 Cosmos Network 中,使用 IBC 协议的应用链其实被称为 Zone,而与许多Zone 相连的 Zone 则被称为 Hub。Hub 是负责追踪每个 Zone 的状态,并协助各个 Zone 之间实现跨链交互的重要角色。Hub 可以被看作是整个网络的中心枢纽,协调并促进不同区块链之间的交流和合作。值得注意的是,Hub 和 Zone 在本质上是相同的,只是为了区分不同的角色而有不同的名字。这意味着任何一个 Zone 都有潜力成为 Hub。

在 Cosmos Network 里,第一个 Hub 就是 Cosmos Hub。它扮演着一个中心角色,帮助其他区块链(Zone)实现跨链交互,并将整个 Cosmos Network 连接在一起。  总的来说,Hub 和 Zone 是Cosmos Network 中两个重要的角色,它们使用 IBC 协议让不同的区块链能够相互沟通和合作,进一步扩展整个区块链生态系统的功能和可能性。

(二)Tendermint 共识机制

Tendermint 是 Cosmos 的重要部分,就像是一个高效的区块链共识引擎。它有三个主要组成部分:通讯层、共识层和应用层。这个共识层就非常重要。Tendermint 在达成共识时不关心具体交易的细节,只把交易打包成区块的形式,然后通过节点之间的机制达成共识。为了确保区块链的安全和一致性,上层应用的状态更新必须是确定性的,也就是说从相同的初始状态开始,所有节点都必须按相同的顺序处理交易。

同时,上层应用在整个网络中的状态也必须保持一致。为了验证上层应用的状态,区块链会使用数字指纹。  Tendermint 共识可以支持在有上百个节点的区块链网络中实现秒级出块,这表示区块的生成速度非常快。它还提供了逐块最终确认的功能,这意味着一旦确认了一个区块,它之前的所有区块都不能被更改,这保障了区块链网络的安全性。

在区块提交后,Tendermint 共识协议通过特定接口(ABCI)与与 Cosmos SDK 进行交互,完成交易处理并返回结果。它把区块的执行过程划分为多个步骤,上层应用可以根据自己的需求定义交易处理逻辑。这样的设计让开发者可以自由选择如何使用这个共识引擎来满足他们的区块链应用需求。

(三)Cosmos SDK

前面说到了 Tendermint 将区块链的开发时间大大缩减,但从头构建一个安全的 ABCI 应用(实现ABCI 协议)仍然是一项非常困难的任务,这就是为什么我们还需要 Cosmos SDK。

Cosmos SDK 是一个通用框架,它可以帮助开发者更简单地在 Tendermint 共识引擎上建立安全的区块链应用。这个框架基于两个主要原则。首先,它是模块化的。这就意味着开发人员可以用现有的模块来轻松地搭建特定应用的区块链,而不需要从头开始编写每个功能。比如说,Tendermint 团队正在建立一些基础模块,这些模块可以在建立自己的应用时使用。同时,开发人员也可以创建新的模块来自定义自己的应用。

随着 Cosmos 网络的发展,SDK 模块的生态系统也会变得更大,让开发复杂的区块链应用变得更容易。  其次,它是基于功能的安全性。这意味着模块之间有安全的边界,可以限制恶意或者意外的交互。这样开发人员可以更好地了解模块之间的可组合性,防止一些意外的问题。

除此之外,Cosmos SDK 还附带了一组有用的开发者工具,比如控制台命令行(CLI)、REST 服务和其他一些常用工具库,这些工具能帮助开发者更方便地建立区块链应用。  总结来说,Cosmos SDK 就像是一个积木,让开发者可以在 Tendermint  共识引擎上建立应用。未来也可能支持其他实现 ABCI 协议的共识引擎。随着时间的推移,预计会有更多不同架构模型的 SDK 出现,可以兼容多种共识引擎,这些都会在 Cosmos 网络的生态系统中。

最后 Cosmos 生态至今日已累积 272 个应用程序和服务,链上总资产超过 7500 亿美元。

配合著三大主要技术,Cosmos 解决了当今区块链上三个最困难的问题:

第一个问题是“主权性”。Cosmos 的 SDK 等同于一个自由的工具包,让开发人员可以建立自己的区块链应用,且不需要花费太多的成本。这些区块链可以轻松地互相连接,而不需要用复杂的智能合约在不同的区块链之间做桥梁。这样一来,开发者就能避免因为区块链交易太多而产生的高费用,并且能够开发更好的功能。这些功能可以应用在 DeFi 、NFT、游戏、DAO、社交网路、市场等等,让每个人都能有自己的权益。 

第二个问题是“可扩展性”。Cosmos 采用了两种可扩展性方式。第一种是“垂直可扩展性”,它通过放弃了需要大量计算力的工作证明机制,让 Tendermint 共识引擎可以处理每秒数千笔交易。但这样也可能会出现其他瓶颈,比如应用程序本身的限制。不过,使用特殊工具包的应用程序,可以实现更高的交易速度,这也是特定应用区块链的好处之一。

另一种是“横向可扩展性”,即使共识引擎和应用程序优化到极致,单个区块链的交易吞吐量也会有极限。所以未来会使用多链架构,让几个相同应用的区块链平行运作,理论上可以无限扩展。

第三个问题是“可持续性”。Cosmos 使用的是 PoS 共识算法,来确保整个网络的安全性。与 PoW 共识算法相比,PoS 可以减少碳排放,让环境更环保。总体来说,Cosmos 帮助解决了这三个大问题,让区块链更加稳健、快速,并且可以更好地应用在各种领域。

ATOM 代币模型

ATOM 代币是 Cosmos 生态系统中非常重要的一部分。它主要用于保证区块链的安全性和功能运行。简单来解释的话:

Cosmos Hub 是 Cosmos Network 里的第一个区块链,ATOM 是 Cosmos Hub 的治理 Token。

而 ATOM 代币可以用来支付交易费用,就像我们在手机上用钱包支付的时候需要支付一些手续费一样。这样做是为了防止一些有心人士滥用区块链系统,类似于防止垃圾邮件的作用。其次,ATOM代币还可以被质押,就像把钱存在银行里一样,来获得一定的资产。

质押的 ATOM 越多,就能得到更多的奖励。质押的 ATOM 数量也决定了整个 Cosmos Hub 系统的安全性,因为攻击网络的成本会随着质押的数量增加而增加。

最后,ATOM 持有者还可以用他们质押的代币来进行治理投票,就像我们选举代表一样。他们可以投票支持或反对一些提案来管理整个 Cosmos Hub 系统。

总体来说,ATOM 代币在 Cosmos 生态系统中有着重要的作用,保证了系统的安全性和运行顺利。同时,ATOM 持有者还可以通过质押和治理投票来获得奖励并参与系统的管理。 

团队发展故事

Cosmos 项目的创始人 Jae Kwon 是一位在 PoS(权益证明)公共区块链环境中应用拜占庭容错(BFT)技术的专家。在 2014 年,他发表了一篇名为《Tendermint: Consensus without Mining》的论文,提出了一个创新的区块链共识解决方案,名叫 Tendermint。这个方案使用改进过的拜占庭容错算法,不需要像 PoW(工作量证明)那样进行挖矿,并可以更好地保护区块链免受攻击。

不久之后,Jae Kwon 成立了 Tendermint Inc(All in Bits Inc)。他开始专注于解决 PoW 中的一些问题,例如速度、可扩展性和环境问题。在这个过程中,他结识了 Ethan Buchman,也是一位在区块链领域有丰富经验的专家。

2015 年,Jae Kwon 和 Ethan Buchman 在一个会议上见面,他们非常投缘,开始密切合作开发Tendermint软体。不久之后,Ethan Buchman 成为了 Tendermint Inc 的正式共同创办人并担任技术总监。  随着 Tendermint 的发展,Jae Kwon 和 Ethan Buchman 开始思考更大的愿景。他们将目光投向了区块链之间的互操作性问题。

于是,在 2016 年,他们发布了 Cosmos 白皮书,这是该项目的一个历史性里程碑时刻。白皮书提出了一个由许多独立区块链(即 Zone)组成的网络,这些 Zone 可以通过特殊的协议IBC相互通信。Cosmos Hub 成为了这个网络中的第一个 Zone。

在筹集资金的过程中,Tendermint Inc 遇到了一些挫折,但他们并没有放弃。相反,他们重新审视他们的动机,并在迭代多版设计和讨论几种融资方案后,最终在 2017 年底筹集了一些初始资金,并开始构建 Cosmos。

2019 年 3 月 14 日,第一个由权益证明支持的公共 BFT 区块链 Cosmos Hub 正式启动,并成为了 Cosmos 网络和生态系统的基石。Cosmos Hub 之后稳定推出分网络、启用传输和启用 IBC 等阶段。  随着时间的推移,Cosmos 生态系统不断壮大,吸引了越来越多的开发者和投资者。在 2022 年,Tendermint Inc 更名为 Ignite Inc,并推出了一个专注于 Web3 的加速器计划,为未来的发展提供了更多支持。 

生态发展

据 mapofzones.com 统计,截至今年 7 月 21 日,Cosmos Network Market Cap(Cosmos 生态项目市值总和) 为 103 亿美元,ATOM 成为生态中市值最高的 Token,ATOM Market Cap Dominance(ATOM 市值占比)为 42.7 %。 

全面解读Cosmos核心技术 未来将会有哪些增长潜力?相较于以太坊目前的总锁定资产价值,由 IBC 网路所串起来的生态系看似还有一段距离,不过随着许许多多的 IBC  网路出现,能预期两者间的差距会越来越小,当初 Cosmos 确实因为 Luna、UST 生态的崩塌受到了一定程度的影响,原因为 Terra 以及 Cosmos 生态中支援的稳定币中 UST 占有最大的成分,随着 Luna 事件的影响,非常多的投资人、开发团队、投资机构皆深受影响,但 Cosmos 生态反而没有一蹶不振,更体现了夹缝中求生存的坚强意志力。

且 Cosmos 将于今年开始实现链间安全性(interchain security),借助 Interchain Security,开发人员将能够启动运行其 EVM、CosmWasm或 Cosmos-SDK 应用程序的消费者链(consumer chain,该链将由 Cosmos Hub 的完整验证者和 $ATOM 代币 60 多亿美元的市值提供保护,也就是说允许 Cosmos Hub 与其他区块链共享安全性的功能,最直接的好处将是“ATOM 的质押者将从早期项目的任何成功中受益,因为一定比例的奖励将会回流 ATOM 质押者中”。

除此之外 Kerplr 钱包也发布了一项更新,将在钱包内签名实现 EVM 链上交易功能,也就是说,未来 Cosmos 生态中 Keplr 钱包用户将可以直接与 EVM 兼容链上的生态做交互。可以期待 2023 年应用链的生态发展、ICS 的共享安全性、ICA 的资产可组合性,各种优势陆续展现出来也将使 Cosmos 大放异彩。

最后我要特别说明一下我对于 IBC 的看法跟潜力以及实际数据,在 2022 年,有 69% 的资金损失是由于跨链桥攻击,这些攻击主要针对像 Ronin Bridge、BNB Bridge、Wormhole 和 Nomad 这样的大型项目。也由于这些跨链桥最早的设计是使用了流动性池,结果却演变成攻击者的目标,导致这些池中的资金实际上就像是赏金一样

而为了解决区块链之间的跨链通信问题,IBC 技术被推出就很关键。IBC 的运作方式是建立在降低参与链安全风险的信任基础之上。具体来说,它要求用户对他们所连接的链保持信任,并且有故障隔离机制,可以限制恶意链对整个系统造成的损害。自 2021 年以来,IBC 协议的推出引领了跨链互通领域向更加可信任的方向发展。每天都有成千上万笔 IBC 转帐,总价值数千万美元的资产在不同区块链之间几乎即时地移动,而且一切都进行得很顺利

通过 Interchain Accounts (ICA),还能实现跨链的组合性,这为新型的 DeFi 应用提供了更多可能性。 

虽然 IBC 协议与 Cosmos 彼此技术都很紧密,但也有其他的区块链生态系统使用类似的技术填补了这个缺陷。例如 Axelar、Composable Finance、Nitro、Landslide 和 Octopus Network,这些都扩展了 IBC 协议在 Cosmos 以外的应用范围,并在其他社群中得到了广泛支持。

另外,Evmos 是一个基于 Tendermint 建立的 EVM 区块链,它实现了 ERC-20 代币的 IBC,这为以太坊 DeFi 平台提供了跨链通信的机会。我对于未来可信任的跨链互通协议发展有蛮大的信心,相信在未来几年内,它将成为跨链转帐和消息传递的主流标准