6张图告诉你：区块链的未来在哪里

近期，随着区块链跨链技术Cosmos的发布及其对以太坊生态的潜在威胁，关于区块链互操作性的讨论也很多。

在本文中，营长将带你走进Cosmos和Polkadot比特币区块链长度，结合一定的基础知识和图表，保证你在技术层面对这些协议的理解能够达到一个新的高度。

首先，您必须意识到区块链互操作性的重要性。 在现网中，可以通过应用的API访问和修改大量的数据集。 在区块链中，数据被锁定在某条链上。

那么区块链可互操作究竟意味着什么？

它具有以下功能：

在深入之前，营长会先给大家介绍一些分散式系统的基础知识，帮助大家理解后面的概念。

分散系统

顾名思义，去中心化系统是一组计算机协同工作以实现特定目标，例如向世界各地的人们提供相同的内容（例如 Twitter 新闻源）。 为实现这一目标，必须克服以下困难：

例如，解决人与人之间的问题最好的方法就是良好的沟通。 但这对计算机来说比较困难，因为它可以是异步通信，也可以是同步通信。

如何理解同步和异步？

总而言之比特币区块链长度，区块链最终实现的是安全性（输出一致）和活跃性（区块不断增长和发挥作用）。

如果区块链安全但不活跃，它将停止生成区块； 如果区块链是活跃的但不安全，它会产生很多很多的分叉。 没有规则，就无法分辨哪个是正确的区块链，哪个是分叉。

实用拜占庭容错算法（PBFT）

Barbara Liskov 和 Miguel Castro 在 1999 年介绍了 Practical Byzantine Fault Tolerance Algorithm (PBFT)。由于 Cosmos 和 Polkadot 等权益证明链都是基于 PBFT 的，所以非常有必要听营长解释一下如何有用。

一方监听大量交易，直到交易数量足够打包成一个块，然后停止监听。 这一方被称为“提议者”（proposer），因为他们已经生成了一个区块。 一旦一个区块产生，每个人都参与“预投票”，以确保每个人都在听同一个区块。 请注意，这个块也可以是假的或恶意的，但在“预投票”轮中仍然有效，因为在这一轮中，每个人都只是试图达成共识，即他们收到了相同的数据/块。 一旦超过2/3的参与者达成共识，即收到同一个区块，就会进行一次“预提交”，然后判断该区块是否有效，是否有恶意操作. 如果超过 2/3 的参与者认为该区块有效且正确，则区块链可以提交成功。 区块链的高度继续增加，继续重复步骤1-5。

以上步骤可以保证每个区块的生成顺序是已知的（每提交一个区块，区块链的长度就会增加），每台计算机都可以计算出自己的结果并实时报告，并且可以处理错误（恶意节点提议的区块）。

接下来，与 Battalion Commander 一起探索 Cosmos 和 Polkadot！

互操作性经典案例——Cosmos

2016 年，Jae Kwon 和 Ethan Buchman 创立了 Cosmos (ATOM)，并通过 ICO 筹集了超过 1700 万美元。 Cosmos Hub 是一个区域（Zone），允许区块链与其他链进行通信。 任何使用 PoW 机制的区块链（如比特币、以太坊、ZCash 或特定应用区块链）都必须通过 Inter Blockchain Communication 框架连接到 bridge-zone。

在架构方面，2014 年，Jae Kwon 在 Cosmos Hub 中使用了基于 Practical Byzantine Fault Tolerant Algorithm (PBFT) 的 Tendermint 共识算法。 这意味着在投票过程中（预投票和预提交），每个人都被分配了一个固定的时间来投票。 区块一旦创建，就不可逆，即只要交易处于敲定状态，就可以实现即时通讯&物联网支付。 由于不需要确认，因此称为“快速确定性”。

用户可以持有 ATOM 作为系统中的验证者，也可以将 ATOM 委托给验证者。 最初，Cosmos 设置了 100 个验证者，并计划参考治理参数不断增加验证者的数量，只有对网络有贡献的人才能参与维护网络安全。

案例详解：ETH兑换BTC

为了简单明了，在下面将 ETH 转换为 BTC。

首先为 ETH 创建一个中间信任区（Zone），并设置一组验证者负责将信息从 ETH bridge-zone 转发到 Cosmos Hub。 由于ETH和BTC的不确定性（即当前链不一定正确），验证者需要等待一定数量的确认函数才能保证交易成功。 一旦验证者确定交易处于最终状态，他们就可以从他们的分区向 Cosmos Hub 发起交易，表明他们确实收到了 ETH。 Cosmos Hub 随后创建 Wrapped Cosmos Ether，所有剩余的 Cosmos 分区也会被告知：系统中存在新的 Wrapped Cosmos Ether。 假设事先已经确定了兑换率，Wrapped Cosmos Ether 将兑换成 Wrapped Cosmos BTC，并将这个 Wrapped Cosmos BTC 发送到比特币中间可信分区，然后发送到指定的 BTC 地址。

在此过程中，必须牢记一些假设：

互操作经典案例——Polkadot

Polkadot 由以太坊联合创始人兼前首席技术官、Web3 基金会主席 Gavin Wood 创建，并于 2017 年底发行代币 DOT，募集资金超过 1.45 亿美元。 如果说 Cosmos 是一个由 Cosmos Hub 和 Zones 组成的开放网络，那么 Polkadot 就是一个单一的“重放链”，它给平行链带来了很多好处。

Polkadot 有以下关键创新：

每个平行链的安全性来自于中继链上的验证者。 一旦成为平行链连接到波卡网络，就可以同时获得与波卡网络同等级别的安全性； 在 Cosmos 中，每条新链都需要验证者，安全掌握在你手中。 平行链可以使用无需信任的链间通信与其他平行链进行交互。 想要跨链通信的用户不需要信任他们交互的每条链，而只需要信任整个 Polkadot 网络的安全性。 这也符合 Cosmos 工作方式的不同：在 Cosmos 中，用户不需要依赖独立的验证者来信任源链、中继链和目标链。

Polkadot 的共识机制由两部分组成：GRANDPA 和 BABE。 GRANDPA是一个定型工具，借鉴了GHOST的分叉选择规则的一些原则（比如以太坊的Casper）； 而 BABE 是类似于 Cardano 的 Ouroboros 区块生成机制，GRANDPA 允许链的一部分被“敲定”且不可逆，这将敲定工具与生成块分开，允许效率较低的敲定工具在不同过程中生效区块生成，这意味着区块生成具有可扩展的功能，这与基于 PBFT 的 Cosmos Tendermint 算法不同。

Polkadot 生态系统由以下角色组成：

Polkadot 可以看作是一个互联系统，通过 bridge-zone 将各个想要相互通信的链连接起来，所有的平行链和中继链作为一个整体运行。 平行链可以合并自定义逻辑并负责处理自己的状态转换，同时与其他链转发和传递消息。 通过相互监听，平行链可以自由地与其他链进行通信，而在 Cosmos 网络中，所有通信都必须依赖 Cosmos Hub。

得益于中央设计理念，Polkadot 有一个很好的结构——平行链被动地从桥接合约中读取信息，但不依赖桥接合约在每个平行链中发送消息。 每条平行链具有相同的地位，也就是说，波卡跨链网络真正实现了“去信任”，平行链的利益与中继链一致，而不管它验证的任何其他平行链。 在一段时间内，每条链也会随机重新分配验证者。

案例详解：ETH兑换BTC

下面，营长以ETH到BTC的兑换为例，更直观地了解如何实现平行链之间代币的兑换。

以太坊平行链上的校对者将区块头信息传递给平行链上的验证者，验证者以平行链可识别和可通信的格式在以太坊连接智能合约中签署并发布相关交易。 任何发送的 ETH 都将由 Polkadot 验证者持有，他们还将提供 DOT 作为无效交易的抵押品。 随后，ETH平行链和BTC平行链之间建立通信，通过验证后，BTC会指定一个地址。 虽然具体的设计决策尚未出台，但跨链通信的中心始终是“不可信”的。

需要注意的是，Polkadot 通过链上去信任拍卖来分配平行链插槽。 这些拍卖将使 DOT 在一段时间内处于锁定状态，以维持平行链和 Polkadot 网络之间的连接。 如果平行链存在严重漏洞，或者涉嫌参与恶意行为，监管机构将介入并着手解决问题。 Polkadot 遵循链上治理，并将其视为管理加密货币网络的最佳方式。

正如加文伍德所说：

“不引入链上治理的区块链，包括引导升级的机制，最终将被‘有毒的民粹主义’毒害。 我不认同“链下处理”、“链上信号”和“粗略共识”可以为区块链生态中的利益相关者提供管理和推动区块链长期进步的有效手段，我也不要认为治理会奏效。”

时间线

虽然互操作性的核心应用实现已经达到一定水平，但执行力还远远不够。 Cosmos 于 2019 年 3 月推出，但它只发布和运营 Cosmos Hub。 接下来的工作是确定跨链通信框架的运行模式； Polkadot将于2019年底上线，目前只有中继链上线。

总的来说，我对 Cosmos 和 Polkadot 的推出感到兴奋，我最好奇的是如何扩大开发者的采用，如何平衡每个平行链，以及如何使用平行链。 由于目前的基础设施还远未完善，开发者还必须考虑实现足够好的安全性所需的人力和资源。 目前，创建特定的应用链只是一句空话。

在以后的发展过程中，是否还需要重新调整目标，做一点妥协？ 不好说，也许以太坊的链下治理会为此带来机会。 由于需要在保证高安全性的同时实现去信任化创新，该技术的发展相对缓慢。

另一方面，所有加密货币网络逐渐开始将安全委托给其他链，例如以太坊。 一旦现有社区能够拥有高级别的安全性，他们就可以专注于发展自己的链。 MakerDAO 就是一个很好的例子，MakerDAO 有足够的资源来创建自己的链，并且通过成为 Polkadot 平行链的一部分来获得足够的支持，如果不能保证足够的支持，它也可以在 Cosmos 上搭建桥梁 - zone 保留它安全的。 Polkadot 计划为不能保证安全但可以通信的链提供 bridge-slots。

以上应该是社区给出的建议，而不是把区块链当成零和游戏。