多鏈生態：我們的當前階段與未來格局_COS

作者：Jiawei，IOSGVentures

1、引子

ComposableFinance的創始人提出了跨鏈互操作性的五個發展階段：

0-20%：實現最基本的跨鏈通信和鏈間代幣移動；

20-50%：用戶能夠在不同鏈上為資產提供流動性，借此實現收益最大化；

50-75%：類似Aave這樣的項目，使得用戶能夠在一條鏈上存入抵押品，同時在另一條鏈上進行借貸。即實現不同鏈的應用間通信；

75%：單個應用將其不同部分部署在多條鏈上，使每個部分都在最高效的鏈上運行。這些不同鏈的后端包將相互通信，以確保用戶體驗的持續性；

100%：生態系統不可知論，提供廣泛的Web3生態系統的接口。傳統開發者能夠任意在鏈上部署由Web3工具支持的應用，而不需要復雜的區塊鏈編程——抽象掉其中的所有復雜性。

對這些階段的研判基本確定了我們應如何看待如今的多鏈格局。抽象來看，我認為PolkadotXCM/XCMP與CosmosIBC，以及Substrate與CosmosSDK，已經分別在做第四、五階段的事情。

同樣作為多鏈生態，對比Polkadot與Cosmos的體系設計、技術架構的文章已有很多。作為微小的補充，本文將從輕客戶端的視角出發，比較各自的跨鏈通信機制XCMP/IBC以及開發框架Substrate/CosmosSDK。

最后，提出了一些個人思考作為結尾。

2、架構

正如Cosmos文檔中所描述的：「Cosmos不是一個產品，而是一個建立在一組模塊化、適應性強和可互相替換工具之上的生態系統」。我對Polkadot的理解亦是如此。

在正文開始之前，我們先從高維層面快速過一遍它們的體系結構。

2.1Polkadot

中繼鏈是Polkadot的核心，平行鏈之間彼此獨立，但統一連接到中繼鏈，以共享其安全性。Collators逐一收集平行鏈上的交易、生成狀態轉換證明，提交給中繼鏈，由Validators驗證這些證明，并執行共識，在中繼鏈上出塊。Nominators負責挑選Validators，并需要為他們質押DOT，以保護中繼鏈。

Polkadot平行鏈的安全性依賴于中繼鏈，中繼鏈為平行鏈提供共享安全性和狀態一致性。

多鏈交易基礎設施zkLink完成第二輪代碼審計:5月9日消息，基于零知識證明的多鏈交易基礎設施 zkLink 宣布通過第二輪代碼安全審計，本輪審計由 ABDK Consulting 負責，包括智能合約、ZK-Rollup 電路和增量三個部分，均未發現任何重大安全問題，zkLink 計劃在接下來的幾個月內采取額外的安全措施，包括即將開啟的用戶資金安全測試 Dunkirk 等。此前 zkLink 于 2021 年 6 月完成由 Certik 進行的第一輪代碼審計，未發現重大漏洞。[2023/5/9 14:51:28]

2.2Cosmos

Cosmos包含兩種類型的區塊鏈：Zones和Hubs。Zones是常規的異構鏈，Hubs則用于把這些Zones連接起來。Zone和Hubs之間的通信和消息傳遞依賴于IBC協議。當任意Zone與一個Hub建立IBC連接時，它可以與連接到該Hub的其他Zones進行通信。

CosmosHub是整個網絡中的第一個Hub，標志著Cosmos網絡的啟動。

3、通信機制

對兩個跨鏈生態有了基本認識之后，我們來具體看各自的通信機制。

3.1PolkadotXCM/XCMP

Polkadot采用UMP、DMP在平行鏈和中繼鏈間進行上、下行的消息傳遞，并基于XCMP進行平行鏈間消息傳遞。XCMP仍在開發中，目前的實際使用的跨鏈方案是HRMP。

HRMP提供與XCMP相同的接口和功能，但需要將所有消息放置在中繼鏈的存儲。對中繼鏈而言，產生了額外的消息負載。而XCMP僅僅將與消息關聯的元數據哈希存儲在中繼鏈。因此HRMP作為暫時的過渡方案，在未來將被XCMP所替代。

上圖描述了XCMP的工作原理：

平行鏈間可以打開雙向通道，分別用于接收和發送消息。平行鏈A和平行鏈B之間進行XCMP通信，首先需要各自鏈上的Collators將消息、目的地和時間戳加入到自己的輸出隊列，而對方監測到消息后，將其加入到自己的輸入隊列，處理這條消息，并把區塊提交給Validators。Validators對消息進行驗證，隨后將該區塊包含在中繼鏈上。這樣視作完成一次跨鏈消息傳遞。

dForce新提案提議部署3000萬枚Frax來擴大Frax Finance多鏈流動性:12月16日消息，dForce新提案提議通過合作擴大算法穩定幣項目Frax Finance的多鏈流動性和社區。提案內容如下：

- 在dForce Lending上部署3000萬枚Frax（Arbitrum上1500萬，以太坊上1500萬），引導初始借貸流動性，進一步增強Frax以有意義的方式與其他DeFi應用程序和資產交互的能力（例如，提供BTC或UNI或借入Frax）；

- 將AMO部署到dForce Lending。[2021/12/16 7:43:22]

鏈與鏈之間、或是說不同的共識系統之間，消息格式缺乏兼容性，各有各的一套消息傳遞方式和標準。

如果我們想要進行進一步的跨共識互操作，需要一種更通用的「語言」——高階地抽象出這些消息的意圖，為共識系統間通信的數據報提供一個基本框架。同時需要考慮到智能合約或區塊鏈的潛在升級，所以這樣的語言還必須做到前向兼容和可擴展。

今年五月初，Polkadot在其v0.9.19中正式啟用了XCM，其中跨共識的涵義在于，這種通信格式不僅能在Polkadtot鏈間的UMP、DMP和XCMP中采用，還能夠在智能合約、Pallet、橋以至SPREE之間進行通信。

需要注意XCM與XCMP的區別。XCM是一種共識系統之間相互通信的「格式」，其效用在于表達接收消息者得到消息應該做什么。而XCMP是一種消息傳遞的「協議」。

本質上，XCM的消息是運行在非圖靈完備虛擬機XCVM上的單個或一系列指令，換句話說，XCVM的指令集構成了XCM消息的全部內容。

Polkadot提出XCM和XCMP，實際上是為平行鏈間通信提供了原生、通用性的支持，這樣平行鏈間能夠實現直接通信，而無需依賴專門的跨鏈橋，使整個Polkadot網絡的互操作性在協議層上更加統一。

在XCM啟用后不久，MoonBeam與Acala率先宣布啟用基于XCM的雙向HRMP進行跨鏈通信，實現兩條鏈上原生資產的自由流動。

例如，Acala上的$ACA和$aUSD可以跨鏈到MoonBeam，作為XC-20資產實現與以太坊生態的互聯互通。MoonBeam的原生代幣$GLMR亦可在Acala上作為抵押品來鑄造$aUSD或者參與質押。

Panther Protocol與多鏈AMM協議Vegaswap達成合作:DeFi端到端隱私協議Panther Protocol最近與多鏈自動做市商（AMM）協議Vegaswap達成合作。Vegaswap將在交易所上線Panther Token（ZKP），Panther將把Vegaswap納入其Treasury管理。除了集成到Vegaswap平臺和MetaMask API之外，Vegaswap還將充當Panther的隱私礦工。[2021/7/31 1:26:33]

MoonBeam與Acala兩大生態打通XCM連接是一個里程碑事件，象征著Polkadot擘畫的跨鏈圖景正在緩緩鋪開。隨著其他平行鏈啟用基于XCM的跨鏈通信，我們將看到更多類似的用例，并激發更大的想象空間。

3.2CosmosIBC

自底向上地，Cosmos的體系依次基于TendermintCore、IBC和CosmosSDK，三者分別是BFT共識引擎、跨鏈通信協議和開發框架。

作為跨鏈通信協議的IBC于去年3月在CosmosStargate升級時正式開始實施，其語義和設計原理由鏈間標準ICS所制定。

類比于互聯網通信協議TCP/IP的層級體系，IBC可分解為傳輸層和應用層。傳輸層提供必要的基礎設施以在鏈間建立安全連接和驗證數據包；應用層準確定義了這些數據包應該如何被發送方打包、以及如何被接收方解釋。

上圖描述了IBC數據包的生命周期。

IBC采用「鎖定-鑄造」的資產跨鏈模型。如上圖，ZoneA想要將資產跨鏈轉移到ZoneB，需要鎖定代幣并將證明發送給ZoneB，經驗證后，ZoneB在本身鏈上鑄造等量的代幣。該過程中資產并非產生了實際轉移，而是在ZoneA鎖定這筆資產，在ZoneB重新鑄造了等額的同一資產。

最終性指的是加密貨幣交易一旦完成，即無法被任意更改或取消。以上過程描述的是即時最終性的情況。而對于比特幣這樣的概率最終性區塊鏈，需要引入Peg-Zone作為代理鏈，并確定一個最終性的閾值：例如，假定某條鏈在某筆交易發生之后產出了100個新區塊，認為實現了最終性。

以太坊擴容方案SKALE完成主網升級，成為多鏈網絡:4月24日消息，以太坊擴容方案SKALENetwork宣布完成代號為Denali的主網升級，這是繼主網啟動后的第一次重大升級，使得SKALE網絡成為一個多鏈網絡，通過與以太坊原生集成的方式共同運作。

SKALE的以太坊原生多鏈架構提供了快速、對用戶免Gas、無需學習的新工具。SKALE表示，46個驗證者和153個節點都已完成了本次升級。[2021/4/24 20:54:16]

當前，Cosmos生態中已經囊括39條鏈、78個驗證人，總質押資產價值超過31億美金。一些潛在的空投機會成為了吸引用戶流入Cosmos生態動力之一。但Terra的香消玉殞顯然對Cosmos生態造成了巨大破壞，使生態的總鎖倉量縮水嚴重。

3.3輕客戶端

根據1kx合伙人Dmitriy對跨鏈橋的劃分，我們從輕客戶端的角度來看XCMP和IBC。

輕客戶端最早是區別于全節點的一種說法，用于比特幣的簡化支付驗證。更廣義來講，智能合約也可以是輕客戶端。這樣的輕客戶端往往不與鏈進行直接交互，而依賴全節點作為中介，從全節點請求某種信息，例如發送交易、驗證賬戶余額和請求區塊頭。

**在跨鏈通信時，中繼者對源鏈上的事件進行監控，并生成事件的密碼學證明，將證明與區塊頭一起轉發到目標鏈上的智能合約。輕客戶端驗證某一特定事件，并以此為憑據，執行某些動作。**以上我們討論的PolkadotXCMP和CosmosIBC都采用了輕客戶端模型。

除此之外，NEAR的RainbowBridge也是典型的輕客戶端模型。輕客戶端作為智能合約，分別部署在以太坊和NEAR上。這些區塊頭由Relayer進行定期更新，更新頻率取決于經濟效率上的權衡——在以太坊上更新NEAR的區塊頭設置為12至16小時。Connector則負責處理特定資產的跨鏈邏輯。

RainbowBridge的速度與開銷主要取決于以太坊。將資產從以太坊發送到NEAR大約需要6分鐘。將資產從NEAR發送回以太坊目前最多需要16個小時。

3.4小結

資產跨鏈協議Ren為其RenVM新增多鏈支持功能:資產跨鏈協議RenProtocol宣布為其RenVM新增多鏈支持功能，并對跨鏈SDKRenJS庫進行了升級。通過此次升級，以下七類資產將可跨鏈至以太坊，包括Bitcoin（BTC）、BitcoinCash（BCH）、DigiByte（DGB）、Dogecoin（DOGE）、Filecoin（FIL）、Terra（LUNA）和Zcash（ZEC），其中，RenVM將在下周支持BCH和ZEC，目前，RenVM已支持DOGE、DGB和LUNA，但目前在RenJS中不可用。[2020/11/17 21:03:18]

通過上述對XCM/XCMP、IBC和RainbowBridge的梳理，我們對輕客戶端模型有了基本的認知。輕客戶端的優勢在于安全性，通過對某些信息進行驗證，兩條鏈之間可以知悉對手鏈上發生了什么，而無需依賴對外部驗證者的信任假設，故安全性基本等同與鏈本身。

特別地，XCMP的安全性屬于SharedSecurity，依賴于中繼鏈提供的全局安全性，因為跨鏈消息的驗證是由Validators完成的，隨后Validators把包含該消息的區塊包含到中繼鏈上。

上表中Cosmos的InterchainSecurity是一種特殊的SharedSecurity，即多鏈共享同一驗證者集并進行出塊。由于一些小型鏈的驗證者較為薄弱，容易受到攻擊，因此InterchainSecurity相當于幫助他們繼承成熟網絡的安全性。

采用CosmosIBC的通信需要兩條鏈之間彼此信任，而RainbowBridge則要求NEAR與以太坊之間彼此信任，這也是對區塊頭進行有效性驗證的基本前提。

而輕客戶端的缺點在于：對這些證明的驗證有著不菲的成本；此外還涉及到連接性的問題，需要為每兩條鏈之間的通信部署輕客戶端——當然，Polkadot和Cosmos的原生通信機制很好地解決了生態系統內部的連接性問題。

作為小結，在上表中對XCMP/XCM、CosmosIBC和NEARRainbowBridge進行了簡要的對比，其中一些數據可能直接涉及到生態間的對比。

4、開發框架

「開箱即用」指一系列現成的軟/硬件或工具包，開發者能夠直接拿過來使用，而不需要花時間和精力重新實現這些功能。

**Substrate和CosmosSDK即是這樣的框架：對底層邏輯進行封裝，提供一些預構建模塊，進行靈活、可定制的模塊組合，用于搭建區塊鏈與應用。**在互操作性方面，Substrate和CosmosSDK都分別提供了對Polkadot和Cosmos生態的原生支持。

Substrate提供三種開發方式：SubstrateNode預先提供了節點配置，僅需額外配置一個JSON文件即可一鍵搭鏈；SubstrateFRAME提供了一系列的模塊和組件，開發者亦可編寫Pallet并進行自由組合；SubstrateCore更加高維和抽象，開發者可以從頭設計運行時這三種方式的開發難度和技術靈活度都是遞增的。

Polkadot和Kusama都基于Substrate進行開發。但Substrate本身是一種通用化的開發框架，支持與Polkadot的無縫連接，并不意味著所有Substrate都需要與Polkadot有強綁定的關系。

區別于智能合約，CosmosSDK提出了應用鏈的概念，并對底層的BFT共識引擎TendermintCore和網絡層進行封裝，借助ABCI實現與應用層的連接。

除CosmosSDK之外還有一些擴展工具作為補充，例如基于JavaScript的DeFi組件Agoric、基于Wasm的智能合約模塊CosmWasm以及基于CosmosSDK的EVM實現Ethermint。

開發框架整體上提供的功能和工具大同小異，在細微處有不同的設計理念，在這里暫不再詳細展開。

根據ElectricCapital的報告，自2017年起，Web3開發者數量開始實現大幅增長，截至2021年底，有超過18,000名開發者活躍在Web3領域。然而，對比傳統開發者而言仍占少數。從行業發展的角度考慮，需要進一步降低鏈上應用開發的門檻，做好開發者服務。

繁榮的生態會吸引更多優質的開發者加入，畢竟Substrate和CosmosSDK都強調了接入各自生態的便利性。事實上，選擇開發框架也與選擇其后的生態密不可分。

4.1小結

同樣，我們對Substrate和CosmosSDK進行了簡單的對比。

5、思考與結語

我部分同意「胖應用」的論據。**在工程上，不同鏈有不同鏈的權衡取舍，針對不同目標各自提出了獨出心裁的技術方案，但諸如此類基礎設施的終極目標是相對一致的——服務于應用。**我們不是要造空中樓閣，拋開應用空談技術是書生意氣。回看18、19年的敘事，動輒「以太坊殺手」、「百萬TPS」，用戶關心這些嗎？也許并不關心。所以應當有一些小而美的應用、用戶接受度高的應用，先在鏈上跑起來。

以太坊的設計使得建立在其上的應用和協議彼此受限、且不可避免地競爭底層資源。多鏈生態的起勢一定程度上分擔了以太坊的壓力，但實際上也在蠶食其領先地位。與此同時，在熊市的視角下，以太坊回歸到相對合理的Gas費用和交易速度也削弱了資金外流的動力。**短期來看，各條鏈能否產生「賺錢效應」是吸引用戶流入的主要引力。中長期來看，用戶流向與各條鏈生態的整體質量密不可分。**最終用戶會用其資金投票，使鏈間的競爭關系達到相對均衡。

可組合性、互操作性激發了新的敘事，但隱含的風險同樣不容忽視。兩年前我們只在以太坊上搭樂高，3月12日的極端行情中，協議的層疊嵌套以及枯竭的流動性就引發了系統性風險。在近一年來的多鏈格局之下，我們有了更多的錨、跨鏈橋，以及更復雜的協議，但仍未經歷那樣的嚴峻考驗。Terra帝國的分崩離析也許僅僅是一個先兆。況且，當前市場處于中長期的下行趨勢，我們需要如履薄冰，主動預估和評判風險。

需要承認，當前的多鏈生態依舊有些「虛胖」，一些看似繁榮的生態，說到底是一套協議、一套代碼在另一條鏈上重新開設賭局而已。**生態繁榮與否，不是單純看項目數的多少，而需要綜合評判用戶的活躍度和資金的持續性。**此外，資產跨鏈仍然是當下跨鏈的主要用例。在未來我們可以期待或者預見一些其他應用場景。一些有趣的用例可能是：在做DID時我們需要評估多鏈的活動軌跡；在做NFT借貸時我們可以抵押多鏈的NFT資產；甚至根據多鏈的資產活動變化以輔助套利決策；諸如此類。

跨鏈基礎設施已經箭在弦上，但真正點燃多鏈生態需要大規模的增量用戶，**僅僅是瞄準存量用戶的博弈、僅僅是資金在鏈間的輾轉騰挪，無法帶來指數級增長。**考慮到這一點，提供用戶友好的入口至關重要。

我們應如何展望未來的多鏈格局？在上圖，我們已經看到跨鏈生態正在變得繁榮起來，雖然在熊市中不可避免地顯現頹勢，但客觀來說，跨鏈基礎設施已經相對完善。

合理猜測，下一個大周期的敘事是圍繞各個鏈上優質應用構建起來的多鏈生態。「搭一條公鏈，滿足所有需求」類似的言論可能會成為歷史，畢竟我們的確沒有必要在一條鏈上做完所有事情。期待在未來涌現出更多的應用鏈。

當下，我們仍處在多鏈格局的早期階段。

參考材料

https://medium.com/composable-finance/the-philosophy-of-the-cross-chain-ecosystem-a-continuum-of-interoperability-33ed81350190

https://thenewstack.io/web3-developer-ecosystem/

https://www.parity.io/blog/what-is-a-light-client/

https://substrate.io/

https://wiki.polkadot.network/docs/

https://v1.cosmos.network/intro

https://ibcprotocol.org/

https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8

https://blog.cosmos.network/interchain-security-is-coming-to-the-cosmos-hub-f144c45fb035

https://github.com/paritytech/xcm-format

https://aurora.dev/blog/2021-how-the-rainbow-bridge-works

https://near.org/blog/the-rainbow-bridge-is-live/

https://docs.substrate.io/v3/

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