區塊鏈:科普 | Cosmos 區塊鏈的工作原理

在第一部分中，我們從開發一條單獨的區塊鏈以及區塊鏈應用程序的視角介紹了Cosmos。但如前所述，Cosmos最關建的特性之一是互操作性，即賦能多種區塊鏈之間的交互。為了更好地理解這一特性的運作原理，我們首先需要了解Cosmos中用于支撐其互操作性的基礎架構：“Hub以及Zone”。

Hub和Zone

Cosmos網絡中的區塊鏈應用了一種中心輻射模型：

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位于中心的是Hub。Hub管理著許多被稱為“Zone”的獨立區塊鏈，由Hub來追蹤記錄各個Zone的狀態，而每一個Zone有義務不停地把自身產出的新區塊反向匯報給Hub。類似地，每一個Zone也需要同步Hub的狀態。

但這里有個棘手的問題——Zone之間并不直接同步各自的狀態，而是通過發向Hub的數據包間接通信。要想弄清楚這一流程，我們首先需要調研其背后的支撐機制：跨鏈通信。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

IBC是如何工作的

人民數字FINTECH推出區塊鏈科普動畫:人民日報數字傳播發布微博稱，人民數字FINTECH出品《趣味科普|區塊鏈動畫》。[2020/3/31]

Hub與Zone直接通信，而Zone與Zone之間通過IBC間接通信。當Zone對Hub建立起一個IBC連接，它可以自動訪問其他連接到該Hub上的Zone，這意味著Zone無需與其他Zone連接，而僅僅連接到Hub上即可。

通過保持各種跨Zone代幣的固定總額，Hub可以預防雙重支付問題。這些代幣可以通過一種被稱為“幣包”的特殊IBC數據包而實現Zone之間的跨鏈轉移。

當一個Zone通過Hub收到來自其他Zone的代幣時，它只需要信任Hub以及代幣來源的Zone，而不需要信任網絡中所有其它的Zone。

讓我們看個例子：

假設當前由兩條區塊鏈：Zone1以及Zone2。現在如果我們想要從Zone1上發送代幣到Zone2，會發生什么呢？

聲音 | 浪潮集團云南分公司總經理：云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化:據昆明日報消息，浪潮集團云南分公司總經理鄭昕表示，云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化。下一步，浪潮將繼續加大云南農業產業高質量發展體系建設力度，重點以普洱茶等云南優勢產業為切入點，打造云南“綠色、有機農產品高地”的品牌形象，并在此基礎上，開展基于區塊鏈的供應鏈金融服務，解決中小企業貸款難、貸款貴問題。[2019/11/11]

要讓數據包從Zone1發送到Zone2，Zone1首先要向Hub發送一個指向Zone2的數據包。

緊接著Hub向Zone2發送一則證明，表示Zone1向其發布了一個數據包。

在此之后，Zone2必須驗證關于Zone1的證明是否真實。為此，Zone2要利用Zone1存儲在Hub中的區塊頭。我們前面提到過Hub幫助Zone同步記錄其它每一個Zone的狀態，而Hub是通過記錄其它Zone的區塊頭實現這一功能的。

動態 | 幣安科普MimbleWimble算法:幣安官方推特今日發布隱私算法Mimblewimble的科普貼，在下方留言區大量網友留言猜測是否是基于 Mimblewimble算法的隱私幣Grin或者Beam即將登陸幣安交易所，其中猜測Grin的呼聲更高。[2019/9/2]

現在你可能會疑問：為什么Cosmos不直接利用IBC建立Zone與Zone之間的連接？為什么需要進行Hub和Zone的設計？事實上，隨著接入到網絡中Zone的數量上升，以直連方式實現通信會導致鏈路數量呈平方級上升。以100個Zone接入到網絡中為例，如果各個Zone直接都要建立起IBC連接，則網絡中需要有4950條通信鏈路！如此快速的增長顯然會令網絡不堪重負。

采用“Hub與Zone”模型令Cosmos能夠無視Zone的數量而實現跨鏈通信，并支持網絡的不斷拓展。

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動態 | 美國演說家Anthony Robbins開始科普什么是比特幣:美國演說家安東尼·羅賓（Anthony Robbins）在自己的網站上發布了一篇比特幣的科普文章，并在推特上向自己的粉絲介紹什么是比特幣，目前他的推特賬戶共有粉絲304萬人。[2019/1/1]

Cosmos網絡的正常運轉離不開IBC，正是因為它才能讓多條承載著不同應用和驗證者集的獨立區塊鏈實現互操作。

創世“Hub”:CosmosHub

如前所述，Hub是連接不同Zone的組件，而CosmosHub正是Cosmos網絡中第一個Hub，它通過IBC連接其它的Zone。Cosmos網絡上構建的第一個區塊鏈會應用該主Hub來與網絡中其他的Zone進行交互。這就意味著CosmosHub必須具備足夠高的安全性來保證使用它的Zone能安全地進行互操作。

橋接非Tendermint共識的區塊鏈

目前為止，我們探討了基于Tendermint共識的區塊鏈是如何利用IBC和Hub進行交互的。然而Cosmos并不局限于Tendermint共識鏈的跨鏈操作。

我將在下文粗略解釋Cosmos如何兼容其它不同共識算法的區塊鏈。

一般來說，區塊鏈可以分成兩種類型：不可逆鏈和概率鏈。

不可逆鏈指的是每個區塊的狀態都是確定的，在未來的任意時刻你都可以從創始塊開始復現推演每個區塊的狀態；概率鏈是指你只能根據區塊鏈網絡參與者在不同分叉鏈上的比例，而以一定概率認為某條鏈是主鏈。Cosmos中的Hub理論上可以接入上述兩者，只不過對于概率鏈的支持在實踐中要相對麻煩一些。

這是因為從底層設計來講，IBC發揮作用的前提在于區塊鏈的不可逆。如果區塊鏈是概率鏈，Hub就不能保證跨Zone的代幣總額固定。如前所述，Hub如果想要實現無雙重支付的跨Zone代幣轉移，就必須保證在Zone與Zone之間某一代幣的總額是固定的。

Cosoms試圖通過“PegZone”來實現概率鏈的互操作性。

PegZone是追蹤記錄另一條區塊鏈狀態的區塊鏈，它要將自己橋接的某條概率鏈上的狀態確定為不可逆的，使得這些狀態得以與IBC兼容。

還跟得上嗎，少年？現在我只剩下最后一個問題要跟你探討：區塊鏈究竟為什么需要要互操作性？

為什么互操作性如此重要？

眾所周知，區塊鏈是不可逆賬本。然而和其他軟件一樣，隨著時間推移，用于構建區塊鏈的軟件也需要進行迭代和升級。一蹴而就、無懈可擊的軟件簡直是天方夜譚，所以軟件的改動不可避免。“治理”問題就是討論如何對區塊鏈底層軟件的改動進行提案、決議以及應用。

以比特幣為例，由比特幣基金會、比特幣核心開發者、礦工以及用戶來發起底層改動的提案，并以協作的方式實現升級。而以太坊則依靠開發者和用戶社區的群策群力來做出此類決議。

Cosmos的做法與上述兩者大相徑庭。不同于常見的、統攝全網的治理機制，Cosmos允許每個Hub構建自己的治理策略。

任何持幣人都可以發起變更提案，由該Zone或Hub的驗證者和持幣委托人對提案進行投票。提案的內容包括但不限于對系統預置參數的變更、軟件更新，甚至是hub在處理竊幣、入侵或漏洞時所采取的政策性升級。

同樣每個Zone也具備各自的治理機制。

舉例而言，Cosmos支持在Hub端強制應用不可逆性的同時，每一個Zone都可以根據自身需要設置是否不可逆。想要了解更多，可以閱讀這篇文章《Cosmos中的Hub治理機制流程》。

在我看來這種設計十分強大，同時也被大大低估了。如果非要從本篇博文中提取出什么核心論點的話，也就是下面這一段話了：

Cosmos在底層設計上不認為能通過有限的規則治理大千世界中形形色色的經濟網絡，不認為存在特定的一個規則集合讓大家都稱心如意。這一道理不言自明，看看比特幣自運行以來由于哲學和分歧引起的眾多分叉。另一方面，從以太坊的治理中我們可以看出，持幣人無法以規范的形式實現治理或是形成合力拒絕不規范的治理，這對生態的發展起到了副作用，阻礙了以太坊的更新升級。

Cosmos試圖通過獨立區塊鏈之間的互操作性解決這一問題，即使并且尤其這些區塊鏈擁有不同的治理政策。因此Cosmos最核心的價值屬性就是在社會和經濟領域的可拓展性。它為其生態之上的用戶和開發者提供了無限的自由，以及不加約束的實驗潛能。

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