原文标题：《IOSG Weekly Brief｜多链生态：我们的当前阶段与未来格局 #13》
撰文：Jiawei
Composable Finance 提出了跨链互操作性的五个发展阶段：
0-20%：实现最基本的跨链通信和链间代币移动；
20-50%：用户能够在不同链上为资产提供流动性，借此实现收益最大化；
50-75%：类似 Aave 这样的项目，使得用户能够在一条链上存入抵押品，同时在另一条链上进行借贷。即实现不同链的应用间通信；
75%：单个应用将其不同部分部署在多条链上，使每个部分都在最高效的链上运行。这些不同链的后端包将相互通信，以确保用户体验的持续性；
100%：生态系统不可知论，提供广泛的 Web3 生态系统的接口。传统开发者能够任意在链上部署由 Web3 工具支持的应用，而不需要复杂的区块链编程 —— 抽象掉其中的所有复杂性。
对这些阶段的研判基本确定了我们应如何看待如今的多链格局。抽象来看，我认为 Polkadot XCM / XCMP 与 Cosmos IBC，以及 Substrate 与 Cosmos SDK，已经分别在做第四、五阶段的事情。
同样作为多链生态，对比 Polkadot 与 Cosmos 的体系设计、技术架构的文章已有很多。作为微小的补充，本文将从轻客户端的视角出发，比较各自的跨链通信机制 XCMP / IBC 以及开发框架 Substrate / Cosmos SDK。
最后，提出了一些个人思考作为结尾。
正如 Cosmos 文档中所描述的：「Cosmos 不是一个产品，而是一个建立在一组模块化、适应性强和可互相替换工具之上的生态系统」。我对 Polkadot 的理解亦是如此。
在正文开始之前，我们先从高维层面快速过一遍它们的体系结构。
中继链是 Polkadot 的核心，平行链之间彼此独立，但统一连接到中继链，以共享其安全性。Collators 逐一收集平行链上的交易、生成状态转换证明，提交给中继链，由 Validators 验证这些证明，并执行共识，在中继链上出块。Nominators 负责挑选 Validators，并需要为他们质押 DOT，以保护中继链。
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Polkadot 平行链的安全性依赖于中继链，中继链为平行链提供共享安全性和状态一致性。
Cosmos 包含两种类型的区块链：Zones 和 Hubs。Zones 是常规的异构链，Hubs 则用于把这些 Zones 连接起来。Zone 和 Hubs 之间的通信和消息传递依赖于 IBC（Inter-blockchain Communication）协议。当任意 Zone 与一个 Hub 建立 IBC 连接时，它可以与连接到该 Hub 的其他 Zones 进行通信。
Cosmos Hub 是整个网络中的第一个 Hub，标志着 Cosmos 网络的启动。
对两个跨链生态有了基本认识之后，我们来具体看各自的通信机制。
Polkadot 采用 UMP、DMP 在平行链和中继链间进行上、下行的消息传递，并基于 XCMP（Cross-Chain Message Passing）进行平行链间消息传递。XCMP 仍在开发中，目前的实际使用的跨链方案是 HRMP（Horizontal Relay-routed Message Passing）。
HRMP 提供与 XCMP 相同的接口和功能，但需要将所有消息放置在中继链的存储（storage）。对中继链而言，产生了额外的消息负载。而 XCMP 仅仅将与消息关联的元数据哈希存储在中继链。因此 HRMP 作为暂时的过渡方案，在未来将被 XCMP 所替代。
图片来源：根据，IOSG Ventures
上图描述了 XCMP 的工作原理：
平行链间可以打开双向通道，分别用于接收和发送消息。平行链 A 和平行链 B 之间进行 XCMP 通信，首先需要各自链上的 Collators 将消息、目的地和时间戳加入到自己的输出队列，而对方监测到消息后，将其加入到自己的输入队列，处理这条消息，并把区块提交给 Validators。Validators 对消息进行验证，随后将该区块包含在中继链上。这样视作完成一次跨链消息传递。
《“区块链+”如何重构内容产业生态》获第三十一届中国新闻奖三等奖:金色财经报道，人民日报（2021年11月08日 第?17版）发布第三十一届中国新闻奖获奖作品目录，《“区块链+”如何重构内容产业生态》获第三十一届中国新闻奖三等奖，刊播单位：新闻与写作?，报送单位：北京记协。[2021/11/8 6:37:41]
链与链之间、或是说不同的共识系统之间，消息格式缺乏兼容性，各有各的一套消息传递方式和标准。
如果我们想要进行进一步的跨共识互操作，需要一种更通用的「语言」—— 高阶地抽象出这些消息的意图，为共识系统间通信的数据报提供一个基本框架。同时需要考虑到智能合约或区块链的潜在升级，所以这样的语言还必须做到前向兼容和可扩展。
今年五月初，Polkadot 在其 v0.9.19 中正式启用了 XCM（Cross-consensus Messaging Format），其中跨共识的涵义在于，这种通信格式不仅能在 Polkadtot 链间的 UMP、DMP 和 XCMP 中采用，还能够在智能合约、Pallet、桥以至 SPREE（Shared Protected Runtime Execution Enclaves）之间进行通信。（注：Pallet 相当于一系列有特定用途、可组合的模块和工具包，例如 EVM Pallet 的用途是在 Substrate 链上集成基于 Solidty 的合约；SPREE 模块是一种去信任的消息模块，用于确保在收到消息之后以何种方式执行代码）
需要注意 XCM 与 XCMP 的区别。XCM 是一种共识系统之间相互通信的「格式」，其效用在于表达接收消息者得到消息应该做什么。而 XCMP 是一种消息传递的「协议」。
本质上，XCM 的消息是运行在非图灵完备虚拟机 XCVM（Cross-Consensus Virtual Machine）上的单个或一系列指令，换句话说，XCVM 的指令集构成了 XCM 消息的全部内容。
Polkadot 提出 XCM 和 XCMP，实际上是为平行链间通信提供了原生、通用性的支持，这样平行链间能够实现直接通信，而无需依赖专门的跨链桥，使整个 Polkadot 网络的互操作性在协议层上更加统一。
在 XCM 启用后不久，Moonbeam 与 Acala 率先宣布启用基于 XCM 的双向 HRMP 进行跨链通信，实现两条链上原生资产的自由流动。
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例如，Acala 上的 $ACA 和 $aUSD 可以跨链到 Moonbeam，作为 XC-20 资产（$xcACA 和 $xcaUSD）实现与以太坊生态的互联互通。Moonbeam 的原生代币 $GLMR 亦可在 Acala 上作为抵押品来铸造 $aUSD 或者参与质押。
Moonbeam 与 Acala 两大生态打通 XCM 连接是一个里程碑事件，象征着 Polkadot 擘画的跨链图景正在缓缓铺开。随着其他平行链启用基于 XCM 的跨链通信，我们将看到更多类似的用例，并激发更大的想象空间。
自底向上地，Cosmos 的体系依次基于 Tendermint Core、IBC 和 Cosmos SDK，三者分别是 BFT 共识引擎、跨链通信协议和开发框架。
作为跨链通信协议的 IBC 于去年 3 月在 Cosmos Stargate 升级时正式开始实施，其语义和设计原理由链间标准 ICS（Inter-chain Standard）所制定。
类比于互联网通信协议 TCP / IP 的层级体系，IBC 可分解为传输层和应用层。传输层提供必要的基础设施以在链间建立安全连接和验证数据包；应用层准确定义了这些数据包应该如何被发送方打包、以及如何被接收方解释。
图片来源：IOSG Ventures
上图描述了 IBC 数据包的生命周期。
IBC 采用「锁定 - 铸造」的资产跨链模型。如上图，Zone A 想要将资产跨链转移到 Zone B，需要锁定代币并将证明发送给 Zone B，经验证后，Zone B 在本身链上铸造等量的代币。该过程中资产并非产生了实际转移，而是在 Zone A 锁定这笔资产，在 Zone B 重新铸造了等额的同一资产。
最终性（Finality）指的是加密货币交易一旦完成，即无法被任意更改或取消。以上过程描述的是即时最终性的情况。而对于比特币这样的概率最终性区块链，需要引入 Peg-Zone 作为代理链（注：目前 Cosmos 与以太坊之间的 Peg-Zone 是 Gravity Bridge），并确定一个最终性的阈值：例如，假定某条链在某笔交易发生之后产出了 100 个新区块，认为实现了（伪）最终性。
动态 | Smartlands预测2023年区块链将验证全球30％新闻内容:据Cryptonewsz今日消息，区块链通证平台Smartlands预测，到2023年，将通过区块链技术辨别假新闻，确保全球30％的新闻和视频为真实内容。[2019/11/7]
当前，Cosmos 生态中已经囊括 39 条链、78 个验证人，总质押资产价值超过 31 亿美金。一些潜在的空投机会成为了吸引用户流入 Cosmos 生态动力之一。但 Terra 的香消玉殒显然对 Cosmos 生态造成了巨大破坏，使生态的总锁仓量缩水严重。
我们从轻客户端的角度来看 XCMP 和 IBC。
轻客户端（或轻节点）最早是区别于全节点的一种说法，用于比特币的简化支付验证（SPV）。更广义来讲，智能合约也可以是轻客户端。这样的轻客户端往往不与链进行直接交互，而依赖全节点作为中介，从全节点请求某种信息，例如发送交易、验证账户余额和请求区块头。
在跨链通信时，中继者对源链上的事件进行监控，并生成事件的密码学证明，将证明与区块头一起转发到目标链上的智能合约（即轻客户端）。轻客户端验证某一特定事件，并以此为凭据，执行某些动作。以上我们讨论的 Polkadot XCMP 和 Cosmos IBC 都采用了轻客户端模型。
除此之外，NEAR 的 RainbowBridge 也是典型的轻客户端模型。轻客户端作为智能合约，分别部署在以太坊（存储 NEAR 的区块头）和 NEAR（存储以太坊的区块头）上。这些区块头由 Relayer 进行定期更新，更新频率取决于经济效率上的权衡 —— 在以太坊上更新 NEAR 的区块头设置为 12 至 16 小时。Connector 则负责处理特定资产的跨链逻辑（如 ERC-20 代币或 NFT）。
RainbowBridge 的速度与开销主要取决于以太坊。将资产从以太坊发送到 NEAR 大约需要 6 分钟（20 个区块）。将资产从 NEAR 发送回以太坊目前最多需要 16 个小时（由于以太坊最终性的时间花费）。
通过上述对 XCM / XCMP、IBC 和 RainbowBridge 的梳理，我们对轻客户端模型有了基本的认知。轻客户端的优势在于安全性，通过对某些信息进行验证，两条链之间可以知悉对手链上发生了什么，而无需依赖对外部验证者的信任假设，故安全性基本等同与链本身。
“北京将打击虚拟货币与区块链欺诈行为”的信息是1月份新闻:据了解，“北京市金融工作局党组书记霍学文近日在第十二届北京国际金融博览会发言指出，北京将严厉打击虚拟货币与区块链欺诈行为，支持外资金融与互金企业在金融科技领域展开合作。”这条消息是1月25日霍学文在第十二届北京国际金融博览会的发言，并非当前时间段的消息。[2018/2/6]
特别地，XCMP 的安全性属于 Shared Security，依赖于中继链提供的全局安全性，因为跨链消息的验证是由 Validators 完成的，随后 Validators 把包含该消息的区块包含到中继链上。
上表中 Cosmos 的 Interchain Security 是一种特殊的 Shared Security，即多链共享同一验证者集并进行出块。由于一些小型链的验证者较为薄弱，容易受到攻击，因此 Interchain Security 相当于帮助他们继承成熟网络的安全性。
采用 Cosmos IBC 的通信需要两条链之间彼此信任，而 RainbowBridge 则要求 NEAR 与以太坊之间彼此信任，这也是对区块头进行有效性验证的基本前提。
而轻客户端的缺点在于：对这些证明的验证有着不菲的成本；此外还涉及到连接性的问题，需要为每两条链之间的通信部署轻客户端 —— 当然，Polkadot 和 Cosmos 的原生通信机制很好地解决了生态系统内部的连接性问题。
作为小结，在上表中对 XCMP/XCM、Cosmos IBC 和 NEAR RainbowBridge 进行了简要的对比，其中一些数据可能直接涉及到生态间的对比。（RainbowBridge 仅仅涉及到 NEAR 与以太坊的跨链，不像前两者属于跨链生态，但作为轻客户端的一种，我们同样放在这里做个对比。）
注：以上 / 下案例项目均为 IOSG Portfolio，举例仅供信息交流，不构成投资建议。个人投资决策请 DYOR！
「开箱即用」指一系列现成的软 / 硬件或工具包，开发者能够直接拿过来使用，而不需要花时间和精力重新实现这些功能。
Substrate 和 Cosmos SDK 即是这样的框架：对底层逻辑进行封装，提供一些预构建模块，进行灵活、可定制的模块组合，用于搭建区块链与应用。在互操作性方面，Substrate 和 Cosmos SDK 都分别提供了对 Polkadot 和 Cosmos 生态的原生支持。
Substrate 提供三种开发方式：Substrate Node 预先提供了节点配置，仅需额外配置一个 JSON 文件即可一键搭链；Substrate FRAME 提供了一系列的模块和组件（即上述提到的 Pallet），开发者亦可编写 Pallet 并进行自由组合；Substrate Core 更加高维和抽象，开发者可以从头设计运行时（注：运行时本质是状态转换函数，是 Substrate 中的核心概念，代表链的状态存储以及状态将被如何更改）这三种方式的开发难度和技术灵活度都是递增的。
Polkadot 和 Kusama 都基于 Substrate 进行开发。但 Substrate 本身是一种通用化的开发框架，支持与 Polkadot 的无缝连接，并不意味着所有 Substrate 都需要与 Polkadot 有强绑定的关系。
区别于智能合约，Cosmos SDK 提出了应用链（Application-specific Blockchains）的概念（也即为单个应用而定制的区块链），并对底层的 BFT 共识引擎 Tendermint Core 和网络层进行封装，借助 ABCI（Application Blockchain Interface）实现与应用层的连接。
除 Cosmos SDK 之外还有一些扩展工具作为补充，例如基于 JavaScript 的 DeFi 组件 Agoric、基于 Wasm 的智能合约模块 CosmWasm 以及基于 Cosmos SDK 的 EVM 实现 Ethermint。
开发框架整体上提供的功能和工具大同小异，在细微处有不同的设计理念，在这里暂不再详细展开。
（P.S：一些主观的看法：在写作本文的时候，笔者在 Polkadot 和 Cosmos 的 Discord 开发者频道提了一些问题。在 Cosmos 提问时有专门的开发者社区 Mod 建立一个子区，一对一回答问题，是比较好的体验）
根据 Electric Capital 的报告，自 2017 年起，Web3 开发者数量开始实现大幅增长，截至 2021 年底，有超过 18,000 名开发者活跃在 Web3 领域。然而，对比传统开发者而言仍占少数。从行业发展的角度考虑，需要进一步降低链上应用开发的门槛，做好开发者服务。
繁荣的生态会吸引更多优质的开发者加入，毕竟 Substrate 和 Cosmos SDK 都强调了接入各自生态的便利性。事实上，选择开发框架也与选择其后的生态密不可分。
同样，我们对 Substrate 和 Cosmos SDK 进行了简单的对比。
我部分同意「胖应用」的论据（同时协议也未必需要「瘦」）。在工程上，不同链有不同链的权衡取舍，针对不同目标各自提出了独出心裁的技术方案，但诸如此类基础设施的终极目标是相对一致的 —— 服务于应用。我们不是要造空中楼阁，抛开应用空谈技术是书生意气。回看 18、19 年的叙事，动辄「以太坊杀手」、「百万 TPS」，用户关心这些吗？也许并不关心。所以应当有一些小而美的应用、用户接受度高的应用，先在链上跑起来。（我认为符合此描述的其中一个应用是 NFT Marketplace 聚合器 gem.xyz, 界面清爽、功能好用，对很多用户来说这就足够了。）
以太坊的设计使得建立在其上的应用和协议彼此受限、且不可避免地竞争底层资源。多链生态的起势一定程度上分担了以太坊的压力，但实际上也在蚕食其领先地位。与此同时，在熊市的视角下，以太坊回归到相对合理的 Gas 费用和交易速度也削弱了资金外流的动力。短期来看，各条链能否产生「赚钱效应」是吸引用户流入的主要引力（例如 DeFi Kingdoms 和 STEPN）。中长期来看，用户流向与各条链生态的整体质量密不可分。最终用户会用其资金投票，使链间的竞争关系达到相对均衡。
可组合性、互操作性激发了新的叙事，但隐含的风险同样不容忽视。两年前我们只在以太坊上搭乐高，3 月 12 日的极端行情中，协议的层叠嵌套以及枯竭的流动性就引发了系统性风险。在近一年来的多链格局之下，我们有了更多的锚、跨链桥，以及更复杂的协议，但仍未经历那样的严峻考验。Terra 帝国的分崩离析也许仅仅是一个先兆。况且，当前市场处于中长期的下行趋势，我们需要如履薄冰，主动预估和评判风险。
需要承认，当前的多链生态依旧有些「虚胖」，一些看似繁荣的生态，说到底是一套协议、一套代码在另一条链上重新开设局而已。生态繁荣与否，不是单纯看项目数的多少，而需要综合评判用户的活跃度和资金的持续性。此外，资产跨链仍然是当下跨链的主要用例。在未来我们可以期待或者预见一些其他应用场景。一些有趣的用例可能是：在做 DID 时我们需要评估多链的活动轨迹；在做 NFT 借贷时我们可以抵押多链的 NFT 资产；甚至根据多链的资产活动变化以辅助套利决策；诸如此类。
跨链基础设施已经箭在弦上，但真正点燃多链生态需要大规模的增量用户，仅仅是瞄准存量用户的博弈、仅仅是资金在链间的辗转腾挪，无法带来指数级增长。考虑到这一点，提供用户友好的入口（例如多链钱包）至关重要。
图片来源
我们应如何展望未来的多链格局？在上图（截至 2021 年 9 月），我们已经看到跨链生态正在变得繁荣起来，虽然在熊市中不可避免地显现颓势，但客观来说，跨链基础设施已经相对完善。（尽管如此，黑客对于跨链设施漏洞的攻击仍然层出不穷，保持乐观，但也应小心谨慎。）
合理猜测，下一个大周期的叙事是围绕各个链上优质应用构建起来的多链生态。「搭一条公链，满足所有需求」类似的言论可能会成为历史，毕竟我们的确没有必要在一条链上做完所有事情。期待在未来涌现出更多的应用链。
当下，我们仍处在多链格局的早期阶段。
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