一文读懂跨链：从跨链机制解读Cosmos与Polkadot的异同

A. 中心化网关跨链

顾名思义，这是一种通过权威机构的外部预言机（Oracle）模式输入的跨链方式。 通过引入外部力量接入跨链，相当于借助第三方机构来完成跨链动作，就像在银行转账一样。 和系统一样，这种方式虽然效率更高，但也存在一定的安全隐患。

B. 多重签名托管跨链

与以往的方式相比，在单一中心化的基础上增加了一批权威机构，由他们投票承担跨链数据的交互。 这类似于议会制，因为多个机构的存在进一步提高了安全性。 性，但相对而言，效率大大降低。

C. 镜像跨链

镜像跨链是一种比较有趣的解决跨链的方式。 它通过最大资产镜像合成其他小资产，完成经济学上的虚拟跨链。 例如，Synthetix 使用其数字资产 SNX 超额抵押数倍于 SNX（最大资产）的价值来合成少量其他资产。

D. 轻节点跨链

沿着前面的跨链思路再深入，我们可以发现另一种跨链思路，即数据的交互完全由代码来管理，没有任何中间执行。 当然，这是一种理想的方式。 从理论上讲，它可以最终完成区块头跨链、交易跨链和最终共识跨链，但这也意味着技术实现难度最大，需要更多的时间和精力去开发。

真正的跨链

虽然目前市面上跨链的具体实现方式不下于10种，甚至每年都会出现关于跨链的新名词，但是让我们回到本质来看跨链这个问题，想想关于什么是真正的跨链。

最近，一位区块链技术资深人士讲了一个比较有意思的关于跨链的描述。 首先，他给出了共识渗透的定义。 共识穿透指的是两个不同共识的区块链。 打通，让两条链互相互联，最终实现共识跨链。

综上所述，我们认为跨链的基本功能是实现链间资产的交互，其次是信息交互。 放大来看，跨链需要解决的其实是同一共识下链与链之间的信息传递和交互，但更本质上，跨链解决的是不同共识下链与链之间的交易，以及能够解决这个问题的方式或技术称为跨链。

当然，这只是我们认为对跨链的一个比较准确的定义，但随着区块链的发展，不排除会有更多有趣的描述。

为什么区块链需要跨链？

打破区块链信息孤岛困境

USDT是目前市值最高、使用范围最广的稳定币。 是Tether公司推出的基于稳定价值货币美元（USD）的加密货币Tether USD（简称USDT）。 1USDT = 1 美元。 Tether 严格遵守 1:1 准备金保证，即每发行 1 个 USDT，其银行账户将有 1 美元的资金保证。

而USDT也是几经波折在多个区块链上发行，从最开始基于Omni协议发行，然后开始在以太坊上发行ERC20版本的USDT，再到波场上发行TRC20版本的USDT，所以它逐步发展，最终成为市值第三大加密货币。

由于USDT有相应的美元作为后盾，因此随着保底美元数量的增加，可以增发USDT。 然而，这样的情况经常发生。 比如今年的DeFi很火，以太坊上发行了很多ERC20 USDT。 在所有DeFi项目中，ERC20的USDT是不够用的。 此时如果紧急增发USDT，很难快速筹集到大量的USD。 Tether 无奈只能将 TRC20 上的 USDT 转移到以太坊以满足市场需求。 Tether采用的方式是销毁部分TRC20 USDT，然后在以太坊上发行等量的ERC20 USDT。

后来波场上的一些DeFi项目逐渐诞生，波场上的USDT出现了TRC20版本还不够用。 因此，Tether 不得不频繁地在多个区块链上来回转移 USDT。

这是当前区块链的一大痛点。 数据（即信息和资产）不能在区块链之间随意转移。 每一个区块链的生态再好，也只相当于一个发达但无法与其他城市交流的城市，这就是一个信息孤岛。

而一个好的区块链应用肯定不满足于只有一条区块链，就像我们刚才举例的USDT。 另一种方式是在NEO链上发行类似于路印协议（LRC）的加密资产LRN，以扩展路印协议在NEO上的使用场景。

因此，如果有一种跨链技术可以与来自不同区块链的数据进行交互，Tether 和 Loopring 的团队就不用费心在不同的链上来回折腾了。 Polkadot 设计的初衷是将所有的区块链连接在一起，互联互通，最终形成一个由多个区块链组成的互联网络。 完全符合这种需求。 应用在互联网上的区块链应用项目，只需要在Polkadot上发布，应用就可以扩展到所有区块链。

提供区块链性能

今年DeFi大热，以太坊再次证明了它是区块链领域最大的区块链应用平台。 在这场DeFi盛宴中，区块链的一些老问题再次浮出水面，让我们难以忽视。

目前，超过 90% 的 DeFi 项目都在以太坊上。 结果之一就是以太坊和ERC20 Token的转账速度变慢，转账手续费飙升。 以太坊的转账Gas费用长期维持在平均500Gwei以上的高位，最高达到1000Gwei，严重影响了DeFi生态之外的项目和组织。

NFT market Cargo 创始人 Sean Papanikolas 曾表示，NFT 行业正处于拐点。 但由于天然气价格飙升，以太坊缺乏可扩展性，这给该行业的新参与者带来了压力。 高昂的gas fee导致部分平台开始着手Layer 2扩容，即二层网络的解决方案，而部分项目方则将目光转向其他区块链，彻底离开以太坊。

另一方面，交易所也是另一个受害者。 高昂的转账手续费使得很多交易所在用户每次转账以太坊和ERC20时损失几美元甚至更多。 美国最大的加密货币交易所Coinbase Pro应接不暇，最终发布公告让用户承担转账的网络费用。

提高性能、降低转账费用、扩大区块链的容量是迫切的需求。

目前有两种扩容方案。 一种是链上扩容，通过修改区块链的修改规则来实现，包括区块大小和共识机制。 例如，加密货币圈内曾有过热议，考虑通过增加比特币的区块大小来提高比特币的传输速度。 再比如，以太坊 2.0 的设计是将共识机制从 PoW 转换为 PoS，并采用分片技术改变网络验证方式来提高效率。

第二类是链下扩容，比如我们常说的Layer2扩容，也就是双层网络的扩容方式。 顾名思义，二层网络就是把一个区块链上的数据交给另一个网络处理，处理完后再传回来。 也分为中心化的解决方案，比如比特币的链下扩容方案——闪电网络，和去中心化的解决方案，比如可以跨比特币的ChainX。 区别在于第二个网络是不是区块链，中间过程是不是通过智能合约来完成。

作为知名的跨链项目，Polkadot 自身的架构属于分片，因此无需担心 Polkadot 的性能。 另一方面，Polkadot 可以链接其他平行链，这些平行链可以自发地作为某些链的第二层扩展。 一条链来提高这条链的性能。

增加区块链可扩展性

上一点我们提到波卡的平行链可以作为一些链的二层网络，所以如果这条链有原链没有的属性，可以在原链上增加更多的功能。 如果我们在波卡上为比特币做一个具有智能合约功能的二层网络，那么比特币也可以具有智能合约的功能。

丰富区块链生态

老一辈人都知道，要想富，先修路，要发展，就得通资源。 北京发展再好，也比不上互联互通后11月1日长假带来的整体经济效益。 区块链也是如此。 我们以今年红极一时的DeFi为例。 以太坊最火的时候，全网参与 DeFi 的资金才 100 多亿美元。 如果能通过跨链的方式将价值千亿的比特币拉入DeFi生态，用如此庞大的流动性参与DeFiusdt如何跨链，带来的经济效益肯定不一样。 届时，DeFi的发展可能远超2017年牛市的盛况，撼动传统金融。

保护每条链的隐私

首先明确一下，我们所说的跨链不仅仅局限于公链与公链之间的链接，还包括联盟链与公链之间，或者联盟与联盟之间的跨链。链和联盟链。 那么，就会出现这样一种情况，A联盟链和B联盟链之间的数据是不共享的。 如果需要交换两者的数据，可以通过跨链的方式连接起来。 两者之间的交互只会涉及到需要交互的数据，这样既保护了各链的隐私，又允许各链进行交互。

进一步细化业务逻辑

未来，每家连锁店都将拥有独立的业务。 当多条链结合在一起时，理解和分析会比较清晰。 例如，有专注于 DeFi 的链，有专注于游戏的链，有包括比特币和以太坊在内的智能合约链。 Layer2链等等，所以跨链可以让不同业务的链也产生链接。

波卡的跨链是如何实现的？

波卡号称跨链之王，是目前最复杂、最庞大的设计之一。 这也得益于其宏伟的计划，希望能连接所有的区块链。 那么它是一种什么样的结构，又是通过什么方式实现跨链的呢？

波卡的跨链结构

我们在之前的文章中介绍过，以太坊2.0是同构分片，而Polkadot是异构分片结构。 如下图所示，Polkadot 的主要结构是由主链——中继链，再连接其他分片——平行链组成。

要想清楚地了解波卡的结构，我们需要了解波卡结构的三大重要链（中继链、平行链和桥接平行链）和四个重要角色。

其中，中继链是负责处理网络中整体共识和安全的主链。 平行链是基于 Substrate 框架的与中继链具有相同共识的分片。 转接桥平行链是由于一些成熟的底层区块链（如比特币和以太坊）不同于波卡的底层共识，不能直接接入中继链。 因此，桥接是通过在 Polkadot 的平行链和外部区块链上部署智能合约来实现的。 实现跨链功能的效果。

Polkadot 网络维护着四个基本角色：Collectors（帮助验证者收集、验证和提交备选平行链区块）、Nominators（类似于比特币矿工）、Validators（类似于比特币矿工池、打包网络区块）、phisher（防止网络作恶） ，负责报告其他角色）。

通过这些角色，以及 Polkadot 的跨链消息传递方案（XCMP）usdt如何跨链，可以在不同的区块链之间进行数据交互。

那么，为什么呢，我们需要注意上图右边有一个二级中继链。 如果一条中继链可以连接的平行链和转接桥是有限的，那么中继链还可以生成或者连接一个二级中继链，进一步扩展它的连接能力，二级中继链还可以连接到新的中继链，等等。 理论上，Polkadot 的这种结构具有无限的可扩展性，可以连接所有的区块链。

波卡是如何实现跨链的？

Polkadot 主要通过跨链消息传递方案（XCMP）来传输消息。 接下来，我们将以一种有趣的方式来讲解跨链的具体实现过程。

如果有这样一个场景，我想用平行链A的1个资产去和你交换平行链B的10个资产，那如果我把平行链A比作美国，平行链B比作日本，就相当于用10000美元和你兑换10万日元，那么整个跨链过程如下：

我在美国银行发起转账，转10000美金到你在美国的账户，美国收款人会提示我转10000美金到你在美国的账户，求你的银行日本给我转10万日元。

美国的收藏家将把这些信息连同目的地和时间一起传递给日本。 这些信息将首先放入美国的输出队列中。 在链之后，该组织将消息从美国的传出队列放置到日本的传入队列。

日本的validator收到信息后，日本的collector会执行信息中的要求，然后把你账户里的10万日元打到我日本的账户上，这样就完成了整个流程。

相同的路径映射到区块链网络。 美国和日本就像不同的区块链。 这样，两个信息孤岛网络之间的链接就完成了。 Polkadot具体的跨链实现，整个过程全部由区块链和智能合约执行，以去中心化的方式实现链间通信。

Cosmos的跨链是如何实现的？

虽然波卡是目前跨链领域的王者，但人们常常将Cosmos比作波卡的强大对手。 因此，我们需要从相同的角度来谈谈Cosmos的跨链构成。

Cosmos的跨链结构

同样，Cosmos也采用了中继链的方式进行跨链交互，但Cosmos打算提供一个标准协议（IBC）让其他区块链进入该协议完成信息交互。

我们拆分 Cosmos 的结构后，可以分为 Zones 和 Hubs。 Zone相当于Polkadot中的平行链（类似于接入不同的区块链网络），Hubs对应Polkadot中的中继链（负责监控其他链是否正常运行），一般来说，Hub管理的独立区块链称为“Zones” "，Hub 跟踪并记录每个 Zone 的状态。

它们之间的信息传递是一种称为“IBC”（区块链间通信协议）的协议来传递信息。 读者可以将其理解为 Cosmos 中特有的一种编码模式，只要你通过了这种编码。 确认是 Cosmos 生态系统的一部分，安全的信息交换也是可能的。

基于这些底层组件和通信协议，Cosmos 还开发了一个名为 Cosmos SDK 的通用框架，旨在创建一个模块生态系统，让开发者可以轻松创建应用程序专用的区块链，而无需从头开始编写应用程序的每一个功能，从而大大减少程序员花在区块链底层开发上的时间。

Cosmos是如何实现跨链的？

说到 Cosmos 具体是如何完成跨链动作的，我们还是要回到它的结构构成上。 Cosmos 将区块链拆分为共识层（Tendermint 核心）、网络层和应用层（Cosmos SDK）。 开发人员在开发各种类型的应用程序时具有更大的灵活性。

所以，Cosmos的跨链方式其实就是自己搭建一套区块链开发框架，让其他区块链在这个框架上进行开发，满足自己的应用，比如BFT共识算法或者Cosmos SDK。 理想状态听起来很有意思，但距离真正的跨链还有不少差距，所以还在“轻节点跨链”的方式上努力。

Polkadot 和 Cosmos 的区别

两者核心对比

为了让用户更容易理解 Polkadot 和 Cosmos 的区别，我们做了下图：

如果仅仅从功能或者某个方面来比较两个跨链项目的优劣，似乎无法判断哪个对哪个错，因为单一的构成只能体现某个方面的优势，所以我们还是回归到跨链本身，可能效果会更好。

双方发展现状

Cosmos项目自2015年立项以来，并未受到业界不同程度的关注。 毕竟作为跨链领域的领头羊，资本和社区都给予了厚望，其主网在2019年上半年迎来了上线。

但就在主网上线半年后，Tendermint Labs（Cosmos 背后的核心开发团队）负责人 Zaki Manian 在推特上公开表示，Jae Kwon（Cosmos 的创始人）过去一直专注于 Virgo 项目6个月。 但Cosmos的IBC开发无人问津，没有为IBC提供资源，导致很多有才华的工程师离开公司，导致核心软件团队资源严重不足，并表示要辞去CEO一职，这在 Cosmos 社区引起了巨大的动荡。

也正是因为 Cosmos 社区开发者数量的下降，其 IBC 跨链通信协议的开发一直处于缓慢爬坡阶段，因此跨链目标变得遥不可及，现在只能一个 Cosmos SDK 框架已经出来了。

另一方面，自8月份波卡主网开发以来，团队一直在努力开发平行链功能（跨链的核心组件），而在上周的区块链大会上，Gavin博士，创始人表示，平行链代码将在未来 2 周内公布，这让人们对跨链的到来有了更强烈的期待。

当然，从某种意义上说，Polkadot的跨链是利用XCMP来完成平行链之间的消息交互，也是同共识下的跨链，离我们理想中的最终跨链（交互）还差得很远不同的共识链）。 ，但按照发展路径来看，是符合预期的。

从跨链的功能和发展来看，我们认为Polkadot目前更像是一个真正的跨链，而Cosmos仍然是一个伪跨链，其设计只是在资产转移层面。 最重要的是，Cosmos 团队正在意识到最底层的资产转移戛然而止。 当初的理想虽然美好，但现实很骨感，跨链的重任应该交给波卡去实现。

后记

虽然我们了解到跨链的方式有很多，但我们更喜欢波卡设计的跨链形式，因为很多跨链技术往往只是考虑有针对性地解决某些问题，从而使某条链得以扩展，但是这并不能使区块链真正成为所谓的价值互联网和信任互联网。

要承载价值互联网的名字，它必须是一个非常大的网络，而不仅仅是局限于某个区块链。 现在的公链或者联盟链就像一个局域网。 只有 Polkadot 设计的将所有区块链相互连接，最终形成一个由许多区块链组成的互联网络，更符合这个标准。

当然，跨链解决方案绝不是我们现在看到的，也不排除未来会有更多的创新方式，但是从项目演进和区块链发展的角度来看，像Polkadot这样的跨链项目和Cosmos都是值得理解的，而至于未来谁能成为“跨链之王”，除了技术因素外，可能还要考虑市场和商业落地，这也是我们要考虑的问题区块链目前应该更受关注。 我们也会在后续的文章中，对波卡或者波卡生态系统这样的优质项目进行进一步的探索。

特别鸣谢：感谢Polkadot首个中文社区PolkaWorld的内容支持。

参考资料： 1. Polkadot的跨链消息传递解决方案（XCMP） 2. Polkadot的XCMP跨链消息传递最新进展｜Polkadot Wiki3，Polkadot（波卡）白皮书 4. 一篇文章了解跨链前沿技术Cosmos | 重温 5. Ripple 详解（ripple）提出的跨链技术Interledger Protocol（ILP） 6. 跨链到底是什么？ 7.科普| Cosmos区块链的工作原理：如何跨链，为什么？ 8. Cosmos 区块链的工作原理，Part-1：Cosmos 与比特币和以太坊的比较