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边肖：记得要集中注意力。
资料来源：波尔卡多特生态研究所
原标题：《探秘波卡丨 Cosmos 和 Polkadot 的跨链是一回事吗？看懂跨链这一篇就够了》
由Polkadot实验室编写
说到区块链的发展，用一个更形象的比喻来形容可能更合适。就像春秋时期的改朝换代一样。起初，它被分割成各自为政的诸侯，后来它往往需要统一的东西，无论是货币、语言还是计量单位，这就是区块链发展的未来原型。
如果说2017年之前的区块链是被诸侯瓜分的，那么未来两年，人们可能更多谈论的是如何让无数条锁链稍微统一起来。毕竟每个公链都宣称自己是未来的底层操作系统，但即使真的有10个这样的“链”，人们仍然无法达到“链间合作”的目的。
尤其是当区块链协议越来越多，资产交互越来越频繁的时候，人们迫切需要一种技术来实现不同链之间的交互，这也是“跨链”技术逐渐出现并走向成熟的原因。
当然，Cross Chain也不是最近两年才出现的。跨链最早可以追溯到2012年。当时，Ripple Laboratories提出了一个名为Interledger的协议，旨在连接不同的区块链书籍，实现它们的协作，其目标是创建一个全球统一的支付标准和统一的网络金融传输协议。
简单来说，Ripple带来的交联更像是支付协议。通过设置一个自动“中间人”，可以将交易双方的信息汇集在一起，一旦达成协议，交易就自动完成。其实这种交联更像是后来一种特殊的智能合约，而不是我们现在所熟悉的交联。
那么，跨链提出八年后，跨链领域发生了哪些巨大的变化，将走向何方？我们试图通过Polkadot和Cosmos两个跨链项目，深入剖析跨链的发展，为读者奉上晚餐。
什么是真正的跨链？跨链误解
当然，说到跨链，大家可能都听说过这个词，甚至不足以作为2020年区块链的热词。毕竟，区块链的世界也需要一些新鲜的故事来填补历史的空缺。至于智能合约和公链，已经是两年前的故事了，跨链似乎更符合区块链发展的宏伟目标，虽然是真的。
但是市场上很多人似乎对跨链有一些误解，这些误解造成了理解什么是真正的跨链的门槛。所以，我们先从几个常见的误区说起。
A.跨链就是像交换位置一样交换链上的资产？
说到跨链，有些朋友可能真的认为跨链可以把类似比特币链的资产以“跨链”的方式转移到以太坊，就像交换桌子上的苹果和梨一样。似乎这听起来真的很神奇，但是cross-chain真的是这样的吗？
在区块链世界，我们常说的跨链，其实更像是人民币和美元兑换的关系。你什么意思？跨链就像我们把人民币换成美元、欧元或者其他货币，中间的交换过程叫做跨链，也是更早的跨链留下的形式，但不是真正的易货转移，而是价值的等价交换。
因此，2012年随后几年提出的跨链通常指的是资产的跨链，包括众所周知的双向锚定、哈希时间锁、原子交换、资产质押转移、网关和联邦签名等。这些都是实现的途径，他们的目标并不是将链上的比特币转化为其他类型的证书，而只是转化资产的形态。
b、跨链实现路径很简单？
也许很多人听到跨链技术会觉得这是一个很简单的理工科项目。毕竟字面意思看起来很简单，就像从A到B传递信息，只要用手机或者物流就可以完成，但实际上对于跨链来说，就没那么简单了。
即使跨越资产的链条听起来更容易，但人们多年来一直在摸索，试图以不同的方式突破一些问题和瓶颈，但仍然没有找到一种最佳或更通用的方式来完成这一目标。
比如我们看到几年前提出的比特币侧链，其中双向锚定是比特币侧链技术中非常重要的概念，目的是实现比特币主链币和侧链币之间的跨链。双向锚定可以让侧链“知道”主链上的某个特定硬币是否被锁定，并根据锁定状态解锁或销毁相应数量的侧链，这就像BTC“穿越”侧链，或者反过来，侧链硬币“穿越”回主链，但时至今日，资深技术人员仍然认为这种方法过于简单，甚至存在很多安全隐患。
所以，跨链并不是大家想的那么简单。事实上，它比我们想象的要复杂得多，这就是为什么它成为区块链工业需要解决的一个问题。
c、只有一种方法可以实现跨链？
这可能是大多数不太懂技术的区块链从业者常犯的错误。他们会认为区块链的跨链方式其实只有一种，大家都在用正确的方式努力，但我相信通过以上两种解释，大家不会再这样想了。跨链的实现方式其实太多了，但我们都称之为跨链。
下一节将详细讲解几种常见的跨链实现方法，相信会让大家豁然开朗。
交叉链的实现方式
既然实现跨链的方式不止一种，那么目前有哪些跨链方式可以关注？当然，我们尽量不从那些复杂的专业术语入手，而是用更好的方式来解释跨链的几种主流方式。
一、集中式网关跨链
顾名思义，这是一个权威机构的Oracle模式输入的跨链模式。通过引入外力接入跨链，相当于借助第三方机构完成跨链动作，就像借助银行系统转移资金一样。这种模式虽然高效，但也存在一定的安全隐患。
b、跨链多签托管
与之前的方法相比，在单一集权的基础上增加一组权威机构，由他们投票承担跨链数据的交互，类似于议会制，因为多个机构的存在进一步提高了安全性，但相对的，效率也大打折扣。
c、镜像交叉链
镜像交叉链是一种更有趣的解决交叉链的方法。它通过最大资产的镜像合成其他小资产，从而完成经济学中的虚拟跨链。例如，Synthetix使用其数字资产SNX来合成其他小型资产，其价值是SNX(最大的资产)的数倍。
d、跨链轻节点
沿着上述跨链思路再往前走，可以发现另一种跨链思路，即数据的交互完全由代码管理，不需要任何中间人。当然，这是一种理想的方式。理论上可以最终完成块头、交易、终极共识的跨链，但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。
真正的交叉链
虽然市场上有10多种具体的跨链实现方式，甚至每年都有关于跨链的新名词出现，但我们还是回到跨链的本质，思考什么才是真正的跨链。
最近，一位区块链技术资深人士谈到了一个关于跨链的更有趣的描述。首先，他给出了共识渗透的定义。共识穿透是指两个不同共识的区块链如何从共识层打通，使两个链条相互连接，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与链之间的资产交互，其次是信息交互。放大来说，跨链需要解决的其实是同一共识下的链与链之间的信息传递和交互，但更本质的是跨链解决的是不同共识下的链与链之间的事务，能够解决这个问题的方式或技术叫做跨链。
当然，这只是更准确的跨链定义，但随着区块链的发展，不排除会有更有趣的描述。
为什么区块链需要穿过锁链？打破区块链信息孤岛困境
USDT是目前市场价值最高、使用最广的稳定货币。它是Tether USD(简称USDT)，是一种基于美元的加密货币，由Tether公司推出，USDT为1美元。Tether严格遵守1:1的准备金担保，即每发行一个USDT，其银行账户将得到1美元的担保。
USDT也是几经周折才在几个区块链上发行的，从最开始基于Omni协议，到后来以太坊发布的ERC20版USDT，再到波场发布的TRC20版USDT，一步步发展，最终成为第三种有市场价值的加密货币。
因为USDT有相应的美元支持，USDT可以随着保底美元的增加而发行，但是经常遇到。比如今年的DeFi火爆，以太坊的ERC20很多USD都是在DeFi项目中发现的，这就使得ERC20的USDT不足。此时，如果紧急发行USDT难以快速筹集到大量美元，则Tether公司不得不将TRC20上的USDT转移到以太坊以满足市场需求。Tether公司采取的方法是销毁TRC20的一部分USDT，然后在以太坊发行同样数量的ERC20的USDT。
然后，一些波场上的DeFi项目逐渐诞生，波场上出现了TRC20 USDT的短缺。因此，系绳不得不频繁地在几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)不能随意在区块链和区块链之间转移。每个区块链无论生态做得多好，也只相当于一个发展得很好的城市，无法与其他城市沟通，这就是信息孤岛。
一个好的区块链应用肯定不会满足于只有一个区块链，就像我们刚刚提到的USDT。另一种方式是在NEO链上分发另一个名字类似于路印协议(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不同区块链的数据进行交互，那么Tether和路印协议团队就不用费心在不同的链上来回折腾了。Polkadot的设计初衷是将所有的区块链链接在一起，相互连接，最终形成一个由多个区块链组成的互联网，完美的满足了这一需求。您希望在未来应用于多个区块链的区块链应用程序项目只有发布到Polkadot上才能扩展到整个区块链。
提供区块链性能
DeFi今年大热，以太坊再次证明了自己是区块链领域最大的区块链应用平台。在这场盛宴中，区块链的一些老问题再次浮出水面，让我们难以忽视。
目前90%以上的DeFi项目都在以太坊，结果之一就是以太坊和ERC20的令牌传送速度慢，传送费用飞涨。长期以来，以太坊传送的气费平均在500Gwei以上，最高收费达到1,000 gwei，也严重影响了德菲生态之外的项目和组织。
NFT市场货运公司的创始人肖恩帕帕尼古拉曾经说过，NFT行业正处于一个转折点。然而，由于气价飙升，以太坊缺乏可扩展性，给行业新参与者带来了压力。高额的燃气费导致一些平台开始致力于Layer2的拓展，即二层网络的解决方案，而一些项目方则把目光投向了其他区块链，彻底离开了以太坊。
另一方面，交易所是另一个受害者。高昂的转账手续费让很多交易所在用户每次向以太坊和ERC20转账时，都会损失几块钱甚至更多。美国最大的加密货币交易所比特币基地Pro不堪重负，最终发布公告让用户承担转账的网络费用。
当务之急是提高业绩，降低转移成本，扩大区块链。
目前有两种扩展方案。一种是链上扩展，通过修改区块链的修改规则来实现，包括块大小和共识机制。比如加密货币圈一直在热议，考虑增加比特币的块大小来提高比特币的转账速度。再比如，以太坊2.0的设计就是将共识机制从PoW改为PoS，采用分片技术改变网络认证方式，提高效率。
第二类是离线扩展，比如Layer2扩展，这是二层网络的扩展模式。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，处理完后再送回来。这也分为集中式的解决方案，比如比特币的线下扩张计划——闪电网，以及分散式的解决方案，比如ChainX，可以跨越比特币。区别在于第二网络是否是区块链，中间过程是否通过智能合约完成。
作为一个知名的跨链项目，Polkadot本身的架构属于碎片化，所以Polkadot的性能不用担心。另一方面，Polkadot可以链接其他并行链，这些并行链可以自发地作为某些链的二级扩展来提高这个链的性能。
提高区块链的可扩展性
在最后一点中，我们提到了Polkadot的平行链可以作为某些链的第二层网络，所以如果这个链具有原区块链所没有的性质，就可以在原链上增加更多的功能。如果我们在Polkadot上为比特币做一个具有智能合约功能的两层网络，就可以让比特币也具有智能合约的功能。
丰富区块链生态
老一辈人都知道，要致富，必须先修路，外部资源必须循环发展。北京再好的发展，也比不上互联互通后11天假期带来的整体经济效益。区块链也是如此。就拿今年红极一时的DeFi来说吧。以太坊最火的时候，全网参与DeFi的资金只有100多亿美元。如果能通过跨链把数千亿的比特币拉入DeFi生态系统，那么如此巨大的流动性参与DeFi所带来的经济收益绝对是不可比拟的。届时，DeFi的发展将可能远远超过2017年牛市的盛况，撼动传统金融。
保护每个链的隐私
首先澄清一下，我们所说的跨链并不局限于公有链之间的链接，也包括联盟链与公有链或联盟链之间的跨链。然后，就出现了这样的情况，A联盟链和B联盟链之间的数据不共享。如果两者的数据需要交互，可以通过跨链连接。两者的交互只涉及需要交互的数据，既保护了各个链的隐私，又允许链间的交互。
业务逻辑被进一步细化
以后每个链条都有独立的业务，多个链条结合起来，理解和分析会更清晰。比如会有专注于DeFi的链，专注于游戏的链，比特币的智能合约链，以太坊的Layer2链等等。所以跨链也可以做不同业务链之间的链接。
波尔卡多的跨链是如何实现的？被称为跨链之王的波尔卡多特，是目前最复杂、最庞大的设计之一，这也是由于它的野心很大，希望能连接全区块链。那么它是一种什么样的结构，又是通过什么方式实现的呢？
波尔卡多的交叉链结构
在上一篇文章中，我们介绍了以太坊2.0是同构的片段，Polkadot是异构的片段结构。如下图所示，Polkadot的主体结构由主链——中继链组成，再与其他碎片——并联链连接。
要想清楚Polkadot的结构，需要了解Polkadot结构的三个重要链(中继链、并联链和转移桥并联链)和四个重要作用。
其中，中继链是负责处理网络中整体一致性和安全性的主链，并行链是基于底层框架的与中继链具有相同一致性的片段。传送桥的并行链不能直接连接到中继链是因为一些成熟的区块链(如比特币、以太坊)与Polkadot的底层共识不同，所以在Polkadot和外部区块链的并行链上部署智能合约，达到过桥的效果。
Polkadot网络有四个基本角色需要维护：收集者(帮助验证者收集、验证和提交备选并行链块)、提名者(类似于比特币矿工)、验证者(类似于比特币矿池，打包网络块)和渔夫(防止网络邪恶和举报其他角色)。
通过这些角色，以及Polkadot的跨链消息传递方案(XCMP)，数据可以在不同的区块链之间进行交互。
那么，为什么说上图右侧有二级干线链呢？如果一条中继链可以连接有限数量的并行链和交换桥，那么该中继链可以通过生成或连接一条次级中继链来进一步扩展其连接容量，次级中继链可以连接一条新的中继链，以此类推。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。
波尔卡多如何实现跨链？
Polkadot主要通过跨链消息传递方案(XCMP)传输消息。下面用有趣的方式来解释一下跨链的具体实现过程。
如果有这样的场景，我想用一条平行链A的资产换十条平行链B的资产，如果把平行链A比作美国，把平行链B比作日本，相当于用10万日元和你换1万美元。然后，整个跨链过程是这样的：
我在美国银行发起转账，转1万美元到你在美国的账户，美国收款人表示我转1万美元到你在美国的账户，让你在日本的银行转10万日元给我。
美国收藏家打算将这些信息连同目的地和时间一起发送到日本。这些信息会先放在美国的输出队列中。交易在交付前由美国验证人确认后，信息将通过中继链的组织放入日本的输入队列中。
日本验证人收到信息后，会通过日本的采集器执行信息中的要求，然后从你的账户转10万日元到我在日本的账户，这样就完成了整个过程。
到区块链网络的映射也是相同的路径。美国和日本就像不同的区块链，就这样，完成了两个信息孤岛的网络链接。特定Polkadot的跨链实现完全由区块链和智能合约实现，链间通信以分散的方式实现。
宇宙的跨链是如何实现的？虽然Polkadot是目前跨链领域的王者，但Cosmos经常被拿来和Polkadot比较，作为一个强大的对手。所以我们需要从同一个角度来谈宇宙的跨链构成。
宇宙的交叉链结构
同样，Cosmos也采用中继链的方式进行跨链交互，但Cosmos旨在提供一个标准协议(IBC)，供其他blocks链接到该协议中完成信息交互。
我们把宇宙的结构分成区域和中心。Zones相当于Polkadot中的并行链(类似于接入不同的区块链网络)，hub相当于Polkadot中的中继链(负责监控其他链是否正常运行)。一般来说，Hub管理称为“区域”的独立区块链，每个区域的状态由Hub跟踪和记录。
它们之间的信息传递是一种叫做“IBC”(区块链之间的通信协议)的协议来传递信息，读者可以理解为宇宙中一种独特的编码方式。只要被编码，就可以确认它是宇宙生态的一部分，也可以进行安全的信息交互。
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。它的目标是创建一个模块化的生态系统，允许开发者轻松创建特定的应用区块链，而无需从头开始编写应用的每个功能，从而大大减少程序员在区块链底层开发上花费的时间。
Cosmos是如何实现跨链的？
说到Cosmos具体是如何完成跨链动作的，还是要回到它的结构构成上来。Cosmos将区块链分为共识层(Tendermint内核)、网络层和应用层(Cosmos SDK)，这使得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个区块链开发框架，让其他区块链在这个框架上开发，满足自己的应用比如BFT共识算法或者Cosmos SDK。这种理想状态听起来很有意思，但离真正的跨链还有很多差距，所以还在“轻节点跨链”的路上努力。
波尔卡多特与宇宙的区别：两者的核心比较
为了让用户更直观的了解Polkadot和Cosmos的区别，我们制作了如下图片：
如果仅从功能或某一方面来比较两个跨链项目的优劣，似乎无法判断谁对谁错，因为单一的构图只能体现某一方面的优势。所以我们还是回到跨链本身，可能效果会更好。
两者的发展现状
宇宙，自2015年成立以来，不同程度地没有受到业界的关注。毕竟作为跨链领域的领导者，无论是雇主还是社区都给予了很大的期望，其主网于2019年上半年上线。
然而，就在主上线半年后，Tender Mint Labs(Cosmos背后的核心开发团队)的主管扎基马年(Zaki Kumar)在推特上公开表示，在过去的半年里，jae kwon(Cosmos的创始人)一直专注于处女座项目，而忽略了Cosmos的IBC开发。没有为IBC提供资源，导致许多有才华的工程师离开公司，使得核心软件团队的资源严重不足，并表示将辞去CEO职务，引发了宇宙社区的巨大动荡。
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，所以跨链目标变得遥不可及，现在只出了一个Cosmos SDK框架。
另一方面，自8月Polkadot的开发上线以来，团队一直在努力开发并行链功能(跨链的核心组件)，而在上周的区块链发布会上，创始人Gavin博士表示，并行链代码将在未来两周内公布，这让人们对跨链的到来有了更强烈的期待。
当然，从某种意义上来说，Polkadot的跨链是借助了XCMP的跨链，还是在同一个共识下，离我们理想的终极跨链(不同共识链之间的交互)还有差距，但按照发展路径来看，还是符合预期的。
从跨链的功能和发展来看，我们认为Polkadot更像是一个真正的跨链，而Cosmos还是一个伪跨链，它的设计只是在转移资产的层面。最重要的是，Cosmos team在实现最基本的资产转移之前戛然而止。最初的理想虽然美好，但现实很骨感，跨链的重任还是留给波尔卡多特去实现。
后记虽然我们知道跨链的方式有很多种，但是我们更倾向于Polkadot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的解决一些问题，从而可以扩展某个链，但是这并不能让区块链真正成为所谓的价值互联网和可信互联网。
要承载价值互联网的名称，它必须是一个非常庞大的网络，而不会局限于某个区块链。现在的公链或者联盟链就像一个局域网。只有像波尔卡多特设计的那样，把所有的区块链互联起来，最终形成一个由很多区块链组成的互联网，才更符合这个标准。
当然，跨链的解决方案也绝不是我们现在看到的，不排除未来会有更多创新的方式。然而，从项目演进和区块链发展的角度来看，像Polkadot和Cosmos这样的跨链项目是值得我们理解的。至于谁能成为未来的“跨链之王”，除了技术因素之外，可能还需要考虑市场和商业落地，这是区块链现在更应该关心的问题，我们会在后续文章中更进一步。
特别鸣谢：感谢博卡第一华人社区PolkaWorld在内容上的支持。
参考文献：1。Polkadot的跨链消息传递方案(XCMP)2。Polkadot XCMP跨链消息的最新进展| |Polkadot Wiki3。波尔卡多特的白皮书4。阅读前沿跨链技术宇宙|重访5。ripple 6提出的跨链技术交织协议(ILP)的详细说明。什么是跨链？7.科普工作原理|宇宙区块链：如何跨越锁链，为什么要跨越锁链？8.宇宙区块链的工作原理，第一部分：比较宇宙与比特币和以太坊。