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。
原文標題：《IOSG Weekly Brief｜多鏈生態：我們的當前階段與未來格局#13》
撰文：Jiawei
1. 引子
Composable Finance 提出了跨鏈互操作性的五個發展階段：
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0-20%：實現最基本的跨鏈通信和鏈間代幣移動；
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20-50%：用戶能夠在不同鏈上為資產提供流動性，藉此實現收益最大化；
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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；
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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。這些不同鏈的後端包將相互通信，以確保用戶體驗的持續性；
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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鍊格局。抽象來看，我認為Polkadot XCM / XCMP 與Cosmos IBC，以及Substrate 與Cosmos SDK，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 / Cosmos SDK。
最後，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。
2.1.Polkadot
中繼鍊是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，並執行共識，在中繼鏈上出塊。 Nominators 負責挑選Validators，並需要為他們質押DOT，以保護中繼鏈。
Polkadot 平行鏈的安全性依賴於中繼鏈，中繼鍊為平行鏈提供共享安全性和狀態一致性。
2.2.Cosmos
Cosmos 包含兩種類型的區塊鏈：Zones 和Hubs。 Zones 是常規的異構鏈，Hubs 則用於把這些Zones 連接起來。 Zone 和Hubs 之間的通信和消息傳遞依賴於IBC（Inter-blockchain Communication）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。
Cosmos Hub 是整個網絡中的第一個Hub，標誌著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後，我們來具體看各自的通信機制。
3.1.Polkadot XCM / XCMP
Polkadot 採用UMP、DMP 在平行鍊和中繼鏈間進行上、下行的消息傳遞，並基於XCMP（Cross-Chain Message Passing）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（Horizontal Relay-routed Message Passing）。
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（storage）。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。
圖片來源：根據，IOSG Ventures
上圖描述了XCMP 的工作原理：
平行鏈間可以打開雙向通道，分別用於接收和發送消息。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，而對方監測到消息後，將其加入到自己的輸入隊列，處理這條消息，並把區塊提交給Validators。 Validators 對消息進行驗證，隨後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。
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」—— 高階地抽像出這些消息的意圖，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（Cross-consensus Messaging Format），其中跨共識的涵義在於，這種通信格式不僅能在Polkadtot 鏈間的UMP、DMP 和XCMP 中採用，還能夠在智能合約、Pallet、橋以至SPREE（Shared Protected Runtime Execution Enclaves）之間進行通信。 （注：Pallet 相當於一系列有特定用途、可組合的模塊和工具包，例如EVM Pallet 的用途是在Substrate 鏈上集成基於Solidty 的合約；SPREE 模塊是一種去信任的消息模塊，用於確保在收到消息之後以何種方式執行代碼）
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」，其效用在於表達接收消息者得到消息應該做什麼。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（Cross-Consensus Virtual Machine）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 啟用後不久，Moonbeam 與Acala 率先宣布啟用基於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（$xcACA 和$xcaUSD）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。
Moonbeam 與Acala 兩大生態打通XCM 連接是一個里程碑事件，象徵著Polkadot 擘畫的跨鏈圖景正在緩緩鋪開。隨著其他平行鏈啟用基於XCM 的跨鏈通信，我們將看到更多類似的用例，並激發更大的想像空間。
3.2.Cosmos IBC
自底向上地，Cosmos 的體係依次基於Tendermint Core、IBC 和Cosmos SDK，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 於去年3 月在Cosmos Stargate 升級時正式開始實施，其語義和設計原理由鏈間標準ICS（Inter-chain Standard）所製定。
類比於互聯網通信協議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。
圖片來源：IOSG Ventures
上圖描述了IBC 數據包的生命週期。
IBC 採用「鎖定- 鑄造」的資產跨鏈模型。如上圖，Zone A 想要將資產跨鏈轉移到Zone B，需要鎖定代幣並將證明發送給Zone B，經驗證後，Zone B 在本身鏈上鑄造等量的代幣。該過程中資產並非產生了實際轉移，而是在Zone A 鎖定這筆資產，在Zone B 重新鑄造了等額的同一資產。
最終性（Finality）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。而對於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（注：目前Cosmos 與以太坊之間的Peg-Zone 是Gravity Bridge），並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後產出了100 個新區塊，認為實現了（偽）最終性。
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
我們從輕客戶端的角度來看XCMP 和IBC。
輕客戶端（或輕節點）最早是區別於全節點的一種說法，用於比特幣的簡化支付驗證（SPV）。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、驗證賬戶餘額和請求區塊頭。
在跨鏈通信時，中繼者對源鏈上的事件進行監控，並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（即輕客戶端）。輕客戶端驗證某一特定事件，並以此為憑據，執行某些動作。以上我們討論的Polkadot XCMP 和Cosmos IBC 都採用了輕客戶端模型。
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（存儲NEAR 的區塊頭）和NEAR（存儲以太坊的區塊頭）上。這些區塊頭由Relayer 進行定期更新，更新頻率取決於經濟效率上的權衡—— 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（如ERC-20 代幣或NFT）。
RainbowBridge 的速度與開銷主要取決於以太坊。將資產從以太坊發送到NEAR 大約需要6 分鐘（20 個區塊）。將資產從NEAR 發送回以太坊目前最多需要16 個小時（由於以太坊最終性的時間花費）。
3.4. 小結
圖片來源：IOSG Ventures
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。輕客戶端的優勢在於安全性，通過對某些信息進行驗證，兩條鏈之間可以知悉對手鍊上發生了什麼，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 的安全性屬於Shared Security，依賴於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，隨後Validators 把包含該消息的區塊包含到中繼鏈上。
上表中Cosmos 的Interchain Security 是一種特殊的Shared Security，即多鏈共享同一驗證者集並進行出塊。由於一些小型鏈的驗證者較為薄弱，容易受到攻擊，因此Interchain Security 相當於幫助他們繼承成熟網絡的安全性。
採用Cosmos IBC 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於：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、Cosmos IBC 和NEAR RainbowBridge 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。 （RainbowBridge 僅僅涉及到NEAR 與以太坊的跨鏈，不像前兩者屬於跨鏈生態，但作為輕客戶端的一種，我們同樣放在這裡做個對比。）
注：以上/ 下案例項目均為IOSG Portfolio，舉例僅供信息交流，不構成投資建議。個人投資決策請DYOR！
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Cosmos SDK 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，用於搭建區塊鏈與應用。在互操作性方面，Substrate 和Cosmos SDK 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：Substrate Node 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；Substrate FRAME 提供了一系列的模塊和組件（即上述提到的Pallet），開發者亦可編寫Pallet 並進行自由組合；Substrate Core 更加高維和抽象，開發者可以從頭設計運行時（注：運行時本質是狀態轉換函數，是Substrate 中的核心概念，代錶鍊的狀態存儲以及狀態將被如何更改）這三種方式的開發難度和技術靈活度都是遞增的。
Polkadot 和Kusama 都基於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，並不意味著所有Substrate 都需要與Polkadot 有強綁定的關係。
區別於智能合約，Cosmos SDK 提出了應用鏈（Application-specific Blockchains）的概念（也即為單個應用而定制的區塊鏈），並對底層的BFT 共識引擎Tendermint Core 和網絡層進行封裝，借助ABCI（Application Blockchain Interface）實現與應用層的連接。
除Cosmos SDK 之外還有一些擴展工具作為補充，例如基於JavaScript 的DeFi 組件Agoric、基於Wasm 的智能合約模塊CosmWasm 以及基於Cosmos SDK 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，在這裡暫不再詳細展開。
（PS：一些主觀的看法：在寫作本文的時候，筆者在Polkadot 和Cosmos 的Discord 開發者頻道提了一些問題。在Cosmos 提問時有專門的開發者社區Mod 建立一個子區，一對一回答問題，是比較好的體驗）
根據Electric Capital 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佔少數。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Cosmos SDK 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後的生態密不可分。
4.1. 小結
圖片來源：IOSG Ventures
同樣，我們對Substrate 和Cosmos SDK 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（同時協議也未必需要「瘦」）。在工程上，不同鏈有不同鏈的權衡取捨，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—— 服務於應用。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？也許並不關心。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。 （我認為符合此描述的其中一個應用是NFT Marketplace 聚合器gem.xyz, 界面清爽、功能好用，對很多用戶來說這就足夠了。）
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（例如DeFi Kingdoms 和STEPN）。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，使鏈間的競爭關係達到相對均衡。
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。在近一年來的多鍊格局之下，我們有了更多的錨、跨鏈橋，以及更複雜的協議，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，當前市場處於中長期的下行趨勢，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（例如多鏈錢包）至關重要。
圖片來源
我們應如何展望未來的多鍊格局？在上圖（截至2021 年9 月），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。 （儘管如此，黑客對於跨鏈設施漏洞的攻擊仍然層出不窮，保持樂觀，但也應小心謹慎。）
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。期待在未來湧現出更多的應用鏈。
當下，我們仍處在多鍊格局的早期階段。
