原文作者：Jiawei
原文編輯：Olivia
原文來源：IOSG Ventures
1. 引子
圖片來源：https://medium.com/composable-finance/the-philosophy-of-the-cross-chain-ecosystem-a-continuum-of-interoperability-33ed81350190
Composable Finance 提出了跨鏈 互操作性的五個發展階段：
0-20%：實現最基本的跨鏈通信和鏈間代幣移動；
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；
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；
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；
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
圖片來源：https://coinmarketcap.com/alexandria/article/a-deep-dive-into-polkadot
https://polkadotters.medium.com/polkadot-architecture-6d150dd1253e
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
圖片來源：https://v1.cosmos.network/intro
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
圖片來源：https://w3f.github.io/parachain-implementers-guide/messaging.html
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https://www.youtube.com/watch?v=dyx-ePhuQRg，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。
圖片來源：https://medium.com/polkadot-network/xcm-the-cross-consensus-message-format-3b77b1373392
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。
圖片來源：https://apps.moonbeam.network/moonbeam
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。
圖片來源：https://v1.cosmos.network/intro
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。
圖片來源：https://hub.mintscan.io/ecosystem
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。
圖片來源：https://near.org/zh/bridge/
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。
圖片來源：https://docs.substrate.io/v3/getting-started/architecture/
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。
圖片來源：https://v1.cosmos.network/intro
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）
圖片來源：https://medium.com/electric-capital/electric-capital-developer-report-2021-f37874efea6d
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：https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8
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。
參考材料
https://medium.com/composable-finance/the-philosophy-of-the-cross-chain-ecosystem-a-continuum-of-interoperability-33ed81350190
https://thenewstack.io/web3-developer-ecosystem/
https://www.parity.io/blog/what-is-a-light-client/
https://substrate.io/https://wiki.polkadot.network/docs/https://v1.cosmos.network/intro
https://ibcprotocol.org/
https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8https://blog.cosmos.network/interchain-security-is-coming-to-the-cosmos-hub-f144c45fb035
https://github.com/paritytech/xcm-format
https://aurora.dev/blog/2021-how-the-rainbow-bridge-works
https://near.org/blog/the-rainbow-bridge-is-live/
https://docs.substrate.io/v3/
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來源： IOSG Ventures
