跨鏈作為區(qū)塊鏈一種不可或缺的技術(shù)，我們研究跨鏈，以更好地了解區(qū)塊鏈之間是如何相互通信。
最初構(gòu)建區(qū)塊鏈時，他們設(shè)想能夠提供“一刀切”的解決方案，這意味著所有交易，智能合約或其他任何事物都在單個鏈上執(zhí)行。 但是，現(xiàn)在很明顯，這樣的系統(tǒng)不太實用，尤其是在存在可伸縮性限制和創(chuàng)新約束的情況下。
跨鏈?zhǔn)莾蓚€相對獨立的區(qū)塊鏈之間的互操作性。換句話說，由于區(qū)塊鏈?zhǔn)且詷?biāo)準(zhǔn)化的方式構(gòu)建的，因此它允許區(qū)塊鏈彼此通信。跨鏈實施主要以資產(chǎn)交換和資產(chǎn)轉(zhuǎn)移為代表，既是區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲闹匾M成部分，也是PPIO的重要研究方向。使用交叉鏈，可以避免單鏈的局限性。今天，我們將探討Cosmos跨鏈協(xié)議的邏輯結(jié)構(gòu)。
根據(jù)不同的基礎(chǔ)技術(shù)，跨鏈的相互作用可以分為同構(gòu)的跨鏈和異類的跨鏈。對于同構(gòu)鏈，安全機制，共識算法，網(wǎng)絡(luò)拓撲和塊生成驗證邏輯是一致的，它們之間的跨鏈交互相對簡單。
另一方面，異構(gòu)鏈的跨鏈交互相對復(fù)雜，并且包括諸如針對比特幣的PoW算法和針對Tendermint的PBFT共識算法之類的技術(shù)。區(qū)塊組成和確定性保證機制差異很大，因此直接設(shè)計跨鏈交互機制并不容易。異構(gòu)鏈之間的跨鏈交互通常需要第三方輔助服務(wù)。
如何實現(xiàn)跨鏈同構(gòu)？
基于Tendermint開發(fā)的鏈可以采用同構(gòu)跨鏈。 Cosmos中同構(gòu)鏈之間的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移原理如下。
由于Tendermint使用PBFT+POS共識算法，因此只有在2/3個驗證者同意的情況下，才會將區(qū)塊提交到網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^檢查區(qū)塊頭以驗證區(qū)塊頭在特定鏈中是否合法來驗證驗證器信息。例如Tendermint正在開發(fā)兩條鏈：鏈A和鏈B?，F(xiàn)在假設(shè)資產(chǎn)需要在鏈上轉(zhuǎn)移。首先，兩個鏈A和B將相互注冊。在注冊過程中，A和B認識到它們的獨立性。然后鏈將相互發(fā)送各自的創(chuàng)世塊和ChainID（用于表示不同的鏈）。由于創(chuàng)世塊包含驗證者信息，因此在注冊后，A和B鏈將具有另一條鏈的驗證者信息以及區(qū)塊頭信息。
現(xiàn)在，需要將A中的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到B。首先用戶可以將跨鏈交易包Tx發(fā)送到A。A執(zhí)行packageTx，銷毀或鎖定相關(guān)資產(chǎn)，然后將packageTx寫入出口。出口可視為放置所有外部通知的跨鏈交易的郵箱。
為了將在鏈A中發(fā)生的事件通知鏈B，需要一個中繼器。中繼器負責(zé)將跨鏈消息從鏈A的出口轉(zhuǎn)發(fā)到鏈B的出口。在這種情況下，中繼器在鏈A的出口中查詢packageTx，并獲得packageTx的Merkle證明。該信息被打包到IBC Package PostTx事務(wù)中并發(fā)送到鏈B，鏈B查詢關(guān)于packageTx位置的區(qū)塊頭信息。它還將區(qū)塊頭信息打包到IBCUpdate Chain Tx中，并將其發(fā)送到鏈B。注意中繼器支付了IBC Package PostTx和IBCUpdate Chain Tx的交易成本。
鏈B接收到IBCPacketPostTx事務(wù)后，它首先通過該鏈中的驗證器檢查IBCUpdateChainTx中的區(qū)塊頭是否為鏈A的一部分，然后驗證IBCPacketPostTx中跨鏈?zhǔn)聞?wù)的Merkle證明是否等于該區(qū)塊IBCUpdateChainTx中的頭哈希。當(dāng)所有支票都通過時，B鏈開始執(zhí)行相關(guān)操作（對于B鏈，這意味著生成相關(guān)資產(chǎn)等）。
同構(gòu)跨鏈實現(xiàn)方法
Cosmos中的跨鏈由IBC協(xié)議實現(xiàn)。 Cosmos生態(tài)系統(tǒng)中定義了以下IBC協(xié)議軟件包：IBCRegisterChainTx，IBCUpdateChainTx，IBCPacketCreateTx，IBCPacketPostTx。
IBCRegisterChainTx
在跨鏈的開頭使用以下代碼注冊和發(fā)送創(chuàng)世紀(jì)區(qū)塊。驗證者會將其交給另一方。此代碼只能執(zhí)行一次，多次執(zhí)行將報告錯誤。
type IBCRegisterChainTx struct {
BlockchainGenesis
}
type BlockchainGenesis struct {
ChainID string
Genesis string
}
IBCUpdateChainTx
用于將當(dāng)前鏈上的最新區(qū)塊信息，區(qū)塊高度和區(qū)塊頭信息傳輸?shù)搅硪粋€鏈。
type IBCUpdateChainTx struct {
Header tm.Header
Commit tm.Commit
// TODO： NextValidators
}
IBCPacketCreateTx
當(dāng)鏈條接收到交易包時，它將執(zhí)行跨鏈交易并將相關(guān)信息放入出口。
type IBCPacketCreateTx struct {
Packet
}
type Packet struct {
SrcChainID string
DstChainID string
Sequence uint64
Type string // redundant now that Type（） is a method on Payload ？
Payload Payload
}
IBCPacketPostTx
跨鏈交易執(zhí)行后，此軟件包包含Merkle證明，然后由中繼器將其發(fā)送到另一個鏈。
type IBCPacketPostTx struct {
FromChainID string
// The immediate source of the packet， not always Packet.SrcChainID
FromChainHeight uint64
// The block height in which Packet was committed， to check Proof
Packet
Proof *merkle.IAVLProof // Merkle證明
}
plugin
從上面的協(xié)議我們可以看到，這些協(xié)議包實際上是一個事務(wù)。Tendermint有一個plugin模塊，以方便我們擴展。 我們可以在plugin中實現(xiàn)接口，并使用IBC plugin執(zhí)行跨鏈交易。
type Plugin interface {
// Name of this plugin， should be short.
Name（） string
// Run a transaction from ABCI DeliverTx
RunTx（store KVStore， ctx CallContext， txBytes ［］byte） （res abci.Result）
// Other ABCI message handlers
SetOpTIon（store KVStore， key， value string） （log string）
InitChain（store KVStore， vals ［］*abci.Validator）
BeginBlock（store KVStore， hash ［］byte， header *abci.Header）
EndBlock（store KVStore， height uint64） abci.ResponseEndBlock
}
上面的代碼是plugin接口的定義。可以看出，該plugin與ABCI接口非常相似，因此IBC事務(wù)在deliverTx處交給了該plugin。
// ABCI：：DeliverTx
func （app *BaseApp） DeliverTx（txBytes ［］byte） （res abci.Result） {
// Exec tx
switch tx ：= tx.（type） {
case *types.SendTx：
// 執(zhí)行正常交交易
case *types.AppTx：
// 執(zhí)行plugin中的交易
plugin ：= pgz.GetByName（tx.Name）
res = plugin.RunTx（cache， ctx， tx.Data）
return res
default：
return abci.ErrBaseEncodingError.SetLog（“Unknown tx type”）
}
return res
}
異構(gòu)跨鏈PegZone
對于使用POW共識算法的鏈，例如比特幣和以太坊，它們?nèi)绾问褂肨endermint的IBC協(xié)議跨鏈運作？由于這些鏈中使用了POW算法，因此我們無法通過驗證器驗證這些鏈的區(qū)塊。我們也無法使用Merkle證明來證明這些鏈上跨鏈交易的合法性。此外，POW共識算法生成的區(qū)塊是概率性最終的，并且有可能被回滾。我們需要確?？珂溄灰资钦嬲淖罱K交易，并且不會回滾。
基于以上考慮，我們使用PegZone方案執(zhí)行異構(gòu)跨鏈。PegZone本身實際上是Tendermint開發(fā)的代理鏈，它實時跟蹤原始鏈的狀態(tài)，并設(shè)置安全閾值以等待原始鏈塊的增長。當(dāng)數(shù)字達到安全閾值時，原始鏈狀態(tài)被視為具有偽實時終結(jié)性（回滾概率?。?，這與輕客戶端錢包驗證的原理相同。例如比特幣安全閾值通常設(shè)置為6，而ETF安全閾值可以設(shè)置為20或100。PegZone本身具有實時確定性，可以通過IBC連接到Cosmos Hub以實現(xiàn)跨鏈。
下圖使用PegZone或Peggy以及以太坊作為跨鏈接的示例。
從上圖可以看出，PegZone可分為五個部分：
1. smart contract：資產(chǎn)托管在以太坊和Cosmos中代幣托管中的作用。它主要提供四種方法：鎖定，解鎖，鑄造和銷毀。
2. witness：這是一個完整的以太坊節(jié)點，它監(jiān)視以太坊合約的事件并等待生成100個區(qū)塊。封裝的見證人Tx被提交給PegZone以證明以太坊區(qū)塊鏈上的狀態(tài)變化。
3. PegZone：PegZone是基于Tendermint的區(qū)塊鏈，可維護用戶帳戶信息，允許用戶之間進行資產(chǎn)轉(zhuǎn)移并提供交易查詢。
4. signer：Secp256k1用于簽名交易，以便可以通過智能合約有效地驗證簽名；這對應(yīng)于智能合約的驗證者公鑰集。
5. relay：relay負責(zé)所有事務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。該角色將已簽名的SignTx轉(zhuǎn)發(fā)到智能合約。
Cosmos Hub角色
在Cosmos中的basecoin跨鏈演示中，兩個鏈（鏈A和鏈B）被跨鏈接，并相互發(fā)送IBC注冊鏈Tx進行注冊。 跨鏈時，將直接發(fā)送IBC協(xié)議包以執(zhí)行資產(chǎn)的跨鏈操作。但是這種直接連接有問題。隨著訪問網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域（相當(dāng)于一個獨立的區(qū)塊鏈）的數(shù)量增加，如果直接實現(xiàn)通信，鏈接的數(shù)量將以平方的順序增加。以連接到網(wǎng)絡(luò)的100個區(qū)域為例。 果每個區(qū)域直接需要建立IBC連接，則網(wǎng)絡(luò)需要n（n-1）/ 2 = 4950個通信鏈路。如此快速的增長顯然將壓倒整個網(wǎng)絡(luò)。
Hub的概念可以解決有關(guān)此問題的問題。在Cosmos生態(tài)系統(tǒng)中，所有區(qū)域都將注冊并向集線器發(fā)送IBC軟件包。
Hub運行模式
Hub管理許多區(qū)域。所有區(qū)域都需要向Hub注冊。Hub跟蹤每個區(qū)域的狀態(tài)。每個區(qū)域?qū)⑵洚a(chǎn)生的所有新區(qū)塊信息報告給Hub。同時每個區(qū)域還需要同步Hub的狀態(tài)。每個區(qū)域不是通過區(qū)域之間直接通信，而是通過將IBC發(fā)送到Hub進行間接通信。
當(dāng)區(qū)域建立與Hub的IBC連接時，它可以自動訪問連接到Hub的其他區(qū)域，這意味著一個區(qū)域不需要連接到其他區(qū)域。
當(dāng)一個區(qū)域從連接到Hub的另一個區(qū)域接收令牌時，它只需要信任Hub和該區(qū)域，而不必信任網(wǎng)絡(luò)中的所有其他區(qū)域。
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