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区块链百科合集 之 层 级 架 构
如果我们将区块链想像成洋葱，各类技术组件就像洋葱一层紧挨一层的组织，但在实现衔接上要更为复杂，这些相邻层次的组件需要通过接口交互和支撑。
导 读
跨链作为近两年来区块链手艺一个炙手可热的偏向，吸引了许多人的眼光。
从手艺层面看，Cosmos无疑可以与Polkadot并称“跨链双雄”，两者的手艺门路并无显著的优劣之分，只是开发理念各有千秋。
Cosmos最初是由Tendermint团队构建的开源社区项目，它将自己界说为“一个由多条自力平行区块链组成的去中央化网络”，和Polkadot一样，也由中继手艺实现。
Cosmos到底是若何解决跨链历程中遇到的各项问题的，本文通过对其架构和跨链买卖流程的解读，带我们进一步领会Cosmos。
什么是Cosmos
Cosmos作为跨链双雄之一，定位为一个可扩展、易用、互操作的区块链互联网。
首先先容Cosmos的三个主要组成部分
Hub：本质上是一条中继链，由官方举行维护，被看成跨链新闻的信托中央；
Zone：介入到Cosmos网络中的应用链，允许差别类型的区块链加入进来；
IBC（Inter-Blockchain Communication Protocol）：链间通讯协议。
他们三者的关系我们从上面的简图中看到，位于中央的是Hub。
Hub治理着许多被称为“Zone”的应用链，在Ｃosmos网络中，由Hub来追踪纪录各个Zone的状态，而每一个Zone有义务不停地把自身产出的新区块反向汇报给Hub。
Hub与Zone直接通讯，而Zone与Zone之间通过IBC（跨链协议） 间接通讯。
当 Zone对Hub确立起一个IBC毗邻，它可以自动接见其他毗邻到该Hub上的Zone，这意味着Zone无需与其他Zone毗邻，而仅仅毗邻到Hub上即可。
当一个Zone通过Hub收到来自其他Zone的代币时，它只需要信托Hub，而不需要信托网络中所有其它的Zone。
为什么Cosmos不直接行使IBC确立Zone与Zone之间的毗邻？
事实上，随着接入到网络中Zone的数目上升，以直连方式实现通讯会导致链路数目呈平方级上升，云云快速的增进显然会令网络不堪重负。
Cosmos架构
Cosmos作为一个多链互操作的跨链平台，支持差别种类应用链接入到Cosmos的网络，如图所示：
一般来说，应用链可以分成两种类型：概率链和确定性链。
概率链（Probabilistic chain）是指只能凭据区块链网络介入者在差别分叉链上的比例，而以一定概率以为某条链是主链（例如比特币和以太坊）。一般来说比特币通过6个区块以上来到达确认，而以太坊通过15个区块以上来到达确认。
确定性链（Determinmistic chain）指的是每个区块的状态都是确定的（finalized），在未来的随便时刻你都可以从首创块最先复现推演每个区块的状态（例如基于 Tendermint和BFT共识的区块链）。
Cosmos中的Hub理论上可以接入上述两者，只不过对于概率链的支持在实践中要相对贫苦一些。这是由于从底层设计来讲，IBC跨链通讯协议发挥作用的条件在于区块链的不可逆。
以是Cosoms试图通过“Peg Zone”桥接链 来实现概率链的互操作性。Peg Zone 是追踪纪录另一条区块链状态的区块链，它要将自己桥接的某条概率链上的状态确定为不可逆的，使得这些状态得以与IBC兼容。
其中这里的ABCI是应用层的区块链若何与共识层交互的接口，共识层和网络层是由CosmosSDK底层实现，只需实现相关的ABCI接口即可自行搭建一条链。
ABCI接口和CosmosSDK会在接下来的Cosmos系列中会详细先容。
买卖流程
接下来先容Cosmos的买卖流程，Cosmos的买卖分为通俗买卖和跨链买卖，通俗买卖通过应用链内的共识上链，跨链买卖通过IBC跨链协议举行买卖。
▲ 通俗买卖Cosmos的通俗买卖和以太坊类似，也是一个帐户模子，有着From，To和Amount要害字段。
通俗买卖Msg：
type MsgSend struct { FromAddress github_com_cosmos_cosmos_sdk_types.AccAddress ToAddress github_com_cosmos_cosmos_sdk_types.AccAddress Amount github_com_cosmos_cosmos_sdk_types.Coins }
买卖流程
接下来先容一笔通俗买卖的流程，例如Alice转给Bob 100atom代币。
1. Tendermint收到该笔买卖，挪用BaseApp的CheckTx校验该笔买卖的有效性；
2. Tendermint出块，挪用BaseApp的BeginBlock，检查区块的高度、Gas消耗情形和节点投票情形；
3. Tendermint挪用BaseApp的DeliverTx，执行区块中的买卖；
4. 削减Alice 100atom，增添Bob 100atom，存储Alice和Bob的账本。
5. 区块内买卖所有执行完成后，Tendermint挪用BaseApp的EndBlock收尾，包罗执行完成后的事宜和相关的验证者聚集等等；
6. Tendermint挪用BaseApp的Commit，IavlStore构建Merkle Tree；
7. 通过返回的MerkleTree Root天生区块哈希，举行一下轮出块。
▲ 跨链买卖买卖结构
IBC协议中包罗了三个主要的买卖类型：
MsgPacket：界说了IBC协议的跨链买卖数据包，包罗跨链买卖、目的链的超时高度和时间戳（Port和Channel会在下一期的IBC协议中先容）。
/ IBC 数据包type MsgPacket struct { Packet Proof commitmentexported.Proof ProofHeight uint64 Signer sdk.AccAddress }// 数据包界说了一种通过IBC跨差别链传输数据的类型type Packet struct { // 跨链买卖数据 Data []byte // number对应于发送和吸收的顺序，必须按序发送和吸收 Sequence uint64 // 标识泉源链上的端口 SourcePort string // 标识泉源链上的通道 SourceChannel string // 标识目的链上的端口 DestinationPort string // 标识目的链上的通道 DestinationChannel string // 符号数据包超时的区块高度 TimeoutHeight uint64 // 数据包超时的区块时间戳 TimeoutTimestamp uint64 }
MsgAcknowledgement：界说IBC协议的响应数据包，包罗跨链买卖执行乐成或者失败的状态。
/ IBC响应数据包type MsgAcknowledgement struct { Packet Acknowledgement []byte Proof commitmentexported.Proof ProofHeight uint64 Signer sdk.AccAddress }
MsgTimeout：界说IBC协议的超时数据包，包罗下一个吸收包的序列号。
// IBC超时数据包type MsgTimeout struct { Packet NextSequenceRecv uint64 Proof commitmentexported.Proof ProofHeight uint64 Signer sdk.AccAddress }
当应用链双方在Hub注册后，相互发现就可以通过路由举行跨链买卖。
IBC跨链流程
我们通过一个例子来先容IBC的跨链买卖，ChainA和ChainB都是基于CosmosSDK搭建的应用链，Relayer作为一个链下中继卖力轮询和路由IBC的数据包，这里的大致流程如下所示：
ChainA - relayer - hub - relayer - ChainB
为了加倍清晰的形貌ChainA的跨链买卖是若何到达ChainB的，relayer和hub之间只是卖力路由，这里简化了relayer到hub之间的历程。
ChainA的Alice转给ChainB的Bob 100atom
1. ChainA的Tendermint收到该笔买卖，挪用BaseApp的BeginBlock，检查区块的高度、Gas消耗情形和节点投票情形；
2. 执行区块中的买卖，削减Alice 100atom，增添托管账户Escrow 100atom，存储Alice和Escrow的账本（若是不是原生代币，则销毁Alice 100代币）。
3. 构建跨链买卖MsgPackage数据包，凭据DestinationChannel和DestinationPort定位Outgoing行列，将MsgPackage存入该行列；
4. 区块内买卖所有执行完成后，Tendermint挪用BaseApp的EndBlock收尾，包罗执行完成后的事宜等等， 再挪用BaseApp的Commit，挪用IavlStore持久化等操作；
5. IavlStore通过当前所有的Iavl Tree Root构建Merkle Tree；
6. ChainA的Tendermint通过Tree root天生区块哈希；
7. ChainA的Tendermint准备举行下一轮出块；
8. 中继器Relayer轮询ChainA的Out行列，发现Outgoing行列存在MsgPackag；
9. 中继器Relayer剖析MsgPackage数据包泉源和目的；若是发现ChainB的区块高度大于超时高度，移除ChainA的MsgPackage，向ChainA的inComming行列发送MsgTimeout数据包；
10. 中继器Relayer向ChainB的Incomming行列发送包罗MsgPackage数据包，ChainB随后剖析MsgPackage，验证MsgPackage的有效性；
11. 托管账户Escrow mint 100atom，然后向Bob发送100 atom；
12. ChainB构建MsgAcknowledgement数据包，中继器Relayer轮询ChainB的Incomming行列，将其放入ChainB的Outgoing行列；
13. ChainA收到ChainB的MsgAcknowledgement或者MsgTimeout数据包，若是MsgAcknowledgement包罗执行失败的状态或者存在MsgTimeout数据包，则凭据数据包内的信息举行向托管账户赎回对应的金额。
跨链难题
▲ Relayer 作恶问题
场景形貌：Relayer是链下的一个通报跨链新闻的组件，任何人可以启动Relayer来通报新闻。
方案：所有验证在链上举行，Ｒelayer只做新闻通报。
效果：可多个Ｒelayer同时事情，跨链新闻的有效性和有序性的保证和Ｒelayer无关，至少一个不作恶Ｒelayer即可事情
▲ 跨链存在性证实我们可以看到，在每个IBC数据包的结构中都包罗：
struct { Proof commitmentexported.Proof ProofHeight uint64 Signer sdk.AccAddress }
其中ProofHeight是对应的区块高度，Proof是Merkle Proof，Signer是发送者的地址，跨链双方维护对方的轻节点，提供类似SPV证实的机制。
▲ 跨链买卖事务IBC跨链协议中界说了两种关于包罗状态的跨链买卖数据包：
MsgAcknowledgement：界说IBC协议的响应数据包，包罗跨链买卖执行乐成或者失败的状态。
// MsgAcknowledgement receives incoming IBC acknowledgementtype MsgAcknowledgement struct { Packet Acknowledgement []byte Proof commitmentexported.Proof ProofHeight uint64 Signer sdk.AccAddress }
MsgTimeout：界说IBC协议的超时数据包，包罗下一个吸收包的序列号。
// MsgTimeout receives timed-out packettype MsgTimeout struct { Packet NextSequenceRecv uint64 Proof commitmentexported.Proof ProofHeight uint64 Signer sdk.AccAddress }
泉源链通过MsgAcknowledgement数据包，可以判断跨链买卖是否执行乐成，若是执行失败泉源链做出相对的回滚。
泉源链通过MsgTimeout数据包，可以判断一个跨链买卖的数据包是否超时，若是超时泉源链做出相对的回滚。
结论
总体来说，Cosmos作为与Polkadot齐名的跨链双雄之一，在架构设计和IBC跨链协议上有许多值得我们学习借鉴的地方。
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