Polkadot和Cosmos是目前最受大家關(guān)注的兩個明星項目，這兩個項目都以跨鏈而為大家所知，目前也有不少文章從某些角度對這兩個項目進行比較。其中，來自康奈爾大學計算機系的Julian Koh對這兩個項目的分析尤為條理清晰，相信這篇文章能夠幫助大家對這兩個項目有更加深入的了解和思考。

加密社區(qū)關(guān)于Cosmos和Polkadot之間的差異有過大量討論，這兩個項目都側(cè)重于區(qū)塊鏈的互操作性。如果你對這兩個項目還不太熟悉，不妨可以先訪問一下Linda Xie（@ljxie）的推特，上面有一個“推特頭腦風暴”較好地解釋了這兩個項目，還提供了一些學習資源。

盡管有很多帖子解釋并強調(diào)了兩者之間的差異，但老實說，我覺得社區(qū)里很多人其實沒有徹底理解“Cosmos vs Polkadot”之間的差異，有的存在偏見，有的忽略了細節(jié)。所以，我希望通過這篇文章對這兩個項目進行更深入的探討，包括架構(gòu)性權(quán)衡、哲學差異等。

那么，為什么要構(gòu)建一個新區(qū)塊鏈？

坦率地說，人們之所以更愿意從頭開始構(gòu)建特定應(yīng)用的區(qū)塊鏈而不是基于現(xiàn)有平臺編寫一個智能合約應(yīng)用程序，主要有兩個原因：

首先，如果你基于現(xiàn)有智能合約平臺可能無法為你的應(yīng)用程序提供所需的靈活性和定制化功能。舉個例子，如果你的應(yīng)用程序需要自定義哈希函數(shù)，那么在以太坊區(qū)塊鏈上寫入的話可能需要支付很多gas費用，因為每次在以太坊虛擬機（EVM）上執(zhí)行的時候都需要調(diào)用一次函數(shù)。不僅如此，除非這個函數(shù)能夠在其他應(yīng)用程序中被廣泛使用，否則你的提案很可能不會被批準。相比之下，從頭開始編寫自己的區(qū)塊鏈，你可以自由靈活地設(shè)計區(qū)塊鏈核心邏輯，充分滿足自己的應(yīng)用需求。

第二個原因是“自主權(quán)”。在智能合約平臺上構(gòu)建應(yīng)用程序的時候，會迫使你必須遵循協(xié)議的規(guī)則和治理方案。在這種情況下，很多因素會影響到用戶體驗，比如阻塞時間、Gas定價、以及狀態(tài)變化決策（比如區(qū)塊鏈回滾）等。

如果使用具有自主權(quán)的獨立區(qū)塊鏈能夠為應(yīng)用程序提供無縫通信能力，因為這些應(yīng)用程序可以在獨立區(qū)塊鏈上的獨立狀態(tài)機（state machines）運行。 Cosmos和Polkadot都試圖解決這個問題，因此Cosmos帶來了“中樞-和-區(qū)域”（Hub-and-Zone）模型，Polkadot推出了“中繼鏈/平行鏈”（Relay Chain / Parachain）模型。

本文會介紹這兩個項目的大致情況，并會重點梳理這兩個項目之間的差異。

差異＃1：本地化安全 vs. 全局化安全

Cosmos和Polkadot在兩種截然不同的安全模型下運行。簡單地說，Polkadot的工作原理如下：

平行鏈（Parachains）是Polkadot網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)塊鏈，這些鏈有自己的狀態(tài)機、自己的規(guī)則、以及自己的本地區(qū)塊生成器（校對者）。各個平行鏈本質(zhì)上是一個獨立的狀態(tài)機，可以使用任何類型的獨立功能，一致性算法，交易成本結(jié)構(gòu)等。在Polkadot網(wǎng)絡(luò)中，所有平行鏈都是母鏈——也就是中繼鏈（Relay Chain）的子節(jié)點，而中繼鏈中包含了所有平行鏈中組合的“全局狀態(tài)”部分表示。中繼鏈有自己的共識算法：GRANDPA共識，該算法可以快速確定鏈中的區(qū)塊。通過這個模型，Polkadot網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)塊鏈可以在“共享安全”模式下運行——如果中繼鏈具有1000個驗證器能夠保證高度安全，那么任何連接到中繼鏈的平行鏈都能受益于這種強大的安全性，同時子鏈對自己狀態(tài)機和其他本地規(guī)則的“自主權(quán)”不會受到任何影響，還能與數(shù)百個其他區(qū)塊鏈共享安全保護。

不過，這種模型的缺點是中繼鏈中的驗證器對任何鏈中的狀態(tài)變化都有最終決定權(quán)。舉個例子，中繼鏈的驗證者可以處于某些原因，不斷拒絕來自某個特定平行鏈的區(qū)塊，甚至可以永久地阻止該平行鏈被納入到全局狀態(tài)之中。為了避免出現(xiàn)這種情況，Polkadot網(wǎng)絡(luò)試圖通過改組驗證者來確保他們可以驗證隨機的平行鏈，大幅減少驗證某個特定平行鏈的可能性。此外，Polkadot網(wǎng)絡(luò)還設(shè)立了一類叫做“漁民”（Fishermen）的特殊驗證人，他們會不斷檢查驗證人是否存在惡意行為。

Cosmos 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)則完全不同。

Cosmos 網(wǎng)絡(luò)不是使用本地/全局模型來確保安全性的，而是讓每個區(qū)塊鏈都相對獨立，并且可以進行自我保護。每個區(qū)塊鏈都有自己的共識算法，每個區(qū)塊鏈的驗證人也會單獨負責保護區(qū)塊鏈。Cosmos 網(wǎng)絡(luò)使用“中樞-和-區(qū)域”模型實現(xiàn)互操作性，其中區(qū)域（獨立區(qū)塊鏈）可以通過中樞（也是獨立的區(qū)塊鏈）路由“將代幣”“發(fā)送”到其他區(qū)域。該協(xié)議稱為IBC（區(qū)塊間通信），它是用于在區(qū)塊鏈之間發(fā)送消息以表示代幣傳輸?shù)膮f(xié)議。 IBC協(xié)議正在不斷完善，他們希望從代幣傳輸開始，最終可以支持區(qū)塊鏈之間傳遞任何類型的消息。

如果將此模型與Polkadot進行比較的話，會發(fā)現(xiàn)這里最大的區(qū)別就是每個區(qū)域的狀態(tài)都是由其驗證人單獨維護和保護的。如果某個區(qū)域想要具有比其他區(qū)域強大的安全性，則需要引入、或招募更多驗證人，這對于較小的應(yīng)用程序來說可能會比較困難。然而，對于某些需要更多控制的應(yīng)用來說，這絕對是一個很強大的賣點。以幣安為例，幣安通過將自己的節(jié)點作為幣安鏈（Binance Chain）的驗證人起點，然后自建了去中心化交易所（DEX）通過這種方式，幣安可以完全控制自己的區(qū)塊鏈，測試去中心化交易所，然后推出更多新功能。就目前來說，很難想象幣安鏈會放棄 “自主權(quán)”，他們可能更希望自己來決定哪些交易進入哪些區(qū)塊。如果建立在以太坊或Polkadot上，這種“自主權(quán)”肯定沒有那么強。出于同樣的原因，相信未來會有類似的一批公司，比如Telegram、Facebook和Kakao等，都會選擇自己構(gòu)建區(qū)塊鏈并保持完全的控制權(quán)，未來再把其他區(qū)塊鏈接入其中。

差異＃2：治理 & 會員

Polkadot和Cosmos之間的第二個主要區(qū)別在于治理和會員資格。

在Polkadot網(wǎng)絡(luò)里，有一個獨立的中繼鏈和一些子鏈，子鏈是靠中繼鏈的驗證人提供支持。按照目前估計的數(shù)據(jù)，中繼鏈可以接入大約100個子鏈，單證數(shù)字未來會進一步擴大（當然也可能縮小）。中繼鏈會通過拍賣機制給接入的子鏈分配“插槽”（slot），在一定時間段內(nèi)出價最高的人可以在權(quán)益證明系統(tǒng)中鎖定DOT（Polkadot的原生加密貨幣）來確保自己鎖定了一條平行鏈插槽。這意味著，如果你想要成為Polkadot網(wǎng)絡(luò)中的一條平行鏈，就需要購買大量的DOT代幣并鎖定它們，否則你就無法持續(xù)使用這個平行鏈——這種模式更像是一種“會員制”，你需要付費入會（鎖定DOT代幣），才能享受會員利益（鎖定平行鏈）。

相比之下，Cosmos網(wǎng)絡(luò)并沒有固定的會員規(guī)則。任何人都可以建立一個“中樞”或“區(qū)域”。中樞本身就是一個主權(quán)區(qū)塊鏈，旨在連接其他區(qū)塊鏈。最典型的兩個例子分別是Tendermint團隊推出的Cosmos Hub，以及計劃連接主要在中國和亞洲其他地區(qū)運營的區(qū)塊鏈的中樞Iris Hub。這種“中樞-和-區(qū)域”模式讓鏈間通訊變得更加高效，因為每個區(qū)塊鏈都不需要與其他區(qū)塊鏈連接，只需要連接到中樞即可。

與“會員”相關(guān)的另一個差異，是這兩個網(wǎng)絡(luò)的治理流程。在Polkadot網(wǎng)絡(luò)中，治理決策取決于選民持有的DOT代幣數(shù)量，他們正在創(chuàng)建一個正式的鏈上投票機制，但這個機制目前還沒有最終確定。除了常規(guī)的基于權(quán)益投票之外，Polkadot還設(shè)立了一個委員會來代表被動權(quán)益持有人（passive stakeholders），該委員會最初共有六個人，之后每兩周增加一人，直到24人。每個委員會委員都是通過批準投票選出的，雖然這種治理流程的具體細節(jié)還沒有最終確定，但目前他們會按照這種治理方式來處理中繼鏈中參數(shù)更改，比如調(diào)整區(qū)塊時間、區(qū)塊獎勵、以及平行鏈會員規(guī)則等。舉個例子，Polkadot治理流程能夠改變平行鏈拍賣機制所需的DOT代幣數(shù)量。不過，人們常常對這種治理機制有一種誤解，認為DOT代幣持有人可以通過投票把平行鏈“隨意”踢出去，但實際上DOT持幣人只能改變平行鏈的會員資質(zhì)，而平行鏈在網(wǎng)絡(luò)里存在的時間其實取決于他們抵押在Polkadot網(wǎng)絡(luò)里的代幣時間長短。

另一方面，Cosmos網(wǎng)絡(luò)則沒有一個單一的“治理”流程，這意味著每個“中樞”和“區(qū)域”內(nèi)都有自己的治理流程，并沒有適用于整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的“中心化治理”規(guī)則。當人們談?wù)摗癈osmos治理”時，其實所指的是由Tendermint團隊發(fā)起的區(qū)塊鏈Cosmos Hub治理。Cosmos Hub有一套治理治理規(guī)則，允許任何人發(fā)送文本提案，并允許Atom代幣之持有人對該提案進行投票，投票權(quán)取決于他們擁有的Atom代幣數(shù)量。Chorus One曾專門在其博客上發(fā)文解釋了Cosmos Hub的治理規(guī)則，感興趣的可以去閱讀一下。

差異＃3：鏈內(nèi)通信

Polkadot和Cosmos之間的另一個區(qū)別，是他們區(qū)塊鏈之間通信協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)及其設(shè)計目標。Polkadot的目標是能夠在平行鏈之間任意傳遞消息，這意味著平行鏈 A可以調(diào)用平行鏈B的智能合約，繼而在區(qū)塊鏈之間傳輸代幣，或任何其他類型的通信。另一方面，Cosmos專注于區(qū)塊鏈之間的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，這是一種更簡單的協(xié)議。目前，由于這兩種通信協(xié)議都沒有完成構(gòu)建，因此也沒有明確鏈內(nèi)通信規(guī)定，尚未構(gòu)建。關(guān)于這兩個規(guī)范的更多細節(jié)可以在這里找到：IBC（區(qū)塊鏈間通信）和ICMP（平行鏈的鏈內(nèi)消息傳遞）。

然而，區(qū)塊鏈鏈內(nèi)通信的最大挑戰(zhàn)并不是如何在一個區(qū)塊鏈鏈上表示另一個區(qū)塊鏈鏈上的數(shù)據(jù)，而是如何處理來自其他分叉鏈的數(shù)據(jù)源并重新組織、并排除其他區(qū)塊鏈的交易。從架構(gòu)設(shè)計角度來看，這也是Cosmos和Polkadot兩者差異最大的地方。

Polkadot使用兩種不同的機制來保護區(qū)塊鏈的鏈間通信。首先，Polkadot網(wǎng)絡(luò)希望獲得共享安全性，并基于此來更輕松地交換消息。不過共享安全性的“副作用”是所有平行鏈中必須要有統(tǒng)一的安全級別，這樣才能確保每個平行鏈可以相互信任。為了更好地去理解這一點，讓我們舉個在Verge區(qū)塊鏈（低安全性）和以太坊區(qū)塊鏈（高安全性）進行互操作的例子。如果我們想在Verge上“表示”以太坊，我們可以鎖定一部分以太坊（ETH）并在Verge區(qū)塊鏈上注入一些ETH-XVG代幣。但是，由于Verge區(qū)塊鏈的安全性較低，攻擊者可以對Verge區(qū)塊鏈實施51％攻擊并向以太坊區(qū)塊鏈發(fā)送雙重支付，這樣黑客就能提取比他實際擁有的更多的以太坊。因此，高安全性的區(qū)塊鏈鏈在發(fā)送鏈間信息的時候很難信任低安全性的區(qū)塊鏈。不僅如此，如果消息（或交易）在不同安全級別的多個區(qū)塊鏈之間傳遞的時候，情況將會變得更加復(fù)雜。

理論上，擁有統(tǒng)一的共享安全性是確保區(qū)塊鏈之間安全通信的好方法。但是為了實現(xiàn)這一點，安全協(xié)議不得不經(jīng)常隨機調(diào)整（shuffle）分配給每個平行鏈的驗證人，結(jié)果“數(shù)據(jù)可用性問題”也會隨之而來，即每個驗證人必須不斷下載、分配給自己的每個平行鏈狀態(tài)。事實上，這也是目前行業(yè)里最難以解決的問題之一，我們還不清楚Polkadot網(wǎng)絡(luò)會如何解決它。

其次，Polkadot使用了“漁民”驗證人的概念，這些漁民在Polkadot網(wǎng)絡(luò)上扮演著“賞金獵人”的角色，他們的主要工作就是觀察平行鏈上的惡意活動。從某種意義上說，這是針對惡意活動的“第二道防線”。如果某個平行鏈的驗證人最終確定了無效區(qū)塊，“漁民”可以向中繼鏈提交證據(jù)并有效地回滾Polkadot網(wǎng)絡(luò)的整個狀態(tài)以及其中的所有平行鏈。在鏈間通信期間，我們最擔心的情況是一個區(qū)塊鏈正在重組，而另一個區(qū)塊鏈卻在正常進行，不過即便有這種情況，一旦發(fā)現(xiàn)了無效區(qū)塊，Polkadot會確保所有區(qū)塊都回滾。

另一方面，Cosmos網(wǎng)絡(luò)采用了完全不同的方法來進行鏈間通信。由于每個區(qū)塊鏈都有自己的驗證人，因此完全有可能出現(xiàn)這樣一種情況：即幾個驗證人勾結(jié)在一起創(chuàng)造了一個“邪惡”區(qū)域。這意味著當一個區(qū)域想要與另一個區(qū)域通信時，區(qū)域A需要信任區(qū)域B中的Cosmos Hub（為了路由）和驗證人。理論上，這種方式聽起來效率低，因為區(qū)域A中的人員必須在向區(qū)域B發(fā)送消息之前查找區(qū)域B里的驗證人，但是在實際操作中應(yīng)該不會那么糟糕。一些知名驗證人（比如Polychain Labs、Zaki Manian的iqlusion）很可能會驗證許多不同的區(qū)塊鏈，而且已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)建立了“良好驗證人”的聲譽。此時，當區(qū)域A看到區(qū)域B已經(jīng)被Polychain Labs和iqlusion驗證過了，那么就可以快速信任它。

然而，即使人們信任一個區(qū)塊鏈，它仍然可能被惡意行為者接管并導(dǎo)致出現(xiàn)問題。請參考下面這個例子：

在上圖中，我們假設(shè)每個小紅點代表一個叫做“ETM”的代幣，這個代幣是Ethermint區(qū)域內(nèi)的原生貨幣。區(qū)域A、B和C里額度用戶希望在自己區(qū)域內(nèi)的某些應(yīng)用程序中使用ETM代幣，并且他們也信任Ethermint區(qū)域，因此他們會執(zhí)行IBC消息，將ETM傳輸?shù)竭@些區(qū)域。現(xiàn)在，我們假設(shè)Ethermint驗證人串通并開始雙重支出、任意移動代幣等惡意行為。顯然，這將對網(wǎng)絡(luò)的其余部分產(chǎn)生影響，因為ETM代幣也存在于不同的區(qū)域。然而，唯一受此影響的人是在Ethermint或其他區(qū)域內(nèi)持有ETM代幣的人。需要注意的是，Ethermint區(qū)域中的惡意驗證人不可能任意破壞除自身以外的其他區(qū)域，而這也是Cosmos架構(gòu)的安全目的——確保惡意行為不會影響整個網(wǎng)絡(luò)。

相比之下，在Polkadot網(wǎng)絡(luò)里如果在中繼鏈（全局狀態(tài)）下發(fā)送無效狀態(tài)轉(zhuǎn)換、而且“漁民”也沒有發(fā)現(xiàn)這種情況，那么就會影響整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有區(qū)塊鏈。我們不能單純地假設(shè)每個平行鏈本質(zhì)上是不同的區(qū)塊鏈，因為他們最終都會與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他區(qū)塊鏈共享一個全局狀態(tài)。

差異＃4：共識算法

Polkadot網(wǎng)絡(luò)中繼鏈使用的是GRANDPA團隊開發(fā)的共識算法，該算法允許中繼鏈快速完成處理來自全部平行鏈的許多區(qū)塊，而且還可以支持容納更多驗證人（超過1000個）。簡單來說，由于Polkadot網(wǎng)絡(luò)內(nèi)并非每個驗證人都需要對每個區(qū)塊進行投票，導(dǎo)致驗證人其實可以對自己認為有效的單個最高區(qū)塊進行投票，而且這個算法可以把投票結(jié)果傳遞給該區(qū)塊的所有前繼區(qū)塊（ancestor）。在這種狀況下，Polkadot算法會找到獲得“絕對多數(shù)”投票的區(qū)塊集合。現(xiàn)階段，GRANDPA仍處于開發(fā)階段，我們還不知道它在現(xiàn)實世界中的表現(xiàn)會如何。

平行鏈可以使用各種共識算法最終形成一個局部共識，Polkadot提供了一個軟件開發(fā)工具包（Substrate），它帶有3種開箱即用的共識算法：GRANDPA，Rhododendron和Aurand。當然，未來可能會有更多共識算法添加到Substrate中，并且支持在Polkadot網(wǎng)絡(luò)中使用。

另一方面，Cosmos網(wǎng)絡(luò)中的每個區(qū)塊鏈都可以使用任何共識算法，但這些共識算法必須符合一種被叫做ABCIspec的規(guī)范。創(chuàng)建這個規(guī)范的目的，是為了標準化區(qū)塊鏈之間的通信。目前，只有Tendermint算法符合此規(guī)范，但其他項目同樣可以創(chuàng)建符合此規(guī)范的其他共識算法。如果站在一個較高級別的角度來看，Tendermint算法的工作原理是讓每個驗證人相互通信，確定是否批準/拒絕單個區(qū)塊，從而在每個區(qū)塊級別上達成一致性的最終結(jié)果。該算法速度很快，并且在200個驗證人和6秒?yún)^(qū)塊時間的實時環(huán)境中進行了壓力測試。 Cosmos團隊也提供了一個軟件開發(fā)工具包，可以直接使用Tendermint算法。這里有一篇博文是對共識算法的一個很好的入門，你也可以通過這篇文章了解其他有用的Tendermint特性。

不過，Tendermint最大的缺點是驗證人之間的通信成本很高。這意味著當驗證人數(shù)量在200個左右的時候可以相當快地工作，但當驗證人數(shù)量達到2000之后就會慢得多。當然，魚和熊掌不可兼得，雖然處理速度會有所下降，但安全性可能會更好。這意味著在一個網(wǎng)絡(luò)分區(qū)中，如果把兩個不同的交易歷史合并成一個，并且其中另一個會被丟棄的話，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)暫停。這點非常重要，因為如果當你看到一筆“已完成”交易，意味著這筆交易永遠不會被撤銷，即便在最糟糕的網(wǎng)絡(luò)條件下也不會。

對此，筆者個人的看法是，現(xiàn)在比較這兩個網(wǎng)絡(luò)的共識算法似乎并不是特別有用，你需要等待更長時間才能看到他們之間的優(yōu)劣，因為目前絕大多數(shù)應(yīng)用程序無論使用Tendermint還是使用Polkadot的共識算法都應(yīng)該可以正常工作。

差異＃5：Substrate vs Cosmos 軟件開發(fā)包

Polkadot和Cosmos都提供了軟件開發(fā)工具包，一個叫“Substrate”，一個叫“Cosmos SDK”，它們都可以幫助開發(fā)人員更輕松地構(gòu)建自己的區(qū)塊鏈。不僅如此，這兩個軟件開發(fā)工具包還包含了許多“開箱即用”的模塊，比如治理模塊（投票系統(tǒng)）、權(quán)益分配模塊（staking modules）、身份驗證模塊等。這兩個軟件開發(fā)工具包之間的主要區(qū)別在于Cosmos SDK支持Go，而Substrate支持任何編譯為WASM（Web Assembly）的語言，也為開發(fā)人員提供了更大的靈活性。

這兩個軟件開發(fā)工具包都可以構(gòu)建全新的區(qū)塊鏈框架，而且會在未來幾年添加更多新功能。

總結(jié)

雖然這篇文章寫了很多東西，但其實并沒有把Cosmos和Polkadot之間的差異充分說明，因為很多細微差別其實是很難掌握、也很容易錯過的。所以，一般而言我們很難全面了解這兩個項目，畢竟他們現(xiàn)在都處于起步階段，預(yù)計明年可能會有較大發(fā)展，一些目前遇到的問題屆時也會得到充分解決。

總體而言，Polkadot對Cosmos的主要優(yōu)勢有以下五點：

1、應(yīng)用程序開發(fā)人員不需要自己考慮安全性；

2、如果可以解決數(shù)據(jù)可用性問題，則共享安全下的鏈內(nèi)消息傳遞會變得更容易；

3、Polkadot對Substrate（WASM，更多的共識算法和開箱即用模塊）很有信心；

4、專注于平行鏈之間智能合同調(diào)用之間更好地進行消息傳遞。（目前還不確定用例）

5、1.0版本的開發(fā)人員更多

Cosmos對Polkadot的主要優(yōu)勢有以下六點，分別是：

1、Cosmos是實時的，Polkadot不是；

2、Polkadot有一個限制性的，成本也更昂貴的平行鏈會員流程；

3、對于某些特定項目（例如幣安），能夠提供更好的定制化支持；

4、Polkadot網(wǎng)絡(luò)平行鏈內(nèi)的惡意驗證人可以在整個網(wǎng)絡(luò)中傳播腐敗，而Cosmos僅將腐敗限制在區(qū)域和相應(yīng)的資產(chǎn)內(nèi)；

5、Cosmos SDK已經(jīng)被很多項目使用過了；

6、專注于更簡單、更輕松、更準確的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，而且已經(jīng)有驗證過的用例了。