作者：Jiawei，IOSG Ventures

1、引子

Composable Finance的创始人提出了跨链互操作性的五个发展阶段：

1. 0-20%：实现最基本的跨链通信和链间代币移动；

2. 20-50%：用户能够在不同链上为资产提供流动性，借此实现收益最大化；

3. 50-75%：类似Aave这样的项目，使得用户能够在一条链上存入抵押品，同时在另一条链上进行借贷。即实现不同链的应用间通信；

4. 75%：单个应用将其不同部分部署在多条链上，使每个部分都在最高效的链上运行。这些不同链的后端包将相互通信，以确保用户体验的持续性；

5. 100%：生态系统不可知论，提供广泛的Web3生态系统的接口。传统开发者能够任意在链上部署由Web3工具支持的应用，而不需要复杂的区块链编程——抽象掉其中的所有复杂性。

对这些阶段的研判基本确定了我们应如何看待如今的多链格局。抽象来看，我认为Polkadot XCM/XCMP 与Cosmos IBC，以及Substrate与Cosmos SDK，已经分别在做第四、五阶段的事情。

同样作为多链生态，对比Polkadot与Cosmos的体系设计、技术架构的文章已有很多。作为微小的补充，本文将从轻客户端的视角出发，比较各自的跨链通信机制XCMP/IBC以及开发框架Substrate/Cosmos SDK。

最后，提出了一些个人思考作为结尾。

2、架构

正如Cosmos文档中所描述的：「Cosmos不是一个产品，而是一个建立在一组模块化、适应性强和可互相替换工具之上的生态系统」。我对Polkadot的理解亦是如此。

在正文开始之前，我们先从高维层面快速过一遍它们的体系结构。

2.1Polkadot

中继链是Polkadot的核心，平行链之间彼此独立，但统一连接到中继链，以共享其安全性。Collators逐一收集平行链上的交易、生成状态转换证明，提交给中继链，由Validators验证这些证明，并执行共识，在中继链上出块。Nominators负责挑选Validators，并需要为他们质押DOT，以保护中继链。

Polkadot平行链的安全性依赖于中继链，中继链为平行链提供共享安全性和状态一致性。

2.2Cosmos

Cosmos包含两种类型的区块链：Zones和Hubs。Zones是常规的异构链，Hubs则用于把这些Zones连接起来。Zone和Hubs之间的通信和消息传递依赖于IBC（Inter-blockchain Communication）协议。当任意Zone与一个Hub建立IBC连接时，它可以与连接到该Hub的其他Zones进行通信。

Cosmos Hub是整个网络中的第一个Hub，标志着Cosmos网络的启动。

3、通信机制

对两个跨链生态有了基本认识之后，我们来具体看各自的通信机制。

3.1Polkadot XCM/XCMP

Polkadot 采用UMP、DMP在平行链和中继链间进行上、下行的消息传递，并基于 XCMP（Cross-Chain Message Passing）进行平行链间消息传递。XCMP 仍在开发中，目前的实际使用的跨链方案是HRMP（Horizontal Relay-routed Message Passing）。

HRMP提供与XCMP相同的接口和功能，但需要将所有消息放置在中继链的存储（storage）。对中继链而言，产生了额外的消息负载。而XCMP仅仅将与消息关联的元数据哈希存储在中继链。因此HRMP作为暂时的过渡方案，在未来将被XCMP所替代。

上图描述了XCMP的工作原理：

平行链间可以打开双向通道，分别用于接收和发送消息。平行链A和平行链B之间进行XCMP通信，首先需要各自链上的Collators将消息、目的地和时间戳加入到自己的输出队列，而对方监测到消息后，将其加入到自己的输入队列，处理这条消息，并把区块提交给Validators。Validators对消息进行验证，随后将该区块包含在中继链上。这样视作完成一次跨链消息传递。

链与链之间、或是说不同的共识系统之间，消息格式缺乏兼容性，各有各的一套消息传递方式和标准。

如果我们想要进行进一步的跨共识互操作，需要一种更通用的「语言」——高阶地抽象出这些消息的意图，为共识系统间通信的数据报提供一个基本框架。同时需要考虑到智能合约或区块链的潜在升级，所以这样的语言还必须做到前向兼