異構區塊鏈網絡對比

2022-04-12 18:04:13

異構區塊鏈網絡對比

Cosmos、Polkadot和Avalanche的鏈間經濟安全拓撲結構

隨着比特幣、以太坊等第一代加密貨幣網絡出現性能、可用性、能源效率方面的問題，开放去中心化網絡的愿景蒙上了一層陰霾。為了解決當前的性能問題，以太坊推出了新版本和相應的L2解決方案，更為重要的是，新一代區塊鏈項目Cosmos、Polkadot、Avalanche相繼啓動，建立了出色的基礎設施。這些項目旨在通過異步異構的網絡模型實現橫向擴容，即各app的專用區塊鏈既能共存，又能在需要時互操作。為確保鏈間的經濟安全，這些網絡在設計上各顯其能，做了各自的權衡和取舍，這也帶來了不同的影響，後文將詳細討論。這些網絡的目標是建立區塊鏈互聯網，達到容納數百萬日活用戶而非今天的幾十萬日活用戶的規模，並實現web3“互聯網由用戶擁有和控制”的愿景。本文希望幫助开發者、研究者、企業家、投資者和期待去中心化世界的到來的所有人理解加密貨幣網絡的這一範式轉移。

比特幣打开了潘多拉的魔盒，並逐漸擁有了“數字黃金”的地位，這是當今時代的共識。以太坊开啓了可編程互聯網貨幣的時代，成為了加密經濟創新的大本營。但比特幣、以太坊和它們的變體距離大規模採用還有諸多障礙。本文將首先探討這些障礙，再根據其中的要點比較新一代的區塊鏈平臺。

能源效率：开放的去中心化計算機網絡的正常運轉，需要各獨立參與者就共享狀態達成一致。與此同時，網絡需能在信息不完備或存在惡意節點（拜佔庭容錯）的情況下保持容錯和有效共識。一方面，網絡要保持开放，允許更多節點參與共識，另一方面，網絡要防止同一實體操作多個身份（女巫攻擊）——這些是通過一種稱為工作量證明（PoW；1992年由Cynthia Dwork發明，最初用於防止垃圾郵件）的准入方法實現的。PoW需要節點使用大量算力，這會加劇全球變暖，也會帶來高昂的電費單。顯然，維護去中心化計算網絡的安全[1]需要經濟成本。新一代區塊鏈項目用權益證明（PoS）取代PoW，作為驗證節點的准入門檻，即要求網絡的參與者存入並鎖定代幣。為了防止惡意行為和節點下线，這個經濟門檻需要足夠高。事實上，PoW和PoS適用於相同的規模經濟原理：驗證節點的運行成本由運營支出（OPEX）變為資本支出（CAPEX）。

交易透明度：比特幣、以太坊及它們的變體使用的都是中本聰共識，發送的交易需等到數個區塊創建之後，才能進入不可逆轉的狀態。因此，這類區塊鏈可用性高但速度慢，因為它們使用概率性最終性確認，需要等到區塊鏈足夠長為止。為了加快確認速度，不少區塊鏈項目使用經典實用拜佔庭容錯算法（PBFT）共識，而這帶來了其他問題，例如節點的規模可能會降低網絡速度，導致網絡優先安全性而非上线時間和活躍性。

計算吞吐量：吞吐量即分布式計算機網絡每秒可以完成的計算工作量，它決定了網絡的擴容能力。但通量的常用單位“筆交易/秒”具有誤導性，因為“交易”可以是簡單的轉账，也可以是復雜的財務計算，它們對算力的需求是不同的。吞吐量是由節點提供的，網絡的實際吞吐量指網絡每秒可以處理的計算工作量。提高吞吐量有兩種方式，一是縱向擴容策略，它要求節點具備較高的計算性能，要求節點軟件進行優化；二是橫向擴容策略，即將網絡分割為多個部分，平行處理交易。

交易成本：區塊鏈必須限制執行的數量，否則運行區塊鏈的節點很容易遭到DoS攻擊。為此，比特幣只支持少量腳本語言，以太坊根據智能合約執行的gas計量收取交易手續費。問題在於，無論您的交易是簡單轉账還是復雜計算，它們都是由同一個網絡執行的。因此，網絡流量增加時，簡單交易的gas費也會走高，只有財大氣粗的人用得起。手續費會支付給礦工，作為優先交易的激勵。在比特幣網絡，比特幣發行量達到2100萬的上限後，手續費將成為唯一的激勵措施，而在以太坊，手續費完全用於優先交易（技術審訂注：在以太坊1559協議升級後，手續費也都回收進行了銷毀，只有用戶額外增加的小費“tip”才歸節點所有）。新一代的區塊鏈項目則更多地採用了銷毀手續費的機制。最近，以太坊也开始銷毀部分手續費了。這樣一來，隨着網絡活動的增加，代幣稀缺性會上升，這將利好所有持幣人。

去中心化水平：和大部分人的想象恰恰相反，由於礦池的集中（截止2021年11月，比特幣90%的算力是由11個礦池控制的，以太坊90%的算力是由16個礦池控制的），比特幣和以太坊的去中心化水平其實是很低的。在中本聰共識，隨着挖礦成本增加，出塊難度擴大，這會進一步導致算力的集中。面對這個問題，新一代的區塊鏈項目各顯其能，下文將詳細討論。

公平分配：隨着網絡的發展，區塊鏈項目要怎樣分配所有權份額（代幣）呢？比特幣的代幣分配模式建立了區塊鏈安全、挖礦和匯率相互依存的關系。它成為了許多項目的範本：礦工加入網絡，賺取代幣收益，網絡更加去中心化、更加安全，進而吸引更多用戶。需求的增加和幣價的上漲將吸引更多礦工加入網絡，維護網絡安全。然而，隨着挖礦成本的增加，出塊的難度也日益提高。這會導致代幣和算力的集中，造成礦工由少數幾個實體運行的情況。不同於比特幣，以太坊的策略是預先挖礦代幣，取消發行量上限，通過非公开銷售和衆籌賣出部分代幣，將部分代幣分配給基金會，用於开發贈款和漏洞懸賞，再像比特幣那樣為礦工發放激勵。很快，以太坊的代幣也集中在了少數幾個礦池裏，交易所成了最大的代幣持有者。最終，隨着時間的推移，公平分配將決定網絡中何人擁有權力，包括出塊的權力（發起、接受或審查交易）、分叉網絡的權力、參與協議升級決策的權力，以及對網絡上的app進行投資和質押的權力。

治理：網絡協議的更改會對當前和未來的所有用戶產生重大影響，無論他們是否知曉這些變化。在比特幣和以太坊，核心專家社群會對提案進行討論、決策、實施和執行，從而升級協議、調整參數。如果某組礦工的追求與多數人不同，他們可以分叉協議，啓動新網絡，其代價則是無法享受之前的網絡效應。此外，它們通常設有中央基金會，負責管理研發基金的分配，其替代方案則是由DAO（分布式自治組織）負責資金的協調。多數代幣持有者和用戶在治理決策中的發言權非常有限，因為他們可能並不具備相關領域的專業知識、興趣和意識。即便他們有這些信息，比起持有大量代幣的人士，他們的發言權依然很小，因為投票通常是按代幣持有量加權的。新一代區塊鏈項目則將更為公平的鏈上治理（包括二次投票、時間鎖投票、自適應投票偏見、投票委托、以去中心化身份認證為基礎的一人一票）和鏈下治理（論壇籤名投票）機制相結合，讓代幣持有者普遍參與到治理中來。

這些問題不僅會制約去中心化網絡的主流採用，也會導致現有用戶繼續依賴中心化交易所和托管錢包。非技術背景的用戶很難固定地使用真正的去中心化app。另一方面，普通用戶沒有離开以太坊和比特幣，是因為他們並不了解這些問題；企業和投資者沒有離开這些網絡，是因為他們追隨流動性所在；早期用戶和OG們維護這些網絡，則是因為利益攸關。但是，區塊鏈網絡存在其他的可能性。

異構區塊鏈網絡對比

以太坊日活地址。數據來源：Etherscan.io

目前，以太坊擁有50萬日均活躍地址，作為參考，推特的日活用戶是2億（以太坊的400倍），Facebook的日活用戶接近20億（以太坊的4000倍）。即便是把L2平臺和比特幣的用戶全部加起來，也比這些主流應用差很多。擴容是开放去中心化互聯網的關鍵瓶頸。這不是我們將來要面對的問題，而是此時此地迫切需要解決的問題。

為解決擴容問題，以太坊也推出了新版本，嘗試通過L2解決方案應對不斷增長的需求。同時，陸續於2019年和2020年啓動主網的新一代區塊鏈平臺Cosmos、Polkadot和Avalanche，讓我們再次看到了真正的去中心化互聯網的希望。我們先來看看以太坊的新版本是怎么做的。

以太坊新版本：EVM生態

上线以來，以太坊的新版本一直在參考新研究和新一代區塊鏈平臺的實踐，採用各種新的機制。以太坊的新版本使用PoS，將網絡拆分為同步的分片，以期提高總計算吞吐量。運行同一以太坊虛擬機（EVM）的驗證節點將分配到不同的網絡分片，它們將生成區塊，累積不同的用戶活動數據，再通過Beacon這條信標鏈互相同步。但是，對所有分片進行同步意味着完全復制，即所有節點儲存相同的數據。這是會造成問題的，因為分片的目的是擴容，不是復制整個網絡的所有數據。在同步模型或在異構網絡拓撲模型中，如果一個分片（例如，一個非常受歡迎的DeFi分片）的用量遠遠高於其他分片，就會產生和今天的以太坊一樣的速度、成本和擴容問題。分片間如何高效地同步數據也是一個問題。

雖然以太坊表示要過渡到新版本需要1年左右的時間，面對用戶需求的增長，rollup（Optimistic、zkSync）、plasma、狀態通道這些L2解決方案已經紛紛啓動，以期改善效率、提高速度。問題在於，L2的信任模型需要使用中央節點作為中介，或使用多個受激勵節點（Polygon使用Tendermint共識構建，在多個驗證節點上運行，Matter Labs希望在zkSync建立驗證節點網絡），前者會破壞去中心化和抗審查性，後者則相當於創建了一條擁有自己的代幣（如MATIC）的新去中心化區塊鏈，最終要加入L1平臺的競爭。因此，隨着用戶數量的增加，這些單鏈基礎設施遲早會面臨相同的交易成本問題。

模塊化區塊鏈設計

最近，以太坊推出了“rollup中心路线圖”這一新策略，即以太坊為數據可用性層（L1），其他L2項目為計算層。也就是說，以太坊希望作為基礎層，為rollup保障數據可用性、共享安全性。因此，以太坊在積極整合EVM鏈作為算力，這些EVM鏈可能由單個rollup主導，也可能是多個rollup共存（請參閱Vitalik Buterin的Endgame一文）。事實上，這種策略和新興的模塊化區塊鏈設計不謀而合，即區塊鏈可將數據可用性或執行外包給其他區塊鏈。這一策略的通用模型由Celestia和EigenLayr开發。此外，以太坊的新策略類似於 Polkadot和Avalanche現有的共享安全模型。

另一方面，由於Cosmos、Polkadot和Avalanche都至少在一條EVM兼容鏈上部署了以太坊跨鏈橋，它們有時也會被看作L2平臺。但是，這些項目通常稱自己為L0平臺，因為它們提供了开發互相連接的L1區塊鏈的基礎設施。

Cosmos、Polkadot和Avalanche

Cosmos、Polkadot和Avalanche都旨在通過異步異構網絡模型進行橫向擴容。在這三個網絡，app專用區塊鏈有不同的虛擬機，在需要時可以互操作。在這些基礎設施平臺，用戶可以建立自己的個性化區塊鏈，這為去中心化app和資產提供了更大的設計空間。通過自主區塊鏈而非一組智能合約運行項目具備三大優勢：

性能隔離：隔離您的區塊鏈和其他區塊鏈，確保您的用戶體驗不會受到無關的網絡活動的影響，從而提升區塊鏈性能。如有需要，您也可以橋接其他區塊鏈。
手續費可預測、可自定義：在共享的免許可網絡上，您是無法控制手續費的，部分app的高交互量會推高整個網絡的手續費，您的app也只能接受。自定義的費率結構意味着手續費更好預測，它也將消除底層平臺的存在感。用戶無需持有底層平臺的代幣，也能使用app專用區塊鏈。允許用戶用底層平臺代幣以外的貨幣支付手續費對主流採用至關重要。
驗證節點可自定義：您可以根據自己的app的需求，為自己的區塊鏈設置相應的驗證節點規則和要求。您可以要求驗證節點遵守特定司法轄區的法律（如歐盟的《通用數據保護條例》），具備高性能硬件，或提供特定證明。

這些新一代區塊鏈網絡已建立或即將建立連接以太坊和比特幣的跨鏈橋。它們也在开發連接彼此的跨鏈橋，以期充分實現區塊鏈互聯網的愿景。

Cosmos、Polkadot和Avalanche在協議層面（共識機制、經濟安全拓撲結構等）有很大區別，因此，它們的功能（鏈間通信、代幣經濟模型、所支持的app類型等）和擴容方式（驗證節點的參與、質押的歸屬等）也很不相同。下文將對三者進行對比，幫助开發者、企業家、投資者、研究人員和考慮在這些平臺搭建項目的人士了解三者間的區別和它們各自的權衡取舍。

異構區塊鏈網絡對比

Cosmos、Polkadot、Avalanche對比

共識機制

共識機制能在开放的計算機網絡上安全而一致地復制應用程序的狀態。與此同時，在信息不完備或存在惡意節點（拜佔庭容錯）的情況下，網絡應保持容錯和共識機制的有效性。Cosmos和Polkadot使用實用拜佔庭容錯算法（PBFT），它要求所有參與共識的節點彼此通信。因此，網絡決策具備絕對最終確定性。PBFT具備延遲低、確認速度快的特點，但它無法擴展到全球开放網絡中的大量節點，因為隨着驗證工作的增加，每個驗證節點的負擔會指數級增長。比特幣引入了最長鏈共識機制（中本聰共識），允許概率確定性，錯誤率極低。隨着時間的推移，它會逐步建立一個可靠而可擴展的網絡，但這個過程非常慢。

Cosmos主網於2019年3月啓動，採用Tendermint PBFT共識，交易確認速度快。但是，由於所有節點必須相互通信，二次消息傳遞的復雜性導致每次只能確認一個塊。
Polkadot主網於2020年3月啓動，其共識機制對區塊生產和交易確認進行了分離：BABE共識（Ouroboros Praos的變體）發起候選塊，GRANDPA（PBFT的變體）對它們進行分批確認。這種混合式的共識機制對二次消息傳遞的復雜性進行了一定程度上的優化。
Avalanche主網於2020年3月啓動，採用雪崩共識協議。這是一種結合了驗證節點重復採樣（Snowball）和傳遞性投票的獨特共識機制，採用有向無環圖（DAG）而非线性區塊鏈。雪崩共識的消息傳遞復雜性是恆定的，因此它具備低延遲、大規模參與的特點。和中本聰共識一樣，雪崩共識提供概率最終確定性，但具體參數可以調整，錯誤率極低。

驗證節點准入

區塊鏈使用PoW或PoS機制，在开放節點參與的同時，防止同一實體操作多個身份（女巫攻擊）。和其他新項目一樣，Cosmos、Polkadot、Avalanche均使用PoS機制，因為它能效更高，設計空間也更大。這些網絡上也有部分項目使用輕量化的PoW機制或公平硬幣分配機制。

交易延遲

Cosmos確認交易需要6-7秒。
Polkadot確認交易共需要12-60秒（技術審訂注：大多數在5秒左右），區塊生成和交易確認是分離的。
Avalanche確認交易只需不到1秒。Avalanche和比特幣一樣採用概率最終性確認，錯誤率極低。

計算吞吐量

網絡每秒處理的計算總量取決於網絡使用的虛擬機和實際運行環境功能的復雜性。Cosmos、Polkadot和Avalanche都支持專用的異步區塊鏈網絡，最終它們的網絡吞吐量都是無限的。重點在於這些網絡能實現怎樣的增長，它們的鏈間經濟安全結構是怎樣的。

交易成本

交易手續費隨網絡活動的增加而上漲。Cosmos、Polkadot和Avalanche都支持專用網絡，即每條鏈都能根據其狀態增長確定自己的費率機制。

在Cosmos，每條鏈都能定義自己的費率機制。
在Polkadot，每條鏈都能定義自己的費率機制。手續費通過一個權重系統預先計算。是否銷毀手續費由各鏈自行決定。
在Avalanche，每條鏈都能定義自己的費率機制。在主網，部分功能手續費固定，其他功能手續費為0。所有手續費都將銷毀，維護代幣持有者的長期利益。

去中心化水平

下列數據截至2022年3月17日。

Cosmos節點需進行二次信息傳遞，因此節點數量有限。Cosmos有150個活躍驗證節點，IRIS有100個活躍驗證節點，Osmosis有100個活躍驗證節點。目前，用戶需質押至少147,231 ATOM（約130萬美元）方可成為Cosmos Hub的活躍節點，委托門檻則為1 ATOM。質押總額約為50億美元。

Polkadot優化了節點間的二次消息傳遞，節點數量較為有限。Polkadot有297個活躍驗證節點，Kusama有1,000個活躍驗證節點。目前，用戶需質押至少175萬 DOT（約3300萬美元）方可成為Polkadot中繼鏈的活躍節點，提名門檻則為120 DOT。質押總額約為120億美元。

Avalanche節點的消息傳遞量是恆定的，因此節點數量可以無限擴張。Avalanche主網有1,311個活躍驗證節點。目前，用戶需質押至少2,000 AVAX（約16萬美元）方可成為Avalanche主網的活躍節點，委托門檻則為25 AVAX。質押總額約為160億美元。

去中心化水平也取決於節點的權益和收益集中度（收益根據權益加權），它們通常呈現長尾分布——少數節點擁有大部分權益，多數節點擁有小部分權益。對於區塊鏈平臺來說，如何實現公平的權益分配是一個有待解決的問題，每個項目都在以自己的方式作出嘗試。例如，由於Polkadot的核心是基於PBFT的共識，它的活躍節點數量有限，但這些節點能通過Phragmén算法獲得相同的收益。Avalanche憑借新穎的共識機制，可以實現節點的無限擴張，同時，節點的平均權重正在逐步下降，從而提高去中心化水平。

鏈間網絡拓撲結構

下列數據截至2022年3月17日。

Cosmos是一個分布式的區塊鏈網絡，各區塊鏈可以擁有自己的驗證節點。鏈間互操作通過鏈間通信（IBC）橋接協議實現。每條鏈都要實現IBC才能連接其他鏈。目前，IBC已在28條區塊鏈上部署，它們專注於DeFi、EVM 智能合約、社交媒體、隱私、再生農業和遊戲等領域。Cosmos正在开發以太坊、比特幣跨鏈橋。
Polkadot允許平行鏈從中央中繼鏈繼承安全性。平行鏈沒有自己的驗證節點，但它們有收集交易並為中繼鏈驗證節點生成狀態轉換證明的核對節點（collator）。平行鏈通過跨鏈消息（XCM）格式實現互操作，安全性的繼承機制則為任意數據傳遞提供了可能。目前，Polkadot擁有10條平行鏈，分別專注於DeFi、EVM 智能合約、社交媒體、隱私、遊戲等。Polkadot正在开發以太坊、比特幣跨鏈橋。
Avalanche允許驗證節點重合：子網在運行多條區塊鏈的同時也為主網提供驗證。同一子網中的不同區塊鏈可以實現近即時資產轉移（導出/導入）。子網間通信指某一子網中的一條鏈與另一子網中的另一條鏈進行通信，目前是通過跨鏈橋實現的（使用EVM鏈的ChainBridge-Solidity合約）。事實上，兩個子網的驗證節點重合越多，子網間通信的安全保證就越高，因為重合的節點在兩個子網中都擁有利益。如果一組節點在某一子網出現惡意行為，它們在主網和其他子網的權益也將面臨風險。雖然Avalanche尚未推出子網間的直接互操作方法，Avalanche主網完全可以作為子網間的中介。目前，Avalanche主網擁有3條區塊鏈：X鏈用於轉账，P鏈用於質押，C鏈用於EVM智能合約。其他區塊鏈和子網也正在蓬勃發展。另外，與其他平臺一樣，Avalanche擁有Avalanche-以太坊跨鏈橋（AB橋），它通過受信任聯邦運行，是今天的60個以太坊跨鏈橋中最常用的跨鏈橋之一。

在今天的Cosmos，在缺乏安全共享機制的情況下橋接安全級別不同的區塊鏈，和普通的跨鏈操作並沒有什么不同。因此，如果沒有共同的確定性保證，鏈間通信的風險級別是不固定的。Polkadot的繼承安全模型允許統一的確定性保證，在此基礎上，平行鏈可以安全地互相傳遞任意數據。Avalanche的驗證節點重合模型支持各鏈與主網共享安全性，不同子網內的區塊鏈也將很快能直接共享安全性，無需使用跨鏈橋。因此，子網間重合的節點（在兩個子網同時擁有利益的節點）越多，子網間通信的安全保證就越高。總體來看，不同區塊鏈間重合的節點（類似於PoW機制中的合並挖礦）越多，鏈間通信的安全性就越強。

治理

Cosmos通過鏈上機制調整共識參數、協調資金分配。
Polkadot的運行環境邏輯全部以WASM二進制文件的形式存儲在鏈上，允許無分叉runtime升級，也就是說決策將根據公投結果自動執行，不需要开發人員或驗證節點進行任何操作。其治理模塊包括代幣加權投票、輪值委員會、時間鎖代幣投票和自適應投票偏見機制。
Avalanche可通過鏈上投票升級部分參數。其團隊正在根據雪崩共識的特性，开發範圍更大的治理機制。

开發空間

所有區塊鏈都具備以下核心組件：數據庫、p2p網絡、共識機制、交易處理機制和狀態轉換功能（運行環境或虛擬機）。Cosmos、Polkadot、Avalanche提供上述核心組件，支持开發人員構建自定義狀態轉換函數。

Cosmos提供Cosmos SDK和Tendermint中間件，支持用任意編程語言執行交易。您可以开發自己的虛擬機，建立自己的節點集。如果要啓動自己的區塊鏈，您需要從頭建立驗證節點集，並吸引現有區塊鏈的節點。您還能在EVM兼容鏈（Ethermint或CosmWasm）上部署智能合約。
Polkadot提供了基於Wasm的元協議和Substrate开發工具包，其語言為Rust。您可以使用Polkadot提供的模塊（如帳戶、資產、治理、EVM等）和自定義模塊开發自己的虛擬機。您還可以使用Substrate的鏈上調度、鏈下工作機和免手續費交易的免執行模型。在平行鏈拍賣中競拍到插槽後，便能啓動自己的區塊鏈，新區塊鏈將繼承中繼鏈的安全性。或者，您也可以擴大自己的驗證節點的規模。您還能在EVM兼容鏈（Moonbeam、Acala）上部署智能合約或使用Ink智能合約。
Avalanche提供Avalanche虛擬機（AVM），供开發者克隆並自定義自己的實例，或建立全新的實例作為自己的虛擬機（开發虛擬機的模塊SDK尚未發布）。啓動一條區塊鏈，需要啓動子網並吸引驗證節點，子網節點必須是Avalanche主網的節點。（技術審訂注：子網節點現階段是由子網創建者自己搭建或者招募，並非必須是Avalanche主網的節點）目前已有啓動自定義EVM鏈的子網EVM代碼，您可以在兼容EVM的C鏈上部署智能合約。

異構區塊鏈網絡的拓撲結構

比起每條區塊鏈都是同個虛擬機的實例的網絡，由專用區塊鏈組成的異步網絡更具備應對大規模用戶活動的潛力。本節將更加詳細地探討Cosmos、Polkadot、Avalanche各自的區塊鏈網絡和鏈間通信機制。

Cosmos生態

Cosmos生態採用分布式網絡的拓撲結構，不同區塊鏈用途各異，各自擁有自己的驗證節點集。需要通信時，這些鏈將借助跨鏈橋進行通信。分析認為，這種拓撲結構“和最不安全的鏈一樣安全”（最安全的鏈接受來自最不安全的資產後，其安全性會下降）。但是，這種拓撲結構也賦予Cosmos網絡以韌性，因為沒有哪條區塊鏈的安全問題會左右整個生態的存亡。但是，這樣的Cosmos生態和其他依賴跨鏈橋的區塊鏈有什么區別呢？Cosmos具有“無附加條件”的政策，Binance DEX、Oasis、Terra、Nym等項目都能使用Tendermint开發並啓動自己的app專用區塊鏈。

Cosmos生態中的區塊鏈通過跨鏈通信（IBC）協議彼此連接（參見數據平臺Map of Zones上的28條互聯區塊鏈）。實施IBC協議的區塊鏈將彼此連接，提高整個Cosmos生態的流動性。IBC的運行方式和跨鏈橋非常類似。將資產從一條區塊鏈轉移到另一條區塊鏈時，用戶需要 1) 在轉出鏈鎖定資產；2) 監測各區塊鏈的第三方（可能是聯邦中繼節點）發現該收據，將其送達目的鏈；3) 目的鏈驗證收據，將資產表示反饋給轉出鏈。在Cosmos生態，實施IBC的鏈擁有Tendermint輕型客戶端驗證工具，可以在通信中使用並驗證這些收據。此外，IBC是一個通用協議，可以在不同的區塊鏈架構中實現（參見Substrate的IBC實現）。另外，新版本的IBC將提供共享安全性方案（詳見Billy Rennekamps的演講）。

波卡的繼承安全拓撲結構

Polkadot採用分層級的繼承安全拓撲結構，平行鏈間的任意數據通信非常高效，但這些平行鏈依賴於從中央中繼鏈租賃的安全性。在Polkadot，平行鏈不需要自己的驗證節點，而是從中繼鏈租賃安全性。具體而言，平行鏈需要在拍賣中拍得插槽（總計約100個插槽）並鎖定DOT 代幣（通過衆籌籌集DOT）。平行鏈專注於各自的領域，當它們通過核對節點連接到中繼鏈並與之同步後，它們的功能將立即可用。批評人士認為，不同區塊鏈鏈可能並不需要相同的安全級別，另外，單條區塊鏈的安全不應具備左右整個生態的存亡的能力。雖然目前Polkadot倡導的是沒有驗證節點的平行鏈，用戶完全可以用Substrate啓動區塊鏈，建立自己的驗證節點，而不是依賴中央中繼鏈（參見Compound Gateway）。此外，平行鏈可以積累自己的驗證節點，在租期結束時解鎖DOT代幣，並在需要跨鏈通信時使用跨鏈橋。此外，Polkadot可以設立多個中繼鏈，這將利好整個Polkadot生態。不過，網絡的分層級拓撲結構很可能會保留下來，因為以繼承安全為基礎的跨鏈通信比跨鏈橋效率高。

Polkadot开發了跨共識信息交換格式（XCM），作為平行鏈、智能合約、跨鏈橋和Substrate pallet間通信的通用格式。此外還有垂直信息傳遞（VMP），用於中繼鏈和平性鏈間的信息交換，以及跨鏈信息傳遞（XCMP），用於同一中繼鏈下平性鏈間的信息交換。XCM中的信息是跨共識虛擬機（XCVM）上運行的程序（參見Gavin Wood的系列文章）。其他異構區塊鏈網絡也適用這種編寫網絡、構建可組合鏈間app的抽象方法。

隨着平行鏈社群的擴大，平行鏈也許會希望擁有自己的驗證節點（參見Acala的ppt），這樣一來，它們便會成為向其他鏈租借安全性的中繼鏈。雖然嵌套的安全分享機制可能會變得很復雜，所有子平性鏈可以共享確定性保證，每秒處理的狀態轉換量也會增加，擴大Polkadot網絡的總計算通量。

Avalanche的網絡重疊拓撲結構

Avalanche具有網絡互相重疊的拓撲結構。每個驗證子網的節點都需要同時驗證Avalanche主網。（技術審訂注：現階段沒有這樣的設定，並非強制節點是主網和子網的驗證節點）子網由一組驗證節點組成。一個子網可以驗證多條區塊鏈，但一條區塊鏈只能由一個子網驗證。也就是說，一個節點可以參與多個子網。啓動新區塊鏈時，您必須提供激勵措施來吸引驗證節點，且這些節點需同時驗證主網或其他區塊鏈。（技術審訂注：參考上文備注，並非如此）如果您的鏈吸引到了新的驗證節點，那么這些節點必須驗證主網和運行您的區塊鏈的子網。總體而言，子網架構決定了驗證節點互相重合的網絡結構（如上圖所示），而這是由創新的雪崩共識決定的。雪崩共識對驗證節點進行重復二次採樣，不需要所有節點互相通信，只需要少部分節點互相通信，這大大降低了網絡的信息傳遞復雜性。因此，即使驗證節點增加到上萬個，節點的帶寬和處理能力要求都是恆定的。因此，從節點參與的角度看，Avalanche平臺的區塊鏈比Polkadot和Cosmos的區塊鏈更具包容性，因為Avalanche每條鏈的驗證節點都可以無限擴張。一個節點能運行多少條區塊鏈，取決於區塊鏈的runtime/虛擬機設計復雜度，目前還沒有確定的答案。

在Avalanche，跨鏈互操作十分高效，這不僅是因為Avalanche交易確認速度快，也是因為主網確保了共享確定性保證（目前X鏈、P鏈、C鏈間可以實現近即時資產轉移）。Avalanche的安全共享模型不同於 Polkadot或以太坊最新的rollup系統。Avalanche新穎的子網架構支持密度更高的網絡。這是因為安全共享不僅發生在主網的三條鏈之間，也發生在所有互相重疊的子網區塊鏈之間。這賦予了Avalanche網絡可組合性和可編程性，开闢了嶄新的設計空間，並將支持可以指數級擴展到數百萬日活用戶的形成群體網絡（GFN；參見裏德定律），助力Web3愿景的實現。

應用程序

異構區塊鏈網絡Cosmos、Polkadot和Avalanche憑借核心基礎設施的革新，提供了廣闊的設計空間。截至目前，以太坊一直是加密經濟創新的大本營。實際上，在這些異構網絡上啓動項目的團隊，最初都是對以太坊上已有的項目（DEX、AMM、借貸、穩定幣、聚合工具、保險、NFT平臺等）進行優化。不過，也有團隊在利用這些異構網絡的獨特優勢，探索全新的應用場景。

在Cosmos，Osmosis將交易隱私（使用門限解密交易防止搶跑）與跨鏈AMM相結合，並通過IBC實現跨鏈。Celestia對區塊數據進行編碼，提高輕型客戶端的安全性，這對自主身份區塊鏈的互操作性及其在分布式區塊鏈生態中的安全等級差異具有關鍵意義。Regen通過加密經濟平臺激勵再生農業，並利用附帶審計生態的傳感器和衛星數據。Nym啓動mixnet來阻止攻擊者分析網絡流量，即使攻擊者具備監視整個網絡的能力。Nym使用Tendermint和Cosmwasm智能合約控制目錄服務、節點綁定和mixnet委托質押。Penumbra保護跨鏈網絡交易的隱私。Binance DEX和Terra這樣的大型項目也使用了Tendermint。通過IBC實現互操作後，這些區塊鏈將釋放更大的價值。

在Polkadot網絡，Acala平行鏈是一個一站式的DeFi中心，提供從AMM到穩定幣借貸的豐富功能。Moonbeam是一個兼容EVM的智能合約鏈。Subsocial正在开發去中心化的社交網絡平臺。Robonomics則在开發自主機器人服務。Bit Country是啓動特定社群的虛擬世界/元宇宙的平臺。Integritee和Phala使用可信執行環境（TEE）實現去中心化機密計算和加密數據存儲。Polkadot的开發框架Substrate也可以獨立使用（並非作為平行鏈），用於運行Compound Gateway這樣的區塊鏈。雖然所有平行鏈在設計上都兼容Polkadot的跨鏈生態，它們應該更好地利用Substrate框架出色的可組合性、內存效率和自動升級的元協議治理能力，賦能全新的使用場景。

Avalanche的EVM兼容鏈C鏈最初吸引到的是希望开發“高能效版”以太坊項目的團隊。穿山甲是一個效仿Uniswap的高速AMM。Sherpa Cash效仿Tornado，負責提供隱私交易。Trader Joe最初是AMM，後來增加了借貸功能，現在正在邁向DeFi中心。Benqi是一個類似於Compound的借貸應用，最近推出了AVAX流動性質押。Platypus是Curve穩定幣兌換的優化版本，增加了資產負債管理功能。Aave、Curve、Sushiswap這些採用多鏈策略的以太坊領軍項目也紛紛在Avalanche C鏈啓動，吸引大量流動性沿AEB橋跨鏈而來。Avalanche生態也有一些新的資產類型，例如訴訟融資，通過與DAO結合，該項目或能將法律體系接入加密貨幣網絡。事實上，Avalanche的創新共識和子網互相重疊的拓撲結構為未來的創新項目打开了巨大的可能性。

結論

異構區塊鏈網絡Cosmos、Polkadot、Avalanche為區塊鏈互聯網提供了出色的基礎設施，證明了異步異構網絡模型的高效性，也對當前的比特幣和以太坊網絡進行了改進。這些網絡最終將容納數百萬日活用戶，實現web3“互聯網由用戶擁有和控制”的愿景。

異構網絡各顯其能有助於實現真正的去中心化互聯網，因為它們在設計上各具特色，做了各自的權衡和取舍。了解這些網絡的異同點有利於开發面向未來的新系統。使用這些基礎設施的項目將超越智能合約應用，成為擁有專用區塊鏈和自己的社群的可擴展生產質量系統，應用於此前無法想象的場景。但現在說這些不免為時過早，還有一些問題沒有解決，例如如何確保流動性在各鏈間高效流動，而不是孤立地存在於特定鏈中？跨鏈運行的开放組織將如何預防多鏈巨鯨的出現，確保財富和權力的公平分配？

[1] 比特幣網絡建立在數十年的密碼學研究上，詳見Arvind Narayanan和Jeremy Clark的論文《比特幣的學術起源》。

特別感謝Sam Hart、İstem D. Akalp、Engin Erdogan、Joe Petrowski的反饋和審稿建議。

披露：本文作者可能持有文中所述項目的資產。