Web3系列研究 | 中國信通院朱斯語：Cosmos——非共享安全式的信任平臺
一、目標愿景
Web3時代的信任平臺面臨性能和成本的挑戰。以太坊擁有50萬日均活躍地址，與互聯網相比，推特和臉書的日活用戶分別是2億和20億，這主要受限于當前分布式網絡的低吞吐量與高交易成本。提高吞吐量有兩種方式，一是提高節點的計算性能，二是分割網絡進行平行處理交易。降低成本主要依靠設計合理的交易模型，例如自定義費用結構等。
Cosmos是一個不斷擴展的互連應用程序和服務生態系統。Cosmos的愿景是讓開發者更容易的構建區塊鏈，并通過允許區塊鏈交易來打破彼此之間的障礙，最終目標是創建一個“區塊鏈互聯網”，即一個能夠以分布式方法相互通信的區塊鏈網絡。借助Cosmos，區塊鏈可以快速處理交易并與生態系統中的其他區塊鏈進行通信。
二、解決方案
從技術架構角度來看，Cosmos可分為三個概念層，如圖1所示：一是應用層，負責更新交易狀態，處理交易。二是共識層，使節點能夠就系統當前狀態達成一致，即將原來的合約層和激勵層合并。三是網絡層，負責交易和共識相關信息的傳播，即將原來的數據層和網絡層合并。對于開發者來說，可以不用過于關注網絡層和共識層，主要負責開發應用層的業務邏輯來提供應用場景。
從開發者角度來看，Cosmos具有靈活的調用手段，如圖2所示：通過應用程序區塊鏈接口（Application Blockchain Interface，ABCI），開發者可以在Cosmos共識機制提供的最終交易上構建應用程序，ABCI作為一個socket協議，是一個調用接口，不同于其他區塊鏈要求開發者學習并使用特定的語言，開發者可以選擇熟悉的語言進行開發。
▲ 圖 1 Cosmos的概念層
▲ 圖 2 Cosmos應用接口
Cosmos作為Web3重要的信任基礎設施，主要有三個核心部分，如圖3所示：中心區塊鏈網絡（Hub）、區域空間網絡（Zone），鏈間通信協議（Inter-Blockchain Communication Protocol，IBC）。Hub是Cosmos的經濟中心，也是跨鏈消息的信任中心，除了官方的Cosmos Hub，還有多個跨鏈Hub可以提供跨鏈服務，比如IRISnet。Zone是獨立的區塊鏈，可以與Cosmos中心網絡Hub進行跨鏈通信、信息交換和資產交換。IBC是是針對Cosmos網絡設計的通信協議，依賴其及時最終性的特點，用于Hub與Zone之間的消息傳遞。
▲ 圖 3 Cosmos的核心部分
Cosmos運行的核心邏輯：Hub通過與Zone建立連接，實現資產和數據的交換。Cosmos是一個巨大的生態村，村中基本沒有店鋪，但是Cosmos提供了建筑樣式和來往Cosmos的路樣式，同時Cosmos鼓勵其他村子（Zone）與Cosmos修路，不設置限制。Hub相當于集中市場，是持有數字資產和管理區塊鏈賬戶的場所，Hub負責追蹤記錄各個村子（Zone）的狀態，而每個村子則有義務不停地把自身產出的新區塊匯報給Hub。當Zone對Hub建立了連接（IBC）后，Zone只需要信任Hub，即可以自動訪問其他連接到該Hub上的所有Zone。Cosmos采取極其包容的連接策略，網絡無需權限，任何人都能創建Hub或Zone，并有權拒絕其他區塊鏈的連接，形成自己的局域網，同時Zone的局域網之間也可以互相通信，保證內部通信不受外網影響。
一系列開源工具幫助快速構建自定義、可伸縮和可互操作的區塊鏈應用。Tendermint、Cosmos SDK和IBC是Cosmos的三個“法寶”，Tendermint是一個解決方案，它將區塊鏈的網絡和共識層打包到一個通用引擎中，允許開發者專注于開發應用，而不是復雜的底層協議。Cosmos SDK是一個通用框架，它簡化了在Tendermint上構建安全區塊鏈應用程序的過程。區塊鏈之間的連接通過IBC實現，IBC利用Tendermint共識的即時終結性屬性，允許異構鏈相互傳遞價值（即代幣）或數據。
非共享安全式的多鏈連接模式促進Cosmos生態繁榮。Cosmos提供了建設區塊鏈的“圖紙”和連接區塊鏈的“道路”，鼓勵大家多建鏈，任何只要能夠符合Cosmos SDK及Tendermint共識協議的項目都可以成為Cosmos生態的一員，無需得到許可，最后只要修一條“道路”回Cosmos就可以，但是Cosmos并不負責每條鏈的安全問題，這樣的好處是每條鏈的互通成本并不高，Cosmos的包容性促成了生態的快速爆發，截至2022年1月，搭建在Cosmos生態上的項目超260個，僅次于以太坊生態，同時市值排名前300的項目有8個，Cosmos生態集成的Zone涉及約12個細分領域，涵蓋DeFi、連接DeFi與CeFi、Web3、社交、智能合約公鏈、NFT、隱私、跨鏈、基礎設施和memecoin等領域。
Cosmos的多代幣經濟模型解決代幣權益功能和交易手續費功能間的沖突。Cosmos采用多代幣模型，在網絡中有兩種代幣：ATOM和Photon。Atom是Cosmos主體原生的權益代幣，它的核心作用是作為保護Cosmos網絡的一個工具。Photon是Cosmos主體原生的費用代幣，它的核心效用是用于支付Cosmos網絡的費用。將代幣的抵押功能和交易手續費功能割裂開來，可以解決無法兼顧安全性、流動性的難題。2017年4月Cosmos首次發行代幣，初始供應量2億枚，Atom總量的1/3將會作為網絡驗證者的工作獎勵，用于抵押的Atom比例越大，Cosmos網絡就越安全。為保障網絡安全，Atom采用通脹模型，Cosmos按照全網的抵押比例對Atom進行通脹，第一年按照7%增發，用于節點等獎勵，之后每年增發比例會根據每年的抵押率波動：如果總質押的Atom小于供應總量的2/3，通脹率上升到20%；如果總質押大于供應總量的2/3，通脹率將會減小到最少7%。
三、項目歷程
Cosmos由位于美國的營利性軟件公司Tendermint Inc.構建，并由瑞士的非營利組織Interchain Foundation協調開發。
- 2017年，Cosmos通過三次代幣銷售籌集了1700萬美元。
- 2019年3月，Cosmos主網上線，并成功啟動了三項主網（Cosmos Hub-3）。
- 2021年4月，Cosmos Hub和IRIS Hub首次實現了跨鏈互聯。
- 2021年12月，Cosmos宣布Gravity Bridge竣工，可以使Cosmos上的區塊鏈與以太坊實現無縫互操作，同月，在Cosmos的百萬美元黑客馬拉松中，Evmos.me、Cosmos Omnibus和Nymdrive等項目成為獲勝者。
四、思考評論
Cosmos的開放與包容讓其成為Web3世界的“安卓系統”，但也影響了跨鏈深度。任何只要能夠符合Cosmos SDK、Tendermint共識協議和IBC的項目都可以成為Cosmos生態的一員，并且無需得到許可，這一點很像“安卓系統”，但這一特性也帶來新的問題，Cosmos的開放性和包容性使得不同鏈間的跨鏈深度較淺，即僅支持資產跨鏈，卻無法跨鏈調用合約，在目前跨鏈還不是剛需的時候影響不大，但是當深度跨鏈成為剛需時對未來可能產生影響。
Atom較弱的價值捕獲能力可能影響持有者信心，但也是其生態快速發展的核心。Cosmos的生態發展已經僅次于Ethereum，但Atom并未像Ethereum一樣捕獲到足夠的紅利，甚至連生態內的單個Zone類代幣的市值也比Atom高，比如LUNA、MATIC。此外，許多使用Cosmos SDK開發的鏈，比如幣安鏈、Polygon，對ATOM的價值貢獻較少，這些可能會影響投資者的熱情。但我們也看到Atom持有者除了加入節點驗證者的質押收益外，近兩年更多的收益來自生態項目的空投，即Atom持有者通過將其代幣與Cosmos驗證者一起質押來收獲空投代幣，Cosmos生態的新鏈以此激勵方案吸引Cosmos社區成員的關注。
Cosmos啟動共享安全和流動質押功能，或向共享安全式信任平臺進行改變。在Cosmos2022更新的路線圖中可以看到，為了增加Cosmos Hub的流動性、經濟安全性、可用性以及參與性等，2022年Cosmos將進行兩個重要改變，一是啟動共享安全方案，即通過共享驗證人，把Cosmos里的Zone綁定在Hub，讓雙方變成利益共同體，這將補全較弱Zone的安全性，確保整個網絡的安全，二是提出多鏈生態下的流動性質押方案，例如通過協議質押代幣，并鑄造出標的資產的衍生品代幣，即流動性質押代幣，以增加代幣的可用性和參與性。
