1. 摘要

Cosmos項目有個宏偉的目標顽分，就是在DPOS+BFT的共識引擎的基礎上司志，能夠實現區(qū)塊鏈開發(fā)簡便佃乘，互通互聯凳谦。本文介紹以下內容：
（1）Cosmos架構
（2）Cosmos Hub
（3）Cosmos SDK
（4）IBC協議
（5）PegZone

2.Cosmos架構

Cosmos是Tendermint團隊推出的一個支持跨鏈交互的異構網絡份蝴，它最終的目標是創(chuàng)建一個區(qū)塊鏈互聯網犁功，允許大量自主且易開發(fā)的區(qū)塊鏈互相擴展和交互』榉颍基于Tendermint開發(fā)浸卦，采用的Tendermint共識算法，是一個類似實用拜占庭容錯共識引擎案糙，具有高性能限嫌、一致性、具備拜占庭容錯等特點时捌。Tendermint共識算法參考《【深度知識】Tendermint共識算法原理和框架流程》怒医。
Cosmos網絡由許多獨立的并行區(qū)塊鏈組成，網絡中第一個區(qū)塊鏈是Cosmos Hub奢讨，其他的并行鏈稱為Zone稚叹，通過跨鏈協議（IBC）與Hub進行跨鏈操作。

Cosmos官方網站：https://cosmos.network拿诸。

圖所示是Cosmos 網絡的詳細架構圖扒袖，Cosmos為方便平行鏈開發(fā)提供了基本服務CosmosSDK包括：共識、網絡以及IBC協議等亩码，這樣基于Cosmos SDK開發(fā)的子鏈之間都能夠方便地互相交互季率。此外對于非Cosmos SDK 開發(fā)的區(qū)塊鏈需要使用Peg Zone進行橋接，如圖中的Ethereum描沟。

3.Cosmos Hub

Cosmos上的第一個Hub叫做Cosmos Hub飒泻。Cosmos Hub是一種多資產權益證明加密貨幣網絡，它通過簡單的管理機制來實現網絡的改動與更新吏廉。此外蠢络，Cosmos Hub還可以通過連接其他Zone來實現擴展。 Cosmos網絡的Hub及各個Zone可以通過區(qū)塊鏈間通信（IBC）協議進行溝通迟蜜，這種協議就是針對區(qū)塊鏈的虛擬用戶數據報協議（UDP）或者傳輸控制協議（TCP）刹孔。代幣可以安全快速地從一個Zone傳遞到另一個Zone，兩者之間無需體現匯兌流動性。Zome內部所有代幣的轉移都會通過Cosmos Hub髓霞，它會記錄每個Zone所持有的代幣總量卦睹。這個中心會將每個Zone與其他故障Zone隔離開。因為每個人都將新Zone連接到Cosmos Hub方库，所以個Zone今后也可以兼容新的區(qū)塊鏈技術结序。

4. Cosmos SDK

從Github上可以看出Cosmos主要的代碼是cosmos-sdk，它包含Cosmos Hub的程序代碼纵潦，同時也是一個區(qū)塊鏈開發(fā)框架徐鹤，為其他區(qū)塊鏈開發(fā)者提供一些通用的功能模塊，比如：共識邀层，P2P網絡返敬，IBC，賬戶寥院，治理劲赠，認證等。

不難看出cosmos-sdk其實就是一個ABCI應用秸谢。主要有：

• baseapp：定義了一個基本ABCI應用的模版凛澎，與Tendermint通信。開發(fā)者也可以根據自己的需求重寫估蹄。
• 應用程序：包括gaia塑煎、basecoin、democoin臭蚁。其中gaia就是hub主程序最铁，basecoin以及democoin是提供的兩個示例應用。
• plugins：cosmos-sdk的基本單元刊棕，每個plugin都是baseapp的功能擴展，包含各自的消息和交易處理邏輯待逞。目前SDK已經集成了一些重要的plugin：
  -staking：POS相關的實現甥角，包括：綁定，解綁识樱，通貨膨脹嗤无，費用等操作。
  -ibc：跨鏈協議IBC的實現怜庸，也是Cosmos支持跨鏈的主要插件当犯。
  -governance：治理相關的實現，如提議割疾、投票等嚎卫。
  -auth：定義了一個標準的多資產賬戶結構（BaseAccount），開發(fā)者可以直接嵌入自己的賬戶體系中宏榕。
  -bank：定義資產的轉移拓诸。

4.1）源代碼結構

整個SDK源代碼目錄如下圖所示：

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4.2）基本數據結構

a）Actor & Context

Actor以及Context定義在context.go代碼中侵佃。

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Actor定義了某個鏈上某個App的一個賬戶（地址）。

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Context定義一些基本信息的函數集合：權限查詢奠支，Nonce/ChainID/BlockHeight查詢等等馋辈。

b）Tx

Tx定義在txinner_wrapper.go文件中。Tx會貫穿整個SDK的處理倍谜，是整個SDK最重要的數據結構迈螟。

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Tx是個數據結構，其中的TxInner是接口：Wrap以及ValidateBasic尔崔。也就是說一個Tx必須要實現TxInner接口答毫。

c）Handler

Handler接口定義在handler.go文件中。

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Handler定義module執(zhí)行的接口：CheckTx（查看Tx）您旁，DeliverTx（區(qū)塊中交易處理）烙常，InitState以及InitValidator（初始化狀態(tài)和Validator），Name是執(zhí)行模塊的名稱鹤盒。有關module的具體解釋蚕脏，請看Stack和Module的介紹。

4.3）Stack

Stack的相關代碼在stack目錄中侦锯。Stack有關的數據類型如下圖：

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Stack有兩部分組成：builder（middleware）以及Dispatcher驼鞭。Dispatcher和middleware的區(qū)別是：middleware提供Next函數，可以訪問下一個“middleware”尺碰，Dispatcher是一組Dispatchable構成挣棕。

Stack上的所有Middleware被wrap成一個sdk.Handler。

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4.4）Client客戶端

Client的邏輯在client的目錄中亲桥。介紹一下Client端將sdk.Tx封裝的邏輯（實現在client/txs/wrapper.go）洛心。

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Wrapps.Wrap函數將當前傳入的sdk.Tx進行wrap，形成類似洋蔥樣的封裝题篷。

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4.5）Server服務器端

與客戶端相對應的是服務器端词身，服務器端主要是接收sdk.Tx，檢查后調用Tendermint的RPC提交或者查詢信息番枚。邏輯實現在client/rest目錄下法严。以txs.go為例，解釋一下服務器的實現原理：

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服務器端利用mux.Router機制葫笼，注冊響應函數（如上圖中的PostTx）深啤。

4.6）ABCI App程序

ABCI App程序的邏輯實現在app以及server目錄。App程序的邏輯相對簡單路星，主要是實現ABCI的接口溯街，調用Stack，具體的操作由Stack的一個個的middleware處理。

一個交易的大致處理流程如下圖：

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4.7）example示例

Cosmos SDK提供了示例代碼苫幢，在examples目錄下访诱。感興趣的小伙伴，可以查看basecoin的實現韩肝。

4.8）module實現

在Cosmos SDK中實現了一些通用module触菜，在modules目錄下：fee，coin哀峻，ibc, nonce, auth等等涡相。fee module的邏輯相對簡單，可以看出一個模塊大致需要實現的邏輯：

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實現一個module剩蟀，要實現三個接口：commands/wrap.go（client端的封裝）催蝗，handler.go（Stack中的middleware的接口，也就是sdk.handler接口）育特，以及tx.go（此模塊的交易定義以及TxInner的實現）丙号。

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因此基于cosmos-sdk框架，利用其插件功能缰冤，可以非橙В快速的開發(fā)出屬于自己應用的區(qū)塊鏈，同時也可以很方便的加入Cosmos生態(tài)網絡棉浸，支持不同鏈之間的互操作怀薛，在插件的設計上和EOS也有異曲同工之妙。

那么如何使用這些插件功能呢迷郑？可以參考cosmos-sdk提供的示例應用枝恋，以basecoin為例，只需要幾步：

1. 創(chuàng)建自己的ABCI應用嗡害，可以嵌入baseapp焚碌，也可以重載baseapp。
2. 定義自己的賬戶體系霸妹，可以嵌入BaseAccount十电。
3. 選擇所需要的插件，注冊到消息路由抑堡。

5. IBC協議

Cosmos的區(qū)塊鏈間通信協議（IBC）將不同區(qū)塊鏈連接起來摆出，達到價值轉移的目的朗徊。

IBC協議是針對Cosmos網絡設計的首妖，依賴其及時最終性的特點，用于Hub與Zone之間消息傳遞爷恳。IBC協議中設計了兩個消息：

• IBCBlockCommitTx：發(fā)送方所在區(qū)塊鏈的最新的區(qū)塊信息有缆。
• IBCPacketTx：跨鏈交易本身的信息，及其在發(fā)送方鏈中被打包的區(qū)塊信息。

但有了消息的傳遞棚壁，接收鏈如何校驗信任消息呢杯矩？

在IBC協議設計里，兩個鏈建立連接之前需要進行彼此注冊袖外，有兩個作用：

1史隆、保存對方鏈驗證者集合以及Merkle證明的算法，這樣接收鏈才能確保消息的正確性和來源的可靠性曼验。

2泌射、為對方鏈創(chuàng)建兩個可靠隊列，一個隊列存放所以對方鏈的消息（outgoing）鬓照，一個隊列存放來自對方鏈的消息（incoming）熔酷。

我們以chain1中用戶User A轉100mycoin 給test-hub用戶User B為例看看IBC整個的工作流程如下（基于目前IBC實現代碼）：

整個工作流程可以分為三個階段：

1. User A向chain1提交跨鏈交易，chain1執(zhí)行該交易豺裆，并將交易存入outgoing隊列拒秘。
2. relayer從chain1中對應test-hub的outgoing消息隊列取出跨鏈交易，提交到test-hub臭猜。
3. test-hub執(zhí)行交易躺酒，放入incoming消息隊列。

大家可以看到获讳，整個流程比較簡單阴颖，而且涉及的消息只有IBCPacket。目前Cosmos跨鏈實現并沒有全部完成丐膝，只是完成了一個簡單的交易處理流程量愧。

6. PegZone

基于cosmos-sdk開發(fā)的區(qū)塊鏈能夠輕松滿足實時最終性，然而現存的Bitcoin和Ethereum這類使用POW共識的區(qū)塊鏈并不具備此特點帅矗，只能屬于概率最終性偎肃，無法防止區(qū)塊鏈的回滾。對于這類鏈浑此，團隊采用PegZone方案來解決累颂。

PegZone本身其實是一條代理鏈，實時跟蹤原始鏈的狀態(tài)凛俱，通過設定一個安全閥值紊馏，等待原始鏈區(qū)塊增長數達到安全閥值時就認為原始鏈的狀態(tài)達到了偽實時最終性（回滾概率小）蒲犬，這點和輕客戶端錢包驗證是相同的原理朱监，例如比特幣安全閥值通常設置為6，以太坊安全閥值可以設置為20或者100原叮。而PegZone本身具備實時最終性赫编，就可以通過IBC與Hub相連巡蘸，從而實現跨鏈。

接下來還是用例子來說明下擂送，以Ethereum為例來看蒲拉，有興趣的朋友可參考Github上的cosmos/Peggy項目求类。示意圖如下：

上圖我們可以看出PegZone可以分為5個部分：

1. Smart Contract：資產托管的角色拜秧，保管以太坊中的代幣和Cosmos中的代幣萍恕。主要提供了lock、unlock蟀拷、mint身腻、burn四個方法。
2. Witness：是一個以太坊全節(jié)點匹厘，監(jiān)聽以太坊合約的event嘀趟，并等待100個區(qū)塊產生后，封裝WitnessTx提交到PegZone中來證明在以太坊內狀態(tài)更改愈诚。
3. PegZone：PegZone是基于Tendermint的區(qū)塊鏈她按，負責維護用戶的賬戶信息，允許用戶之間資產的轉移炕柔，并提供交易查詢酌泰。
4. Signer：使用secp256k1對交易進行簽名，以便簽名能夠高效的被智能合約驗證匕累，對應于智能合約的校驗者公鑰集合陵刹。
5. **Relayer： **中繼器負責交易轉發(fā)。將所有Signer簽名后的SignTx轉發(fā)到smart contract中欢嘿。

7. 參考

（1）深度解析Tendermint衰琐，快速融入Cosmos生態(tài)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/38252058
（2）跨越當前鏈的邊界，Cosmos技術深扒
https://zhuanlan.zhihu.com/p/42693285
（3）軟硬核：徹底讀懂 Cosmos 如何一鍵發(fā)鏈與萬鏈互聯
https://www.8btc.com/article/373565
（4）查看支持COSMOS跨鏈的項目
https://cosmos.network/ecosystem
（5）Cosmos項目以及SDK介紹
https://zhuanlan.zhihu.com/p/43898294
（6）Cosmos互聯鏈通信技術規(guī)范（上）
https://juejin.im/post/5a98f6496fb9a028da7bf9d4
（7）Cosmos網絡開發(fā)進展
https://cosmos.network/roadmap

Cosmos

• Cosmos白皮書（第1-7章）
• Cosmos白皮書（第8-10章）
• Cosmos(宇宙鏈)路線圖
• Cosmos(宇宙鏈)未來計劃
• Cosmos-Ethermint 0.3 測試網教程
• Cosmos-Basecoin 0.6 跨鏈測試網
• Cosmos-Basecoin的跨鏈轉賬架構
• 一文簡單了解 Tendermint
• C語言實現的Tendermint-ABCI接口

其他

• 為什么施諾爾簽名有助解決今天比特幣的兩大難題
• 拜占庭容錯(BFT)算法介紹
• Melonport（梅隆協議）：跨鏈數字資產基金管理應用