项目举例

Cosmos

设计目的

Cosmos 的设计目标是成为可以建立各类区块链通信、共享的底层架构。
Cosmos SDK 是一套具有开箱即用的共识和执行工具，允许任何人创建自己的 PoA/PoS 区块链。

Cosmos 不是 ETH 这个 L1 的 L0。
Cosmos 上可以建立自己的 L1，主要分为：
- 平台类的链（如 Terra）
- 应用链（App Chain）
各类链通过 IBC（Inter-Blockchain Communication Protocol） 连接 Cosmos Hub。
Cosmos 的设计前提：
- 基于智能合约的虚拟机在灵活性、主权和性能上受限。
- Cosmos 不是建立一个可运行多应用的单一虚拟机，而是鼓励和促进为每个用例创建单独的区块链。
- 应用程序开发者可以灵活选择架构、语言等，最后通过 Cosmos 的多链通信层 IBC 实现互操作性。

术语

单个区块链被称为：区（zone）
连接模块被称为：中心（hub）

关于Cosmos

Cosmos打造了全套的标准化开发工具，降低开者发门槛，实现公链开发的标准化以及公链网络互通，包括Tendermint共识引擎，Cosmos SDK 的模块化开发框架，IBC通信协议，同时自己建立了一条枢纽链，称为Cosmos Hub，连接所有Cosmos生态公链
Tendermint共识引擎:提供了通用的网络层和共识层，基于POS机制，开发者可以直接采用，专心设计应用层
Cosmos SDK:包含各种应用层常用模块，开发者可以直接调用IBC通信协议:Cosmos生态链间的网络传输协议
枢纽Cosmos Hub:更新所有Zone的区块头作为验证的信息，记录所有链的数据和交易记录，作为不同的Zone间的通信枢纽分区Zone:连接到枢纽的各条公链也被称为分区(Zone)

关于波卡

波卡打造了基于Substrate创的主链称为中继链，中继链配有被称作“插槽”的接口，让其他公链通过插槽接入中继链，通过插槽与中继链链接的公链称为平行链(parachains)
中继链:验证各个平行链给出来的区块，并给出最终确定性的证明，接入中继链的公链可以以任何自治方式产生区块
平行链:主要负责数据的运算和交易信息的处理，通过多条平行链，就可以完成区块链的横向扩展，解决区块链的性能问题
Substrate:波卡设计的开发模板

Cosmos与波卡（Polkadot）区别

1.安全性

🌐Polkadot - 共享全局安全

平行链（Parachain）：独立的状态机，拥有自定义规则、共识算法和手续费结构。
中继链（Relay Chain）：母链，负责维护所有平行链的“全局状态”。
GRANDPA 共识机制：快速确认平行链区块，保障网络安全性。
共享安全性：中继链的验证者数量越多（如1000名验证者），平行链的安全性越高。
缺点：
- 平行链状态需由中继链验证者确认，存在被恶意拒绝的风险。
- 为降低风险，Polkadot 会对验证者进行混洗，随机分配验证任务。
Fishermen（渔夫）机制：专门监控验证者行为，防止作恶。

🌐 Cosmos - 独立的局部安全

每条链完全独立，有自己专属的共识机制和验证者集合。
安全性独立：每条链需自己保障安全，验证者只保护本链。
中心枢纽-分区模型（Hub & Zone）：通过中心枢纽（Hub）实现不同区块链（Zone）之间的通信。
IBC 协议（跨链通信）：实现链与链之间的消息和代币转移，初期支持代币传输，后续支持更多消息类型。
优缺点对比：
- 优点：应用链控制力强，适合大公司（如币安、Telegram）自己主导和管理。
- 缺点：小型应用难以搭建强大的验证者集，安全性难以保障。

✅ 总结核心区别：

Polkadot：统一共享安全，弱化单链控制力，适合需要安全保障和互操作性的应用。
Cosmos：每链独立，安全性自负，适合想要完全掌控自己链的企业或项目。

2.治理和参与

📌 参与规则差异

✅ Polkadot

结构固定：中继链 + 最多约 100 条平行链（数量未来可能调整）。
平行链使用权通过竞拍获得：
- 采用拍卖机制，最高出价者中标。
- 中标者需锁定大量 DOT（原生代币）。
- 竞拍成功后，可在一定期限内使用平行链。
- 退出规则：只有不再使用平行链时，才能解锁 DOT。

✅ Cosmos

结构灵活开放：任何人都可创建中心枢纽（Hub）或分区（Zone）。
不设上限或统一竞拍机制，开放参与。
示例：
- Cosmos Hub（由 Tendermint 团队开发）
- Iris Hub（面向中国及亚洲市场）
中心枢纽-分区模型简化跨链通信，避免链链直连。

📌 治理流程差异

✅ Polkadot

治理依赖 DOT 质押量：
- 投票权重按持有和质押的 DOT 数量决定。
设立治理委员会：
- 代表不活跃的 DOT 持有者投票。
- 委员会从 6 人开始，每两周增加 1 人，最多 24 人。
治理功能强大，可调整：
- 中继链参数（如出块时间、区块奖励等）
- 平行链竞拍规则及所需 DOT 数量
DOT 持有者无权强制下架某条平行链：
- 只能改变后续的参与流程。
- 平行链租期内享有完整使用权，受保护。

✅ Cosmos

无统一治理，各 Hub 和 Zone 自治。
Cosmos Hub 的治理流程（代表性示例）：
- 任何人可提交提案。
- ATOM 质押者按质押量投票，决定提案是否通过。
治理规则完全由各自链决定，灵活度高。
示例文档：Chorus One 的《Cosmos Hub 治理机制》详细介绍了流程。

3. 跨链通信对比

📌 设计目标与通信方式

✅ Polkadot

目标：实现 任意消息传递（不仅限于资产转移）
- 平行链 A 可直接调用平行链 B 的智能合约，转账或传递任意数据
通信协议：ICMP（Inter-Chain Message Passing）
所有平行链共享同一中继链的安全性

✅ Cosmos

目标：聚焦 资产转移
- 优先实现代币跨链转账
通信协议：IBC（Inter-Blockchain Communication）
每条链独立，通信时需信任目标链的验证者集

📌 安全性设计与挑战

✅ Polkadot

共享安全性：
- 所有平行链安全等级一致，可互相信任
解决分叉与重组问题：
- 如果平行链出现无效区块，Fisherman（渔夫）机制 可举报并回滚全网状态
数据可用性挑战：
- 验证者随机分配至不同平行链，需频繁下载新链状态，带来巨大技术难题
如果中继链出现错误，全网所有平行链都会受影响（牵一发动全身）

✅ Cosmos

各链独立安全：
- 每条分区链有自己的验证者集
- 通信时，必须信任对方分区的验证者
分叉和双花风险：
- 如果目标分区（如 Ethermint）验证者恶意，可能双花代币
- 风险仅限于该分区及持有该分区代币的其他分区用户
- Cosmos 架构设计为 “局部受损可控”，防止恶意行为蔓延至全网

还有共识算法，SDK等

什么是应用链（App Chain）

📌定义

应用链（Appchain），全称 “应用专属链”，是为特定应用（DApp）量身打造的区块链，专门服务于某个应用或某一类应用场景。

与以太坊等通用公链不同，应用链并不追求通用性和兼容所有应用，而是聚焦在某个特定业务领域，优化性能、费用、交互体验、安全性等方面。

核心特点：

专为特定 DApp 或垂直行业设计
- 例如 GameFi、DeFi、NFT、社交、支付等场景；
- 性能、规则、经济模型完全围绕目标应用优化。
性能更优
- 高吞吐、低延迟、低 gas 费，满足 Web3 中的 Web2 级体验需求；
- 适合高频交易场景，如游戏、社交等。
更灵活的治理和经济模型
- 应用方（DApp 项目方）拥有更强的自主权；
- 设计自己的 token 经济模型、手续费规则。
安全模型可依托主链或自建
- 可以依附在 Cosmos、Polkadot 这样的跨链生态，享受共享安全；
- 也可以自建共识和安全机制。

举例理解：

Yuga Labs 的 ApeChain（BAYC 背后的专属链）
- BAYC 社区因 NFT 链上交易费用高，转而建设自己的应用链；
- 所有 BAYC 生态内的交易、NFT 发行、游戏运行全在 ApeChain 上完成，降低费用、提升体验。
Oasys 专门为游戏打造的链
- 设计为玩家免 gas 费，适合高频互动的区块链游戏环境。

📈 应用链优势

可以满足 Dapp 的高吞吐量要求和低费用要求，在无需许可的 Web3 环境中需要 Web2 性能的应用程序应运而生，将感应性应用作为第一实验场景。Gamefi 应用是最显性的例子，大部分 Gamefi 需要极高的吞吐量来支撑用户的实时体验与高频交互功能。
若 Dapp 需一种子链上存在的证明技术，那么另一种选择是构建另一条实现该技术的应用链：
- 例子如知识证明，如 zk-Snarks 或 zk-Starks。
- 关注点是给到 Dapp 或证明用户外与构建区块无关、而是生成证明用的高效计算，并且这条链的安全性用原链来担保。
Oasys 提出的应用链可以免去终端用户交互时支付 Gas 的困扰：
- 当用户操作 Dapp 时，用户向 Dapp 支付费用，费用再由 Dapp 汇总后统一支付 Gas。
应用链模式的核心思想是为了解决 Dapp 的链资源的经济没有衡量、代表处在 Dapp 中提供的经济价值的交易并以相应的形式支付给公共链的问题。
- 代表 Dapp 经济体必不可少、代表 Dapp 经济的支付通道。
垂直应用链能在 Dapp 的应用需求内应用 Dapp 的所有功能，应用链的建设交付形式灵活：
- Yuga Labs 将 BAYC 生态系统作为一条链的主要组成部分。
- 在项目的 NFT 收购期，BAYC 社区因此支付了巨额费用，交易数量支持他们的 ApeChain 被议论甚至使用在 BAYC 的经济体系中。

作用

公链通用性强，但性能、费用、定制化等方面存在瓶颈；
DApp 越来越复杂、用户量越来越大，跑在以太坊等主链上成本太高；
应用链可以：
- 降低用户使用门槛（如免 gas 费）
- 提升性能（高 TPS）
- 灵活设计规则，服务专属生态。

📉 应用链的劣势

安全性在应用侧的设计上，安全性很大程度上取决于 Dapp 的采用和 Dapp 原生代币的价格。
跨链交互和合作，每个 Dapp 都与其他 Dapp 隔离，交互需要跨链传输或应用链交互。
跨链风险。

在 L0 架构上，开发者的风险不会被绑定在某一条链上。当底层链发生变动时，应用几乎可以零成本地迁移到另一条链上。

防欺诈证明（Fraud Proof）

机制：将数据重新记录
示例：Plasma

“防欺诈证明（Fraud Proof）” 是区块链 Layer 2 扩容方案 中的重要概念，尤其出现在 Optimistic Rollup（乐观汇总） 机制中。它的核心作用是：
✅ 检测欺诈，✅ 确保安全性，✅ 防止恶意行为者提交错误的区块或交易数据。

📖 防欺诈证明的原理：

在 Optimistic Rollup 中，链下批量处理了大量交易后，把交易结果直接提交到以太坊主链上，但默认“乐观”地假设这些交易都是有效的。

为了防止有人作恶，系统设计了 “挑战期（Challenge Period）”，在这期间：

任何人（通常是验证者）都可以对 Rollup 提交的交易结果发起“欺诈挑战”；
如果发现数据有假、状态计算有错或存在双花，就提交 Fraud Proof（欺诈证明）。

⚙ 举个例子：

假设有一批交易被打包上链，但里面有人试图把自己的 1 ETH 变成 10 ETH。
1️⃣ 骗子把假数据提交上主链；
2️⃣ 在挑战期内，有人发现了这个问题；
3️⃣ 这名挑战者提交 Fraud Proof，证明那条交易有错；
4️⃣ 以太坊主链验证无误后，撤销这批错误交易，并奖励挑战者。

关于侧链（Side Chain）

📌 工作原理（How does it work?）

双向锚定（Two-way peg）
第三方参与（Presence of the third-party）
简单支付验证（SPV 证明）：主链锁仓，侧链使用（Simple Payment Verification proof: coins locked on the mainchain for sidechain）

✅ 优点（Pros）

提升交易吞吐量（Increase transaction throughput）
降低交易费用（Reduce transaction fee）
保持交易隐私（The privacy of the transactions can be maintained）

❌ 缺点（Cons）

更中心化，由第三方控制（More centralised, controlled by third-party）
桥被多次攻击（The bridge has been hacked many times）

📖 总结归纳：

这是典型的“跨链桥”或“侧链”运行机制：

核心机制：双向锚定 + 第三方监管 + SPV 证明
优势：提高性能、降低费用、保护隐私
劣势：中心化风险较高、桥容易被黑（安全性隐患）

Merkle Proof 相关

（原文无详细内容，分类占位）

L2 扩容方案

将交易放在线下（L2）计算，如 State Channel。
只有交易始末状态在 L1 上做记录。

主流 L2：Rollup

✅ 优点（Pros）

上传到主链的数据量非常少（Data posted on the mainchain is the minimum）
执行后的交易打包成批次上传到主链（Each batch of executed transactions is bundled and is posted on the mainchain）
只需要验证 Rollups 中的交易（Validate the rollups transaction required）
安全性更高（Much more secured）

❌ 缺点（Cons）

乐观 Rollup（Optimistic Rollups） 的主要缺点是提现时间长（A major limitation of Optimistic rollups is the longer withdrawal time）
ZK Rollup 仍在成长和完善中（Still in the middle of maturing for zkRollup）

实现方式

在 L1 上写一个合约，主要功能：
- 将所有要打包的交易做成一个 Merkle Tree

Rollup 类型

ZK Rollup
Optimistic Rollup（O_Rollup）

区别

✅ ZK Rollup（Zero-Knowledge Rollup）

原理：

使用 零知识证明（ZK Proof），将大量交易打包后生成一份数学证明，上传主链。
主链验证这份证明即可，无需验证每笔交易。

优点：

提现快，几乎即时到账（因为有数学证明保障）
安全性强，难以作恶
数据上链少，效率高

缺点：

技术复杂，开发难度大
支持的智能合约类型有限（目前难以处理复杂合约逻辑）
仍在完善和成熟中（如图所示）

✅ Optimistic Rollup（O_Rollup）

原理：

假设所有交易都是有效的（**”乐观假设”**）
只有在有人质疑时，才会触发欺诈证明（Fraud Proof）验证

优点：

支持复杂的 EVM 智能合约，兼容性好
技术成熟度较高，已有很多项目部署（如 Arbitrum、Optimism）

缺点：

提现等待时间长（通常 7 天）——需要给挑战者时间提出质疑
安全性依赖欺诈证明机制，挑战者必须在线监督

Validium 与 Volition

Validium：计算与数据存储在线下
Volition：更灵活的整体解决方案

StarkEx

StarkEx 是 Validium 和 Volition 的典型实现项目

在区块链设计中，性能（Performance）、可组合性（Composability）、去中心化（Decentralization） 三者很难同时兼顾，通常只能兼得其中两个，牺牲一个。

三个维度代表的内容：

Performance（性能）
- 高吞吐量、低延迟
- 代表：BSC、Polygon、xDAI（性能高，但去中心化较弱）
Composability（可组合性）
- 合约之间自由组合、无缝调用，DeFi 项目互通
- 代表：Uniswap、Compound、Aave、Curve（DeFi 协议）
Decentralization（去中心化）
- 强安全性、抗审查、真正的无中心化控制
- 代表：ZK Rollups（Starkware）、Optimism、Arbitrum

图中项目归类示例：

分类	项目示例	特点
性能优先	BSC、Polygon、xDAI	高吞吐，低 Gas，但中心化程度高
去中心化优先	dYdX、DeversiFi、Sorare、StarkWare ZK rollup	高安全、抗审查，但性能受限
可组合性优先	Uniswap、Compound、Aave、Curve	协议可叠加组合，DeFi 乐高，但可能性能瓶颈
平衡点靠近去中心化一侧	Optimism、Arbitrum	采用 Optimistic Rollup，试图兼顾可组合性和去中心化

以太坊与 L2 扩展

1️⃣ Ethereum and Its Limitations（以太坊及其局限）

✨ 以太坊优点：

支持复杂智能合约，功能强大；
生态最繁荣，DeFi、NFT、DApp、GameFi 项目众多；
安全性极高，去中心化程度优秀。

⚠ 局限与瓶颈：

TPS（每秒交易量）低：原生 L1 只有 15-30 TPS；
Gas 费用高：网络一拥堵，交易费可达几十甚至上百美金；
延迟高：交易确认慢，用户体验差；
不适合高频、低价值交易场景（比如链上游戏、社交）。

2️⃣ Blockchain Scaling Landscape（区块链扩容全景）

扩容是为了提升区块链性能，降低费用，提升用户体验。区块链扩容方法大致分为两大类：

Layer 1 扩容（直接升级主链）

升级共识机制（如以太坊从 PoW 转向 PoS）
分片（Shard）
优化底层架构

Layer 2 扩容（主流方向）

把计算或交易放到“主链之外”处理，再将结果提交到主链
保持以太坊安全性，但提高 TPS、降低费用

3️⃣ Layer 2 Scaling Solutions（Layer 2 扩容方案）

Layer2 是目前解决以太坊扩容最热门和成熟的路线。主流 Layer2 方案有：

类型	代表项目	原理	优点
Rollups	Arbitrum, Optimism	批量打包交易后上传主链	安全性强，生态成熟
ZK Rollups	zkSync, StarkNet	零知识证明+打包	安全强，数据隐私好，技术门槛高
Plasma	OMG	定期提交子链状态	简单轻量，适合特定场景
Validium	Immutable X	类 ZK Rollup，数据不上链	超低费用，适合 NFT 游戏
State Channels	Celer, Raiden	双方链下互操作，最后上链	快速，适合小游戏

4️⃣ The Trilemma Choice of Layer 2（Layer 2 的三难选择）

区块链三难问题（Scalability Trilemma）：

安全性（Security）

去中心化（Decentralization）

可扩展性（Scalability）

理论上很难三者兼顾，Layer2 设计时也面临类似的选择：

选重安全	选重可扩展性	选重去中心化
ZK Rollup	Validium、侧链	Plasma、部分 Rollup

总结

模块	核心内容
Ethereum and its limitations	以太坊性能差、贵、慢，不适合大规模应用
Blockchain scaling landscape	扩容方法全景：L1 扩容 vs L2 扩容
Layer 2 scaling solutions	主流 L2 技术：Rollup、ZK Rollup、Plasma 等
The trilemma choice of Layer 2	Layer2 设计必须在安全、去中心化、可扩展之间权衡

IBC 指数

什么是 IBC？

IBC（Inter-Blockchain Communication Protocol）即 跨链通信协议，是 Cosmos 生态核心功能，用于连接不同的区块链（被称为“Zone”）实现：

跨链资产转移
跨链消息传递
互操作性（Interoperability）

Cosmos 的愿景就是通过 IBC 把不同的应用链连接起来，形成“区块链互联网”。

IBC 指数的含义（行业用法）

IBC 指数 通常用于衡量：

接入 IBC 协议的链数量
跨链交易次数和活跃度
跨链资产流通量
生态增长速度（比如 Cosmos Hub、Osmosis、Juno 等链的活跃程度）

IBC 指数的价值

优势	说明
衡量 Cosmos 生态繁荣度	参与 IBC 的链越多，生态网络效应越强
帮助投资者和开发者决策	哪些链活跃、哪个 DApp 适合部署
反映真实链间交互	比单链交易量更能反映“跨链生态”的活跃度