一文了解XCMP：Polkadot链间消息传输协议

概述 Polkadot XCMP（Cross-chain Message Passing）是Polkadot上的链间消息传输协议，主要用于平行链间传递消息。XCMP目前处于开发中，有些内容可能会发生变动，不过其架构已经差不多成型。

根据Polkadot自己的说法，XCMP利用基于Merkle树的简单队列机制确保跨链交易的保真度（fidelity）。中继链上的验证人负责把平行链出口队列中的交易转移到目标链的入口队列中，但是中继链并不会存这个跨链交易（或者说跨链消息）的原文，而只会存一些少量的消息元数据。

XCMP的目标

1.?快速：消息能快速发至目的链；

2.?有序：消息能按序到达目的链；

3.?可验证：能验证到达的消息确实是发送链发送的、能验证该消息在接收链已经被处理；

4.?无遗漏：接受链公平地接收每条消息，发送链不会无限期等待其消息被接收链接收和处理；

XCMP的一些特点

1. 跨链消息是跨平行链之间的消息，消息原文不上中继链。但是目前XCMP还没有完全实现，现在Polkadot用的是Horizontal Relay-routed Message Passing (HRMP)，HRMP将所有的消息存在中继链，未来会用XCMP取代HRMP。

2. 某条平行链的收集人构造新区块时会把以自己为目的地、还未被处理的跨链消息都处理下。

3. 验证人需要对收集人出的块进行跨链消息的检验看看跨链消息是否真的被处理过了。因此消息的一些元数据还是会上中继链的。

4. 任意两条平行链之间传递消息必须开一个通道（Channel），通道是单向的，所以双向通信必须开2个。开一个通道需要抵押DOT，通道关闭后会退回DOT。

XCMP的一个简例

Polkadot的官网举了一个简单的例子：假设平行链A上部署的一个合约要发一条跨链调用的消息给平行链B，从而调用位于链B上的合约完成资产转移，其整体流程如下：

1. （如图中1）调用者（用户）在链A上调用部署在链A上的智能合约，从而初始化一条以链B为目的地的跨链消息M；

2. （如图中2）链A的收集人（Collator）节点会将这条消息M连同其目的地（destination）、时间戳（timestamp）放到A的出口队列中；

3. （如图中3.1和3.2）链B的收集人在正常情况下会轮询（routinely ping）其他所有的平行链的收集者节点以查看是否有自己的消息（以链B为目的地的消息）。如果在新一轮询问中发现有以自己为目的地的消息，那么其会将这条消息（比如这里的消息M）放到自己的入口队列中，以待在产生下一个区块的时候处理该消息；

4. （如图中4）另外，链A的验证人（Validator）也会通过读取链A的出口队列从而知道这条消息；链B的验证人（Validator）也是。验证人也需要知道这些消息，因为之后（见步骤6）它们都会对这条消息进行验证（比如这里的消息M）；

5. （如图中5）当链B的收集人（Collator）节点开始构建（build）一个新区块的时候，它会处理当前入口队列中所有的消息（包括消息M）；在处理过程中，消息M会执行链B中相应的智能合约以此完成预期的（跨链）资产转移；

6. （如图中6）然后收集人（Collator）将这个区块提交给验证人（Validator），验证人（Validator）会验证消息M（以及其他消息）是否真的被处理了；如果这条消息被验证确实处理了，并且这个区块没有其他不合法的地方，验证者就会把该块确认（include）进中继链中。

这个例子比较简陋，只是一次对XCMP的管中窥豹，而且还留下了一些坑，如：链B是如何知道链A给自己发了消息的？跨链消息真的是链B自己去拿的吗？这些问题在接下去的内容中会澄清。

总体而言，XCMP主要分为2部分：XCMP消息的分发、XCMP消息的存取。

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XCMP消息的分发

XCMP消息的分发（distribution）其实也是属于Polkadot网络的一部分，XCMP不仅要实现接收链获取发送链发送的跨链消息的，而且要实现高效获取，尽量降低网络的整体通信开销。

虽然XCMP已经设计得尽可能减少中继链的负担，但作为跨链消息双方的唯一信任中介，中继链仍然是不可或缺的。中继链主要负责与跨链消息元数据的相关工作（如中继链的Channel State Table记录了跨链消息传输通道的状态，这在「XMCP消息的存取」中会详细介绍）。

当发送链发出跨链消息后，会将消息包含到自己新出的块里，经过验证人验证后，平行链的区块头会上中继链，于是中继链就能够知道发送链对接收链发送了消息，并将此更新到自己的状态中。然后接收链通过向中继链询问相关消息的元数据，就能知道自己是否有待接收的跨链消息。

假如接收链通过中继链知道了发送链有一条发给自己的消息，那么消息具体如何传递过来，就要看XCMP消息的路由方式。

XCMP消息的路由方式大概有这么几种：

1. 当发送链有一个全节点也属于接收链的域（domain）的一部分时，发送链用gossip发送消息就能使得接收链收到消息（通过该全节点的转发）。

2. 当中继链有一个全节点既位于发送链的域（domain）中也位于接收链的域（domain）中，则发送链用gossip发送消息也能使得接收链最终收到（通过该中继链全节点的转发）。

3. 如果以上条件都不满足，则接收链的验证人（Validator）会发现没有收到跨链消息。因此接收链Validator会主动找发送链Validator要这个消息；然后验证人节点需要在本链的网络中gossip这个消息，使得其他节点都获得这条消息。

所以说消息传递既有可能是发送链直接发过来，也可能是接收链自己去拿。

「概述」中的简例是接收链自己去拿，而且是收集人找收集人拿，不属于以上3种情况之一。为什么会如此呢？

因为「XCMP消息的分发」这部分内容其实还没完全设计好，而且是变动比较多的部分。

未完待续……

更多精彩敬请期待《Polkadot?XCMP（下）》 作者简介 楼嵩来自致力于「构建区块链互联网络，打通价值孤岛」的BitXHub团队研究方向：Web3+

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编译者/作者：趣链科技

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