一文对比Cosmos、Polkadot、Avalanche三大异构公链网络

开放去中心化互联网的承诺正在受到第一代加密网络比特币、以太坊及其变体的性能、可用性和能源效率问题的挑战。虽然以太坊新版本及其 Layer 2 解决方案的开发旨在解决当前的性能问题，但新一代项目 Cosmos、波卡（Polkadot）和雪崩（Avalanche） 已经发布了具有非凡能力的基础设施。

他们的目标是通过异步异构网络模型进行水平扩展，其中特定于应用程序的区块链共存并在需要时相互操作。在跨链经济安全方面，它们有自己的设计选择和权衡，这将产生不同的影响.

比特币打开了潘多拉魔盒，随着时间的推移正在成为“数字黄金”，这种看法已经是一种常识。以太坊引入了可编程的互联网货币，并成为加密经济创新的平台。

然而，比特币、以太坊及其变体存在阻止大众采用加密网络的关键问题。我们将首先看这些问题，然后用这些点来比较新一代区块链平台。

保护分布式计算网络需要经济成本，新项目使用替代的权益证明（PoS）机制实施验证者准入，即通过锁定代币存款以成为参与者。这笔存款必须足够昂贵，以便充分抑制恶意行为或离线。事实上，类似的规模经济适用于权益证明（PoS）和工作量证明（PoW）：运行验证节点的成本从 OPEX（矿场的运营费用）转移到 CAPEX（资本机会成本）。

2. ??交易延迟：比特币、以太坊及其变体采用了中本聪共识，这需要等待创建多个新区块之后以确保交易无法恢复。因此，中本聪共识链具有高可用性，但由于其概率交易最终性保证，交易速度较低，这需要等待链足够长。

为了实现更快的交易最终性，许多区块链项目使用经典的实用拜占庭容错 (PBFT) 共识，该共识有其自身的弱点，包括验证者集可能有多大才不会减慢网络速度，以及在正常运行时间或活动性方面才能有利于安全性

交易成本：区块链必须找到一种方法来限制其执行，否则运行区块链的节点网络很容易受到拒绝服务攻击（DOS）。为了进行这种限制，比特币允许使用相当有限的脚本语言，以太坊根据智能合约执行的gas计量收取交易费用。

问题在于，无论您是在交易中进行简单的转账还是复杂的计算，它们都在同一个网络上处理。结果，当网络流量增加时，即使是简单的操作，交易费用也会增加，因此使用链成为拥有大钱包的人的专属。向矿工支付费用作为优先交易的激励。

虽然比特币交易费用将作为发行达到 2100 万上限后的唯一激励措施，但在以太坊中，它们的唯一目的是优先考虑交易。燃烧交易费用是一种在新项目中获得吸引力的机制，最近以太坊也开始燃烧部分费用，因此随着网络活动的增长，所有代币持有者都受益于稀缺性的增加。

如果一群矿工有兴趣追求与大多数人不同的方向，他们可以分叉协议并启动一个新网络，痛苦地将大多数网络效应抛在脑后。此外，研发资金分配通常由中央基金会管理，而随着社区围绕资金协调 DAO（去中心化自治组织）聚集，替代方案正在出现。

较大的代币持有者或用户群体在治理决策中并没有真正的发言权，因为他们可能对决策主题没有专业知识、兴趣或意识。即使他们这样做了，与大型代币持有者相比，它们也可能会产生一点影响，因为投票通常是代币加权的。

随着新项目采用更公平的、更多代币持有者能够参与的链上治理（即二次投票、时间锁定投票、自适应法定人数偏差、投票委托、去中心化身份方案以实现一人一票）和链下信号机制，这种情况正在发生变化。

这些问题不仅限制了去中心化网络的大规模采用，而且促使现有用户继续依赖中心化交易所和托管钱包。非技术人员很难定期使用真正去中心化的应用程序。

另一方面，现有用户继续使用以太坊和比特币，因为他们没有意识到这些问题；公司和投资者继续使用它们，因为他们想成为流动性所在；早期进入者或“原始黑帮”捍卫这些网络，因为他们有很大的利益。但另一个世界是可能的。

每日活跃ETH地址丨来源：Etherscan

今天，以太坊平均每天有 50 万活跃用户，而像 Twitter 这样的流行 Web 应用程序有 2 亿日活跃用户（以太坊的 400 倍），Facebook 有近 20 亿日活跃用户（以太坊的 4000 倍）。

即使加上Layer 2 和比特币用户，这距离网络规模还有很长的路要走。对于一个开放的去中心化互联网来说，扩展是一个非常关键的挑战，它不是明天的问题，而是此时此地优先解决的问题。

虽然以太坊的新版本旨在解决扩容问题，并且其临时的layer2解决方案目前正试图满足不断增长的需求，但新一代平台 Cosmos、Polkadot、Avalanche（主网于 2019 年和 2020 年推出）重新燃起了对真正的去中心化互联网的承诺。我们将首先研究以太坊的新版本。

以太坊作为 EVM 生态系统的新版本

自诞生以来，以太坊的新版本一直在通过采用新的科学研究以及新的区块链平台发明的机制而发生变化。以太坊的新版本将使用权益证明，将网络拆分为同步分片，旨在提高总计算吞吐量。运行相同以太坊虚拟机 (EVM) 的验证者将被分配到不同的网络分片、生成块、累积不同的用户活动数据，并通过名为 Beacon 的中继链相互同步。

虽然据说以太坊向新版本的过渡将在一年左右的时间里完全完成，但所谓的Layer2解决方案——Rollup（Optimistic、zkSync）、Plasma和状态通道——已经推出，为不断增长的以太坊使用需求提供效率和速度。

困境在于，Layer 2 信任模型要么有中间中央运营商破坏去中心化和抗审查的目的，要么有多个激励运营商（即 Polygon 是用 Tendermint 构建并在多个验证器上运行，Matter Labs 的目标是使用 zkSync 的验证器网络 )

这类似于另一个具有自己的代币（例如 MATIC）的去中心化区块链，并最终与其第 1 层竞争。因此，随着更多用户的加入，这些单链架构将遇到相同的交易成本问题。

Cosmos、Polkadot、Avalanche

Cosmos、Polkadot、Avalanche 旨在通过异步异构网络模型进行水平扩展，其中特定于应用程序的区块链具有不同的虚拟机，并且可以在需要时与其他链互操作。

这些基础设施平台提供了构建您自己的自定义区块链的能力，从而为去中心化应用程序和资产提供了更大的设计空间。将您的项目作为主权链而不是一组智能合约运行具有三个基本优势：

性能隔离：将您的链与其他链隔离可确保您的用户体验不受网络上无关的高活动的影响，因此它提供了更好的性能，并且您可以在需要时桥接到其他链。

可预测和可定制的费用：共享无许可网络上的费用不受您的控制。某些应用程序在网络上的高活动可能会增加您的应用程序的任意费用。拥有自定义费用结构可以让您获得可预测的费用，并消除应用程序与其用户之间的基础设施。您不需要 ATOM、DOT 或 AVAX，即可使用特定于应用程序的链。不强迫用户使用基础设施代币收取费用对于主流采用至关重要。

可定制的验证器：自定义验证器规则和要求将您的链集中在其特定领域的需求上。您的链的验证器可以符合某些司法管辖区（例如，欧盟的 GDPR），可以具有高性能的硬件要求，或者具有成为验证器的某些证明。

这些新一代网络还与以太坊以及很快与比特币建立了桥梁，并且正在开发彼此之间的桥梁，以充分实现区块链互联网的愿景。

Cosmos、Polkadot、Avalanche 在协议级别（例如，共识机制、经济安全拓扑）存在关键差异，这些差异会影响平台功能（例如，链间通信、代币经济、可能的应用程序类型）以及它们如何扩展其网络（例如 ，验证者参与，抵押释放）。

下面的比较旨在帮助开发人员、企业家、投资者、研究人员以及那些考虑在这些新一代基础设施上构建的人了解这些架构之间的差异及其权衡。

? 共识机制

在开放的机器网络上安全和一致地复制应用程序状态是通过共识机制实现的。在这样做的同时，尽管信息不完善或存在恶意行为者（拜占庭容错），网络仍应保持容错和有效共识。

Cosmos 和 Polkadot 中使用的实用拜占庭容错（PBFT）要求所有参与节点相互通信，因此网络绝对确定地同意一个决定。它具有低延迟和快速最终性，但它无法扩展到全球开放网络中的许多参与者，因为每个验证器节点上的负载随着验证工作的增加呈指数增长。

? 交易成本

随着整个网络上活动的增长，交易费用也会增加。Cosmos、Polkadot、Avalanche 构建了专门的网络，每个链都有自己的基于自身状态增长的自定义费用机制。

Cosmos 每条链都有一个可定制的费用机制。

Polkadot 每条链都有一个可定制的费用机制。费用是使用权重系统预先计算的。每个链的费用燃烧是可选的。

Avalanche 每条链都有一个可定制的费用机制。对于不同类型的功能，主要网络费用是固定的或为零，并且所有费用都被烧毁，因此代币持有者随着时间的推移从使用中受益。

在没有某种安全共享机制的情况下，在具有不同安全级别的区块链之间进行桥接，就像在当前的 Cosmos 架构中一样，与桥接任何一般的链没有什么不同。因此，如果没有共同的确定性保证，跨链通信具有不同的风险水平。

Polkadot 继承的安全模型允许统一的确定性保证，并且在此保护伞下，平行链可以安全地相互传递任意数据。Avalanche 的重叠验证者网络模型目前可以在主网络中的链之间实现安全共享，并且很快可以在不同子网中的链之间直接实现安全共享，而无需桥接。

因此，具有重叠验证器的子网越多（在两个子网中具有共同利益），它们的通信就可以具有更高的安全性保证。一般来说，不同链之间的重叠验证器（如工作量证明中的合并挖矿）可以提供更安全的链间通信。

Cosmos 生态系统

Cosmos 生态系统具有分布式网络拓扑结构，不同用途的不同区块链有自己的验证者集，这些链在需要时通过桥接器相互通信。这种拓扑被批评为最不安全的链决定了其安全性（当最安全的链从最不安全的链接受资产时，它变得不那么安全）。

然而，它也使整个网络具有弹性，因为没有一条单独的链的安全性对整个生态系统的生存至关重要。但是，Cosmos 生态系统与几乎任何连接其他链的区块链有何不同？Cosmos 有“无附加条件”政策，允许 Binance DEX、Oasis、Terra、Nym 等项目使用 Tendermint 开发和启动他们自己的特定应用区块链。

Polkadot 继承的安全拓扑

Polkadot 具有分层继承的安全拓扑结构，对于其平行的链（平行链）之间的任意数据通信非常有效，但这些平行链依赖于从中央中继链租赁安全性。Polkadot 平行链不需要建立验证者社区，而是从中继链租用安全性。

他们通过在拍卖中赢得一个插槽（总共约 100 个插槽）并锁定 Polkadot 的 DOT 代币（他们通过众筹筹集 DOT 资金）来做到这一点。当这些特定领域的平行链通过其收集节点连接并同步到中继链时，它们的功能立即可用。

对这种机制的一个批评是，不同的链可能不需要相同级别的安全性，此外，不应该有任何一条链的安全性对生态系统的生存至关重要。尽管 Polkadot 的叙述在今天推广了没有验证者的平行链的想法，但人们可以使用 Substrate 启动一个区块链，并在不依赖中央中继链的情况下发展一个验证者社区（参见 Compound Gateway）。

此外，平行链可以发展自己的验证者社区，在租赁期结束时解锁其 DOT 资金，并在需要跨链通信时使用桥梁。此外，可以有多个中继链有利于整个 Polkadot 生态系统。分层拓扑很可能会保留下来，因为支持继承安全的跨链通信比使用平行链之间的桥梁更有效。

Polkadot 开发了跨共识消息格式Cross-Consensus Message Format (XCM)，这是一种通用格式，不仅用于平行链之间的通信，还用于不同的智能合约、桥接器和 Substrate 托盘之间的通信。

XCM 与垂直消息传递 (VMP) 和跨链消息传递 (XCMP) 一起使用，它允许从中继链到平行链并返回消息交换，它允许平行链与同一中继链上的其他平行链交换消息。

XCM 中的消息是在跨共识虚拟机 (XCVM) 上运行的程序（请参阅 Gavin Wood 的文章系列）。这种用于编程网络和构建可组合的链间应用程序的抽象也可以用于其他异构区块链网络。

随着平行链社区的发展，它们可能还希望拥有自己的验证器集，以便它们可以成为向其他链出租安全保障的中继链。尽管嵌套的安全共享机制可能会变得复杂，但所有子平行链将共享共同的最终性保证，并且每秒状态转换的总数会增加，从而扩大整个 Polkadot 网络的总计算吞吐量。

Avalanche 的重叠网络拓扑

Avalanche 具有重叠的网络拓扑。每个 Avalanche 验证器节点都必须保护主网络，同时保护其他子网。一组验证器形成一个子网。

一个子网可以验证多个区块链，而每个区块链仅由一个子网验证。换句话说，验证者节点可能是许多子网的成员。当您启动一条新链时，您必须提供激励措施来吸引验证者子网，这些验证者已经在运行主网络并且可能正在运行其他链。

因此，即使网络增长到数千个验证者，每个节点的带宽和处理能力要求也保持不变。因此，在验证者参与方面，基于 Avalanche 构建的链比 Polkadot 和 Cosmos 更具包容性，因为每条链的参与是无限的。验证器可以运行多少条链取决于链运行时/虚拟机设计的复杂性，目前仍然是一个悬而未决的问题。

Avalanche 链之间的互操作性非常高效，不仅因为快速确定性，而且在同一个主网络中可以共享共同的确定性保证（目前 X-Chain、P-Chain 和 C-Chain 之间的资产转移几乎是即时的）。安全共享模型不同于 Polkadot 或它在以以太坊Rollup为中心的新生态系统中的设想方式。Avalanche 新颖的子网架构支持更高密度的网络。

这是因为安全共享不仅发生在主网络中的链之间，而且发生在所有重叠子网中的链之间。这允许网络的可组合性和可编程性，打开一个新的设计空间，同时支持一种可以成倍扩展至数百万日常活跃用户的组形成网络，以实现 Web 3 的愿景。

结论

异构区块链网络 Cosmos、Polkadot、Avalanche 提供了非凡的基础设施来实现区块链互联网，这表明异步异构网络模型有效地工作，它是对比特币和以太坊的改进。它们最终将容纳数百万日活跃用户，并实现用户拥有和控制的 Web 3 愿景。

这些主要架构的共存对于真正的去中心化互联网来说是健康的，因为它们有自己的设计选择和权衡取舍。了解当今这些新基础设施的异同将有助于构建面向未来的系统。

使用这些基础设施的项目将超越智能合约应用程序，成为具有自己专业链和社区的可扩展生产质量系统，并展示以前无法想象的用例。

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编译者/作者：开舒克的老陈

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