The Cosmos network consists of many independent, parallel blockchains, called zones, each powered by classical Byzantine fault-tolerant (BFT) consensus protocols like Tendermint (already used by platforms like ErisDB). Some zones act as hubs with respect to other zones, allowing many zones to interoperate through a shared hub. The architecture is a more general application of the Bitcoin sidechains concept, using classic BFT and Proof-of-Stake algorithms, instead of Proof-of-Work.Cosmos can interoperate with multiple other applications and cryptocurrencies, something other blockchains can’t do well. By creating a new zone, you can plug any blockchain system into the Cosmos hub and pass tokens back and forth between those zones, without the need for an intermediary. While the Cosmos Hub is a multi-asset distributed ledger, there is a special native token called the atom. Atoms have three use cases: as a spam-prevention mechanism, as staking tokens, and as a voting mechanism in governance. As a spam prevention mechanism, Atoms are used to pay fees. The fee may be proportional to the amount of computation required by the transaction, similar to Ethereum’s concept of “gas”. Fee distribution is done in-protocol and a protocol specification is described here. As staking tokens, Atoms can be “bonded” in order to earn block rewards. The economic security of the Cosmos Hub is a function of the amount of Atoms staked. The more Atoms that are collateralized, the more “skin” there is at stake and the higher the cost of attacking the network. Thus, the more Atoms there are bonded, the greater the economic security of the network. Atom holders may govern the Cosmos Hub by voting on proposals with their staked Atoms.

Cosmos是一个并行网络，各链由诸如Tendermint共识提供支持。在cosmos生态系统中各空间可以相互通信、交易、互操作。Cosmos的愿景是打破区块链之间的障碍，创建一个区块链互联网，成为各种实际使用场景的优先选择平台。

这一实现伴随着一系列系统工具的开发，包括Tendermint，Cosmos SDK、IBC，Hub和Zone之间的通信，通过IBC协议实现。以太坊所采用的Go-Ethereum是单片技术堆栈范畴，对其特性的一些升级、以及定制性的提升，是2014成立的Tendermint最早的切入点。Tendermint BFT是一种解决方案，它将区块链的网络层和共识层打包，开发人员只需专注于应用层而无需在意底层协议，这一对开发者友好的设计在公链泛滥的当今看起来并无新意，但如果考虑这一设想最早出现在2014年底，就能自然而然明白cosmos的前瞻性了。

此外，Tendermint 共识算法的主要好处就是它具有安全简易的轻客戸端，这一点使其成为手机和物联网用例的理想工具。Tendermint 轻客戸端只需和验证组的变化保持一致，然后验证最新区块中预先提交的+⅔，来确定最新情况。 总而言之，跨链不是comos的全部，Tendermint技术在开发时间的节省上也下了很大的功夫，Tendermint BFT的属性适用公链、私链，Tendermint BFT仅处理区块链的网络和共识，节点传播事务和验证器就一组事务达成一致，以附加到区块链，每秒可处理数千事务。 

COSMOS建立在Tendermint的BPOS+PBFT的共识机制上。该机制涉及验证人与提议人。PBFT则用来确认区块的有效性，抵押代币的数量决定验证人投票的权重过程中的权力，BPOS用来分配验证人的权力。每轮的提议人会从验证人顺序列表中按照其选票比例来选择确定。Tendermint采用由绝对多数的选票三分之二选定的最优拜占庭容错算法。

 

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一、Cosmos SDK

 

                                                                                           图1 Cosmos SDK功能

SDK在Tendermint BFT的基础上，进一步缩短第三方开发者的研发周期，首先，它允许开发人员在Golang上移植任何现有的区块链代码库，Ethermint面向以太坊网络。所有现有的工具（Truffle，Metamask等）都与Ethermint兼容，无需额外工作即可移植智能合约。cosmos SDK基于两个主要原则，在此基础上进一步规范了框架：

• 模块化： Tendermint团队构建了Cosmos Hub所需的基础模块。任何开发人员在构建自己的应用程序时都可以使用这些模块。并可以为Cosmos SDK创建一个模块。
• 安全边界：限制模块之间的安全边界，使开发人员能够更好地处理模块的可组合性，同时，限制恶意或意外交互的范围。

Cosmos SDK的详情可以在官网进行查阅，提供了用于构建命令行界面（CLI），REST服务器和各种其他常用的实用程序库。

 

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二、IBC

 

在cosmos网络中，区块链之间的连接通过区块间通信协议（IBC）协议实现。IBC利用Tendermint共识，允许异构链将值（即token）或数据相互转移。异构链的特点是具有不同的层，各区块链由一组验证器维护，这些验证器称为矿工。在各自的网络中，共识、应用层皆有不同，为了与IBC兼容，需要遵循一些共识层的要求。IBC允许异构区块链相互传递令牌和数据，这意味着具有不同应用程序和验证器集的区块链是可互操作的。

链A上的一个帐户想要发送10个令牌到链B时，系统将连续地进行跟踪，将允许每个链跟踪另一个链的验证器集。且每一条链都运行另一条链的轻客户端。启动IBC传输时，IBC协议中的两个关键信息分别是IBCBlockCommitTx和IBCPacketTx，前者记录发送方所在的最新区块信息；后者是跨链交易本身的信息，执行时通过提及跨链指令存入outgoing队列；从outgoing队列取出交易信息，提交到Hub，由Hub执行后续步骤，以实现跨链交易。在此过程中，ATOM被锁定（绑定）在链A上，然后将10个ATOM的证据从链A转发到链B，并在链B上针对链A的有效性进行验证，如果有效，则在链B上创建10个ATOM凭证。在链B上创建的ATOM不是真正的ATOM，类似的机制用于在ATOM返回其原始链时解锁ATOM。

在IBC的设计原理上，通过直接连接可以将网络中的每个区块链彼此串联起来。但这种情况需要面临二次增长的不可控性，为了解决这个问题，Cosmos提出了一种模块化架构，在网络中具有两类区块链：枢纽Hub和区域Zone。前者专门设计用于将区域连接在一起。当区域与枢纽建立IBC连接时，它可以自动访问（即发送和接收）与其连接的每个其他区域。因此，每个区域只需要与一组受限的枢纽建立有限数量的连接。还可以防止区域内的双重支出。空间内部所有代币的转移将通过Cosmos Hub，Hub将完成各空间代币持有总量的记录，以及各空间的隔离，并囊括用户数据报协议（UDP）、传输控制协议（TCP）。Hub与各空间的状态变化会保持信息通信的一致，通过发布梅克尔证明（Merkle-proof）来说明信息已经被传送或接收。

Cosmos将在发布时提供良好的垂直可扩展性，在完成IBC模块后，将实施水平可扩展性解决方案。在Cosmos Network中推出的第一个Hub是Cosmos Hub。其令牌称为ATOM。Cosmos 中的验证人类似于提供机器的矿工，非验证人将ATOM权益代币委托用于投票。以此实现一定的ATOM奖励分配，当验证人被攻击或作恶时，系统采用一定的机制进行惩罚和削弱。

 

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三、Cosmos可解决的区块链问题

 

1、可扩展性
工作量证明协议缓慢，昂贵，不可扩展且对环境有害。
Tendermint BFT解决了这个问题。
Tendermint BFT是拜占庭式容错共识引擎，可为Cosmos权益证明提供支持。

2、易用性
区块链应用程序很复杂，开发人员很难理解。
Cosmos SDK修复了此问题。
Cosmos SDK是用于构建可互操作的，特定于应用程序的区块链的模块化框架。

3、互通性
区块链经济孤立无援，彼此之间无法转移资产。
IBC协议解决了这个问题。
区块链间通信（IBC）是一种类似于TCP / IP的区块链消息传递协议。

 

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四、主要特点和里程碑

 

Tendermint Core: “Tendermint Core”是一款即用型区块链引擎，配备 Cosmos 实用拜占庭容错共识协议。内核可用于搭建公共或私有区块链。共识机制提供即时结算和安保；优先保障安全，其次才是网络活跃度。

Cosmos SDK: 作为便利工具包，Cosmos SDK 有助开发者搭建应用专属的区块链。

跨链通信: 为了向开发者提供更多搭建区块链的工具，Cosmos 项目的下一个目标是提高不同区块链之间的互操作能力，实现跨链和跨层交易。借助分区组合，用户得以在 IBC 兼容链组成的代币生态系统内自由交易。

相关链接：
https://cosmos.network/intro
https://www.dprating.com/rating/report/114
https://cosmos.network/resources/whitepaper