导读
Cosmos是由Tendermint团队构建的开源社区项目，它是一个由独立的称为Zone的区块链组成的支持跨链交互的异构多链系统，和Polkadot一样，也由中继技术实现。Cosmos提供一套能够完整搭建区块链的SDK，作为一个跨链系统，其中最为关键的就是跨链协议相关的设计，今天我们就来详细分析一下IBC协议的具体内容。
IBC初探
IBC是属于Cosmos-SDK中一个特殊的模块。之所以特殊，主要体现在IBC提供了区块链之间的跨链能力。
从总体的流程来说，IBC的技术并没有很复杂，应该来说协议本身不应太过复杂，这对于协议的使用者来说约束更小，更加灵活。
现在比如说A链上的Alice上需要发送10个ATOM代币到B链上的Bob上，会经过下面的四个步骤。
▲?Tracking
A链上的IBC模块会不断的同步B链上的区块头信息，B链上的IBC同理。通过这种方式，双方能够实现跟踪对方区块链上的验证者集合的变化，本质上来说，就是A链、B链相互维护了一个对方的轻节点。
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▲?Bonding
当使用IBC初始化一笔跨链转账之后，A链上的10个ATOM事实上处于锁定的状态。
▲?Proof中继
一份证明A链上已经锁定10ATOM的“证据”会被路由到B链上的IBC模块。
声音 | 全国政协委员张劲：建议运用区块链等技术 实现政策发布等公共服务功能:据新京报消息，全国政协委员、雪松控股集团董事局主席张劲为2019年全国两会带来的提案聚焦民营企业融资问题，并对民营企业发展提出了建议。建立供应链金融公共服务平台，运用大数据、区块链等技术，连接金融机构、核心企业、中小微企业、第三方物流等参与主体，实现信用信息在线共享、产品在线服务、非标资产在线交易、政策发布及非现场监管等公共服务功能。[2019/3/4]
▲?验证
B链结合A链的轻节点信息，对这份“证据”验证通过之后，B链上会“铸造”10份ATOMVoucher，这些Voucher可以进行后续的流通使用。当然这些Voucher也可以通过同样的跨链方式返回到A链，A链上的ATOM代币相应执行解锁的操作。
IBC握手流程
动态 | GSA标准发展区块链技术 2019年启动项目试点:据中国水产养殖网报道，全球海洋保障（GSA）标准将国际多项标准基准进行重新组合，并发展区块链技术，可追溯系统覆盖全供应链，2019年启动项目试点。“全球海鲜保障（Global Seafood Assurances，GSA）”是一家非盈利组织，由全球水产养殖联盟（GAA）创建，旨在为海产品全供应链提供参考基准，包括水产养殖和海洋捕捞两大板块。[2018/11/17]
IBC协议是Cosmos中最核心的接口协议，能够实现区块链间跨链消息的可信、可靠转发，并有效进行流量控制、多路复用等功能。
在Cosmos中，每个功能都是高度模块化的，每个功能通过加载不同的模块来实现，IBC也是如此。在IBC设计时，借鉴了传输层的TCP协议，也是希望成为区块链领域的“TCP协议”。不仅如此，在IBC的各个方面也能看到TCP的身影，首先我们来看IBC中的一些基本概念。CosmosIBC采用了有连接的、可靠的跨链消息传输。
在此基础上提出了以下几个关键定义：
动态 | 紫云股份借助腾讯区块链技术 建医药行业溯源防伪服务平台:据证券日报消息，近日，紫云股份发布公告称，公司与腾讯公司签署了《关于“药品溯源防伪一体化服务业务”的战略合作协议》。紫云股份将基于腾讯区块链BaaS开放平台构建全国医药行业区块链联盟链，在以腾讯区块链提供底层的技术基础上搭建“全国医药行业溯源防伪服务平台”及相关应用，为百姓提供日常购药时用来鉴别药品的真假良劣的微信小程序——“紫云微追溯”，面向全球打造“药品溯源防伪一体化云服务平台”，最大程度上解决药品安全问题。[2018/9/28]
Client
Connection
Channel
下图是IBC协议和TCP相关概念的对比。
可以看到连接、端口都是TCP协议中的规范，但是其中的内涵发生了变化，为了适应跨链场景下的使用。同时增加了通道和客户端等新的内容，能够支持跨链中的有序发送和跨链交易的验证。
禅城利用区块链技术 开展儿童青少年眼健康管理模式试点:据南方都市报报道，5月初起禅城将选取10所小学和3所中学，推进“区块链+视力”，利用儿童青少年眼健康综合平台，开展儿童青少年眼健康管理模式试点。这是禅城利用区块链技术推进的又一项公共服务改革。中山大学中山眼科中心博士乐美华介绍，传统的视力检查结果大部分是手写，容易丢失，且每次检查的结果是孤立的。而“区块链+视力”，通过智能筛查设备，20秒左右完成双眼屈光度检查，检查结果能自动上传至数据平台，通过长期的视力筛查跟踪，汇总成大数据。从长期看，禅城将通过3-5年的数据跟踪观察，探索改善儿童青少年眼健康的干预措施，为政府制定防控策略和相关政策提供科学依据和数据支撑。[2018/4/20]
接下来我们来看一下一次完整IBC协议的握手和通信流程。
一笔跨链交易的连接流程如上图，和TCP协议类似，IBC的建立需要建立多次的握手过程，并增加了一步初始化客户端的操作，这对于跨链来说很关键的一环。
▲?链内客户端
跨链双方需要在链上初始化一个对方链的轻客户端，这个Client实质上是另一个区块链的轻客户端，而且必须满足Cosmos规定的一套Client接口。之所以要在IBC建立之前初始化这个轻客户端，是因为Cosmos需要保证在本链上能够验证来自来源链的跨链交易是能够验证的，否则无法保证在本链上执行该交易的有效性和合法性。
为了方便后续后续更多不同种类的区块链接入，这个轻客户端规定了一套通用的接口，不同类型的区块链通过实现该Client来达到接入的效果。现阶段Cosmos能够支持TendermintClient和SoloClient，也就是同构链之间原生支持跨链。这也决定了不是使用Cosmos构建的区块链想要接入CosmosHub进行跨链的话，必须通过一个额外的“转接桥”，实现起来也更加复杂了。
▲?握手连接
在轻客户端的基础上建立握手连接，握手连接基本上分别为三个部分。
启动跨链的用户向链A发起OpenInit请求，等待Relayer接收到该请求。Relayer进行路由跨链消息包的工作，如果收到OpenInit的请求，Relayer会构造一个的OpenTry的请求发送到链B上。链B收到OpenTry请求之后，如果同意的话，会对该消息进行确认（生成OpenACK数据包，并按照之前的方式由?Relayer转发给链A。链A通过OpenACK数据包判断此次握手是否成功，如果成功，对此次握手发送最后的?OpenConfirm数据包返回链B。如果握手失败，此次连接也就是建立失败了。上面的步骤不仅是指Connection的建立过程，Channel的建立也是遵循同样的流程，只是数据包的名称和内容会有不同，像建立Connection的时候发送的便是ConnOpenInit请求，建立的Channel的时候便是ChanOpenInit请求，之后的请求依次类推。
需要说明的是，Connection和Channel在跨链扮演的角色和功能并不相同，按照Cosmos的设计，Connection和Client一起负责跨链交易的“合法性”——包括跨链交易确实在目的链上发生，以及跨链交易只提交了一次。而Channel用来保证跨链交易的有序性，每笔交易按照SequenceNumber来进行发送。
虽然在Cosmos设计中有提到可以实现无序的Channel，但是默认实现上是采用了有序的模式。如果按照TCP协议簇来类比的话，有序Channel和TCP类似，无序Channel类似于UDP，无序Channel按照UDP来讲的话，在某些不太关注跨链消息包顺序的场景下也是适用的。同时Cosmos设计中也考虑到Channel的消息发送能力，允许一条Connection上建立多个Channel，在不同的跨链应用场景中，可以使用不同的Channel发送消息，从而隔离不同业务。
▲?发送跨链数据包
完成上述的一系列握手之后，应用层便可以在Channel上发送自己的数据了。Cosmos规定了发送跨链交易的一些必要字段，如下图：
其中Sequence和SourcePort字段都是承担其字面意思的功能，也是必须指定的字段，而TimeoutHeight和TimeoutTimestamp是Cosmos提供的一种超时机制。如果某个区块高度或者某个时间这笔跨链交易还没有完成的话，用户能够指定将这笔交易回退。而Data字段是留给用户进行自定义，以应对可能的各种复杂的跨链场景。
总结
通过上面对IBC的分析，我们可以看到IBC采用了建立连接的方式进行跨链，不同于Polkadot的XCMP协议，XCMP协议中平行链可以直接进行跨链消息的转发。
而且Cosmos并没有过分关注Zone作恶的情况，只是通过维护Zone的轻客户端的方式验证跨链交易的有效性，这种方式下是相信Zone不会出现集体作恶的情况，也就是Zone安全性由自身负责。不同于Polkadot设计上中继链维护全局的安全性，CosmosIBC的设计上是减少了跨链系统的维护成本和降低了设计实现难度的。
作者简介
陶勇星
来自数据网格实验室BitXHub团队主要负责区块链账本互操作技术相关研究工作
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