Polkadot und Cosmos sind beides Protokolle, die Schnittstellen für die Kommunikation zwischen Maschinen unterschiedlicher Zustände bereitstellen. Beide Protokolle werden auf der Grundlage der Tatsache vorhergesagt, dass es in Zukunft mehrere Blockchains geben wird, die miteinander interagieren müssen, und nicht, dass einzelne Blockchains einzeln existieren.

Paradigma

Polkadot verwendet ein Shard-Modell, bei dem jeder Shard im Protokoll über eine abstrakte Zustandsübergangsfunktion (STF) verfügt. Polkadot verwendet WebAssembly (Wasm) als „Superprotokoll“. Das STF des Shards kann abstrakt sein, solange der Validator auf Polkadot es in der Wasm-Umgebung ausführt.

Die Splitter von Polkadot werden „Parachains“ genannt. Jedes Mal, wenn die Parachain einen Zustandsübergang durchführen möchte, sendet sie einen Block (eine Reihe von Zustandsübergängen) zusammen mit einem Zustandsnachweis, den der Polkadot-Validator unabhängig überprüfen kann. Diese Blöcke werden für die Parachains so finalisiert, wie sie von der Hauptkette des Relay-Chain-Systems finalisiert werden. Somit teilen sich alle Parachains den Zustand mit dem gesamten System, was bedeutet, dass die Neuorganisation einer Kette aus nur einer Parachain die Neuorganisation aller Parachains und Relay Chains erfordern würde.

Cosmos verwendet ein Bridge-Hub-Modell, das Tendermint-Ketten verbindet. Ein System kann mehrere Hubs haben (der Haupt-Hub ist der „Cosmos Hub“), aber jeder Hub verbindet eine Gruppe externer Ketten, die als „Zone“ bezeichnet werden. Jede Region ist für die Sicherung der Kette mit einem vollständig dezentralisierten und abgegrenzten Validator verantwortlich. Regionen senden einander Nachrichten und Token über den Hub unter Verwendung eines Protokolls, das als Blockchain-Kommunikation (IBC) bekannt ist. Da Regionen keinen gemeinsamen Status haben, führt die Neuorganisation einer Region nicht zur Neuorganisation anderer Regionen, was bedeutet, dass jede Nachricht an das Vertrauen des Empfängers in die Vertraulichkeit des Empfängers gebunden ist.

Architektur

Tupfen

Polkadot verfügt über eine Relay-Chain, die als Hauptkette des Systems fungiert. Alle Validatoren in Polkadot befinden sich in der Relay-Kette. Parachain verfügt über einen Colator zum Erstellen und Empfehlen von Parachain-Blöcken für Validatoren. Der Vergleicher hat keine Sicherheitsverantwortung und benötigt daher kein starkes Anreizsystem. Die Zusammenstellung kann alle 6 Sekunden einen eindeutigen Parachain-Block für jeden Relay-Chain-Block senden. Nachdem die Parachain einen Block übermittelt hat, führt der Validator eine Reihe von Verfügbarkeits- und Gültigkeitsprüfungen durch, bevor er ihn zur endgültigen Kette hinzufügt.

Die Parachain-Positionen sind begrenzt und daher nehmen Parachain-Kandidaten an der Auktion teil, um ihre Plätze bis zu zwei Jahre lang zu behalten. Für Ketten, die keine Finanzierung für die Platzierung von Parachains haben oder nicht mit einer Blockzeit von 2 Sekunden laufen müssen, bietet Polkadot auch Parathreads an. Parathreads laufen auf einer Pay-as-you-go-Basis, d. h. sie zahlen nur für die Ausführung eines Blocks, wenn sie ihn benötigen.

Um mit Ketten zu interagieren, die ihren eigenen Finalisierungsprozess verwenden möchten (z. B. Bitcoin), hat Polkadot Parachains überbrückt, die eine bidirektionale Kompatibilität bieten.

Kosmos

Cosmos verfügt über eine Hauptkette namens „Hub“, die andere Blockchains namens „Regionen“ verbindet. Cosmos kann mehrere Hubs haben, aber in diesem Artikel wird ein einzelner Hub betrachtet. Jede Region muss ihren eigenen Status beibehalten und verfügt daher über eine eigene Validator-Community. Wenn ein Bereich mit einem anderen kommunizieren möchte, sendet er Pakete über IBC. Der Hub führt ein Multi-Token-Ledger mit Token-Salden (nicht zugestellte Nachrichten werden weitergeleitet, ihr Status wird jedoch nicht im Hub gespeichert).

Zonen überwachen den Status des Hubs mithilfe eines Lightweight-Clients, der Hub überwacht jedoch nicht den Status der Zone. Zonen müssen einen vollständig deterministischen Algorithmus verwenden (derzeit verwenden alle Tendermint) und eine IBC-Schnittstelle implementieren, um Nachrichten über den Hub an andere Threads senden zu können.

Der Kosmos kann auch über einen „Peg-Bereich“ mit externen Ketten interagieren, ähnlich einer überbrückten Parachain.

Konsens

Polkadot verwendet ein hybrides Konsensprotokoll mit zwei Unterprotokollen: BABE und GRANDPA, zusammen „Fast Forward“ genannt. BABE (Blind Assignment for Blockchain Extension) verwendet eine verifizierbare Zufallsfunktion (VRF), um Validatoren Slots zuzuweisen, und ein Fallback-Rotationsmodell, um sicherzustellen, dass jeder Slot eine Wirkung hat. GRANDPA (GHOST-based Recursive Ancestor Deriving Prefix Agreement) ist für Ketten korrekter als für einzelne Blöcke. BABE kann Kandidatenblöcke generieren, um die ausgereifte Kette zu erweitern, und GRANDPA kann sie stapelweise vervollständigen (bis zu Millionen Blöcke gleichzeitig).

Eine solche Aufgabenteilung bietet eine Reihe von Vorteilen. Erstens reduziert es die Komplexität des Versands sowohl bei der Blockherstellung als auch bei der Endbearbeitung. BABE hat eine lineare Komplexität, die eine einfache Skalierung auf Tausende von Blockproduzenten mit geringem Netzwerk-Overhead ermöglicht. GRANDPA hat eine quadratische Komplexität, wird aber um den Latenzfaktor oder die Anzahl der Blöcke, die es in einem Stapel vervollständigt, reduziert.

Zweitens ermöglicht die Möglichkeit, die Kette mit unvollständigen Blöcken zu erweitern, anderen Prüfern die Durchführung umfangreicher Verfügbarkeits- und Gültigkeitsprüfungen, um sicherzustellen, dass es keine ungültigen Zustandsübergänge gibt.

Cosmos (sowohl Hubs als auch Regionen) verwenden Tendermint Consensus, ein zirkuläres Protokoll, das eine sofortige Fertigstellung ermöglicht. Blockproduktion und -vervollständigung erfolgen auf demselben Pfad des Algorithmus, was bedeutet, dass Blöcke nacheinander generiert und vervollständigt werden. Da es sich um einen PBFT-basierten Algorithmus handelt (wie GRANDPA), weist er eine quadratische Transportkomplexität auf, kann jedoch jeweils nur einen Block abschließen.

Der Verriegelungsmechanismus

Polkadot verwendet den Nominee Proof of Stake (NPoS), um Validatoren mit dem sequentiellen Phragmén-Algorithmus auszuwählen. Die Größe des Validator-Sets wird von der Verwaltung bestimmt (1,000 Validatoren geplant) und Staker, die die Validator-Infrastruktur nicht betreiben möchten, können bis zu 16 Validatoren angeben. Der Algorithmus von Phragmén wählt die optimale Einsatzverteilung, wobei die Optimierung auf möglichst gleichmäßigen Einsätzen basiert.

Alle Validatoren in Polkadot haben in den Konsensprotokollen das gleiche Gewicht. Das heißt, um mehr als 2/3 Unterstützung für eine Kette zu erhalten, müssen sich mehr als 2/3 der Validatoren dazu verpflichten, statt 2/3 des Aufwands. Ebenso sind die Belohnungen der Validatoren an ihre Aktivität gebunden, meist Blockproduktion und Abschlussnachweis, nicht Einsätze. Dies schafft einen Anreiz, Validatoren mit geringeren Einsätzen zu nominieren, da diese eine höhere Rendite auf die von ihnen verwendeten Token erzielen.

Cosmos Hub verwendet Bonded Proof of Stake (eine Variante von Delegated PoS), um Validatoren auszuwählen. Staker müssen für jeden Validator, den sie autorisieren möchten, eine Autorisierungstransaktion hinterlegen und senden, zusammen mit der Anzahl der zu autorisierenden Token. Cosmos Hub plant, bis zu 300 Validatoren zu unterstützen.

Sowohl die Konsensabstimmung als auch die Belohnungen basieren in Cosmos auf Einsätzen. Bei einer Konsensabstimmung müssen statt 2/3 der Validatoren mehr als 2/3 der Zuweisungen zugesagt werden. Validatoren erhalten außerdem 10 % Belohnung mit 10 % des Gesamteinsatzes.

Schließlich übernehmen bei Cosmos die Validatoren ihre Stimmrechte, wenn ein Stakeholder bei einem Referendum über Governance nicht abstimmt. Aus diesem Grund verlangen viele Validatoren in Cosmos keine Provision für mehr Kontrolle über das Protokoll. Bei Polkadot sind Governance und Staking völlig getrennt; Durch die Nominierung der Validatoren werden den Validatoren keine administrativen Stimmrechte übertragen.

vorwärts Botschaft

Polkadot nutzt Cross-Chain Message Passing (XCMP) für Parachains, um sich gegenseitig beliebige Nachrichten zu senden. Parachain öffnet Verbindungen untereinander und kann Nachrichten über ihre etablierten Kanäle senden. Die Kollaborateure sind die vollständigen Knoten der Parachain und die vollständigen Knoten der Relay-Kette, daher sind die Komparatorknoten ein wichtiger Teil der Nachrichtenübertragung. Nachrichten durchlaufen die Relay-Kette nicht, insbesondere die Belege für Beiträge und Kanalaktivitäten (Öffnen, Schließen usw.) gehen in die Relay-Kette. Dies verbessert die Skalierbarkeit durch die Speicherung von Daten im System.

Im Falle einer Kettenreorganisation können Nachrichten basierend auf dem Nachweis von Posts in der Relay-Kette zum Reorganisationspunkt zurückgesendet werden. Der gemeinsame Zustand zwischen den Parachains bedeutet, dass die Nachrichten keine Vertrauensgrenzen haben und alle im selben Bereich arbeiten.

Polkadot verfügt über ein zusätzliches Protokoll namens SPREE, das eine gemeinsame Logik für kettenübergreifende Nachrichten bereitstellt. Mit SPREE gesendete Nachrichten enthalten zusätzliche Garantien über die Herkunft und Interpretation der empfangenen Zeichenfolge.

Cosmos verwendet ein kettenübergreifendes Protokoll namens Inter-Blockchain Communication (IBC). Die aktuelle Cosmos-Implementierung verwendet den Hub, um Token zwischen Regionen zu übertragen. Jetzt verfügt Cosmos über eine neue Spezifikation für jegliche Datenübertragung. Da Threads jedoch keinen gemeinsamen Status haben, muss der empfangende Thread der Sicherheit des Nachrichtenursprungs vertrauen.

Verwaltung

Polkadot verfügt über ein abteilungsübergreifendes Governance-System mit mehreren Möglichkeiten zur Genehmigung von Vorschlägen. Alle Vorschläge durchlaufen letztendlich ein öffentliches Referendum, bei dem die Mehrheit der Token immer das Ergebnis bestimmen kann. Bei Referenden mit geringer Wahlbeteiligung verwendet Polkadot adaptive Quorum-Trends, um eine Bestehensschwelle festzulegen. Das Empfehlungsprogramm kann eine Vielzahl von Vorschlägen umfassen, einschließlich der Zuweisung von Mitteln aus der On-Chain-Finanzabteilung. Entscheidungen werden in der Kette getroffen und sind verbindlich und autonom.

Polkadot hat einige Teile in der Kette, dafür ist keine Genehmigung erforderlich. Das Hauptorgan ist der Rat, der aus einer Sammlung von Rechnungen besteht, die im Stil des Phragmén gewählt werden. Der Rat vertritt Minderheitsinteressen und daher haben Vorschläge, die einstimmig vom Rat angenommen werden, bei einem öffentlichen Referendum eine niedrigere Zustimmungsschwelle. Es gibt auch ein technisches Komitee, das technische Empfehlungen abgibt (z. B. Upgrade …