Що таке Cosmos (ATOM)?

Експертні консультації для цього матеріалу надали розробники mixbytes.io та засновник проєкту Citizen Cosmos Сергій Симановський.

Що таке Cosmos?

Cosmos — це децентралізована, масштабована, інтероперабельна екосистема взаємопов’язаних незалежних блокчейнів, що функціонують на протоколі Tendermint Core. У його основі лежить механізм стійкого до візантійських падінь консенсусу (Byzantine Fault Tolerant /BFT), який використовується для масштабування публічних PoS-блокчейнів.

Мета Cosmos — створення "інтернету блокчейнів", тобто мережі блокчейнів, у якій учасники здатні взаємодіяти в децентралізований спосіб.

Хто і коли створив Cosmos?

Творець Cosmos — американський програміст і підприємець Дже Квон [Jae Kwon]. У 2005 році він закінчив Корнельський університет з дипломом бакалавра комп’ютерних наук, після чого працював у Кремнієвій долині в компаніях Alexa і Yelp.

Квон був співзасновником сервісу iDoneThis і співпрацював з такими проектами з відкритим вихідним кодом, як CoffeeScript (компілятор/перекладач мовою Javascript) і Scramble.io (система електронної пошти з наскрізним шифруванням).

За словами Квона, участь у цих проектах, "натхненних духом шифропанку і хакерства", привела його до роботи над Tendermint:

"Приблизно у 2013 році я вирішив зайнятися блокчейном і створити систему на основі Proof-of-Stake (PoS). На той час розробники не знали, як здійснити подібне завдання, тому я відклав його на майбутнє і почав працювати на криптовалютній біржі", — розповів Квон.

До рук Квона потрапили близько ста наукових публікацій, датованих 1988 роком. Серед цих матеріалів опинилася стаття під назвою "Консенсус у присутності часткової синхронії" [Consensus in the Presence of Partial Synchrony], написана професорами Массачусетського технологічного інституту (MIT) Синтією Дворк і Ненсі Лінч у співавторстві зі співробітником каліфорнійського IBM Almaden Research Center Ларрі Стокмаєром.

Автори статті представили результати досліджень класичного BFT і всі компоненти, необхідні для створення PoS-системи. Почавши працювати з цими викладками, Квон прийшов до ідеї створення BFT-протоколу на основі Proof-of-Stake, здатного масштабуватися до сотень вузлів у децентралізованому середовищі.

Так виникла концепція Tendermint — першого алгоритму консенсусу Proof-of-Stake, створеного з використанням протоколу Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), який 1999 року запропонували співробітники MIT Барбара Лісков і Мігель Кастро.

"У той час біткоїн у ролі глобальної валюти викликав у нас серйозну стурбованість — головним чином, через його неймовірну енергоємність. Тому ми запустили Tendermint, щоб створити більш екологічно безпечну криптовалюту", — розповідав Квон про початковий період розробок Cosmos.

У 2014 році Квон заснував компанію з розробки ПЗ Tendermint Inc (All in Bits Inc) зі штаб-квартирою в Каліфорнії. Того ж року команда представила whitepaper проєкту.

У 2015 році до проєкту приєднався розробник Ітан Б’юкмен, випускник канадського Гуелфського університету, який працював на той момент у компанії Eris Industries (згодом перейменована в Monax). Квон і Б’юкмен заснували некомерційну організацію Interchain Foundation (ICF), в якій обійняли посади президента і віце-президента відповідно.

Влітку 2016 року Tendermint провела перший раунд фінансування. Завдяки залученим коштам кількість розробників зросла до семи осіб.

Команда запустила Ethermind на Tendermint, а також Basecoin, фреймворк для створення криптовалюти, що використовує мову програмування Go (Golang) і дає змогу підтримувати плагіни з усіма видами додаткових особливостей. З його допомогою розробники почали створювати першу ітерацію Cosmos Hub.

ICO Cosmos відбулося 6 квітня 2017 року, зібравши $17.3 млн в ETH, BTC і доларах США. Було розпродано приблизно 75% запасу доступних токенів; 5% — зарезервовано для насіннєвих інвесторів; All in Bits Inc і Interchain Foundation отримали по 10% кожна.

Згодом в інтерв’ю ForkLog Ітан Б’юкмен уточнив, що організатори не стали позиціювати публічний фандрейзинг як ICO, оскільки орієнтувалися не на тих, "хто купував би токен заради фінансової вигоди, а на тих, хто був щиро зацікавлений в основоположній технології, баченні та цінностях проєкту".

У 2017 році Interchain Foundation, що займається просуванням технологій і децентралізованих додатків екосистеми Cosmos, уклала з All in Bits Inc контракт на розробку Cosmos Network.

У лютому 2018 року Cosmos приєднався до Ethereum Community Fund (ECF) — ініціативи зі створення спеціального фонду, покликаного прискорити розвиток блокчейн-інфраструктури та dapps. У березні 2019 року команда Tendermint Inc. оголосила про запуск Cosmos Hub — першого із серії блокчейнів Proof-of-Stake, покликаних стати частинами екосистеми Cosmos.

Що являє собою базовий протокол Cosmos?

Cosmos працює на базі протоколу Tendermint Core, в якому використовується Tendermint — алгоритм консенсусу BFT.

Алгоритм консенсусу — це спосіб, за допомогою якого ноди в розподіленій системі доходять згоди щодо стану середовища. У сфері публічних блокчейнів актуальні тільки алгоритми, стійкі до візантійських падінь. У цьому класі алгоритмів присутні два сімейства протоколів консенсусу: класичні протоколи консенсусу, такі як PBFT, і Nakamoto Consensus, такі як Proof-of-Work.

Tendermint базується на роботі класичного BFT-консенсусу і надає стовідсоткову гарантію фінальності транзакції, детермінованості алгоритму для виробництва блоків і презумпції стану синхронності.

На відміну від блокчейнів на базі Proof-of-Work, блоки в Tendermint фіналізуються, щойно отримують 2/3+1 підписів від валідаторів — обернути або змінити їх неможливо.

У мережах на основі консенсусу Накамото, таких як біткоїн, транзакції зазвичай фіналізуються після шести підтверджень, після чого ймовірність оборотності блоку за допомогою реорганізації ланцюга вкрай мала.

Однак кількість підтверджень залежить від потужності майнінгу, якою володіє зловмисник. Останніми роками цей фактор нерідко використовувався для здійснення атак 51% (подвійної витрати), організатори яких викрали мільйони доларів у різних криптовалютах. Використовуючи алгоритм консенсусу з детермінованою фіналізацією (такий як Tendermint), можна гарантувати незворотність транзакцій після фіналізації блоку.

Пріоритет безпеки перед життєздатністю

Коли мережа PoW розділяється на два ланцюги, зрештою вона реорганізується, вибираючи як канонічний найдовший ланцюг і відкидаючи транзакції іншого ланцюга. Однак у Tendermint, коли відбувається поділ мережі, протокол обирає відмову від подальшого прогресу доти, доки понад 2/3 валідаторів знову не дійдуть згоди. Такий вибір має гарантувати, що завжди є "одне джерело істини", а блокчейн завжди зберігає послідовність.

Це робить консенсус Tendermint не таким швидким з погляду фіналізації ланцюжка блоків, як інші PoS-консенсуси, але повністю позбавляє користувачів невизначеності щодо їхніх транзакцій — якщо блок із транзакцією було фіналізовано, транзакцію ніколи не буде скачано (без зміни логіки алгоритму), а якщо мережу поділено чи валідатори відключено, то жодну транзакцію не буде фіналізовано.

Синхронна мережа має відому верхню межу часу доставки повідомлення. У біткоїні встановлено межу в 10 хвилин, що нав’язує всім учасникам мережі штучну затримку в часі.

Tendermint використовує модель допущення часткової синхронності — для прогресу блокчейна не потрібна фіксація в часі. "Вузьке" місце в прогресі блокчейна — це реальна швидкість мережі, а не штучна затримка в часі, встановлена протоколом. Таким чином Tendermint виявляється швидшим за більшість інших протоколів на основі Proof-of-Work.

Які ключові компоненти екосистеми Cosmos?

Cosmos, що позиціонується як "блокчейн 3.0", містить три ключові компоненти:

Cosmos Hub — перший блокчейн, запущений у рамках екосистеми блокчейнів Cosmos Network, і центральний елемент екосистеми. Його головне завдання — враховувати загальну кількість токенів у кожній зоні (блокчейні) в екосистемі, завдяки чому зони можуть безпосередньо пересилати токени одна одній.

Cosmos Hub використовує алгоритм консенсусу Tendermint, за допомогою якого валідатори закладають (стейкують) токени ATOM.

ATOM — це нативний актив Cosmos Hub, який ділиться на 1 млн мікро-ATOM (uATOM).

Токен ATOM виконує функцію робочого токена: користувачі можуть здійснювати стейкінг самостійно або делегувати токени валідатору, підвищуючи таким чином його рейтинг і отримуючи частину прибутку.

Залежно від кількості агрегованих токенів валідатор має пропорційну частку голосу, що дає можливість створювати блоки та отримувати за це винагороду у вигляді нових токенів ATOM (щороку емітується від 7% до 20% від сукупної емісії).

Валідатори передають користувачам, які делегують, частину винагороди за блок (за вирахуванням мережевого податку). Аналогічно PoW-мережам, за агрегування "часток голосів" валідатори беруть комісію. Валідатор зобов’язаний чесно підтверджувати блоки, брати участь в управлінні системою і високопродуктивним апаратним сервером, експлуатація якого коштує від $10 000 (ціна буде збільшуватися в міру зростання блокчейна). Валідатора, нездатного виконувати ці завдання, позбавляють токенів і відповідного статусу. Архітектура валідатора може варіюватися. Від неї, зокрема, залежить і рівень безпеки. Як правило, зі зростанням рівня безпеки архітектури зростає і її вартість, зокрема обслуговування. Щоб потрапити в активний набір, валідатору необхідно подолати пороговий рівень. На момент написання валідатор, що перебуває на 125 місці, має трохи менше делегованих йому $250 000. Таким чином, якщо у валідатора немає цієї суми, або ніхто її не делегує, він не потрапить в активний набір.

Протягом першого року після запуску основної мережі доступні лише 125 слотів валідаторів; планується, що в наступні 10 років ця кількість зросте до 300. Індекс інфляції мережі має рамки в 7% — мінімум і 20% — максимум. Нагорода за блок регулюється відповідно до заявленого цільового рівня участі в стейкінгу в 2/3 (66,66%). Усі токени мають залишатися в стейку 21 день, щоб власники не могли розпродати їх одразу ж після стейкування.

Мережевий податок надходить у резервний пул, кошти з якого використовуються для підвищення безпеки Cosmos Network.

Проєкт також може випустити або здійснити еірдроп вторинного токена Photon, призначеного виключно для транзакційних зборів. Згідно з планом, генерувати токени Photon будуть валідатори і стейкери. Параметри Photon будуть визначені голосуванням.

IBC (Inter-Blockchain Communication) Protocol

IBC (Inter-Blockchain Communication) Protocol — це стандартизований протокол інтероперабельності, який криптографічними засобами підтверджує, що повідомлення було надіслано з однієї зони в іншу.

Призначення IBC — передача не тільки токенів, а й будь-яких даних. Це дає змогу створювати не тільки децентралізовані біржі та автоматизовані маркет-мейкери, а й будь-які децентралізовані додатки зі сфери маркетингу, логістики тощо.

Архітектура Cosmos включає два класи блокчейнів: хаби (Hubs) і зони (Zones).

Зони складаються з блокчейнів зі швидкою фіналізованістю транзакцій, хаби — це блокчейни, що зв’язують зони воєдино. Різниця між ними лежить виключно в площині соціального консенсусу. Зона (блокчейн) — це блокчейн, що працює за допомогою алгоритму консенсусу Tendermint. Фактично, хаб (центр, що з’єднує кілька блокчейнів) — те саме, що і зона. Їхня умовна відмінність зумовлена стратегічним плануванням з’єднань одного блокчейна з іншими за допомогою IBC.

IBC блокує певну кількість токенів ATOM у першому блокчейні (зоні), потім надсилає в другу зону підтвердження і його валідацію, після чого заблоковані раніше токени випускаються на другому блокчейні. Така схема полегшує випуск і створення токенів, що представляють активи на інших блокчейнах.

Протокол сумісний з блокчейнами, в яких транзакції підтверджуються миттєво або практично миттєво. Завдяки гарантіям остаточності досягти інтероперабельності блокчейнів доволі просто: щойно транзакція певного типу фіналізується в обох блокчейнах, можна припустити, що транзакцію було надіслано з одного блокчейна до іншого.

Біткоїн і Ethereum, які використовують алгоритм консенсусу PoW, безпосередньо з протоколами IBC не сумісні, проте ці та інші блочейни, в яких відсутня швидка фіналізація, також можна використовувати в IBC завдяки проксі-ланцюжкам Peg Zones. Вони встановлюють поріг остаточності в 100 блоків, проходження яких слугує гарантією незворотності транзакції.

В основі роботи Peg Zones лежить Peggy, створений Cosmos протокол операційної сумісності між блокчейнами Tendermint і PoW-системами. Після досягнення порога остаточності передбачається, що транзакція фіналізована. Потім цей стан передається назад в екосистему "псевдофінальності" Cosmos за допомогою Peg Zones.

Першу Peg Zone для Ethereum було запущено у 2018 році. Відтоді про сумісність із Cosmos Hub оголосили деякі інші блокчейни, наприклад, Loom. За допомогою IBC і різних схем, аналогічних Peggy, Cosmos розраховує досягти інтероперабельності всіх наявних блокчейнів.

Cosmos SDK — це фреймворк, що дозволяє розробникам створювати власні кастомізовані блокчейни на основі алгоритму консенсусу Tendermint.

Раніше в розробників було дві опції — писати блокчейн з нуля або будувати його на Ethereum чи його варіаціях. Процес створення блокчейна на Ethereum відносно простий — можна під’єднатися до рівнів мережі та консенсусу Ethereum і побудувати власний застосунок на EVM, але при цьому розробник змушений жертвувати можливостями кастомізації.

Вирішуючи цю проблему, Cosmos SDK дає змогу створювати блокчейн-системи, не відволікаючись на рівні консенсусу і мережі та фокусуючись безпосередньо на створенні логіки застосунків.

Для створення власного блокчейна потрібно мати набір валідаторів, що недосяжно для тих, хто займається розробкою децентралізованих застосунків на аматорському рівні. Для них буде простіше і швидше розгорнути контракт на Ethereum. Розуміючи це, команда Cosmos за допомогою Cosmos SDK створила клон Ethereum — Ethermint, де доступний набір валідаторів і розробники можуть використовувати свій код на Ethereum, не турбуючись про кастомізацію.

Як розвивається Cosmos?

• У травні 2019 року команда Tendermint, що працює над Cosmos, повідомила про успішне оновлення CosmosSDK після виявленої критичної вразливості.

• У січні 2020 року з Interchain Foundation, що займається просуванням технологій і децентралізованих застосунків екосистеми Cosmos, виділилася компанія Informal Systems.

• На тлі конфлікту всередині команди в лютому 2020 року один із ключових директорів компанії-розробника Cosmos — директор Tendermint Labs Закі Маніан — залишив посаду, однак продовжив працювати над розвитком блокчейн-екосистеми Cosmos. Розробники сформували кілька незалежних команд, відмовившись від співпраці з Tendermint.

• У лютому 2021 року інфраструктурна блокчейн-платформа КНР (BSN) додала підтримку Cosmos у локалізовану версію мережі. За допомогою ініціативи OPB розробники можуть розробляти децентралізовані застосунки в локальній версії BSN відповідно до законодавства Китаю.

• У березні 2021 року розпочав роботу протокол інтероперабельності IBC. Тоді ж проєкт анонсував створення децентралізованої біржі Gravity.

• У березні 2021 року проєкт Tendermint анонсував запуск фонду підтримки перспективних проєктів на базі блокчейна Cosmos з активами на $20 млн. Номінований у токенах ATOM і IRIS Tendermint Ventures стане найбільшим фондом в екосистемі Cosmos.

• У квітні 2021 року Plasm Network і Secret Network, засновані на Polkadot і Cosmos відповідно, запустили першу ітерацію мосту.
• Binance DEX, FOAM і Sentinel керують блокчейнами на основі Tendermint. Інші проєкти, такі як IRIS Network, створюють сервіси та служби підтримки, пов’язані з екосистемою Cosmos. З повним списком проєктів, що розвиваються в екосистемі, можна ознайомитися тут.