Cosmos SDK 为开源框架，可用于构建：
- 1）multi-asset public Proof-of-Stake (PoS) blockchains：如Cosmos Hub。
- 2）permissioned Proof-of-Authority (PoA) blockchains。
基于Cosmos SDK构建的blockchains通常称为application-specific blockchains。
Cosmos SDK主要优势为：
- 1）Cosmos SDK内的共识机制为：Tendermint Core——为当前最成熟的BFT共识机制。已广泛应用，被认为是构建PoS系统的黄金共识标准。
- 2）开源模块化设计。随着开源生态模块的增长，将越来越容易构建复杂的去中心化平台。
- 3）Cosmos SDK的灵感来自基于功能的安全性，并得益于多年来与区块链状态机的斗争。这使得Cosmos SDK成为构建区块链的非常安全的环境。
- 4）已用于构建多个应用链，如：Cosmos Hub, IRIS Hub, Binance Chain, Terra, Kava等等。
应用链为blockchains customized to operate a single application。
^ +-------------------------------+ ^
| | | | Built with Cosmos SDK
| | State-machine = Application | |
| | | v
| +-------------------------------+
| | | ^
Blockchain node | | Consensus | |
| | | |
| +-------------------------------+ | Tendermint Core
| | | |
| | Networking | |
| | | |
v +-------------------------------+ v
共识引擎中主要处理2种任务：
- 1）网络逻辑：主要包含gossiping block parts，transactions 和 consensus votes。
- 2）共识逻辑：以确定 the deterministic ordering of transactions in the form of blocks。
共识引擎中既不定义state，也不定义交易的有效性。 共识引擎中处理的交易是以[]bytes形式存在的，共识引擎会将交易通过ABCI relay到application，由application来decode和process。在网络和共识逻辑中（如beginning of a block, commit of a block, reception of an unconfirmed transaction等），共识引擎会emit ABCI messages for the state-machine to act on。 基于Cosmos SDK的开发者无需自己实现ABCI，因为BaseApp中内置了一个ABCI的实现。
相比于基于Virtual-machine blockchain开发智能合约，基于Cosmos SDK的应用链主要优势有：
- 1）灵活性。不受限于EVM编程语言及有限的功能。
- state-machine通过ABCI接口连接底层的共识机制。该接口可封装为任意编程语言，即意味着开发者可基于其开发语言构建state-machine。除了Cosmos SDK（Go语言）框架之外，还可选择Lotion（Go语言），Weave（JavaScript）。
- 开发者可自由explore the full spectrum of tradeoffs，如：validator数量 VS 交易吞吐量，安全性 VS 异步可用性等，以及可选择不同的设计方案，如：DB or IAVL tree for storage，UTXO or account model等。
- 开发者可实现automatic execution of code。在Cosmos SDK中，logic可在每个区块的开始和结束时自动触发。同时，也可自由选择密码学库，而不必受限于底层虚拟机所使用的密码学库。
- 2）性能。不必竞争同一虚拟机的资源。采用Tendermint BFT共识，相比于PoW共识，其具有更高的交易吞吐量。应用链仅为单一应用服务，相比于虚拟机机制，不存在不同应用之间的计算和存储资源竞争问题。交易吞吐量的真正瓶颈在于state-machine，随着虚拟机需要解析的交易数量增加，相应的计算复杂度也会增加。
- 3）自治。支持多种角色，如用户、开发者、第三方服务商等等。可实现应用管理 与 网络管理 同步。
- 4）安全性。安全很难量化，且不同平台之间差异很大。开发者可选择成熟的编程语言来开发应用链。
区块链的核心为：a replicated deterministic state machine。
state machine为a computer science concept，为a machine can have multiple states，但任意某时刻，仅有一种状态。 state：描述系统当前状态。 transactions：触发状态变化。
如已知状态S和交易T，state machine将返回新的状态S‘：
+--------+ +--------+
| | | |
| S +---------------->+ S' |
| | apply(T) | |
+--------+ +--------+
实际，为了效率，会将区块内的交易打包处理。如已知状态S和a block of transactions B，state machine将返回新状态S’：
+--------+ +--------+
| | | |
| S +----------------------------> | S' |
| | For each T in B: apply(T) | |
+--------+ +--------+
在区块链上下文中，state machine是deterministic的，即意味着：若a node is started at a given state and replays the same sequence of transactions，it will always end up with the same final state。
Cosmos SDK为开发者提供了极大的灵活性来定义：
- the state of their application
- transaction types
- state transition functions
可基于Tendermint来实现state-machine。
3.2 Tendermint通过Cosmos SDK，开发者仅需定义state machine，Tendermint将负责处理replication over the network。
^ +-------------------------------+ ^
| | | | Built with Cosmos SDK
| | State-machine = Application | |
| | | v
| +-------------------------------+
| | | ^
Blockchain node | | Consensus | |
| | | |
| +-------------------------------+ | Tendermint Core
| | | |
| | Networking | |
| | | |
v +-------------------------------+ v
Tendermint为应用不可知引擎，负责处理区块链中的networking layer和consensus layer。即意味着，Tendermint负责广播和排序transaction bytes。Tendermint core基于BFT算法来对交易顺序达成共识。
Tendermint 共识算法 有一组名为Validators的特殊节点。Validators负责adding blocks of transactions to the blockchain。 
Tendermint通过ABCI接口将交易发送给应用，应用必须实现ABCI接口。
+---------------------+
| |
| Application |
| |
+--------+---+--------+
^ |
| | ABCI
| v
+--------+---+--------+
| |
| |
| Tendermint |
| |
| |
+---------------------+
注意：Tendermint仅处理transaction bytes，其并不知道这些bytes的含义。Tendermint能做的仅是order these transaction bytes deterministically。 Tendermint会将这些bytes通过ABCI发送给application，然后等待a return code来inform it if the messages contained in the transactions are successfully processed or not。
ABCI 中包含的重要消息有：
- 1）
CheckTx：当Tendermint Core收到交易，会将交易发送给application来check if a few basic requirements are met。CheckTx将保护全节点的mempool，预防垃圾交易。名为AnteHanlder的handler将用于运行a series of validation steps，如验证是否有足够的fee 以及 验签。若check通过，则会将该交易添加到mempool 并relay给peer 节点。注意，CheckTx时，交易并未处理，即state并未修改。因为此时，交易并未打包进块。 - 2）
DeliverTx：当Tendermint Core收到a valid block，会通过DeliverTx将区块链内的每笔交易发送给application，由application来处理交易。此时，会存在state变化。AnteHandler会随着交易内每个message的实际 Msg RPC服务 再次运行。 - 3）
BeginBlock/EndBlock：这些消息会在每个区块的开始和结束时运行，不管该区块内是否包含交易。It is useful to trigger automatic execution of logic。但是要谨慎使用，因为计算昂贵的loop将slow down your blockchain，而无限死循环将冻结整个链。
任何基于Tendermint的应用都需要实现ABCI接口，以和底层的Tendermint引擎进行通讯。 幸运地是，你无需自己实现ABCI接口，Cosmos SDK以 baseapp 的形式提供了一个样板。
4. Cosmos SDK核心元素Cosmos SDK为ABCI接口基于Golang语言实现的一个样板。其采用multistore来persist data，采用router来处理交易。
当application收到由DeliverTx发来的valid block时，application会做如下处理：
- 1）对交易进行解码。Tendermint处理的格式仅为
[]bytes。 - 2）从交易中提取
messages，并进行basic sanity checks。 - 3）将每个message 路由至合适的模块，以便对这些message进行处理。
- 4）Commit状态变化。
+
|
| Transaction relayed from the full-node's
| Tendermint engine to the node's application
| via DeliverTx
|
|
+---------------------v--------------------------+
| APPLICATION |
| |
| Using baseapp's methods: Decode the Tx, |
| extract and route the message(s) |
| |
+---------------------+--------------------------+
|
|
|
+---------------------------+
|
|
| Message routed to
| the correct module
| to be processed
|
|
+----------------+ +---------------+ +----------------+ +------v----------+
| | | | | | | |
| AUTH MODULE | | BANK MODULE | | STAKING MODULE | | GOV MODULE |
| | | | | | | |
| | | | | | | Handles message,|
| | | | | | | Updates state |
| | | | | | | |
+----------------+ +---------------+ +----------------+ +------+----------+
|
|
|
|
+--------------------------+
|
| Return result to Tendermint
| (0=Ok, 1=Err)
v
目前Cosmos SDK成熟模块有：
- 1）Authz：授权账号代表其他账号执行操作。
- 2）Bank：Token transfer functionalities。
- 3）Capability：Object capability implementation。
- 4）Crisis：Halting the blockchain under certain circumstances（如某invariant is broken）。
- 5）Distribution：Fee distribution，以及 staking token provision distribution。
- 6）Epoching：允许modules queue messages for execution at a certain block height。
- 7）Evidence：Evidence handling for double signing, misbehaviour等等。
- 8）Feegrant：授予执行交易的费用津贴。
- 9）Governance：On-chain proposals and voting。
- 10）Mint：Creation of new units of staking token。
- 11）Params：Globally available parameter store。
- 12）Slashing：Validator punishment mechanisms。
- 13）Staking：公有链的PoS层。
- 14）Upgrade：Software upgrades handling and coordination。
[1] Cosmos SDK官方文档
