Polkadot:一個Polkadot平行鏈區塊的歷程

編者按：本文來自PolkaWorld，作者：JoePetrowski，Odaily星球日報經授權轉載。波卡保證其平行鏈的有效狀態轉換。在表面之下，存在著一個由節點組成的樂團——從驗證人、收集人、釣魚人到全節點，發揮著它們的作用，將平行鏈區塊傳送到最終的中繼鏈。平行鏈是連接到波卡網絡的主權區塊鏈。與其他區塊鏈一樣，平行鏈是確定性狀態機，這意味著每個平行鏈都有一個狀態，執行一批狀態轉換就叫生產了一個區塊，并達到一個新的狀態。狀態就像系統的配置。想想電燈開關。它可以是“開”或“關”。計算機的狀態就像幾十億個電燈的開關。在最基本的層次上，一批狀態轉換包含要切換的電燈開關列表。狀態轉換函數是決定是否應該切換開關的邏輯。波卡中的每個平行鏈都有自己的狀態。中繼鏈將所有這些連接成一個狀態，即“所有狀態的狀態”，采用一種稱為“分片”的策略。每個平行鏈都是波卡的分片，具有唯一的狀態轉換規則。平行鏈有獨立的經濟模型、治理機制和用戶。由于波卡提供的接口，中繼鏈驗證人可以保證每個平行鏈遵循其唯一的規則，并且可以在無信任環境中在分片之間傳遞消息。本文將介紹平行鏈區塊進入中繼鏈所經歷的一系列可用性和有效性檢查，一旦最終確定，它們將從整個波卡網絡的安全性中獲益。一、撮合

區塊創建的過程是從平行鏈收集人開始的。收集人類似于其他區塊鏈上的驗證人，但它們不需要提供安全保證，因為波卡提供了這些保證。收集人只需要創建擴展其最終鏈的區塊。統一的安全保證確保連接到波卡的鏈可以以無信任的方式進行交互。平行鏈可以在沒有信任界限的情況下交互，就像以太坊上的智能合約可以在沒有信任界限的情況下交互一樣——它們與更大的網絡共享狀態和驗證邏輯。由于波卡提供安全性和有效性的保證，平行鏈不會受到像正常區塊鏈的攻擊，如51%的攻擊。波卡驗證人將拒絕無效的區塊，因此平行鏈只需要一個誠實的收集人來提交區塊。該模型開辟了密碼經濟學的一個新領域，可以包括無令牌平行鏈、使用原生代幣或者DOT代幣的PoS平行鏈，或其他收集人選擇機制。區塊作者的信息通常是區塊頭摘要的一部分，并且易于驗證。Polkadot中的每個平行鏈都有一組中繼鏈的驗證人來接受和驗證其平行鏈區塊，并將它們最終確定。但是，這些驗證人不會像其他分片系統那樣長時間地保持不變。Polkadot驗證人經常會在“舞會”中發現一個新的平行鏈，這個平行鏈會轉向Polkadot“節拍器”的節拍：BABE共識隨機信標。驗證人使用BABE機制生成的隨機輸出來確定下一步要驗證哪個平行鏈。一旦驗證人知道它的新平行鏈，它就會從平行鏈中找到要建立連接的收集人。分配給平行鏈的每個驗證人將導入正確的狀態轉換函數來驗證該平行鏈。現在收集人和驗證人共享一個連接和公共邏輯，驗證人可以向其中一個驗證人發送一個區塊。從單個平行鏈的角度概括第一階段：平行鏈選擇一個收集人將一個區塊提交給中繼鏈，Polkadot為這個平行鏈分配一組驗證人，并且，收集人和驗證人打開連接提交區塊。二、區塊準備

zkSync 2.0測試網出現一個小問題，目前團隊正在修復:8月23日消息，zkSync生態DeFi協議Phezzan Protocol發推稱，zkSync2.0測試網似乎出現了一個小問題，zkSync團隊已經找到了根本原因，目前正在修復。[2022/8/23 12:43:49]

當驗證人接收到一個區塊時，它將首先檢查該區塊是否遵循平行鏈的狀態轉換規則。平行鏈的狀態存儲在Merkle樹中。狀態中的每個數據點都由一個密鑰和一個值組成。例如，密鑰可以是帳戶ID，值可以是它控制的代幣數。每個密鑰-值對都用hash表示，并成為樹的葉子。為了生成分支，相鄰的葉子被連接起來并再次hash，將兩個點變成一個點。這個過程繼續，每次將元素總數減少一半，直到樹有一個單個的散列值來表示整個數據庫，即狀態根。

一棵小Merkle樹。對每個存儲項進行哈希散列以查找到葉子。然后，每對葉子形成下一個級別，直到有一個值保留：狀態根。Merkle樹有一個方便的特性：如果某些值發生更改，則可以通過查看新的值和樹中受其影響的路徑來驗證更改。基于此屬性，驗證人可以驗證狀態轉換，而無需訪問整個狀態。它只需要：區塊，平行鏈數據庫中區塊修改的值，以及Merkle樹中未受影響的散列。這組信息構成了有效性的證明。散列有固定的長度。未修改的值有多大并不重要；散列足以表示它們。

觀點：一個看跌交叉正在形成，此前出現在比特幣3月暴跌時期:除了測試9500美元受阻，比特幣在過去幾天的宏觀表現相當不錯。截至發稿時，比特幣位于9200美元上方，獲得8500-9000美元區域支撐。對多頭來說不幸的是，BTC據稱正在形成一個信號，上次出現類似信號是在3月份資產暴跌60%之前。

分析師FizeekMoney相信，很可能還會有另一次下跌，并在推特分享了圖表。它顯示一個未命名的技術指標（似乎是兩個移動平均線）即將經歷看跌交叉。短期移動平均線即將跌至長期移動平均線下方，表明看漲勢頭有所減弱。這種潛在的交叉很重要，因為上一次出現該交叉時，比特幣在幾天之內從9000美元區間暴跌到3700美元。（Bitcoinist）[2020/7/12]

在這個例子中，Louise給Ben發送了50個代幣，有人發起了一個新的公投。Polkadot可以用區塊加上簡化的Merkle樹來驗證狀態轉換。現在是進行關鍵區別的恰當時機：Polkadot不能保證有效的狀態；但它保證有效的狀態轉換。Polkadot驗證人不會檢查平行鏈狀態中的每個值，只檢查那些被修改的值，它確保修改是有效的。如果一條鏈以有效的狀態加入Polkadot網絡，并在Polkadot的安全保護傘下執行其所有轉換，那么它將具有有效狀態。一旦驗證人有了有效性證明，它就會在分配給該平行鏈的其他驗證人之間傳播此信息。一旦超過一半的人同意這個區塊代表有效的狀態轉換，它們就可以開始準備宣布它的有效性。驗證人將構造一個“候選回執”和一個糾刪碼，它們將發送給網絡中的所有驗證人。候選回執在平行鏈驗證過程中，驗證人和收集人交換了大量信息。有效性證明包含整個平行鏈區塊及其大部分的狀態。為了將Polkadot擴展到數百個平行鏈，有效性證明需要一些更小的東西來在中繼鏈上表示它們，那就是候選回執。驗證人通過簽名為平行鏈區塊構造候選回執：平行鏈ID收集人的ID和簽名父塊候選回執的哈希值區塊糾刪碼的Merkle根任何傳出消息的Merkle根區塊的哈希散列執行區塊之前的平行鏈的狀態根執行區塊之后的平行鏈的狀態根雖然這看起來像一個長長的信息列表，但實際上它比有效性證明小得多，因為每一項都是固定的長度。平行鏈和收集人ID只是數字，其他的都是哈希散列。在計算機科學中，任何以恒定大小表示任意數量信息的方法都具有可伸縮性優勢。該系統通過將越來越多的信息推送到邊緣，而僅通過中繼鏈推送恒定大小的信息，從而實現系統的規模化。父塊回執的哈希確保當前回執建立在正確的鏈上。同樣，平行鏈的狀態根和區塊的哈希散列允許任何人通過獲得有效性證明來驗證這種狀態轉換——區塊本身加上狀態樹中的更新。糾刪碼對于糾刪碼。在將候選回執發送到中繼鏈事務隊列之前，構造該候選回執的驗證人還必須構造平行鏈區塊的糾刪碼。糾刪碼接受一條消息，并創建一組較小的消息，以便您可以通過獲取較小消息的一小部分來重建原始消息。在Polkadot的情況下，較小消息的數量等于驗證人的總數，分數是三分之一。例如，如果Polkadot有1000個驗證人，并且每個驗證人都得到一個塊，那么它們可以用其中任何334個重構一個區塊。因此，驗證人創建所有這些糾刪碼塊，將這些塊放入它們自己的Merkle樹中，并將每個塊發送給相應的驗證人。除了這些塊之外，驗證人還包括候選回執，它實際上進入了中繼鏈的一個區塊中。收到候選回執和糾刪碼塊的驗證人將候選回執包含在中繼鏈事務隊列中，其中作者也可以包含在區塊中。一個很酷的故事盡管糾刪碼可能有點枯燥，但為什么我們要執行糾刪碼遠比它如何運行有趣。假設一個惡意的收集人向驗證人提交一個有效的塊，然后立即離線。這里的攻擊不是要創建一個無效的事務，而是要完全關閉平行鏈，廣義上講，這會讓大家都慘。如果驗證人只檢查此區塊的有效性，然后在中繼鏈中完成它，那么收集人將保留其前一個狀態和當前狀態根，而不知道要進行什么更改來創建當前狀態根。因為它們將不再擁有自己的狀態，它們不能再創造新的區塊。因此，收集人必須能夠檢索并重建其平行鏈區塊，然后才能成為最終區塊。三、中繼鏈區塊構建

聲音 | 比特幣早期投資者：如果社區不做出重大改變，比特幣將成為下一個MySpace:金色財經報道，早期的比特幣投資者Erik Finman表示，自2011年以來，比特幣周圍的環境發生了顯著變化，并沒有變得更好。比特幣已不再是過去的樣子。Finman稱，比特幣“團結”和“尖端”技術的時代似乎已經過去。我真的很在乎比特幣，但我認為社區似乎無法將其整合在一起。我試圖讓社區參與修復它，但其非常敵對。社區中仍然有很多很棒的人，還有在技術問題上非常聰明的人。然而，即使世界動蕩不安，比特幣也不一定是人們在這樣的時候投入資金的加密貨幣。他指出，Monero和Zcash是潛在的更好選擇。Finman補充說，如果社區無法做出重大改變，比特幣將成為下一個MySpace。[2020/1/30]

為了到達這一步，收集人和驗證人已經做了很多工作。每個平行鏈都有一小組驗證人，隨機分配給一個區塊。這些驗證人必須連接到平行鏈收集人，計算狀態根，查找父塊，創建糾刪碼塊并將其分配給網絡中的每個其他驗證人。它們把這些工作都安排在候選回執中，候選回執就代表了以上所有東西。候選回執進入中繼鏈事務隊列，驗證人將它們的消息散布開來，就像對其他事務做的那樣。當某個驗證人贏得BABE插槽的領導權，它將選擇候選回執來構建中繼鏈區塊。事務隊列可能有數百個平行鏈候選回執。區塊作者如何確定要在區塊中包含哪些區塊？首先，區塊作者將只在先前的中繼鏈區塊中包含具有父候選回執的候選回執。此檢查可確保平行鏈遵循有效鏈。其次，區塊作者僅包括作者具有糾刪碼塊的候選回執。區塊鏈驗證人將其塊發送到網絡中的所有其他驗證人，因此每個驗證人應具有來自每個平行鏈的塊。通過只容納那些作者有糾刪碼塊的候選回執，作者能確保系統可以執行下一輪可用性和有效性檢查。隱繼鏈我之前已經提到過，一種可擴展性策略是將信息推送到系統邊緣。我們對Polkadot的想法之一是使Polkadot本身成為平行鏈。與之類似，所有代幣轉讓、抵押、管理等事務將在Polkadot平行鏈中進行，其候選回執由中繼鏈完成。在這種情況下，中繼鏈區塊將僅包含候選回執。四、結尾

聲音 | Coingeek創始人再次抨擊以太坊：就是一個ICO騙局:Coingeek創始人Calvin Ayre在推特上轉發外媒關于其抨擊以太坊的文章時表示，以太坊是一個ICO騙局，Vitalik Buterin（V神）試圖竊取Craig Wright（澳本聰）的合法歷史成果，這是一種對所有接觸到以太坊的人的欺騙，他并不知道他在加密領域都干了些什么事。[2019/2/22]

大多數分片的區塊鏈協議，在每個分片上都需要大量的驗證人。Polkadot的糾刪碼功能，以及接下來要進行的額外檢查，就是保證它在每個分片上提供相同的驗證性的訣竅。而且每個分片的驗證人低至10個。區塊作者進行的可用性檢查，可確保Polkadot僅包含驗證人為其分配塊的區塊，但不能保證其有效性。由于每個平行鏈上驗證人的數量非常少，因此合謀是一個合理的問題。通過將出塊與最終確定分開，Polkadot可以在生產區塊之后但最終確定之前，執行額外的有效性檢查。Polkadot有一類特殊的參與者——釣魚人，它們在中繼鏈區塊中巡邏，緝拿那些無效的候選人回執。釣魚人本質上是抵押了一些DOTtoken的平行鏈全節點。雖然平行鏈收集人不需要任何DOTtoken，但它們只需要來自自家平行鏈的激勵來創建區塊，而釣魚人則確實需要抵押DOTtoken作為反欺詐機制。如果沒有任何價值物作為抵押，釣魚人可能提出虛假的無效聲明。當區塊被添加到中繼鏈后，它將進入驗證階段。在該階段中，隨機選擇的驗證人必須執行二次檢查，來測試內部候選回執的可用性和有效性。二次檢查包括了請求足夠的糾刪碼塊以重建編碼塊，以及有效性證明以驗證狀態轉換。驗證人創建新區塊時，會將區塊發送到其與網絡的連接處，網絡再將區塊轉發到連接處。驗證人導入一個塊時，它將檢查該塊中每個候選回執是否具有糾刪碼塊。如果缺少任何塊，則驗證人將警告其他塊。如果超過三分之一的驗證人，在設定的時間段內發送了丟失塊的警報，則該區塊將被丟棄。一旦該區塊通過寬限期，便開始進行二次檢查。Polkadot要求的二次檢查的數量取決于收集人和釣魚人，它們分別測試候選人回執的可用性和有效性。如果釣魚人檢測到一個認為無效的塊，則它會提交無效聲明同時抵押一些DOTtoken。同樣，收集人提交不可用性聲明。具有更多無效性或不可用性聲明的區塊，需要驗證人進行更多的二次檢查，一直到要求三分之一以上的驗證人證明區塊的有效性或無效性。像不可用寬限期一樣，如果超過三分之一的驗證人報告一個塊為無效，則該塊將被丟棄。收集人和釣魚人執行額外的可用性和有效性檢查的角色，進一步將可伸縮性推到了邊緣，并遠離了中繼鏈驗證人。隨著平行鏈數量的增加，相應的執行這些檢驗的收集人和釣魚人的數量也隨之增加，而不會給驗證人增加新的負擔。額外檢查讓驗證人的工作量保持低水平，這些檢查主要是為了解決不協調的問題。在對一個區塊中的所有候選回執執行了足夠的二次檢查之后，驗證人終于可以在GRANDPA中對該區塊進行投票。一旦它擁有超過三分之二的預先提交，該區塊就在最終鏈中。

J Lab資本創始人孫健：2018年的幣圈投資會是一個大量新基金年化收益跑輸GDP的一年:J Lab資本創始人孫健發布對2018年的投資展望，孫健稱：“中國股權IPO投資市場的黃金十年是2001-2011的十年，這個時代可以被稱為閉眼撿錢的時代。因為有著一二級市場的溢價套利，只要企業能上市，就能實現3年4倍的輕松回報。中國幣圈ICO投資的黃金時代很短，只有一年，2017年。這一年也可以叫做“閉眼梭哈年”。大量沒有投資經驗的投資人在這一年獲利豐厚。3個月4倍的普遍現象，刺激著傳統VC行業的投資人跑步進場。2018年的ICO投資會是一個大量新基金年化收益跑輸GDP的一年。”[2018/3/14]

驗證人必須執行足夠的二次檢查，才能對區塊進行投票。此功能為中繼鏈提供了三個區域：最終鏈、具有有效最終確定候選人的GRANDPA投票區域，以及區塊需要進行可用性和有效性檢查的釣魚區域。Polkadot中的所有平行鏈都遵循中繼鏈的最終確定性。未來的平行鏈區塊必須始終以最終中繼鏈中的候選回執為基礎。從一個區塊的編寫塊到最終確定，所有可用性和有效性檢查應在不到一分鐘的時間內完成。一旦完成，該區塊將從共享安全環境中受益，該安全環境允許鏈以無信任的方式彼此交互，而還原該塊將需要還原整個Polkadot。恢復整個網絡是一項艱巨的任務，應予以避免，這就是為什么驗證人、收集人和釣魚人必須確保以Mozartesque精度進行有效狀態轉換的原因。糾刪碼框架和我們的BABE/GRANDPA共識使Polkadot能夠以比其他任何區塊鏈網絡更快、更可擴展的方式提供這些保證。后記本文僅討論了對平行鏈區塊的驗證，但暗示了在平行鏈之間進行無信任消息傳遞的環境。因為相同的驗證人保護所有平行鏈，所以跨鏈消息與單個鏈中的跨帳戶消息具有相同的完整性，例如以太坊上的合同間通信。在Polkadot的跨鏈消息傳遞協議中，平行鏈之間建立了直接通道。共享全節點的平行鏈可以直接散播消息，而不共享全節點的平行鏈可以向驗證人請求消息。僅頻道操作，例如打開和關閉，以及交付證明進入中繼鏈。XCMP只是Polkadot通過將信息推送到邊緣進行擴展的另一種方式，同時仍然為無信任的交互提供了必要的保證。有關跨鏈通信的更多信息，請參閱Polkadot的消息傳遞方案。要了解有關BABE和GRANDPA的更多信息，請參見Polkadot共識系列。注釋本文中始終使用“平行鏈”，但是除非特別說明，這些內容也適用于平行線程。當然，用戶得知道“驗證”是什么意思。步驟的分離是雙重欺詐預防機制。驗證人僅檢查區塊中的候選回執，而不檢查平行鏈提交的每個回執。雖然對于平行鏈收集人而言是正確的，但平行線程收集人將需要持有DOTtoken才能參與區塊拍賣以安排其區塊執行。但是，由于平行鏈收集人處于擔任釣魚人的良好位置，因此它們可以輕松擔當這兩個角色。當某個集合中的兩個子集不存在交集時，超過三分之一的閾值足以接受或拒絕一個區塊。這一點聽起來可能有點奇怪，然而，拜占庭容錯系統要求驗證人的故障少于三分之一。如果超過三分之一的人說某個區塊是有效的，而另外超過三分之一的人說這個區塊是無效的，那么該系統的假設就被打破了。

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