取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?



取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?

在诸多还未上线主网的区块链中,跨链项目 Polkadot 也成为了至今为止热度最高的区块链之一。但常常与 Cosmos、以太坊并肩出现的 Polkadot,在无数的对比中作为配角,不断地被割裂与被重构。

本篇文章将试图描摹 Polkadot 的真实全貌,如有遗漏及误解,还请各位指正。

起源

正如比特币有中本聪,以太坊有 V神,Polkadot 也有它的灵魂人物——创始人  Gavin Wood。

在创建 Polkadot 之前,Gavin Wood 曾有过两个知名身份:前以太坊的 CTO 及联合创始人,其后是以太坊客户端 Parity 的创始人。

在投身于以太坊的发展进程中,Gavin 的成就并不比 V神小,他撰写了以太坊技术圣经——黄皮书,首次提出了 EVM 概念(Ethereum Virtual Machine,即以太坊虚拟机),以及开发了智能合约高级语言 Solidity,这些技术发明几乎奠定了此后区块链 2.0 的基础。

在概念畅想中,Gavin 也在 2014 年首次提出 0 信任的安全交互操作系统——web 3.0 时代,并称其为 “后斯诺登时代”(第二次重提 web 3.0 则是在 2017 年成立 Polkadot 之际);在工具上,出来单干并独立创建了 Parity Technologies 的 Gavin 推出了由 Rust 语言编写的以太坊客户端 Parity,目前该客户端的以太坊用户仍然排名第二。

取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?青涩时期

2016 年,在以太坊向 1.5/2.0 升级的过程中,以太坊经历分叉危机。Parity 创始团队开始考虑独立创建一条有分片版本的以太坊区块链。Gavin 将思维过程更进一步,在其构思的新区块链系统中,连接到中继链的分片并不完全相同,允许不同的节点运行不同的应用逻辑,使每个链都成为自己的平台,所有的分片都应该享有同样的安全保障。

创始团队的光环与这一设想的先进性很快得到资本青睐。2017 年 10 月,Polkadot 进行了第一次众筹,一周内吸金 1.3 亿美元(48 万以太坊),投资机构不乏 Bosst VC、Pantera Capital 还有 Polychain Capital 等知名风投机构。

其 ICO 方式也十分具有去中心化的色彩。为了防止有人在 5 秒钟之内囤够所有代币,Polkadot 采取了荷兰式拍卖的方法,即随着时间的推移逐渐减少购买上限、同时提升价格。

取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?众筹页面

不过,众筹完不久,由于 Parity 一位程序员的操作失误,Polkadot 的 Parity 钱包中 93 万个以太坊被冻结,曾引起哗然。今年 4 月,Polkadot 发起了第二次 ICO。在此前华尔街日报于 2019 年 1 月的报道中,知情人士表示第二次 ICO 计划融资 6000 万美元,整体估值达到 12 亿美元;而在 4 月,巴比特对 Gavin Wood 最新的采访中,Gavin 表示将在主网发布前发售最后 20% 的代币。据 Odaily星球日报了解,此次 ICO 个人购买一枚 DOT 的单价,相比第一次的众筹价格已经上涨了 177%,预计此次融资获将超过 6000 万美元。

共享验证节点的异构多链协议

作为 Gavin 实现 web 3.0 愿景的产物,Polkadot 是一种异构多链协议,旨在实现以往区块链努力实现的 3 个目标:互通性、可扩展性、共享安全。

如何实现的呢?Polkadot 由一个中继链(Relaychain)以及一系列平行链(Parachain)组成。其中,中继链负责共享安全、共识以及平行链之间数据、消息和交易的跨链传递;平行链则需要绑定 Polkadot 的代币 Dots 以租赁一个 parachain 槽 ,来链接中继链(Dot 持币者可通过质押代币,投票决定是否添加、移除或者修改已经存在的平行链);对于已经无法改变共识机制、代币(如比特币、以太坊这样的老牌公链)或者不愿意改变共识机制以及共享安全的区块链,则可以通过 BrigeChain 链接 Polkadot 生态。

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这一异构多链的架构,希望实现各个链条之间资产与数据的互相流通,以提高吞吐量;在 Polkadot 中,出块任务可以分配给不同的子链,从而能够实现并行运行事务且不必担心发生冲突。

目前 Polkadot 的第一版,数十条平行链能够通过一个中继链并行连接,据官方估计,一条中继链最高可容纳 100 条平行链,目前已有超过 25 个项目已经公开声明他们打算将他们的区块链连接到 Polkadot;在其第二版的构想中,可以出现基于一级中继链上的二级中继链,预计可以出现千倍至万倍的可扩展性。

取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?第一版 VS 第二版

在安全性上,Polkadot 认为在一百条相互关联的区块链中,安全性最弱的链条将决定整个跨链系统的安全性,而不乏有一些缺少激励的链条因为难以吸引到验证者,往往系统安全性并不高。由此在 Polkadot 的设置中,中继链上的验证节点将被平均地分配给各平行链以守护其安全性,这样一来,平行链不必花心思吸引验证者来保护区块链,而将精力专注于链的任务(即运行)。

取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?传统的独立的安全VS共享安全

2018 年 10 月,Polkadot 上线新的工具——Substrate 框架。该框架集成链区块链所需的通用功能,以期使开发者尽可能简单灵活地创建区块链;同时也能实现一部分的技术自由。

Substrate 分为多层架构:即 Substrate Core(具有Polkadot-Core-integration),Substrate SRML 和 Substrate Node,如下图所示,从上到下,技术自由递减、抽象度递减、依附性递增。

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具体来说,如果选择最上方的 Polkadot Core,开发者需要从头开始构建自己的区块链,并在 WebAssembly 中为其配备块验证功能。从头开始意味着必须实现自己的节点、RPC 同步、网络、加密、数据库、存储、共识以及轻量级客户端和遥测等扩展功能。

而最下方的 Substrate Node 则可谓是一站式服务,开发者只需提供 JSON 配置文件即可获得完整的智能合约区块链。你大概可以想象其简便性:在 2018 年的柏林 Web 3 峰会上,Gavin Wood 在半个小时之内,利用 Substrate 在一台刚从工厂出炉的新电脑中,创建了一条完整的区块链。

取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?柏林 Web3 峰会上的 Gavin Wood

Polkadot 中的平行链并不限定于用此框架创建;该框架也不仅仅限定于 Polkadot 生态。

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混合共识:改进版 DPOS+PBFT

在 Cosmos 中,通过 Cosmos SDK 建造的链只能选择 Tedenmint 共识机制,目前暂不清楚通过 Substrate 搭建的区块链是否在共识机制上有所限制,但还是有必要清楚 Polkadot 的共识机制。

据 Polkadot 的最新博客,Polkadot 计划使用 Web3 基金会研究科学家 Alistair Stewart 发明的混合共识机制——GRANDPA。

该共识机制是 Aurand 和 Tendermint for PBFT 的混合共识机制。其中,Aurand 是升级版的 DPOS,保留了其轮流出块,且一开始就确定了出块人(验证者)的特质,所以效率高,TPS 高;同时改进了节点的数量,允许随机选择验证人而非固定的 21 位节点出块。此外,GRANDPA 对 Tendermint for PBFT 也做了改进, Tendermint for PBFT 是 Cosmos 的共识,需要 至少 2/3 的验证人达成共识。异步 BFT Tendermint 会对每个块进行 BFT, Grandpa 可以选择每轮验证人最后一个块进行 BFT,减少 99% 的通信量如隔离见证、链下收集签名、验证 finalize,从而共识形成速度更快。

尽管看起来十分复杂,但 GRANDPA 的本质还是 POS 共识机制,相比于大多数 POS 公链中只有委托人与验证者两个角色,Polkadot 在其白皮书中设置了四个角色:“验证者 (validator)”、“提名人(nominators)”、“校对者(collators)” 和“渔民(fishermen)”,

验证人与提名人与大多数 POS 公链中的节点与委托人作用相似,前者质押代币生成区块且提供委托服务,后者可将代币委托给验证者。

新增的校对人与验证人互相辅助,主要任务是生成有效的 Parachain 区块。校对人还需对未封装的块进行零知识证明,并将其提供给一个或多个负责向 Relay Chain 提交 Parachain 区块的验证人。渔夫则是赏金猎人,监督验证人与校对人的作恶行为,并通过举报寻求大笔的奖励。

链上治理:浮动的投票通过门槛

Polkadot 的治理机制也显得更复杂一些。除了全民公投以外,Polkadot 引入了一个链上「委员会」的概念,这个委员会很可能从大约 6 人开始,并且在 9 个月内增加到 24 人(每两周大约增加一个人)。所有成员都有固定任期(12 个月),每个成员都通过批准投票选出。

该委员会主要负责两项治理任务:提出合理的公民投票,取消无可争议的危险或恶意公投。

比较特殊的是,复杂的Polkadot 采取了 “加权投票” 与“自适应法定人数偏差”。在加权投票中,投票权重等于投票人 token 的数量乘以锁定时间(代币锁仓时间,倍数在 1 到 6 之间。)

“自适应法定人数偏差”通俗地说,即:如果投票率低,那么提案通过需要的赞成票会更多;理事会的提案需要更多的反对票才能被否决;公民提案需要更多的赞成票才能通过。

说了这么多,Polkadot 在其治理页面的结尾也表示,在主网上线之前,最终的治理模型并未确定。

取代以太坊、争锋Cosmos, Polkadot的真实面貌到底是什么?与 Cosmos 与以太坊的“对比”

同为跨链项目,Polkadot 常被与 Cosmos 对比。

两者在跨链的技术设计上如此相似,两者都提出了建立连接区块链(Cosmos 的 Hub 和 Polkadot 的中继链),在其他链之间传递消息;两者都有一个模块仓库(Cosmos SDK 和 Substrate),供开发人员构建可以直接插入相应生态系统的区块链;两者都有桥接机制来连接传统的区块链(Cosmos 的 peg zones 和 Polkadot 的 bridge chains)。

不同的是,Cosmos 有多个 hub,且并不共享节点与安全性,hub 仍将让区块链完全控制自己的治理。相比之下,Polkadot 目前只有一条中继链的设置,也被认为“更为中心化”,且平行链共享节点以及安全。

但支持者却并不这样认为,共享网络安全并非坏事,甚至在大多数情况下这是必要的;Wetez 钱包也认为当前很多新公链最大问题就是节点不够,不够就代表不去中心化不够安全。

在这一点上,无法判断哪一方更有优势,需要看项目方的取舍。

另外,开发语言也有差异:Polkadot 使用 WebAssembly 和 Rust 语言,而 Cosmos 使用 Golang 语言。WebAssembly 相对先进,对于在具有不同运行时间的区块链之间进行协调更有优势,目前得到了 Google、Apple、Microsoft 和 Mozilla 的支持,但对于普通开发者来说,这是一门更为小众的语言。与 Rust 相比,Golang 是一种更易学习的编程语言,在全球也有更多的开发者。

不过,显然 Polkadot 团队也意识到了这一点, Parity Technologies 目前正分别基于 Rust 和 Javascript 编程语言开发两个 Polkadot 的客户端。2019 年 1 月,加拿大科技公司 Chainsafe 获得 web3.0 基金会资助,利用编程语言 Golang 为 Polkadot 开发新的客户端。

Polkadot 的设计,在部分人看来,正打算替代以太坊。

比如,橙皮书曾经用比喻写出两种愿景的相同:以太坊的愿景想要用以太坊这个账本,帮全世界的村庄/ 各种经济体来记账和结帐;Polkadot 虽然描述的是一种跨链技术,但它更多描述的是一种多链的账本结构,Polkadot 要做的是使用中继链这个账本给别的村庄记账。本质上两者皆为账本。

Polkadot 成员 Jack Platts 在文章中也将两者作比较,认为 Polkadot 相对以太坊成本也更为低廉:虽然租赁插槽需要锁定部分 Dots,成本比写一份智能合约更高,但相比于以太坊高昂的 Gas 费用,Polkadot 生态中发送交易的成本将大大降低。

然而,Polkadot 却在各场合否认挑战以太坊,不过以太坊社区并不买账。

以太坊核心开发者、主要客户端 Parity 的发布经理 Afri Schoeden,曾发推表示 Polkadot 已经达到了以太坊第四阶段的「Serenity」想要达到的效果,一度被社区称为“以太坊的叛徒”。

所谓「Serenity」阶段就是以太坊向 POS 机制升级计划中的第四个阶段。当前,以太坊 Serenity 阶段的分叉升级因种种原因一拖再拖。

以太坊上的去中心化自治组织管理 Aragon 曾宣布将考虑基于 Polkadot 协议发布自己的区块链 AragonChain。这一举动也引起了以太坊社区的强烈反应。

以太坊核心开发者 Lane Rettig 在推特上评论称:这是一个较早的警示,以太坊如果不能很快扩容,存在丧失竞争力的风险;以太坊社区活跃人士、SpankChain CEO Ameen Soleimani 更是提议,要求限制 Aragon 花费资金等资源进行 Polkadot 相关开发。

虽然Aragon 社区成员此前提出”建议购买价值 150 万美元的 DOT 代币,用于促进 Polkadot 的发展“的提案,遭到 92.29% 的投票反对。但在最新的《AGP-42:让 Aragon 专注于以太坊,而不是 Polkadot》方案中,已经有 68% 的反对票。

参考资料:

A brief summary of everything Substrate and Polkadot

How Polkadot tackles the biggest problems facing blockchain innovators

Governance/Github

Polkadot FAQ

Polkadot Proof-of-Concept 3: A Better Consensus Algorithm

GRANDPA Block Finality in Polkadot: An Introduction (Part 1)

Substrate, Polkadot and the Case for On-Chain Governance

Everything you Need to Know to Prepare for Polkadot

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